Bộ đếm thuận nhị phân kd=10 dùng JK FF

Bộ đếm nhị phân kd=10 dùng jkff, sử dụng ic 7473, 7408, 7447, led 7 thanh của trường đại học bách khoa hà nội khoa điện tử viễn thông, bài báo cáo đã kiểm chứng là đạt được kết quả cao. Còn nhiều báo cáo hay sẽ chia sẻ cho mọi người

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUỘC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM ĐỒNG BỘ THUẬN TỪ ĐẾN SỬ DỤNG JK-FF Hà Nội – 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH .4 DANH MỤC BẢNG BIỂU .5 LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài .8 Đối tượng nghiên cứu Mục đích nghiên cứu .8 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐẾM .9 1.1.Tổng quan chung đếm 1.2.Sơ đồ khối đếm .9 1.2.1.Khối nguồn .9 1.2.2 Khối tạo xung 10 1.2.1.1 Sơ đồ chức chân ICNE555 10 1.2.1.2 Nguyên lí hoạt động ICNE555 12 1.2.3 Bộ đếm 12 1.2.2.1 Phần tử JK- FF 12 1.2.2.2 IC74HC73N 13 1.2.2.3 IC74LS08 15 1.2.4 Khối giải mã 15 1.2.5 Khối hiển thị 16 2.1 Thiết kế mạch đếm thuận từ đến .19 2.1.1 Đồ hình trạng thái 19 2.1.2 Xác định số FF .19 2.1.3 Lập bảng mã hóa bảng kích .19 2.2 Danh mục linh kiện 22 2.3 Sơ đồ thực mạch đếm 23 2.4 Sơ đồ mạch mô 23 2.5 Sơ đồ mạch nguyên lý 23 2.6 Sơ đồ mạch in 24 2.8 Nguyên lý hoạt động .25 2.9 Tín hiệu xung đầu .25 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO .27 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Stt Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt CLK GND VCC Clock Ground Voltage colector to colector Xung đồng hồ Đất, mát Điện áp nguồn cung cấp FF IC BCD Flip flop Integrated circuit Binary Coded Decimal Phần tử có trạng thái Vi mạch tích hợp Mã số thập phân mã hóa theo nhị phân DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ khối đếm .9 Hình 1.2 Sơ đồ mạch tạo xung ICNE555 .10 Hình 1.3 Sơ đồ chân IC 555 10 Hình 1.4 Cấu trúc IC 555 11 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý tạo dao động ICNE555 12 Hình 1.6 Sơ đồ khối FF-JK 12 Hình 1.7 IC74HC73N 13 Hình 1.8 Sơ đồ chân IC74HC73N 13 Hình 1.9 IC 74LS08 15 Hình 1.10 Sơ đồ chân IC74LS08 15 Hình 1.11 IC74LS47N 15 Hình 1.12 Sơ đồ chân IC 74LS47N 16 Hình 1.13 Led 16 Hình 1.14 Sơ đồ cấu trúc Led Cathode chung 17 Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc Led Anode chung .17 Hình 2.1 Đồ hình trạng thái 19 Hình 2.2 Sơ đồ thực mạch đếm thuận từ đến 23 Hình 2.3 Mạch mơ đếm thuận từ đến 23 Hình 2.4 Mạch nguyên lý đếm thuận từ đến 23 Hình 2.5 Mạch in đếm thuận từ đến 24 Hình 2.8 Tín hiệu xung đầu phần mềm mơ .25 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng trạng thái FF-JK .13 Bảng 1.2 Bảng chân lý IC74HC73N .14 Bảng 2.1 Bảng mã hóa mạch đếm đồng thuận từ đến sử dụng JK-FF 19 Bảng 2.2 Bảng tối thiểu J1 .20 Bảng 2.3 Bảng tối thiểu K1 20 Bảng 2.4 Bảng tối thiểu J2 .20 Bảng 2.5 Bảng tối thiểu K2 21 Bảng 2.6 Bảng tối thiểu J3 .21 Bảng 2.7 Bảng tối thiểu K3 21 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan toàn nội dung báo cáo em tự tìm hiểu, nghiên cứu hướng dẫn Nội dung báo cáo không chép vi phạm quyền cơng trình nghiên cứu Mọi giúp đỡ cho đồ án tốt nghiệp cảm ơn thông tin trích dẫn ghi nguồn gốc rõ ràng Nếu lời cam đoan khơng đúng, em xin chịu hồn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 13 tháng 10 năm 2021 Sinh viên thực LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn môn Đồ án điện tử bản, Khoa Điện Tử, trường Đại học tạo điều kiện thuận lợi cho em thực đồ án Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn tận tình hướng dẫn, bảo em suốt thời gian thực đồ án vừa qua Em xin chân thành cảm ơn tất thầy, trường tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức cần thiết, quý báu để giúp em thực đồ án Mặc dù em có cố gắng, với trình độ cịn hạn chế, q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Em hi vọng nhận ý kiến nhận xét, góp ý thầy giáo, cô giáo vấn đề triển khai đồ án Em xin chân thành cảm ơn! LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong kỷ nguyên công nghệ nay, phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm đời dựa vào công nghệ chế tạo vi mạch lập trình nhúng cho vi điều khiển Hiện nay, Việt Nam giới có nhiều loại mơ hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm thiết kế thi công giúp người giảm chi phí nhân cơng, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Xuất phát từ học thực tập trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, tham quan doanh nghiệp sản xuất từ khả em, em muốn làm điều nhỏ để góp phần giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác Nên em mạnh dạn thiết kế đếm gần gũi với thực tế Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu thiết kế đếm mạch đếm thay đổi trạng thái đếm có xung đồng hồ đưa đến, mạch đếm từ đến lại đếm ngược trở lại, có chu trình đếm 10 Mục đích nghiên cứu Đếm số xung đưa vào thể số trạng thái có ngõ (đếm thuận từ đến 9) Chứng minh khả hiểu biết kiến thức dạy từ thầy nhà trường để hồn thiện đề tài ứng dụng vào thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ngày với tiến khoa học kỹ thuật công nghệ điện tử phát triển ngày rộng rãi đặc biệt kỹ thuật số Mạch số ứng dụng nhiều kỹ thuật đời sống xã hội Tiêu biểu ứng dụng mạch số đồng hồ số dùng để xem báo Với đề tài “Mạch đếm đồng thuận từ đến sử dụng JK-FF” báo cáo em gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan đếm Chương 2: Thiết kế mạch đếm đồng thuận từ đến sử dụng JK-FF CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐẾM 1.1 Tổng quan chung đếm Bộ đếm dãy tuần hồn có đầu vào đếm đầu ra, mạch có số trạng thái hệ số đếm (ký hiệu Kđ) Dưới tác dụng tín hiệu vào mạch chuyển từ trạng thái tới trạng thái khác theo thứ tự định Cứ sau K đ tín hiệu vào đếm, mạch lại 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 khơng thực nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào dãy xung đồng hay mạch đếm có đầu vào 1.2 Sơ đồ khối đếm Khối nguồn Khối tạo xung Bộ đếm Khối giải mã Khối hiển thị Hình 1.1 Sơ đồ khối đếm 1.2.1 Khối nguồn Pin 5V pin thường sử dụng thiết bị điện tử nhỏ, thiết bị gia dụng thiết bị an ninh gia đình Pin dễ dàng thay cài đặt Nguyên lý hoạt động: Khi tải nối với cực, pin sản xuất điện thông qua loạt phản ứng điện từ cực dương cực âm điện phân Ở anode xảy phản ứng oxi hóa hai nhiều ion từ chất điện phân kết hợp với anode, tạo hợp chất giải phóng nhiều electron Đồng thời, cathode xảy phản ứng khử, chất làm cathode, ion electron tự kết hợp để tạo thành hợp chất Phản ứng cực âm (anode) tạo electron điện tử, phản ứng cực dương (cathode) hấp thụ electron Kết ta có dịng điện Các pin sản xuất điện liên tục hai điện cực bị ăn mòn hết khiến phản ứng hóa học khơng thể xảy 13 Là phần tử có hai đầu vào điều khiển hai đầu Đầu vào J đóng vai trị thiết lập, đầu vào K đóng vai trị xố JK = 00 FF giữ nguyên trạng thái cũ JK = 01 FF chuyển đến trạng thái JK = 10 FF chuyển đến trạng thái JK = 11 FF đảo trạng thái Bảng 1.1 Bảng trạng thái FF-JK J 0 0 1 1 K 0 1 0 1 Qn 1 1 Qn+1 0 1 1.2.2.2 IC74HC73N Hình 1.7 IC74HC73N Sơ đồ chức chân IC74HC73N Hình 1.8 Sơ đồ chân IC74HC73N Chức chân IC 7473: + Chân (chân Vcc) chân cấp nguồn Vcc IC hoạt động lớn IC bị chết nhỏ IC không làm việc + Chân 11 (chân GND) chân nối Mass để tạo dòng điện chân không 14 nối mass để hở IC khơng làm việc dẫn tới mạch không hoạt động + Chân 3,14,7,10 (chân K1, J1, J2, K2) chân tín hiệu vào IC, chân thay đổi trạng thái kết hợp với xung clock cho ngõ Q theo ý muốn người thiết kế + Chân 1,5 (chân CLK) chân xung clock Trigger Ở tích cực sườn xuống xung nghĩa làm việc khoảng thời gian xung từ mức cao chuyển xuống mức thấp + Chân 2,6 (chân CLR) chân Clear có nhiệm vụ xóa trạng thái tích cực mức thấp ta nối xuống mass hoạt động cịn nối lên mức cao khơng hoạt động + Chân 12,9 (chân Q1, Q2) chân trạng thái bình thường Trigger JK + Chân 13,8 (chân đảo) chân trạng tháo đảo với chân 12,9 Bảng 1.2 Bảng chân lý IC74HC73N Ck J K Q ⎍ 0 Q ⎍ 1 ⎍ 0 ⎍ 1 15 1.2.2.3 IC74LS08 Hình 1.9 IC 74LS08 Sơ đồ chức chân IC74LS08 Hình 1.10 Sơ đồ chân IC74LS08 Điện áp đầu vào cung cấp cho IC 7408 thấp khoảng từ 4.75V đến 5,25V, IC hoạt động tốt điện áp 5V Cấu tạo bên IC 7408 có bốn cổng logic AND, cổng có ngõ vào ngõ IC7408 có 14 chân, chân 14 cấp nguồn +V, chân nối Mass (Ground) chân lại cổng AND 1.2.4 Khối giải mã Khối giải mã sử dụng IC 74LS47 dùng phổ biến thiết bị điện tử Hình 1.11 IC74LS47N Đây IC đơn giản dùng để chuyển tín hiệu từ số nhị phân ngõ vào sang led đoạn IC 74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều đầu lên cao 16 xuống thấp (tùy vào loại đèn led anode hay catot chung) để làm đèn cần thiết sáng nên số ký tự IC 7447 hoạt động mức thấp Hình 1.12 Sơ đồ chân IC 74LS47N IC 7447 IC giải mã giành riêng cho LED anode chung IC 7447 chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED đoạn anode chung Chân 16 cấp nguồn Vcc cụ thể 5V 5V IC bị chết Chân chân nối GND (mass) Các chân 1,2,6,7 chân tín hiệu vào ứng với B, C, D, A Các chân 15,14,13,12,11,10,9 chân ra, chân nối với led nối hình Chân thứ LT (Lamp test) tên gọi chân chân kiểm tra led đoạn ta cắm chân xuống mass giải mã sáng lúc với đoạn Chân phục vụ để kiểm tra xem có led bị hỏng hay không thực tế không sử dụng Chân BI/RB0 ln ln kết nối với mức cao kết nối với mức thấp tồn led không sáng bất chấp trạng thái đầu vào Chân RBI kết nối với mức cao 1.2.5 Khối hiển thị Sử dụng led Hình 1.13 Led Trong thiết bị, để báo trang thái hoạt động thiết bị cho với thông số dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "Led thanh" 17 Hình 1.14 Sơ đồ cấu trúc Led Cathode chung Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc Led Anode chung Có hai loại Led Anot chung Katot chung Vì IC 74LS47 có đầu tích cực mức thấp nên ta sử dụng Led loại Anot chung Cấu tạo: - Chân 3, nối với Vcc - Chân 5: hiển thị dấu chấm thập phân - Các chân 1(e), 2(d), 4(c), 6(b), 7(a), 9(f), 10(g) nối với chân tương ứng IC 74LS47 Các từ mã đầu vào BCD định số hiển thị, cấu trúc Led a, b, …g mà giá trị đầu giải mã xác định cho: - Mức logic thấp (L): Led sáng - Mức logic cao (H): Led tắt 18 Bảng 1.3 Bảng giải mã IC7447 cho led A 0 0 0 0 1 Mã BCD B C 0 0 1 1 1 1 0 0 D 1 1 a 0 1 0 b 0 0 1 0 Led c d e 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 f 1 0 0 g 1 0 0 0 Hiển thị Như số từ đến hiển thị led đoạn hình đây: Hình 1.16 Hiển thị đến Ngoài cách hiển thị số đơn giản sô thập phân từ đến Led đoạn toảng để người phát triển ừn dụng rộng rãi Như hiển thị chữ viết hình ảnh với cách hoạt động phức tạp 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM THUẬN TỪ ĐẾN 2.1 Thiết kế mạch đếm thuận từ đến Để thiết kế đếm thuận từ đến dùng JK-FF quy trình gồm bước sau: • Lập đồ hình trạng thái • Xác định số FF • Lập bảng mã hóa bảng kích • Tối ưu phương trình • Vẽ sơ đồ mô phần mềm Proteus 2.1.1 Đồ hình trạng thái 0000 0001 0010 0011 0100 1001 1000 0111 0110 0101 Hình 2.1 Đồ hình trạng thái 2.1.2 Xác định số FF - Vì hệ đếm có Kđ = 10 nên phải sử dụng FF - Chọn JK-FF 2.1.3 Lập bảng mã hóa bảng kích Bảng 2.1 Bảng mã hóa mạch đếm đồng thuận từ đến sử dụng JK-FF Q3Q2Q1Q0 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 Q3Q2Q1Q0 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0000 J3K3 0X 0X 0X 0X 0X 0X 0X 1X X0 X1 J2K2 0X 0X 0X 1X X0 X0 X0 X1 0X 0X J1K1 0X 1X X0 X1 0X 1X X0 X1 0X 0X J0K0 1X X1 1X X1 1X X1 1X X1 1X X1 20 Tối thiểu hàm kích sử dụng bìa Karnaugh: Bảng 2.2 Bảng tối thiểu J1 J1 Q1Q0 00 01 Q3Q2 00 01 11 X X 10 0 => J1=Q3’ Q0 11 10 X X X X X X X X Bảng 2.3 Bảng tối thiểu K1 K1 Q1Q0 00 01 11 10 Q3Q2 00 X X 01 X X 11 X X X X 10 X X X Bảng 2.4 Bảng tối thiểu J2 J2 Q1Q0 00 01 11 10 Q3Q2 00 01 11 10 => J2=Q0.Q1 X X 0 X X X X X X X X => K1=Q0 21 Bảng 2.5 Bảng tối thiểu K2 K2 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 => K2=Q0.Q1 00 01 11 10 X X X X X X X X X X X X Bảng 2.6 Bảng tối thiểu J3 J3 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 => J3=Q2.Q1.Q0 00 01 11 10 0 X X 0 X X X X 0 X X Bảng 2.7 Bảng tối thiểu K3 K3 Q1Q0 00 01 11 10 Q3Q2 00 01 11 10 => K3=Q0 X X X X X X X X X X X X X X Từ hàm J, K ta có phương trình CLK cho FF sau: CLK=CLK0=CLK1=CLK2=CLK3 Từ bảng kích nhận thấy J0=K0=1 (Vì tất giá trị =1&X) 22 2.2 Danh mục linh kiện Bảng 2.8 Danh mục linh kiện Tên linh kiện Số lượng Đơn giá (đồng) Tổng (đồng) IC 74LS73 IC NE555 IC 74LS08 IC 74LS47 Tụ 0.47uF Điện trở 6.8kΩ Điện trở 1MΩ Điện trở 330Ω Led Tổng 1 1 10 10 10 37 7000 4000 5000 12000 300 200 200 200 3000 31900 14000 4000 5000 12000 300 2000 2000 2000 3000 44300 23 2.3 Sơ đồ thực mạch đếm Hình 2.2 Sơ đồ thực mạch đếm thuận từ đến 2.4 Sơ đồ mạch mơ Hình 2.3 Mạch mô đếm thuận từ đến 2.5 Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 2.4 Mạch nguyên lý đếm thuận từ đến 24 2.6 Sơ đồ mạch in Hình 2.5 Mạch in đếm thuận từ đến 25 2.8 Nguyên lý hoạt động Xung kích tạo từ mạch 555 xung đưa đến chân 11 IC 74LS73 cách liên tục để đếm Các xung chân IC 74LS73 đưa đến ngõ vào IC giải mã 7447 Các chân IC giải mã nối với LED để thị số đếm Khi cấp điện, mạch tạo xung 555 cấp xung vào đếm thuận Kđ=10 sử dụng JK-FF Bộ đếm tiến hành thực đếm theo bảng trạng thái thiết kế Đầu đếm qua IC giải mã để hiển thị LED Lúc LED thị từ 0-9 2.9 Tín hiệu xung đầu Mơ phỏng: Hình 2.8 Tín hiệu xung đầu phần mềm mô 26 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết hướng phát triển: Sau thiết kế xong em đạt kết sau: - Thiết kế mạch đếm thuận đồng Kđ = 10 nhị phân sử dụng JK – FF - Đạt mục tiêu yêu cầu ban đầu - Vận dụng nhiều kiến thức mạch đếm áp dụng vào thực tiễn - Tham khảo nhiều ý tưởng hay, có nhiều sáng tạo việc thiết kế - Khả tìm tài liệu mạng Đánh giá kết quả: Ưu điểm: - Mạch dễ thực hiện, tính tốn thiết kế - Mạch đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động ổn định, xác, dễ lắp đặt sửa chữa Nhược điểm: - Không đáp ứng tần số xung nhanh Thuận lợi: - Nhờ thiết bị nhà trường, tạo điều kiện thuận lợi cho em trình tìm kiếm tài liệu trình thiết kế hồn thành đồ án - Được bảo nhiệt tình thầy khoa Giảng viên môn Hướng phát triển: Ngày với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật đất nước ta chuyển sang nên kinh tế cơng nghiệp Do để đáp ứng với nhu cầu thức tế cần phải nghiên cứu thêm mạch đếm khác có nhiều ứng dụng thực tiễn như: - Sử dụng mạch đếm để kiểm soát số lượng sản phẩm - Đề tài phát triển sử dụng làm đồng hồ điện tử - Sử dụng mạch đếm sảm phẩm thức tế tích hợp cảm biến 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO GIÁO TRÌNH THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Thái, Nguyễn Ngọc Anh Giáo trình Điện tử số Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, (2016) [2] Nguyễn Thúy Vân, Kỹ thuật số, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, (1999) [3] Lê Mạnh Long, Giáo trình thực hành điện tử 1,2, NXB Khoa học kỹ thuật, (2014) WEBSITE THAM KHẢO [4].https://www.bachkhoadientu.com/2018/08/ic-7473-ic-trigger-jk-hoat-ong-nhunao.html [5].https://www.bachkhoadientu.com/2018/08/ic-7447-ic-giai-ma-bcd-ra-led-7thanh.html [6].https://www.elecparts101.com/datasheet-viewer/? https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls08.pdf ... hồ số dùng để xem báo Với đề tài “Mạch đếm đồng thuận từ đến sử dụng JK- FF? ?? báo cáo em gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan đếm Chương 2: Thiết kế mạch đếm đồng thuận từ đến sử dụng JK- FF 9... 1.2.3 Bộ đếm 1.2.2.1 Phần tử JK- FF Q J JK- FF K Hình 1.6 Sơ đồ khối FF -JK 13 Là phần tử có hai đầu vào điều khiển hai đầu Đầu vào J đóng vai trị thiết lập, đầu vào K đóng vai trị xố JK = 00 FF giữ... thái 2.1.2 Xác định số FF - Vì hệ đếm có Kđ = 10 nên phải sử dụng FF - Chọn JK- FF 2.1.3 Lập bảng mã hóa bảng kích Bảng 2.1 Bảng mã hóa mạch đếm đồng thuận từ đến sử dụng JK- FF Q3Q2Q1Q0 0000 0001