Đồ án số mạch chuyển đổi dữ liệu

Đồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệuĐồ án số mạch chuyển đổi dữ liệu

MỤC LỤC Trang Trang LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ Sự đời vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành giảm nhanh Các hệ thống thiết bị điện tử, mạch điện tử, kỹ thuật điện tử số đời làm thay đổi sâu sắc toàn hoạt động sản xuất người Mạch số, mức độ khác thâm nhập vào tất thiết bị điện tử thông dụng chuyên dụng Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật công nghệ, kỹ thuật số có mặt hầu hết thiết bị dân dụng thiết bị công nghiệp, góp phần vào việc xây dựng phát triển hệ thống mạng, truyền hình số, viễn thông Giúp giải khối lượng công việc lớn độ xác cao nhiều Biết tầm quan trọng ứng dụng kỹ thuật điện tử số, xin lựa chọn đề tài thiết kế mạch chuyển đổi tín hiệu song song sang nối tiếp Trong mạch có sử dụng ghi dịch bit để thực chuyển đổi liệu song song sang nối tiếp Chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình giảng viên Th.S Nguyễn Phúc Ngọc giúp cho chúng em hoàn thành tốt đồ án Tuy nhiên kiến thức thời gian có hạn nên đồ án chúng em tránh khỏi sai sót trình thực trình bày, chúng em mong dạy giúp đỡ thầy cô bạn để chúng em hoàn thiện tốt Sinh viên thực Nguyễn Văn Thắng Trang PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mạch chuyển đổi tín hiệu song song sang nối tiếp ứng dụng quan trọng ghi dịch Mạch có chức chuyển liệu đưa vào đồng thời lúc cho tín hiệu đầu tương ứng với tín hiệu vào 1.1 Sơ đồ khối mạch chuyển đổi liệu Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch chuyển đổi liệu song song sang nối tiếp 1.2 Bộ ghi dịch a Khái niệm Bộ ghi dịch (hay ghi dịch) có khả nhớ liệu dịch liệu (dịch phải dịch trái) b Cấu tạo Bộ ghi dịch gồm dãy phần tử nhớ đơn bit (FF) liên tiếp đóng vỏ Các FF sử dụng ghi dịch thường D-FF loại khác mắc theo kiểu D Để ghi n bit thông tin người sử dụng nFF, đầu FF mắc vào đầu vào FF Bộ ghi dịch n bit thông tin gọi ghi dịch n bit c Phân loại Có nhiều cách phân loại ghi dịch: - Phân loại theo cách đưa thông tin vào, lấy thông tin + Vào nối tiếp, song song: Thông tin đưa vào ghi dịch bit một, số liệu đưa đồng thời tức tất nFF ghi dịch đọc lúc + Vào song song, song song: Thông tin đưa vào, lấy đồng thời + Vào nối tiếp, nối tiếp: Thông tin đưa vào, lấy bit Trang +Vào song song, nối tiếp: Thông tin đưa vào đồng thời nFF, lấy bit điều khiển xung nhịp - Phân loại theo đầu vào + Đầu vào đơn: Mỗi FF ghi dịch sử dụngmột đầu vào điều khiển + Đầu vào đôi: Các FF ghi dịch sử dụng hai đầu vào điều khiển ví dụ hai đầu vào điều khiển JK-FF hay RS-FF - Phân loại theo đầu : + Đầu đơn: FF ghi dịch có đầu Qi ( hoặci)được đưa chân vi mạch + Đầu đôi: hai đầu Qi i đưa chân vi mạch d Ứng dụng ghi dịch Bộ ghi dịch đóng vai trò quan trọng việc lưu trữ, tính toán số học logic, để chuyển số liệu song song thành nối tiếp, ngược lại chuyển nối tiếp thành song song Bộ ghi dịch thành phần thiếu CPU hệ vi xử lí, cổng vào có khả lập trình Bộ ghi dịch dùng để thiết kế đếm, tạo dãy tín hiệu nhị phân tuần hoàn theo yêu cầu cho trước 1.3 Khối tạo xung nhịp dùng IC NE 555 a Giới thiệu IC 555 Hình 1.2 Sơ đồ chân IC 555 Cấu tạo IC 555 gồm có Op -Amp khuếch đại thuật toán IC nhớ RS-FF, mạch Output khuếch đại lối tăng dòng cho tải, Transistor Trang b Nguyên lý hoạt động IC 555 Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương 0_A1 2/3 VCC vào chân âm 0-A2 Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S= [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF=[1] FF Reset + Giải thích dao động Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC Mạch FF loại RS Flip-flop, S=[1] Q=[0] Sau đó, S=[0] Q=[1] Q=[0] Tóm lại, S=[1] Q=[1] R=[1] Q=[0] Q=[1], transistor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset + Giai đoạn ngõ mức Khi bấm công tắc khởi động, chân mức Vì điện áp chân (V-) nhỏ V1(V+), ngõ cua Op-amp mức nên S=[1], Q=[1] Q=[0] Ngõ IC mức Khi Q=[0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhấn công tắc lần Op-amp có V- = [1] lớn V+ nên ngõ Op-amp mức 0, S=[0], Q không đổi Trong điện áp tụ C nhỏ V2, FF giữ nguyên trạng thái + Giai đoạn ngõ mức Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V-=2/3 VCC, R=[1] nên Q=[0] Q=[1] Ngõ IC mức Vì Q=[1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ Q=[0] bé V- , ngõ Op-amp2 mức Vì Q không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor Kết ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông c Chức chân IC NE555 IC NE555 có chân + Chân 1: Nối Mass để náy dòng cung cấp cho IC + Chân 2: Được dung chân chốt + Chân 3: Lối xung nhịp + Chân 4: Dùng lập định mức trạng thái + Chân 5: Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC theo giá trị điện trở R cho nối Mass Tuy nhiên mạch ứng dụng chân số nối Mass tụ từ 10 nF - 100 nF tác dụng lọc bỏ nhiễu cho mức áp chuẩn ổn định + Chân 6: Là chân đầu vào so sánh điện áp dung chân chốt Trang + Chân 7: Có thể xem khóa điện, chịu điều khiển tín hiệu logic chân số + Chân 8: Cấp nguồn nuôi cho IC d Công thức tính tham số đầu IC NE555 Công thức tính tần số xung nhịp IC NE555 f= Trong đó: T = Thời gian chu kỳ toàn phần (s) f = tần số dao động (Hz) , : Giá trị điện trở (Ω) C : Tụ điện (F) Với : T = Tm + Ts Tm = 0,693 ( + ) C : Thời gian có điện áp mức cao Ts = 0,693 C : Thời gian có điện áp mức thấp Từ công thức trên, ta áp dụng để thiết kế mạch tạo dao động có chu kỳ 1s Ta chọn giá trị giá trị tụ C bất kỳ, tiến hành tính thông số giá trị (lấy giá trị gần ) Chọn: = 1kΩ, C= 100µF Dựa vào công thức tính chu kỳ xung nhịp cho IC 555 ta thay giá trị vào công thức, ta có biểu thức : T = = (s) => = 13.103 Ω => Ta chọn giá trị cho =10 kΩ Hình 1.3 Khối tạo xung thiết kế Trang 1.4 Led đoạn Để thị chữ số hệ đếm thập phân ta dùng LED đoạn, cấu tạo hình thành nhiều loại vật liệu khác có khả thị điều kiện ánh sng khác tốc độ chuyển mạch phải đủ lớn Trong kỹ thuật đoạn thường làm led tinh thể lỏng (LCD) Led đoạn hay Led linh kiện thông dụng, coi dụng cụ hiển thị đơn giản Trong Led bao gồm Led mắc lại với nhau, Led đơn mắc cho hiển thị số từ đến người ta dùng Led đơn để hiển thị dấu chấm.Các Led đơn đặt tên theo chữ cái: a, b, c, d, e, f, g dấu chấm Led đoạn có loại: + Chân Anode chung (chân dương Led mắc nối với nhau) + Chân Cathode chung (chân âm Led mắc nối với nhau) 1.5 Điện trở Hình 1.4 Điện trở Điện trở linh kiện thụ động có tác dụng cản trở dòng điện điện áp, đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện vật thể dẫn điện Nó định nghĩa tỷ số điện áp hai đầu vật thể dòng điện qua vật thể xác định công thức: R= Trong đó: +U điện áp hai đầu vật dẫn điện, đơn vị V (volt) +I dòng điện chạy qua vật dẫn điện, đơn vị A (ampe) +R điện trở vật dẫn điễn, đơn vị Ω (omh) Trang PHẦN II : THIẾT KẾ, LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH 2.1 Khối ghi dịch Các tín hiệu đưa vào chân I0 đến I7 Tín hiệu lối chọn thông qua chân giải mã S1, S2, S3 Các tín hiệu lựa chọn theo thứ tự cho bảng chân lý => Từ ta đưa bảng chân lí khối ghi dịch: Bảng 2.1 Bảng chân lý khối giải mã S1 S2 S3 Y 0 I0 0 I1 I2 1 I3 0 I4 1 I5 1 I6 1 I7 => Phương trình trạng thái: Y = ( ) I0 + ( S3) I1 + ( S2 ) I2 + ( S2 S3) I3 +( ) I4 + ( ) I5 + ( ) I6 + ( ) I7 Từ phương trình trạng thái ta xây dựng sơ đồ logic: Hình 2.1 Sơ đồ logic khối ghi dịch => Từ sơ đồ logic xin lựa chọn IC 74151 để thực chức khối ghi dịch Trang Cơ sở lí thuyết IC 74151 Hình 2.2 Sơ đồ chân cấu tạo IC 74151 Hình 2.3 Sơ đồ logic IC 74151 IC 74151 IC giải mã lối vào, giúp giảm bớt số lượng chân vi điều khiển mà đọc nhiều lối vào 74151 có ngõ vào liệu, ngõ vào cho phép G tác động mức thấp, ngõ vào chọn C B A, ngõ Y có ngõ đảo Khi G mức thấp Trang cho phép hoạt động ghép kênh mã chọn C B A định đường liệu đưa ngõ Y Ngược lại G mức cao, mạch không phép Y = bất chấp ngõ chọn ngõ vào liệu 2.2 Giải mã Led đoạn Bảng 2.2 Bảng chức IC 7447 Số thập phân A 0 0 0 0 1 B 0 0 1 1 0 C 0 1 0 1 0 D 1 1 a 0 1 0 b 0 0 1 0 c 0 0 0 0 d 0 0 1 e 1 1 1 f 1 0 0 g 1 0 0 0 Một IC phổ biến điện tử số Có nhiều kí hiệu khác tùy thuộc vào hãng khả đáp ứng như: 74HC47, 74HCT47, 74LS47 Từ bảng trạng thái ta biểu diễn bìa Karnaugh cho hàm tương ứng với chân Led đoạn gồm a, b, c, d, e, f, g với trường hợp hàm không xác định a) b) c) d) Trang 10 e) f) g) => Từ phương trình trạng thái ta xây dựng sơ đồ mạch giải mã Trang 11 a b c A B d C D e f g Hình 2.4 Sơ đồ logic => Từ sơ đồ logic, chọn IC 7447 để thực chức giải mã Cơ sở lí thuyết IC 7447 - Chức chân IC 7447 + Chân số chân nối đất (0V) + Chân số 16 chân nguồn cung cấp + Chân 1, 2, 6, chân tín hiệu vào BCD + Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 chân đầu + Chân 3, 4, chân kiểm tra IC - Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt, mức sáng, tương ứng với a, b, c, d, e, f, g led đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân (các số từ 10 đến 15 không dùng tới) Ngõ vào xoá BI để không hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ Ngõ vào RBI để không hay nối lên mức dùng để xoá số Khi RBI ngõ vào D, C, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xoá gợn sóng RBO xuống mức thấp Trang 12 Hình 2.5 Sơ đồ chân IC 7447 Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng Kết mã số nhị phân bit vào có giá trị thập phân từ đến 15 đèn led hiển thị lên số hình bên Khi mã số nhị phân vào 1111= 15 10 đèn led tắt Hình 2.6 Sơ đồ logic IC 7447 Trang 13 2.3 IC đếm Để hiển thị giá trị đếm ta sử dụng đếm thiết kế dựa trigger J-K, trigger S…và thiết kế kiểu đếm đồng hay không đồng Để thiết kế đếm từ -7 ta sử dụng trigger (FF) J-K Bộ đếm mod có trạng thái từ đến 7, ta phải dùng n trigger cho n thỏa mãn chọn n = Sử dụng trigger (Flip-Flop) J-K để thiết kế đếm Phương trình đặc trưng trigger J-K là: Bảng 2.3 Bảng trạng thái đếm mod dùng FF J-K Chuyển tiếp trạng thái ngõ Trạng thái Trạng thái Q0 Q1 Q2 Q0 Q1 Q2 Các ngõ vào FF J2 K2 J1 K1 J0 K0 0 0 0X 0X 1X 0 1 0X 1X X1 0 1 0X X0 1X 1 0 1X X1 X1 0 1 X0 0X 1X 1 1 X0 1X X1 1 1 X0 X0 1X 1 0 X1 X1 X1 Ta có đồ hình trạng thái đếm mod 000 001 111 110 010 101 011 100 Từ đồ hình trạng thái ta xây dựng bìa Karnaugh cho trigger Trang 14 Tiến hành đồng hệ số phương trình trạng thái phương trình đặc trưng trigger J - K, ta tìm phương trình đầu vào điểu khiển J0 = K0 = J1 = K1 = Q0 J2 = K2 = Q0.Q1 Từ bảng phương trình ta có sơ đồ nguyên lý đếm mod Hình 2.7 Bộ đếm Mod => Từ sơ đồ logic IC đếm, xin lựa chọn IC 74LS192 để thực chức đếm mạch Trang 15 Cơ sở lí thuyết IC 74LS192 - Chức chân CPU(5): Xung vào đếm thuận CPD(4): Xung vào đếm nghịch MR(14): Xoá xung không đồng nhập vào PL(11): Song song không đồng Pn (1, 9, 10, 15):Đầu vào song song liệu Qn(2, 3, 6, 7):Đầu liệu TCD(13): Sự đếm xuống xung đầu TCU(12): đếm lên xung đầu vào Vcc(16): Cấp nguồn 10 GND(8): Nối đất Trang 16 Hình 2.8 Cấu trúc bên IC74LS192 - Nguyên tắc hoạt động Là đếm BCD thuận nghịch lập trình được, 74LS192 đếm Mod 10 ta đấu nối cách khác để đếm Mod khác: Mod 2, Mod 3, Mod 5,…Hoạt động 74LS192 mô tả bảng 2.4 Bảng 2.4 Hoạt động IC 74LS192 MR CPU CPD x x x x PL X x x x x x x x x 0 0 TCU TCD 1 1 Trang 17 0 1 1 x x x x x x x x Đếm lùi Đếm tiến * * Trong đó: * mức thấp mức cao ( xác định được) - Khi chân ML mức cao lối nhị phân reset mức thấp - Khi chân ML mức thấp đếm thực chức sau: + Nếu chân PL mức thấp đếm đặt liệu cho lối , , , liệu lối vào , ,, + Nếu chân CPU có xung vuông tác động vào, đồng thời chân CPU PL mức cao đếm thực đếm tiến Khi đếm đến lại quay trạng thái ban đầu, lúc chân TCU từ mức thấp chuyển sang mức cao lặp lại chu kỳ - Nếu chân CPD có xung vuông tác động vào, đồng thời chân CPU PL mức cao đếm thực đếm lùi Khi đếm đến o lại quay trạng thái 9, lúc chân TCU từ mức thấp chuyển sang mức cao lặp lại chu kỳ 2.4 Sơ đồ nguyên lý Dựa vào sơ đồ khối chúng em đưa sơ đồ nguyên lý hình 2.9 Trang 18 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi liệu song song sang nối tiếp 2.5 Thi công mạch Bước 1: Vẽ sơ đồ nguyên lý phần mềm Proteus Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý mạch đưa được, thực lắp ráp bo test thử kiểm tra xem mạch hoạt động ổn định chưa Bước 3: Sau kiểm tra mạch hoạt động ổn định thực thiết kế mạch in Bước 4: In sơ đồ mạch in lên giấy đề can Bước 5: Thực mạch cẩn thận bo đồng chuẩn bị sẵn sau tiến hành ăn mòn bo đồng Bước 6: Khoan mũi khoan lỗ chân linh kiện bo đồng Bước 7: Tiến hành lắp ráp linh kiện vào bo mạch, dựa sơ đồ nguyên lý Bước 9: Sử dụng hàn để hàn mạch Bước 10: Sau hoàn thành kiểm tra mạch lại lần đưa sản phẩm thực tế Hình 2.10 Mạch in linh kiện Trang 19 Hình 2.11 Mạch in có linh kiện 2.6 Khảo sát Với mạch thi công, mạch chạy với giá trị đầu vào sử dụng công tắc disp8 Tín hiệu thể Led đơn Mạch chạy ổn định Hình 2.12 Mạch sau hoàn thiện Trang 20 Trang 21 KẾT LUẬN Trong trình thực chúng em biết tự thiết kế mạch nguyên lý, mô mạch điện tửcơ tới nâng cao Tuy đầu nhiều bỡ ngỡ qua thời gian tìm hiểu chúng em làm quen bước hoàn thiện sản phẩm yêu cầu đề Cũng từ mà chúng em tự thiết kế mạch điện tử đơn giản, thi công thiết kế chúng trở thành mạch điện tử thực phục vụ cho sống, cho thân, gia đình, nhiều ứng dụng quan trọng chúng thực tế… Mạch chuyển đổi tín hiệu nối tiếp sang tín hiệu song song ngược lại mạch điện có ứng dụng quan trọng thiếu mạch điện tử từ mạch tới nâng cao Tuy có hạn chế việc thiết kế sản phẩm, sau học phần chúng em tiếp tục mở rộng nghiên cứu, tìm tòi thêm để phát nhiều ứng dụng thực tế sản phẩm Đồ án chúng em áp dụng lý thuyết vào thực tế Giúp chúng em tìm hiểu cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động, ứng dụng thực tiễn mạch sử dụng IC số… Để hoàn thành học phần đồ án số nhóm chúng em xin cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy Ths Nguyễn Phúc Ngọc giúp đỡ, tạo điều kiện tốt để để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Trang 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ thuật số, Nguyễn Thuý Vân, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1997 [2] Bài giảng kỹ thuật mạch điện tử, Trường ĐH KTCN Thái Nguyên [3] http://tusach.thuvienkhoahoc.com truy cập lần cuối ngày 28/03/2016 [4] http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/7831/NSC/74151.html Trang 23 ... THUYẾT Mạch chuyển đổi tín hiệu song song sang nối tiếp ứng dụng quan trọng ghi dịch Mạch có chức chuyển liệu đưa vào đồng thời lúc cho tín hiệu đầu tương ứng với tín hiệu vào 1.1 Sơ đồ khối mạch chuyển. .. 2.4 Sơ đồ nguyên lý Dựa vào sơ đồ khối chúng em đưa sơ đồ nguyên lý hình 2.9 Trang 18 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi liệu song song sang nối tiếp 2.5 Thi công mạch Bước 1: Vẽ sơ đồ nguyên... đồ khối mạch chuyển đổi liệu Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch chuyển đổi liệu song song sang nối tiếp 1.2 Bộ ghi dịch a Khái niệm Bộ ghi dịch (hay ghi dịch) có khả nhớ liệu dịch liệu (dịch phải dịch