ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ BẤM GIÂY

MÔN KĨ THUẬT SỐ: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ BẤM GIÂY

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT SỐ TÊN ĐỀ TÀI: Số 4: Thiết kế mạch đồng hồ số GVHD: Cô Nguyễn Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Phùng Thanh Dương Nguyến Tiến Dương Hoàng Công Giáp Dương Ngọc Hải Nguyễn Ngọc Hà Sinh viên lớp: ĐHCNKT Điện 1 K6 Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Điện PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT SỐ Số 4: Thiết kế mạch đồng hồ số. Nội dung: Thiết kế mạch đồng hồ số gồm: hai nút Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống, 6 Led 7 thanh để hiển thị Giờ, Phút, Giây ( hh:mm:ss), một nút chọn chế đọ Mode, 3 nút để chỉnh giờ, phút, giây. Hoạt động: Khi nhấn nút Start đồng hồ hoạt động ở chế độ 24h. Nếu nhấn Mode đồng hồ chuyển sang chế độ 12h. Đang ở chế độ 12h, nếu ấn Mode thì chuyển sang chế độ 24h và ngược lại. Điều chỉnh thời gian bằng 3 nút H, M,S. Khi ấn Stop, hệ thống dừng hoạt động. Phần thuyết minh: Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động. Chương 2: Thiết kế mạch đồng hồ số: - Trình bày nguyên lí hoạt động của mạch? - Liệt kê các linh kiện trong bản thiết kế. - Nêu chức năng, đặc điểm và ứng dụng của từng vi mạch sử dụng - Sơ đồ nguyên lý của mạch - Thuyết minh nguyên lí hoạt động của mạch. Chương 3: Xây dựng chương trình và chạy mô phỏng trên Proteus Chú ý: Trước khi bảo vệ đồ án sinh viên phải nộp: - File mềm gồm file trình bày đồ án và file mô phỏng - Quyển in khổ A4. BỘ MÔN ĐL&ĐK GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NGUYỄN BÁ KHÁ NGUYỄN THU HÀ LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ngành kỹ thuật điện có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người. Các hệ thống điện ngày nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay các đồng hồ số. Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành. Để làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về môn kĩ thuật số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các linh kiện điện tử. Sau một thời gian học tập và tìm hiểu tài liệu về kỹ thuật số, chúng em đã quyết định chọn đề tài:” thiết kế mạch đồng hồ số dùng IC 7490” để nghiên cứu .Với đề tài này chúng em sử dụng các IC số để làm thành một mạch đồng hồ thời gian thực bao gồm cả giờ, phút, giây. Bài tập bao gồm cả hình ảnh và mạch điện minh hoạ giúp các bạn đọc dễ hiểu hơn về mạch đồng hồ số bấm giây. Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế mà bài tập còn thiếu xót, chúng em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của thầy cô giáo và các bạn. Xin chân thành cảm ơn! Chương 1:Tìm hiểu chung về mạch dãy, mạch tổ hợp. 1. Mạch dãy 1.1Khái niêm: - Hệ dãy là hệ mà tín hiệu ra không chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào tại thời điểm hiện tại mà còn phụ thuộc vào quá khứ của tín hiệu vào. - Hệ dãy còn được gọi là hệ có nhớ. Để thực hiện được hệ dãy, nhất thiết phải có phần tử nhớ. Ngoài ra còn có thể có các phần tử logic cơ bản. Hệ dãy đồng bộ: khi làm việc cần có1 tín hiệu đồng bộ để giữ nhịp cho toàn bộ hệ hoạt động. Hệ dãy không đồng bộ: không cần tín hiệu này để giữ nhịp chung cho toàn bộ hệ hoạt động. Hệ dãy đồng bộ nhanh hơn hệ dãy không đồng bộ tuy nhiên lại có thiết kế phức tạp hơn. Mô hình của hệ dãy được dung để mô tả hệ dãy thông qua tín hiệu vào, tín hiệu ra và trạng thái của hệ mà không quan tâm đến cấu trúc bên trong của hệ. Mô hình Mealy mô tả hệ dãy thông qua 5 tham số: 1 X = {x1, x2, ., xn} 2 Y = {y1, y2, ., yl} 3 S = {s1, s2, ., sm} 4 FS(S, X) 5 FY(S, X) 1.2Các loại trigger -Phần tử cơ bản của hệ dãy chính là các phần tử nhớ hay còn gọi là các trigger 1 + Đầu ra của trigger chính là trạng thái của nó 2 + Một trigger có thể làm việc theo 2 kiểu: 3 + Trigger không đồng bộ: đầu ra của trigger thay đổi chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào 4 + Trigger đồng bộ: đầu ra của trigger thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu vào và tín hiệu đồng bộ -Đồng bộ theo mức: + Mứccao: 1 Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 0 thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái) 2 Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng1 thì hệ làm việc bình thường. + Mức thấp: 3 Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng1 thì hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái) 4 Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng0 thì hệ làm việc bình thường. -Đồng bộ theo sườn: + Sườn dương: 1 Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn dương(sườn đi lên, từ 0 →1) thì hệ làm việc bình thường 2 Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái). + Sườn âm: 3 Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn âm(sườn đi xuống, từ 1 →0), hệ làm việc bình thường + Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái). - Đồng bộ kiểu xung: + Khi có xung thì hệ làm việc bình thường + Khi không có xung thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái). + Có4 lo ạ i Trigger: 4 - RS Reset -S et Xóa - Thiết lậ p 5 - D Delay Trễ 6 - JK Jordan và Kelly Tên2 nhà phát minh 7 - T Toggle Bập bênh, bật tắt • Triger RS: 8 5 • Triger D: Trigger D có 1 đầu vào là D và hoạt động ở 2 chế độ đồng bộ và không đồng bộ . Ta chỉ xét trigger D hoạt động ở chế độ đồng bộ . Trigger D đồng bộ theo mức gọi là chốt D (Latch) Trigger D đồng bộ theo sườn được gọi là xung phát sườn (Edge trigged) • Trigger JK chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ Sơ đồ khối: • Trigger T chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ Sơ đồ khối: Bảng chuyển trạng thái củaT - Một số ứng dụng của hệ dãy Bộ đếm được dùn g để đếm xung Bộ đếm được gọi là modulen nếu nó có thể đếm được n xung: từ 0 đến n- 1 -Có 2 loại bộ đếm: + Bộ đếm không đồng bộ: không đồng thời đưa tín hiệu đếm vào các đầu vào của các trigger + Bộ đếm đồng bộ: có xung đếm đồng thời là xung đồng hồ clock đưa vào tất cả các trigger của bộ đếm 2. Mạch tổ hợp ( Mạch mã hóa và mạch giải mã) 2.1Một số loại mã thông dụng: - Mã BCD và mã dư 3. -Mã BCD (Binary Coded Decimal) là mã được cấu tạo bằng cách dùng từ nhị phân 4 bit để mã hóa 10 kí hiệ thập phân, nhưng cách biểu diễn vẫn theo thập phân. Ví dụ đối với mã NBCD, các chữ số thập phân được nhị phân hoá theo trọng số như nhau, nên có 6 mã dư ứng với các số thập phân 10,11,12,13,14 và 15. Sự xuất hiện các tổ hợp này trong bản tin được gọi là là lỗi dư . - Do trọng số nhị phân của mỗi vị trí biểu diễn thập phân là tự nhiên nên máy có thể thực Hiện trực tiếp các phép tính cộng, trừ , nhân, chia theo mã NBCD. Tuy nhiên nhược điểm chính là tồn tại tổ hợp toàn Zero, gây khó khăn trong việc đồng bộ khi truyền dẫn tín hiệu. Vì vậy người ta dùng mã dư-3 được hình thành từ mã NBCD bằng cách cộng thêm 3 vào mỗi tổ hợp mã. Như vậy, mã không bao gồm tổ hợp toàn Zero. Mã dư-3 chủ yếu được dùng để truyền dẫn tín hiệu mà không dung cho tính toán trực tiếp. • Mã Gray Mã Gray còn được gọi là mã cách 1, là loại mã mà các tổ hợp mã kế nhau chỉ khác nhau duy nhất 1 bit. Loại mã này không có tính trọng số, do đó giá trị thập phân đã được mã hóa chỉ được giải mã thông qua bảng mã mà không thể tinhd theo tổng trọng số như đối vơi mã BCD. Mã Gray có thể được tổ chức theo nhiều bit. Bởi vậy, có thể đếm theo mã Gray. Cũng tương tự như mã BCD ngoài ã Gray chính còn có mã Gray Dư-3. • Mã chẵn lẻ. Mã chẵn và mã lẻ là hai loại mã có khả năng phát hiện lỗi duy nhất.để thiết lập loại mã này ta chỉ cần them một bit chẵn/lẻ(bit parity) vào tổ hợp mã đã cho, nếu tổng số bit trong một từ mã là chẵn thì được mã chăn và ngượ lại ta được mã lẻ Mạch mã hóa: Mạch điện thực hiện việc chuyển tin tức sang mã, được gọi là mạch mã hóa.  Mạch mã hóa từ thập phân sang BCD 8421 . Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Điện PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT SỐ Số 4: Thiết kế mạch đồng hồ số. Nội dung: Thiết kế mạch đồng hồ số gồm: hai nút Start. ta phải có kiến thức về môn kĩ thuật số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các linh kiện