6Thiết kế đồng hồ thể thao hiển thị 1100 giây và phút , giây có các nút pause, stop, reset,start

LED 7 Đoạn catot chung: Mạch nhị phân giải mã BCD được chuyển sang thập phân và hiển thị các số thập phân 7 đoạn sang có thể là LED ,với mỗi một tổ hợp xác định các thanh sáng sẽ hiện th

Mục đích yêu cầu:

Thiết kế đồng hồ thể thao hiển thị 1/100 giây và phút ,

giây có các nút pause, stop, reset,start …

Để thực hiện mạch đồng hồ thể thao ta cần sử dụng những linh kiện sau: LED 7 đoạn dùng Catot chung, IC giải mã 4511, IC đếm 7490, nguồn VCC, các nút công tắc, cổng AND, OR,IC 555 tạo xung một số điện trở, tụ điện

I.Chức năng của từng linh kiện trong mạch:

1 LED 7 Đoạn catot chung:

Mạch nhị phân giải mã BCD được chuyển sang thập phân và hiển thị các số thập phân 7 đoạn sang có thể là LED ,với mỗi một tổ hợp xác định các thanh sáng sẽ hiện thị một chữ số ở hệ đếm thập phân , đối với LED 7 đoạn dùng catot chung thì các chân được nối chung với nhau và nối với GND

a IC 74LS90

IC 74ls90 là IC thuộc họ 74xx,IC này có chức năng đếm thập phân

Con TTL này cũng khá quen thuộc nó là con đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa ra BCD Cứ mỗi 1 xung vào thì nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa ra 4 chân Khi đếm đến 9 nó tự động reset

và quay trở về trạng thái mặc định (tức mức 0)

Hai thông số quan trọng để thiết kế mạch đếm này là: Bảng chân lý mã hóa ra BCD và điều kiện để Reset (Trở về trạng thái ban đầu)

Theo datasheet ta có sơ đồ chân như sau:

Sơ đồ cấu tạo:

+ Bảng chân lý mã hóa ra BCD

Khi sản xuất ra loại IC này, nhà sản xuất đã cung cấp cho ta bảng mã hóa của nó do đó chúng ta không cần phải tạo bảng mã của nó Sau đây là bảng mã của nó được lấy từ datasheet:

Qua bảng chân lý, ta rút ra được một nhận xét quan trọng : Đầu ra của Qo được nối với đầu vào của CP1

+ Mức Reset cho 74LS90

IC 74LS90 có 4 chân Reset dùng để reset hệ thống Đó là: MR1, MR2, MS1, MS2 Đưa các mức thích hợp vào các chân này thì nó sẽ tự động Reset Sau đây là bảng mức Reset:

Vì thế nó có thể dùng để thiết kế một đồng hồ thể thao

b IC 555 tạo xung

IC 555 là một IC thông dùng để tạo xung vuông.

555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung vuông

và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ rộng xung Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác.Đây

là linh kiện của hãng CMOS sản xuất Sau đây là bảng thông số của 555 có trên thị trường :

+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 )

+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V

+ Công suất lớn nhất là : 600mW

 Các chức năng của 555:

+ Là thiết bị tạo xung chính xác

+ Máy phát xung

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

…

 IC 555 gồm có 8 chân.

+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân

chung

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được

dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái

của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse

thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy

theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu

và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều

khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC

hoạt động Không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 nhé thấp nhất là con NE7555) IC NE555 N gồm có 8 chân

c IC 4511:

IC 4511 có chức năng giải mã từ nhị phân BCD sang thập phân và hiển thị ở trên LED 7 đoạn, IC 4511 có 16 chân Chức năng từng chân như sau:

Các chân 7,6,2,1 là các chân đưa trạng thái logic cần chuyển sang dạng nhị phân từ 0 đến

9 trên led 7 đoạn

Các chân từ 9 đến 15(theo thứ tự tương ứng với các đoạn trên led 7 đoan e,d,c,b,a,g,f) là các chân ngõ ra nối với led 7 đoạn

Chân 16 nối với cực dương nguồn, chân 8 nối với mass

Chân 3 là chân khi ta khi ta kích vào đây mức logic 0 thì tất cả ngõ ra đều ở mức logic 1(bất chấp mức logic của các ngõ vào còn lại) chân này có tác dụng kiểm tra led 7 đoạn có bị hỏng hay không

Chân 4 có tác dụng ngược lại chân 3

Chân 5 điều khiển tế bào nhớ 4 bit trong IC4511 nếu chân này ở mức logic 0 thì IC hoạt động bình thường, khi ở mức logic 1 thì mức logic ở các ngõ ra giữ nguyên trạng thái cho đến khi mức logic trở lại trạng thái 0

Bảng chức năng IC 4511

Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động của mạch đồng hồ thể thao

a Sơ đồ khối

xung

→

Khối đếm →

Khối giải mã

→

Hiển thị Led

7 đoạn

Sơ đồ thiết kế và lắp ráp các linh kiện:

Dưới đây là sơ đồ mạch nguyên lý

Cách đấu nối các chân IC 7490 - IC 4511:

Hiển thị thanh LED 7 đoạn: Ta nối lần lượt các chân a,b,c,d,e,f,g của LED 7 thanh với

các chân 13,12,11,10,9,15,14 của IC4511

Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch đồng hồ thể thao:

Nguyên lý: Từ dạng 59:59:99 chuyển về 00:00:00

Ta quy ước các thứ tự các IC 74LS90 từ 1 đến 6: Qui uoc:

IC 74LS90(1), IC 74LS90(2): đếm tích tắc

IC 74LS90(3), IC 74LS90(4): đếm giây

IC 74LS90(5), IC 74LS90(6): đếm phút.

Xung 100Hz chuẩn được lấy từ bộ tạo xung của IC 555, đưa vào chân 14(clock up) của IC 47LS90 thứ nhất trong bộ hiển thi giây,qua bộ đếm cứ mỗi một xung vào clock thì IC đếm sẽ đếm tiến lên một đơn vị.và quá trình liên tục diễn ra Khi 74LS90(1) đếm đến 9 nó sẽ

tự động reset về 0.các bộ mã BCD của IC đếm được tạo ra sẽ được đưa vào khối giải mã là

IC 4511 sau đó hiển thị trên LED 7 đoạn catot chung, khi ở 9 QD(Q3) từ mức logic 1(H) về mức 0(L) nên sẽ tạo nên một xung clock mới và được nối với chân 14(clock up) của 74LS90(2) được kích đếm lên một đơn vị,tương tự như thế,khi 74LS90(2) đếm 10(từ 09) reset về 0 và clock up IC74LS90(3) lên 1 xung.ta để ý khi count đến 6,chỉ có chân Q1 từ 0(L) lên 1(H) kết hợp với chân Q2 đang ở mức1 cho qua cổng AND khi đó đầu ra của cổng AND

ở mức cao và được nối với 2 chân reset R01 và R02 của74LS90(4) và chân 14 (clock up) của 74ls90(5) sẽ nhận được 1 xung vào và bắt đầu đếm,tương tự với hai IC đếm phút

Hiển thị phút hoàn toàn kết nối giống hiển thị giây

Cứ sau 1 chu kỳ như vậy nó sẽ về 00:00:00

Đề dừng đếm ta sử dụng chức năng stop Ta có sơ đồ Stop:

U4

74LS90

U6

OR

1

Nút stop được tạo ra bằng cách chúng ta sử dụng một công tắc có hai mức 0,1 và xung

clock vào nối với một cổng logic OR nếu để công tắc ỏ mức cao đầu ra của cổng OR luôn luôn

ở mức cao và không có xung vào IC đếm ,khi công tắc ở mức 0 thì đầu ra của cổng OR phụ thuộc vào xung đầu vào clock chính vì thế IC đếm bắt đầu thực hiện chức năng đếm

Nút start

Chúng ta sử dụng một công tắc SW-SPST ,khi chúng ta mở công tác thì sẽ không

có xung clock vào mạch đếm ,khi chúng ta đóng công tắc thì xung clock sẽ vào mạch đếm

Nút reset

Khi chế tạo IC 74LS90 đã có chân reset là R0(1),R0(2) khi chúng ở mức cao thì chúng sẽ tự đông reset đầu ra Q1, Q0, Q2, Q3 , chúng ta có thể thấy ở bảng chức năng của

IC ,khi lấy một cống tắc button nối với nguồn và đầu có mức thấp của công tắc được nối chung với các chân R0(1),R0(2) của các IC đếm khi nút button được kéo xuống sẽ chuyền mức cao cho tất cả các chân reset vì thế nó sẽ được reset về 0.các diode có chức năng thông với tin hiệu cao và ngắt với tin hiệu thấp

Nút pause

IC 4511 có chân 3,4 hoạt động ở mức tích cực cao ,và chân 5 khi ở mức không thì IC hoạt động bình thường còn khi ở mức 1 thì nó có khả năng nhớ kết quả đầu ra nhưng vẫn cho bộ mã BCD của IC đếm vào và khi trở về mức 0 sẽ hiển thị tiếp kết quả của quả IC đếm