Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định . Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm từ 0 đến 7 hiển thị trên 1 LED 7 đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông được tạo từ IC 7400, IC 74LS73A, IC giải mã 7447. ” được sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác…… Tiểu luận gồm có 3 Chương: Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế mạch . Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên vẫn không thể tránh sót mong quý Thầy, cô và bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin cảm ơn Thầy Nguyễn Minh Đức đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án này để em được hoàn thành với thời gian sớm nhất và hoàn chỉnh nhất.
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÝ TỰ TRỌNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ SVTH: NGUYỄN VĂN NAM - MSSV: 20004693 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TỪ ĐẾN HIỂN THỊ TRÊN LED ĐOẠN ANODE CHUNG SỬ DỤNG NGUỒN XUNG VUÔNG ĐƯỢC TẠO TỪ IC 7400, IC 74LS73A, IC GIẢI MÃ 7447 Ngành học: Điện công nghiệp Lớp học: 20C1-ĐCN2 TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT SỐ GVGD: Th.S Nguyễn Minh Đức Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÝ TỰ TRỌNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ SVTH: NGUYỄN VĂN NAM - MSSV: 20004693 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TỪ ĐẾN HIỂN THỊ TRÊN LED ĐOẠN ANODE CHUNG SỬ DỤNG NGUỒN XUNG VUÔNG ĐƯỢC TẠO TỪ IC 7400, IC 74LS73A, IC GIẢI MÃ 7447 Ngành học: Điện cơng nghiệp Lớp học: 20C1-ĐCN2 TIỂU LUẬN MƠN KỸ THUẬT SỐ GV CHẤM GV CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NĨI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị có đặc điểm với xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt hoạt động ổn định Đó yếu tố cần thiết làm cho suất, hiệu công việc tăng cao, hoạt động người giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm từ đến hiển thị LED đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông tạo từ IC 7400, IC 74LS73A, IC giải mã 7447 ” sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác…… Tiểu luận gồm có Chương: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế mạch Mặc dù cố gắng hoàn thành báo cáo này, nhiên khơng thể tránh sót mong q Thầy, bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện Cuối em xin cảm ơn Thầy Nguyễn Minh Đức nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm đồ án để em hoàn thành với thời gian sớm hoàn chỉnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.Lý chọn đề tài: Đây đề tài hay ứng dụng nhiều đời sống công nghiệp Nhằm tăng suất, hiệu công việc giảm sức lao động người, mạch đếm đưa vào sử dụng thay người công việc đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, mạch đếm nhanh chóng biết đến sử dụng rộng rãi lĩnh vực Xuất phát từ thực tế ứng dụng rộng rãi mạch đếm, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm từ đến hiển thị LED đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông tạo từ IC 7400, IC 74LS73A, IC giải mã 7447 ” cho môn học Kĩ thuật số 1.2.Mô tả đề tài: -Khi cấp nguồn, mạch đếm đếm tiến không đồng liên tục từ đến (Kđ=8) tuần hoàn lặp lại -Khi ngừng cấp nguồn, mạch ngừng đếm, không hoạt động - Điện áp hoạt động hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử dụng -Giao diện dễ sử dụng, nhỏ gọn, tiện dụng 1.3 Tìm hiểu mạch đếm 1.3.1 Khái niệm Mạch đếm mạch dãy đơn giảm xây dựng từ phần tử nhớ phần tử tổ hợp, mạch đếm thành phần hệ thống số Bộ đếm mạch dãy tuần hồn có đầu vào đếm đầu ra, mạch có số trạng thái hệ số đếm (Kđ) Dưới tác động tín hiệu vào đếm mạch chuyển từ trạng thái đến trạng thái khác thoe thứ tự định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch trở trạng thái xuất phát ban đầu Bộ đếm thực việc đếm dãy xung có xung điều khiển có đầu vào Do đó, xung đồng (CLK) xuất khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất việc đếm xung không thực nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào dãy xung đồng hay mạch đếm có đầu vào Hình 1 Sơ đồ khối đếm Đồ hình mơ hình mơ tả chuyển đổi trạng thái mơ tả hoạt động đếm Hình Đồ hình trạng thái tổng qt đếm Khi khơng có tín hiệu vào đếm ( ) mạch giữ nguyên trạng thái ban đầu (i i) có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch chuyển đến trạng thái kế tiếp( i i+1) Khi đếm trạng thái tác động tín hiệu vào đếm đếm trở trạng thái ban đầu đồng thời xuất tín hiệu lần Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái đếm phải dùng thêm mạch giải mã 1.3.2 Phân loại Phân loại theo cách làm việc: + Bộ đếm đồng (Synchronous counter): đếm mà chuyển đổi trạng thái FF diễn đồng thời có tác động xung đếm Mọi chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái Sj) không thông qua trạng thái trung gian (SiSj) Xung đồng tác động đồng thời tới phần tử nhớ + Bộ đếm không đồng (Asynchronous counter): đếm tồn cặp chuyển biến trạng thái Si Sj mà FF không thay đổi trạng thái đồng thời (Si Si’ Si’’ Sj) Xung đồng tác động không đồng thời tới FF Phân loại theo hệ số đếm + Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm khả mã hố tối đa (Kđ = 2, 4, 8, 16 + Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm, có ( - Kđ) trạng thái khơng sử dụng đến Do thiết kế đếm cần phải lưu ý đến trạng thái không sử dụng tức cần phải có biện pháp làm cho đếm khỏi trạng thái cách hợp lý để trở chu trình mà phải đảm bảo đếm thiết kế đơn giản (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10 ) Phân loại theo mã: Quá trình đếm đếm trình thay đổi từ trạng thái đến trạng thái khác trạng thái đếm mã hoá mã cụ thể Cùng 10 đếm có nhiều cách mã hoá trạng thái khác nhau, cách mã hoá khác tương ứng với mạch thực khác -Mã nhị phân, Mã Gray -Mã BCD, Mã Johnson -Mã vòng Phân loại theo hướng đếm: + Bộ đếm thuận (Up counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm tăng lên 1.(Si Si+1) + Bộ đếm nghịch (Down counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm giảm 1.(Si Si-1) Chú ý: Khái niệm thuận nghịch tương đối chủ yếu vấn đề mã hoá trạng thái đếm + Bộ đếm thuận nghịch: đếm vừa có khả đếm thuận vừa có khả đếm nghịch Phân loại theo khả lập trình: + Bộ đếm có khả lập trình : Kđ thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển + Bộ đếm khơng có khả lập trình : Kđ cố định, khơng thay đổi 11 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tìm hiểu khối tạo xung – IC 7400: Cổng NAND kết hợp cổng AND cổng NOT Ngõ cổng NAND đảo với ngõ cổng AND, 7400: cổng NAND, cổng đầu vào Hình Kí hiệu cổng logic NAND-IC7400 Bảng trạng thái Các ngõ vào Ngõ A B Q 0 1 1 1 Nhận xét: • Ngõ cổng NAND = có ngõ vào • Ngõ cổng NAND = tất ngõ vào Biểu thức logic Q= 12 Hình 2 Mạch tạo xung dùng IC 74LS00 Giá trị linh kiện mạch tạo xung dùng 7400: R1=R2=4kΩ, C1=100uF 2.2 Tìm hiểu khối giải mã – IC 74LS47 Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, 5V IC bị chết Chân chân nối GND (mass) Các chân 1,2,6,7 chân tín hiệu vào ứng với A,B,C,D Các chân 15,14,13,12,11,10,9 chân ra, chân nối với led bảy nối hình mạch ngun lí Chân thứ LT( Lamp Test) tên gọi nó, chân chân kiểm tra led bảy đoạn, ta cắm chân xuống mass giải mã sáng lúc với bảy đoạn Chân phục vụ để kiểm tra xem có led bị hỏng hay khơng thực tế khơng sử dụng Chân (BI/RB0) luôn kết nối với mức cao, kết nối với mức thấp tồn led không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào mức Chân (RBI) kết nối với mức cao 13 Hình IC giải mã 74LS47 2.3 Tìm hiểu khối hiển thị- led Led (7-segment Display) hay gọi led đoạn thiết kế để hiển thị số số ký hiệu khác Với đoạn LED hình nối với chân kết nối để đưa Các chân gán ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho LED riêng lẻ Các chân kết nối với để tạo thành chân chung Chân Pin chung hiển thị thường sử dụng để xác định loại hình LED loại Có loại LED sử dụng Cathode chung (CC) Anode chung (CA) Trong hình hiển thị Anode chung, tất kết nối Anode LED nối với mức logic “1”, phân đoạn LED riêng lẻ sáng cách áp dụng cho tín hiệu logic “0” mức thấp “LOW” thơng qua điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với cực Cathode với đoạn LED cụ thể từ a đến g 14 Hình LED hiển thị giá trị đếm Thông số kĩ thuật: • • • • • Màu đỏ, A chung (A anode), Dot, 10 chân Điện áp rơi LED 2.2V Kích thước (19mm x 12.6mm x 8mm) Dòng tối đa chạy qua LED 25mA Dòng chạy bình thường: 10mA Nếu nguồn 5V Led phải nối với điện trở 220R (dòng chạy qua led 13mA) 2.4 Tìm hiểu khối Trigger JK – IC 74LS73A: Chân (VCC) chân cấp nguồn 5V IC hoạt động lớn IC bị chết nhỏ q Ic không làm việc Chân 11(GND) chân nối mass để tạo dịng điện Nếu chân khơng nối mass để hở IC khơng làm việc dẫn tới mạch khơng hoạt động Chân 3,14,7,10 (chân J1,K1,J2,K2) chân tín hiệu vào IC Các chân thay đổi trạng thái kết hợp với xung clock cho ngõ Q Chân 1,5 (chân CLK) chân xung clock Trigger, tích cực sườn xuống xung nghĩa làm việc khoảng thời gian xung từ mức cao chuyển xuống mức thấp, ta cấp mức cao mức thấp khơng làm việc 15 Chân 2,6 (chân CLR) chân Clear có nhiệm vụ xóa trạng thái Ở tích cực mức thấp ta nối xuống mass hoạt động cịn nối lên mức cao khơng hoạt động Chân 9,12 (Q1,Q2) chân trạng thái bình thường Trigger JK Chân 8,13 (chân đảo) chân trạng thái đảo so với chân 9,12 Hình Sơ đồ chân IC 74LS73A 16 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 3.1 Thiết kế mạch Với Kđ=8, mạch đếm tiến khơng đồng có trạng thái từ đến Với n=log2(8)=3 nên ta sử dụng JK_FF Hình Đồ hình trạng thái mạch đếm từ đến Đếm nhị phân khơng đồng cịn gọi đếm nối tiếp, trigger mắc nối tiếp với nhau, lối trigger nối với lối vào xung nhịp trigger sau Đặc điểm đêm xung nhịp đếm không đưa đồng thời vào trigger mà đưa vào lối vào xung nhịp CLK trigger làm chuyển trạng thái trigger đầu tiên, xung lối trigger lại xung nhịp làm chuyển trạng thái trigger Khi đếm tiến lấy đầu Q, đếm lùi lấy đầu Q đảo Tín hiệu vào Xđ đưa tới lối vào xung nhịp trigger có trọng số nhỏ Đặt lối vào đếm J=K=1, mạch đếm bắt đầu hoạt động theo trạng thái lối vào đồng J,K xung nhịp Tất trigger có J=K=1 nên có xung nhịp tác dụng, trigger chuyển trạng thái 17 Trigger Q0 chuyển trạng thái với xung nhịp tác dụng chuyển từ Trigger Q1 chuyển trạng thái Q0 chuyển từ Trigger Q2 chuyển trạng thái Q1 chuyển từ Hình Sơ đồ khối đếm tiến không đồng 3.2 Thiết kế mạch mô Hình 3 Mạch đếm thiết kế mơ phần mềm Proteus Nguyên lý hoạt động: Mạch sử dụng IC tạo xung 7400 để tạo xung vuông, cấp xung CLK cho toàn mạch hoạt động Mạch sử dụng JKFF cho khối đếm 74LS73A Các chân 18 J=K=1 nối nguồn VCC Đầu Q trigger nối với xung nhịp CLK trigger Mạch đếm sử dụng IC 7447 để giải mã Các đầu Q nối với chân 7,1,2 (A,B,C) IC 7447 Chân IC 7447 nối mass GND Các chân 3,4,5 IC 7447 nối nguồn VCC Mạch đếm sử dụng LED Anode chung để hiển thị giá trị đếm từ đến CLK QA QB QC Hình Giản đồ xung mạch đếm thu phần mềm Proteus Dạng xung thu xung vuông, xung xung CLK tạo từ IC 7400, xung thứ hai dạng xung thu đầu QA, xung thứ ba thu xung đầu QB, xung thứ tư thu xung đầu QC 19 KẾT LUẬN- KẾT QUẢ Ưu điểm: mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, dễ dàng thực Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp Tính thực tế sản phẩm: Đây đề tài hay ứng dụng nhiều đời sống công nghiệp.Nhằm tăng suất, hiệu công việc giảm sức lao động người, mạch đếm đưa vào sử dụng thay người công việc đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; mạch đếm nhanh chóng biết đến sử dụng rộng rãi lĩnh vực Hướng phát triển: Có thể thay linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển đếm, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Mạnh Tường, 2001, Cấu trúc liệu & Thuật toán, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội http://dammedientu.vn/bai-19-mot-ic-chot-va-ung-dung-thuong-dung/ dientuviet.com Giáo trình mơn kỹ thuật số, khoa Điện- Điện Tử, trường cao đẳng LÝ TỰ TRỌNG TP Hồ Chí Minh 21 ... MSSV: 200 04693 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TỪ ĐẾN HIỂN THỊ TRÊN LED ĐOẠN ANODE CHUNG SỬ DỤNG NGUỒN XUNG VUÔNG ĐƯỢC TẠO TỪ IC 7 400 , IC 74 LS73A, IC GIẢI MÃ 74 47 Ngành học: Điện công nghiệp Lớp học: 20C1-ĐCN2... phát từ thực tế ứng dụng rộng rãi mạch đếm, nên em chọn đề tài ? ?Thiết kế mạch đếm từ đến hiển thị LED đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông tạo từ IC 7 400 , IC 74 LS73A, IC giải mã 74 47 ” cho... thức logic Q= 12 Hình 2 Mạch tạo xung dùng IC 74 LS 00 Giá trị linh kiện mạch tạo xung dùng 7 400 : R1=R2=4kΩ, C1= 10 0 uF 2.2 Tìm hiểu khối giải mã – IC 74 LS 47 Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, 5V IC bị chết
