đếm số xe vào gara

đếm số xe vào gara

Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa Điện - Điện Tử



đồ án môn học

Kỹ thuật số

Nhóm SV thực hiện : Dơng Văn Tiến

Nguyễn Văn Tùng A Nguyễn Văn Tùng B Phạm Đức Vĩnh

Lớp : ĐT 05

Khoá học : 2005- 2007

Lời nói đầu

hoa học kỹ thuật đang ngày càng phát triển rất mạnh mẽ, các công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau cũng nhờ đó đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội và kỹ thuật số cũng nằm trong số đó Hịên nay kỹ thuật số đã đợc giảng dạy rộng rãi ở các trờng Đại Học Cao Đẳng trong cả nớc , nhằm đáp ứng về nhu cầu

điều khiển, đo lờng điều chỉnh của dây truyền công nghiệp

K

Ngày này khoa học công nghệ về chất bán dẫn và siêu bán dẫn luôn biến đổi nhanh chóng ,độ tích hợp của chất bán dẫn đạt đến đỉnh cao Để có những linh kiện

nh vậy cần phải biết đợc những tích hợp trong đó gồm những linh kiện va các trigơ

ngời ta đã chế tạo ra những con chíp, IC vi xử lý có đa chức năng và có tốc độ hoạt

động nhanh

Nghành kỹ thuật số đã đợc ứng dụng rất rộng rãi trong cuộc sống , nó tiến

bộ hơn ngành Analog, vì nó đựơc tích hợp trong các IC, vi mạch rất gọn nhẹ, đặc biệt

là tốc độ truy suất (làm việc) nhanh, không ảnh hởng của méo phi tuyến

Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu đòi hỏi của con ngời ngày càng cao và tinh tế hơn Là học sinh ngành điện tử, sau khi đã đợc trau rồi những kiến thức và đ-

ợc nhận đề tài kỹ thuật số Chúng em đã làm một mạch đếm số xe vào gara vừa đủ với khả năng của mình

Tuy nhiên với khả năng hạn chế về kiến thức và kinh tế, chúng em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót và những sai lầm Vì vậy rất mong đợc sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy cô và sự tham gia đóng góp ý kiến của mọi ngời để đồ án của chúng em đợc hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của giáo viên hớng dẫn

Hng yên, ngày……tháng……năm Giáo viên hớng dẫn:

Đào văn đã

Phần I : kháI quát chung ChơngI Nguồn cung cấp.

I.1Nhiệm vụ của mạch cung cấp:

- Tạo ra năng lợng cần thiết để cung cấp cho các thiết bị điện tử làm việc Thông thờng nguồn năng lợng do nó tạo ra là nguồn điện áp một chiều lấy từ mạng

điện xoay chiều hoặc từ pin, ac quy

I.2 Các mạch điện tử và các thiết bị điện tử:

- Đều dùng năng lợng một chiều để hoạt động, sau khi thực hiện một quá trình biến đổi thành nguồn một chiều đầy đủ đợc giới thiệu trên

- Trong sơ đồ khối trên, các khối có chức năng cụ thể sau:

mạng điện xoay chiều

- Chất lợng của nguồn ảnh hởng trực tiếp đến các tham số và chất lợng làm việc của các thiết bị điện tử nh làm thay đổi điểm làm viêc, gây nên điện áp trôi trong các bộ khuếch đại làm thay đổi tần số phát trong các bộ tạo dao động…

các thiết bị điện tử là hết sức cần thiết

Các mạch ổn định có nhiệm vụ giữ cho điện áp ra hoặc dòng điện ra của một thiết bị cung cấp không đổi khi điện áp vào thay đổi cũng nh khi tải hoặc nhiệt

độ thay đổi

o ổn áp dùng IC

Sơ đồ khối:

Rất nhiều mạch ổn áp sử dụng các loại IC ổn áp Các IC ổn áp chứa nguồn điện

áp chuẩn, khuếch đại so sánh, phân tử điểu khiển bảo vệ quá tải, tất cả trong một IC

đơn lẻ, Mặc dù cấu tạo bên trong IC có khác với các mạch ổn áp trớc nhng hoạt động bên ngoài thì nh nhau Điện áp ổn áp cũng có thể điều chỉnh đợc hoặc có thể là cố

định Dòng tải của các IC từ hàng trăm mA đến hàng trục A Do đó rất phù hợp với nhiều mạch thiết kế yêu cầu gọn nhẹ

ChơngII: Các phép toán logic và các cổng logic cơ bản.

0001

d ) giản đồ thời gian

x1 x2 y0

011

0101

0111 d) giản đồ thời gian

10

d )Giản đồ thời gian

ABK1

NOR 2 đầu vào

ChơngIII: Đặc điểm chung của các vi mạch logic

Khác với vi mạch tơng tự, các vi mạch logic có đặc điểm sau:

ứng với mức logic 0 và 1 ( có thể viết tắt là L và H )

- Các mạch logic phải nuôi bằng mạch nuôi có một điện áp chuẩn đã đợc quy

III.1 Các thông số cơ bản của vi mạch logic:

Các IC số đợc phân loại theo mức độ phức tạp của các mạch nh số lợng cổng riêng biệt cần thiết để xây dựng mạch thực hiện cùng chức năng logic

Sự phân lớp mạch Các cổng logic riêng biệt cần thiết

Thay đổi theo trạng thái đầu ra cao hay thấp Nếu mạch ra dung tranzitor với

b Các tham số dòng điện và điện áp:

logic 1

logic 0

Nguồn nuôi cho các mạch logic phải là nguồn ổn áp có điện áp ra đúng với điện áp nuôi quy định riêng cho tong họ logic Khi lối vào, lối ra thay đổi trạng thái làm cho cờng độ dòng điện trong toàn bộ mạch điện thay đổi đột ngột, sự thay đổi này có thể làm rối loạn hoạt động của các mạch khác Để khắc phục hiện tợng này giữa chân nguồn và đất của các vi mạch ngời ta thờng mắc thêm tụ lọc để loại bỏ nhiễu, các tụ này phải dùng tụ gốm có điện dung cỡ 0,1uF đến 1uF

Công suất càng lớn khi mạch có nhiều điện trở có giá trị nhỏ và tranzitor làm việc

ở chế độ bão hòa Trong cùng một họ logic các sêri khác nhau công suất tiêu thụ khác nhau

Là biên độ tạp âm lớn nhất có thể vào mạch mà không làm thay đổi trạng thái lối ra

những xung nhịp có tần số cao, tốc độ chuyển mạch nhanh

ChơngIV : Giới thiệu Trigơ

IV.1 Khái niệm:

- Trigơ trong tiếng anh gọi là Flip-Flop, viết tắt là FF nú là phần tử nhớ cú hai trạng thỏi cõn bằng ổn định tương ứng với hai mức logic 0 và

1 Dưới tỏc dụng của cỏc tớn hiệu điều khiển lối vào, trigơ cú thể chuyển

về một trong hai trạng thỏi cõn bằng và giữ nguyờn trạng thỏi đú trừng nào chưa cú tớn hiệu điều khiển làm thay đổi trạng thỏi của nú Trạng thỏi tiếp theo của trigơ phụ thuộc khụng những vào tớn hiệu ở lối vào mà cũn phụ thuộc vào trạng thỏi đang hiện hành của nú.

- Trigơ được cấu thành từ một nhúm cỏc cổng logic, mặc dự cỏc cổng logic tự nú khụng cú khả năng lưu trữ nhưng cú thể nối nhiều cổng

khác nhau sẽ cho ra các trigơ khác nhau Trigơ có nhiều đầu vào điều khiển và chỉ có hai đầu ra luôn luôn ngược chiều nhau là Q và Q.

Sơ đồ khối tổng quát của một trigơ là các đầu vào:

Trong đó: Q là đầu ra thường.

Q là đầu ra đảo.

- Dưới tác động của tín hiệu điều khiển ở lối vào trigơ có thể chuyển

về 1 trong 2 trạng thái cân bằng và tồn tại ở trạng thái đó cho đến khi có tín hiệu điều khiển tiếp theo làm thay đổi nó.

+ khi Q = 1, Q = 0 ta nói trigơ ở trạng thái 1 hay trạng thái cao trạng thái này gọi là trạng thái thiết lập (set).

+ khi Q = 0, Q = 1 ta nói trigơ ở trạng thái 0 hay trạng thái thấp trạng thái này gọi là trạng thái tái thiết lập( Reset).

+ các ký hiệu về mức tích cực tín hiệu:

Ký hiệu Tính tích cực của tín hiệu

Tích cực ở mức thấp(Low) Tích cực ở mức cao(High) Tích cực ở sườn dương của xung nhịp Tích cực ở sườn âm của xung nhịp

IV.2 Ph©n lo¹i.

- Phân loại theo chức năng làm việc của các đầu vào điều khiển:

- Trigơ một đầu vào ( trigơ D, trigơ T)

- Trigơ hai đầu vào ( trigơ RS, trigơ JK)

- Phân loại theo cách làm việc:

IV.3 CÊu tróc cña trig¬ JK( FF-JK )

- FF-JK là loại trigơ có hai đầu vào điều khiển và hai đầu ra Q và Q.

a Ký hiệu của trigơ JK:

b Cấu trúc mạch:

c Nguyên lý hoạt động :

Trước khi thiết lập trạng thái logic cho J và K thì ta giả sử ngõ ra trước đó có Q = 0, Q = 1.

- Khi có CLK = 0 thì ngõ ra hai cổng NAND 1 và 2 bị đóng kín bất chấp

sự thay đổi ngõ vào của J và K.

- Khi CLK = 1 thì kúc này cho phép hai cổng 1 và 2 hoạt động và ta bắt đầu xét:

+ Trường hợp 3: J = 1và K = 0 ta có A=0 vì cả 3 ngõ vào đều bằng

1, B = 1 vì có K=0 lúc này do có A=0 nên Q lập tức chuyển lên 1 và Q

Trong Kỹ thuật số ngời ta chỉ sử dụng có hai trạng thái lôgíc "0" và "1" để biểu diễn tín hiệu tín hiệu số Hai trạng thái này ngời ta gán tơng ứng với giá trị của Điện áp

Hệ Lôgíc đợc chia làm 2 loại :

-Lôgíc dơng

Điện áp dơng ứng với trạng thái "1"

Điện áp âm ứng với trạng thái "0"

- CMOS điện áp nguồn cung cấp từ +3V đến +12V

Nh vậy trạng thái trong mạch điện sẽ đợc xác định nh sau:

Và trạng thái của tín hiệu số có thể biểu diễn bằng giản đồ thời gian nh sau:

Các giá trị 0 và 1 đợc dùng để biểu thị các giá trị trong hệ thống số (Các hệ thống mã hoá)

V.2 Định nghĩa:

- Bộ đếm là một dóy tuần hoàn cú một đầu vào đếm và một đầu ra.

1 0 1 0 1 + V c c

- Mạch cú số trạng thỏi trong bằng chớnh hệ số đếm ( ký hiệu là Kđ) dưới tỏc dụng của tớn hiệu vào đếm mạch sẽ chuyển từ trạng thỏi trong này đến một trạng thỏi trong khỏc theo một thứ tự nhất định, cứ sau Kđ tớn hiệu vào đếm, mạch trở về trạng thỏi xuất phỏt ban đầu.

Sơ đồ khối của bộ đếm được mụ tả ở hỡnh sau:

Đồ hỡnh trạng thỏi tổng quỏt của bộ đếm:

- đồ hỡnh trạng thỏi của một bộ đếm cú hệ số đếm bằng Kđ, được mụ tả như sau:

Khi khụng cú tớn hiệu vào đếm (Xđ) mạch giữ nguyờn trạng thỏi cũ (

i đến i ), khi cú tớn hiệu vào đếm (Xđ) mạch sẽ chuyển sang trạng thỏi kế tiếp ( i đến i + 1 ) Tớnh chất tuần hoàn của bộ đếm thể hiện ở chỗ: sau Kđ

tớn hiệu vào Xđ mạch lại quay về trạng thỏi xuất phỏt ban đầu.

Tớn hiệu ra của bộ đếm chỉ xuất hiện ( y = 1) duy nhất trong trường hợp

bộ đếm đang ở trạng thỏi Kđ – 1 và cú tớn hiệu vào Xđ khi đú bộ đếm sẽ trở về trạng thỏi 0.

Trong trường hợp cần hiển thị trạng thỏi của bộ đếm thỡ phải dùng thờm mạch giải mó.

V.3 Các bớc thiết kế bộ đếm

Các bớc thiết kế bộ đếm

- Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bản ra để xác định các phơng trình đầu vào kích cho các FF và phơng trình của hàm ra.

- Dựa trực tiếp vào đồ hình chuyển đổi trạng thái viết các phơng trình đầu vào kích cho các FF và phơng trình hàm ra

Bộ đếm đồng bộ có đặc điểm là xung Clock đều đợc đa đồng thời đến các FF

Bộ đếm dị bộ thì xung Clock chỉ đợc đa vào FF đầu tiên, còn các FF tiếp theo thì lấy tín hiệu tại đầu ra của FF phía trớc thay cho xung Clock

+ Căn cứ vào hệ số đếm ngời ta phân chia thành các loại:

- Bộ đếm nhị phân

- Bộ đếm thập phân

- Bộ đếm Modul bất kỳ

Nếu gọi n là số ký số trong mã nhị phân (tơng ứng với số FF có trong bộ đếm)

hợp đặc biệt của bộ đếm N phân

N là dung lợng của bộ đếm hoặc có thể nói là độ dài đếm của bộ đếm, hoặc hệ

số đếm

- Bộ đếm thuận (Up Counter)

- Bộ đếm nghịch (Down Cuonter)

- Bộ đếm thuận nghịch.(Up/Down)

V.4.1 Bộ đếm nhị phân:

Hệ đếm nhị phân đợc cấu trúc bởi các trigơ, các trạng thái ngõ ra đợc xác lập

d-ới dạng mã nhị phân biểu thị bằng các trạng thái 0 và 1

a)Bộ đếm nhị phân không đồng bộ (đếm nối tiếp):

- Khái niệm: là bộ đếm mà các trigơ mắc nối tiếp với nhau, lối ra trigơ trớc đợc nối với lối vào của trigơ sau

- Đặc điểm: xung CLK không đợc đa đồng thời vào các trigơ mà chỉ đợc đa vào và làm chuyển trạng thái của trigơ đầu tiên, lối ra của trigơ trớc làm chuyển trạng thái của trigơ liền sau nó

-Phân loại: trong đếm nhị phân không đồng bộ có các loại sau:

b) Đếm tiến (Up counter):

- Sơ đồ:

Hình 1.1

- Giải thích sơ đồ: đây là sơ đồ đếm nhị phân không đồng bộ 4 bít đếm thuận +Muốn xoá: Pr=1, CLR=0 Muốn đặt: Pr=0, CLR=1

+Để bộ đếm làm việc đặt mức lôgic J=K=1 ;CLR=1

+Xung nhịp tác động vào trigơ có trọng số nhỏ nhất và tác động bởi sờn âm

Hinh 1.3

- Giải thích:

*Đếm tiến:khi cho lối vào đIều khiển tiến lùi U/D=1 lối ra Q của trigơ trớc nối với

CLK của trigơ tiếp theo Sơ đồ tơng đơng nh hình 1.1

*Đếm lùi: khi cho lối vào điều khiển U/D=0 lối ra Q(đảo) của trigơ trớc nối với CLK

của trigơ tiếp theo Sơ đồ nh hình 1.2

Ưu nhợc điểm của bộ đếm không đồng bộ:

- Ưu điểm: đơn giản do đòi hỏi ít linh kiện

- Nhợc điểm :Tác động chậm vì thời gian trễ khá lớn do mỗi trigơ hoạt động nhờ sự chuyển trạng thái tại đầu ra của trigơ trớc nó

d) Bộ đếm nhị phân đồng bộ (đếm song song)

- Khái niệm: là bộ đếm mà xung nhịp đợc kích đồng thời vào tất cả các trigơ

- Sơ đồ:

Hình 1.4

- Nguyên lí làm việc:

+ Điều kiện cho các trigơ JK hoạt động

- Đầu vào J = K = 1

- Xung CLK phải lật trạng thái từ 1 về 0

- Đầu vào Reset = 1

+ Nh vậy trigơ JK chỉ lật trạng thái khi trigơ JK ở cấp thấp hơn nó lật trạng thái từ 1

về 0 các xung CLK đợc đa vào song song các trigơ JK Cho nên bộ đếm sẽ đếm tuần tự

+ Xét tăng dung lợng bộ đếm:

Khi cần đếm số lợng xung lớn hơn 15, ngời ta không kéo dài thêm trigơ vào sau trigơ số 4 mà ghép từng nhóm 4 trigơ Việc ghép liên tiếp các bộ đếm 4 bit phảI dùng

Trong một bộ đếm đồng bộ mọi trigơ sẽ thay đổi trạng thái đồng thời, nghĩa là chúng đợc đồng bộ hoá theo theo mức tích cực của xung nhịp Do đó không giống

nh bộ đếm không đồng bộ, những khoảng trễ do truyền sẽ không đợc cộng lại với nhau mà nó chỉ bao gồm thời gian trễ của một trigơ cộng với thời gian dành cho các mức logic mới truyền qua một cổng AND

Thời gian trễ là nh nhau bất kể bộ đếm có bao nhiêu trigơ Nói chung là thời gian trễ bé hơn nhiều so với bộ đếm không đồng bộ Do đó, bộ đếm đồng bộ có thể hoạt động ở tần số cao hơn, dĩ nhiên mạch điện của bộ đếm không đồng bộ phức tạp hơn

V.4.2 Bộ đếm thập phân mã BCD:

(có giá trị là 1 cần dập đi) vào hai lối vào của một cổng NAND Để xây dựng bộ đếm thập phân có kđ 10 phải dùng ít nhất 4FF

a) Sơ đồ của bộ đếm BCD không đồng bộ đếm tiến:

b) Giải thích sơ đồ:

Sơ đồ gồm 4 trigơ ghép nối tiếp với nhau Lấy trạng thái 10 đa quay trở về reset các trigơ Đầu vào J=K=1 đa đồng thời vào các trigơ, xung CLK đợc đa vào trigơ có đầu

ra có trọng số nhỏ nhất rồi lấy đầu ra đó làm xung cho trigơ tiếp theo có đầu ra có trọng số nhỏ hơn Vì đây là bộ đếm 10 (1010) nên có 6 trạng thái không xác định Ta

reset Cổng AND giúp ta xoá bộ đếm về 0 tại thời điểm bất kỳ

+Bộ đếm BCD không đồng bộ đếm lùi chỉ cần nối Q(đảo) với CLK

+Bộ đếm BCD đồng bộ thì xung CLK đợc đa đồng thời vào các trigơ (tơng tự bộ đếm nhị phân)

* phõn loại theo cỏch làm việc:

- Bộ đếm đồng bộ ( synch ronous counter) là bộ đếm mà cỏc FF dựng để

mó hoỏ cho cỏc trạng thỏi trong của bộ đếm thay đổi trạng thỏi cựng một lỳc khi cú tớn hiệu vào đếm và mọi sự chuyển đổi( từ trạng thỏi Si sang trạng thỏi Sj với i và j) đều khụng qua cỏc trạng thỏi trung gian.

Đặc điểm của bộ đếm này là tớn hiệu xung nhịp Ck được đưa đồng thời( song song) vào cỏc FF.

- Bộ đếm khụng đồng bộ(Asynchronous counter)

Nếu trong bộ đếm tồn tại ớt nhất một cặp chuyển biến trạng thỏi từ Si -> Sj

mà trong đú cỏc FF khụng thay đổi trạng thỏi cựng một lỳc thỡ bộ đếm đú được gọi là bộ đếm khụng đồng bộ.

Đặc điểm của bộ đếm này là tớn hiệu xung nhịp Ck khụng được đưa đồng thời vào cỏc FF.

Vớ dụ: sự chuyển trạng thỏi Si -> Sj của bộ đếm khụng đồng bộ được mụ

tả như sau:

Giả sử bộ đếm không đồng bộ đang ở trạng thái cân bằng ổn định

Si, khi có tín hiệu vào đếm chỉ có một số FF bị tác động sau đó sự thay đổi của FF này lại dẫn đến sự thay đổi của FF khác Quá trình được tiếp tục cho đến khi bộ đếm ở trạng thái cân bằng ở trạng thái cân bằng ổn định mới Sj Nghĩa là trong quá trình chuyển đổi giữa hai trạng thái cân bằng ổn định, các FF không thay đổi trạng thái cùng một lúc Các trạng thái trung gian giữa hai trạng thái Si và Sj còn gọi là trạng thái quá độ Quá trình chuyển qua các trạng thái trung gian trước khi đến trạng thái ổn định mới Sj làm cho tín hiệu trên đầu ra của bộ đếm bị ‘ gợn sóng’(Ripple) Chính vì vậy mà bộ đếm không đồng bộ còn được gọi là bộ đếm Ripple.

* phân biệt theo hệ số đếm (Kđ)

- bộ đếm có hệ số đếm Kđ = 2n (n là số tự nhiên )

Kđ = 2,4,6,8,16…

Bộ đếm này còn được gọi là bộ đếm có hệ số đếm cực đại hay chiều dài cực đại(maximum length) vì khi sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm thì khả năng mã hoá tối đa là 2n

- bộ đếm có hệ số đếm Kđ ≠ 2n.

Ví dụ: Kđ = 3,6,10… vẫn sử dụng nFF để mã hoá các trạng thái trong cho

bộ đếm, cho nên sẽ có 2n – K trạng thái trong không được sử dụng đếm

sự chuyển trạng thái trong của bộ đếm đồng bộ

sự chuyển trạng thái trong của bộ đếm không đồng bộ