Tài liệu Thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM, chương 10 - 11 pdf

CHƯƠNG 10: BỘ DAO ĐỘNG – TẠO ĐỊA CHỈ Để EPROM hoạt động được thì cần phải có đòa chỉ cung cấp cho nó. Việc này được thực hiện bằng các IC đếm chuyên dùng hoặc các mạch đếm được ráp từ những Flip-Flop rời. Các mạch đếm cần được cung cấp xung đồng hồ ở ngõ vào. Việc tạo xung đồng hồ có thể tạo được bằng nhiều cách: dùng Transistor ráp mạch dao động đa hài; các mạch dao động TTL, CMOS dựa vào đặc tính nạp-xả của tụ hoặc TTL, CMOS kết hợp với thạch anh làm mạch dao động; dùng các IC chuyên dùng tạo dao động như 555, 556… Ngoài ra còn có loại IC đặc biệt với hai chức năng là tạo xung và đếm được tích hợp vào trong cùng một vỏ, IC 4060 thuộc loại này. Do nhiệm vụ của khối này là tạo đòa chỉ cho EPROM nên nếu dùng các mạch dao động rời (không có bộ đếm) như: dao động đa hài, TTL, CMOS, 555… thì phải tốn thêm các IC đếm và do đó mạch sẽ phức tạp hơn, giá thành cao hơn. Nếu dùng IC 4060 thì chỉ với một IC ta ráp được cả mạch dao động lẫn mạch đếm, do đó mạch sẽ đơn giản hơn, giá thành sẽ thấp hơn. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ đếm dùng IC 4060 và IC 4040 được vẽ như sau: Đưa đến A 0 ~A 4 EPROM Đưa đến A 5 ~A 13 EPROM Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: IC 4060 kết hợp với thạch anh làm thành mạch dao động có tần số 36 KHz (bằng tần số dao động riêng của thạch anh). Theo sơ đồ trên thì tần số tại mạch dao động phải qua 12 (hoặc 13 tùy người sử dụng quy đònh) tầng Flip-Flop chia tần mới tạo ra một xung kích vào 4040 và làm tăng đòa chỉ của EPROM lên 1. Mạch dao động có tần số 36 KHz thì sau khi qua 12 tầng chia (chia cho 2 12 lần) sẽ có tần số là 36KHz/2 12 ≈ 9Hz (sau khoảng thời gian t = 1/9 ≈ 0,1s thì chữ sẽ dòch đi một cột). Nếu SW được gạt qua vò trí 13 tầng chia thì tần số di chuyển của các chữ là 36KHz/2 13 ≈ 4,4 Hz (tức sau 0,2 s thì chữ sẽ dòch đi một cột). Với tốc độ di chuyển như trên thì sẽ không quá nhanh (có đủ thời gian để người xem đọc được chữ) nhưng cũng không quá chậm để có thể gây cảm giác nhàm chán nơi người xem. CHƯƠNG 11: BỘ QUÉT CỘT Việc quét cột của bảng đèn được thực hiện bởi bộ giải mã đòa chỉ. Bảng đèn có bao nhiêu cột thì cần bấy nhiêu đường điều khiển từ bộ giải mã đòa chỉ đưa đến. Tại mỗi thời điểm nhất đònh thì bộ giải mã đòa chỉ chỉ đưa ra duy nhất một tín hiệu cho phép trên các đường điều khiển và chỉ có những đèn thuộc cột này mới được phép hoạt động (đèn sáng) các đèn ở những cột còn lại thì không được phép hoạt động (đèn tối). Để thực hiện việc này ta có thể dùng các IC như: 74164, 74138. Sau đây là mạch quét cột dùng IC 74164: Giải thích nguyên lý hoạt động: ngay khi vừa đïc cấp nguồn, mạch Auto Set sẽ làm ngõ ra Q của D Flip-Flop ở mức logic [1], tất cả các ngõ ra của các IC 74164 đều ở mức logic [0]. Mức logic [1] tại ngõ ra Q của IC 4013 được đưa đến ngõ vào A, B của IC 74164 đầu tiên. Khi có xung Ck xuất hiện thì mức logic [1] này sẽ được dòch đến ngõ ra đầu tiên Q A của IC Từ A 0 EPROM đến VCC VCC MẠCH QUÉT CỘT DÙNG IC 74164 74164 A 1 B 2 CL K 8 CL R 9 Q A 3 Q B 4 Q C 5 Q D 6 Q E 10 Q F 11 Q G 12 Q H 13 74164 A 1 B 2 CL K 8 CL R 9 Q A 3 Q B 4 Q C 5 Q D 6 Q E 10 Q F 11 Q G 12 Q H 13 4013 D 5 CLK 3 Q 1 Q 2 S 6 R 4 74164 đầu tiên. Đồng thời lúc này mức logic [0] ở ngõ ra gần cuối Q G của IC 74164 cuối cùng sẽ được truyền qua Flip-Flop để đến ngõ ra Q của nó và đưa đến ngõ vào A, B của IC 74164 đầu tiên. Từ lúc này trở đi, tại ngõ ra của các IC 74164 sẽ có một mức logic [1] di chuyển mỗi khi có xung đồng hồ tác động (chỉ có duy nhất một mức logic [1], tất cả các ngõ ra còn lại đều ở mức logic [0]). Khi mức logic [1] này di chuyển đến ngõ ra Q G của IC 74164 cuối cùng thì khi có xung Ck tiếp theo tác động, mức logic [1] này sẽ được đưa đến hai ngõ vào A, B của IC 74164 đầu tiên (thông qua D Flip-Flop), đồng thời nó cũng được dòch đến ngõ ra cuối cùng của bộ quét cột Q H . Xung Ck tiếp theo tác động: mức logic [1] tại A, B sẽ được đưa vào Q A của IC 74164 đầu tiên, mức logic [1] tại Q H của IC 74164 cuối cùng sẽ tự động biến mất. Như vậy, với mạch điện như trên ta sẽ được một mạch quét cột với mức logic [1] di chuyển (quét bằng mức cao). Tuy nhiên do IC 74164 có tín hiệu cho phép ở mức cao nên dòng ngõ ra thấp (0,4mA). Ngược lại, IC 74138 có tín hiệu cho phép ở mức thấp nên có dòng ngõ ra lớn (dòng điện từ ngoài đổ vào IC, 8mA). Như vậy, dùng IC 74138 để quét cột thì ta được lợi hơn nhiều về công suất so với khi dùng IC 74164 để quét cột. Do đó đề tài này dùng IC 74138 để làm mạch quét cột. Do bảng đèn có 30 cột nên ta dùng bốn IC 74138 để thực hiện việc quét cột và thêm một IC 74138 nữa để điều khiển các IC này hoạt động đúng như yêu cầu thiết kế (tại mỗi thời điểm chỉ đưa ra một tín hiệu cho phép duy nhất). Vì mỗi IC 74138 có 8 ngõ ra nên ta được tổng cộng 32 ngõ ra, nhiều hơn 2 đường so với 30 cột của bảng đèn, do đó phải bỏ bớt hai đường của các IC 74138. Người viết đề tài quy đònh bỏ hai đường đầu tiên của bộ quét cột. Bộ giải mã đòa chỉ dùng IC 74138 có sơ đồ nguyên lý hoạt động như sau: Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: IC 74138 (I) có nhiệm vụ điều khiển 4 IC 74138 còn lại. Do điều khiển bốn IC nên nó chỉ cần dùng hai đường đòa chỉ để tạo tín hiệu điều khiển (2 2 = 4 trạng thái) đường đòa chỉ còn lại được nối mass để mạch hoạt động ổn đònh. Ba đường đòa chỉ của bốn IC quét cột được dùng hết để giải mã ra được 32 đường. Tại thời điểm đầu tiên khi vừa cấp nguồn, mạch Auto Reset của bộ tạo đòa chỉ sẽ làm cho các đường đòa chỉ đều ở mức logic [0]. Khi đó IC 74138 (I) sẽ cho phép IC 74138 (II) (IC đầu tiên của bộ quét cột) hoạt động, dựa vào bảng trạng thái của IC 74138 ta biết được trạng thái logic ở các ngõ ra của các IC này. Ta nhận thấy chỉ có 1 ngõ ra đầu tiên của IC 74138 (II) là ở mức logic [0], tấc cả các ngõ còn lại đều ở mức logic [1] nên chỉ có 1 cột đèn ứng với ngõ ra này được phép hoạt động (sáng). VCC VCC VCC VCC VCC MẠCH QUÉT CỘT DÙNG C 74138 74LS138 A0 1 A1 2 A2 3 E3 6 E1 4 E2 5 O0 15 O1 14 O2 13 O3 12 O4 11 O5 10 O6 9 O7 7 74LS138 A0 1 A1 2 A2 3 E3 6 E1 4 E2 5 O0 15 O1 14 O2 13 12 11 10 74LS138 A0 1 A1 2 A2 3 E3 6 E1 4 E2 5 15 14 13 12 11 10 74LS138 A0 1 A1 2 A2 3 E3 6 E1 4 E2 5 15 14 13 12 11 10 74LS138 A0 1 A1 2 A2 3 E3 6 E1 4 E2 5 15 14 13 12 11 10 Từ A 0 đến A 2 A 3 A 4 Khi xung kế tiếp tác động, đòa chỉ tăng lên 1, bây giờ chỉ có ngõ ra thứ 2 của IC 74138 (II) ở mức logic [0], tất cả các ngõ còn lại của bộ quét cột đều ở mức logic [1]. Tương tự như trên, bây giờ cũng chỉ có cột thứ 2 của bảng đèn (ứng với ngõ ra thứ 2 của IC 74138 (II) mới được phát sáng. Cứ tiếp tục như thế, khi đến xung thứ 9 tác động thì chỉ có IC 74138 (III) mới được phép hoạt động, các IC còn lại ở trạng thái cấm. Và tại thời điểm này chỉ có ngõ ra đầu tiên của IC 74138 (III) ở mức logic [0], cho phép cột đèn ứng với nó được phép hoạt động. Như vậy, mức logic [0] được chuyển từ IC 74138 (II) sang IC 74138 (III) một cách liên tục và như vậy việc quét cột cũng được thực hiện liên tục. Khi xung thứ 32 tác động thì mức logic [0] được dòch đến ngõ ra cuối cùng của bộ quét cột, cho phép cột đèn ứng với ngõ ra này hoạt động. Và khi xung thứ 33 tiếp theo tác động, IC 74138 (I) lại quay về trạng thái đầu tiên, chỉ cho phép IC đầu tiên trong bộ quét cột hoạt động (IC 74138 (II)). Lúc này các đường đòa chỉ đặt vào IC 74138 (II) đều ở mức logic [0] nên ngõ ra đầu tiên của bộ quét cột cũng ở mức logic [0] và mạch điện lại trở về trạng thái đầu tiên giống như khi vừa cấp điện. Như vậy, mạch giải mã đòa chỉ dùng IC 74138 trên đã hoạt động đúng như yêu cầu khi thiết kế là tại mỗi thời điểm nhất đònh chỉ có một tín hiệu cho phép duy nhất và tín hiệu này được dòch chuyển theo vòng mỗi khi có xung điện tác động. Dòch chuyển theo vòng: tín hiệu cho phép được di chuyển từ ngõ ra đầu tiên đến ngõ ra cuối cùng, sau đó lại quay về ngõ ra đầu tiên và bắt đầu chu kỳ di chuyển mới. . cách: dùng Transistor ráp mạch dao động đa hài; các mạch dao động TTL, CMOS dựa vào đặc tính nạp-xả của tụ hoặc TTL, CMOS kết hợp với thạch anh làm mạch. đổ vào IC, 8mA). Như vậy, dùng IC 74138 để quét cột thì ta được lợi hơn nhiều về công suất so với khi dùng IC 74164 để quét cột. Do đó đề tài này dùng