BÀI 3 MẠCH ĐẾM VÀ THANH GHI
4. Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
- Mục tiêu: Lắp ráp, sửa chữa, đo kiểm được các mạch giải mã, mã hóa và hiển thị của các LED trong các mạch điện.
- Mạch đếm từ 0 – 9 dùng Led bảy đoạn 74LS47 – 74LS190, hình 3.27
Hình 3.27
• Dao động tạo xung vuông với tần số tùy chọn.
Ở đây chúng ta sử dụng NE555 hình 3.28. Nhiệm vụ của 555 là tạo ra xung vuông để cấp cho mạch đếm.
273
Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung vuông
- Trong sơ đồ mạch trên tần số đầu ra của 555 được tính theo công thức : f = 1/(ln2*C1*(R1+2R2))
- Biến trở R2 dùng để điều chỉnh tần số đầu ra. Tần số lớn thì mạch đếm nhanh còn tần số thấp thì mạch đếm chậm.
Hình 3.28
• Mã hóa-giải mã và hiển thị
- Do đếm từ 0 đến 25 nên ta sử dụng 1 LED 7 đoạn hiện thị số lần đếm và 2 IC –IC 74LS190 và 1 IC 74LS47 giải mã BCD ra LED 7 đoạn .
+ 74LS190: IC này cũng khá quen thuộc nó dùng để đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa ra BCD. Cứ mỗi 1 xung vào thì nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa ra 4 chân. Khi đếm đến 10 tự nó sẽ reset và quay trở về ban đầu. Hai thông số quan trọng để thiết kế mạch đếm này là: Bảng trạng thái mã hóa ra BCD và điều kiện để Reset (trở về trạng thái ban đầu).
- Bảng giá trị mã hóa ra BCD, khi sản xuất ra IC này nhà sản xuất đã cung cấp cho chúng ta bảng trạng thái như hình 3.29.
274
Trong bảng trạng thái trên cần chú ý là : Đầu ra của Q0 được nối với đầu vào của CP1.
- Mức Reset cho 74LS190: IC có 4 chân Reset dùng để reset hệ thống với các chân : MR1, MR2, MS1, MS2. Đưa các mức thích hợp vào các chân này thì nó sẽ tự động Reset và bảng mức Reset, hình 3.30
Hình 3.30
+ 74LS47 : IC này dùng để giải mã BCD sang mã LED 7 đoạn. Khi IC 74LS90 mã hóa ra mã BCD, sau đó 74LS47 sẽ mã hóa các mã BCD này chuyển sang LED 7 đoạn hiện thị các giá trị đếm. Bảng trạng thái các mức hiện thị sau khi giải mã BCD như hình 3.31.
Hình 3.31
275
- Sơ đồ của mạch đếm từ 0-25.
Hình 3.32
Nguyên lý :
- Khi ta cấp xung vào IC1 nó sẽ đếm lần lượt từ từ 0 cho đến 9. Khi tới 9 thì lúc này nó sẽ cấp 1 xung cho IC2 và IC2 được nhận 1 xung và nó đếm 1. Sau đó IC1 vẫn tiếp tục đếm đến 9 thì IC2 lại nhận được 1 xung nữa và đếm thành 2. Do mạch chỉ đếm đến 25 nên các mức reset phải chọn cho hợp lý để khi đếm đến 25
276
và IC2 phải ở mức cao ( Vì các chân 6 và 7 của hai IC đã cho trước điều kiện là nối với GND) như hình 3.32 .Ở đây do đếm đến 25 ta không chọn được mức Reset trong bảng trạng thái phù hợp nên phải dùng cổng AND thì mới ra được 25.
Ví dụ :
- Thiết kế mạch đếm đồng bộ Mod-3 như hình 3.33a. (mạch đếm chia 3) có hoạt động logic theo như bảng trạng thái hình 3.33b.
Xung vào QB QA
0 (xóa) 1
2 3 4
Hình 3.33a
Hình 3.33b. Mạch đếm đồng bộ Mod-3 Giải :
Số tầng FF là hai (hình 3.33b ). Sau khi được xóa số đếm là 00 = 0,sau đó mạch đếm lên 01 = 1, 10 = 2 rồi tự động reset trở về 00 = 0 để đếm lên trở lại.
Vì mạch đếm đồng bộ nên xung vào được đưa thẳng đến ngõ đồng hồ của mỗi FF. Quan sát bảng trạng thái thấy QA từ 0 lên 1 ở xung 1 nhưng vẫn ở 0 ở xung 3 nên giữ Ka ở 1 (đối với FF JK nếu K ở 1 thì J = 0 sẽ cho Q = 0, J = 1 sẽ cho Q=
Q) và nối QB đến JA (ở xung đếm 0 QB =1 tức làJA = KA = 1 nên ở xung 1 QA =1 và QB tiếp tục là 1 tức là JA = KA =1 nên ở xung 2 QA = 0. lúc bấy giờ QB = 0, lúc bấy giờ QB = 0, lúc bấy giờ /QB .
277
Đối với QB quan sát bảng trạng thái thấy ở xung 1 QB = 0 và QA = 1, ở xung 2 QB=1 (tức đảo so với trước) nên thử nối QA đến JB và giữ KB ở mức cao. Sau xung 2 QA =0 tức JB =0, KB =1 nên ở xung 3 QB = 0 như mong muốn. Kiểm tra thấy ở xung 4 QA= 1, QB = 0,…
Bài tập:
Bài 1: Xác định tần số ngõ ra X
Hình 3.34.
Bài 2: Thiết kế một dãy tín hiệu tuần hoàn dùng JK-FF và mạch NAND như bảng hình 3.35 :
Xung clock
C B A
1 0 0 1
2 1 0 0
3 0 1 0
4 1 0 1
5 1 1 0
6 0 1 1
Hình 3.35 Vẽ dạng tín hiệu của A, B, C.
Bài 3 : Thiết kế mạch đếm đồng bộ module 12 dùng JK-FF.
Ngõ ra mạch đếm dùng để điều khiển hệ thống đèn giao thông.
- Đèn xanh sáng trong 40s - Đèn vàng sáng trong 20s - Đèn đỏ sáng trong 10s
- Đèn vàng và đỏ sáng trong cùng 10s. Chu kỳ lặp lại.
Chu kỳ xung đồng hồ là 10s.
278
Các trạng thái không sử dụng trong hai lần đếm đều trở về 0 khi có xung đồng hồ.
Phần thí nghiệm : Mạch Đếm Và Thanh Ghi
1. Xác định khối mạch ANSYNCHRONOUS RIPPLE COUNTER và nối mạch như hình 3.36. Đặt công tắc chốt trạng thái trên khối mạch PULSE GENERATOR ở vị trí (UP)
Hình 3.36
2. Sử dụng jumper để nối khối BLOCK SELECT. Có thể xác định được số đếm ban đầu của bộ nguồn được cấp lần đầu tiên không ?
--- --- --- --- 3. Nêu cách reset lại bộ đếm ripple ?
--- --- --- ---
279
4. Reset lại bộ đếm ripple. Vậy các trạng thái LED UP và DOWN là cái gi2 ? --- --- --- 5. Reset bộ đếm. Phát 5 chu kỳ xung CLOCK bằng cách bật /tắt công tắc trên khối PULSE GENERATOR.
Chú ý : Điều này yêu cầu 5 lần chuyển động xuống - lên của công tắc.
6. Dựa trên LED UP thì đầu ra đếm cái gì trong hệ nhị phân, thập phân và hexa.
Hệ đếm nhị phân=--- Hệ đếm thập phân=--- Hệ đếm hexa=--- 7. Dựa trên LED DOWN thì đầu ra đếm cái gì trong hệ nhị phân, thập phân và hexa.
Hệ đếm nhị phân=--- Hệ đếm thập phân=--- Hệ đếm hexa=--- 8. Kết quả ở bước 6 và 7cho biết : bộ đếm ripple tạo ra 2 giá trị đếm khác nhau ứng với một lượng xung clock ở ngõ vào không ?
--- --- 9. Vậy tất cả đầu ra của bộ đếm có thay đỏi không ?
Chú ý : lặp lại các bước 5, 6, 7 nếu bạn không chắc chắn về câu trả lời của mình.
--- --- 10. Nếu bộ đếm Preset thì giá trị của bộ đếm là bao nhiêu ?
--- --- 11. Phát thêm 1 xung CLOCK. Xác định giá trị bộ đếm ?
--- ---
280
Hình 3.37
13. Nối kênh 1 của dao động ký tới MSB, nối kênh 2 của dao động ký đến ngõ vào của xung CLOCK (đầu vào LSD của bộ đếm ripple). Điều chỉnh máy hiện sóng để quan sát cả hai dạng sóng đồng thời. Chú ý đến hình 3.38 minh họa kết quả hiển thị trên dao động ký.
Hình 3.38. Giới thiệu dạng sóng trên dao động ký
14. Có bao nhiêu chu kỳ xung CLOCK được cung cấp để phát một chu kỳ hoàn chỉnh của đầu ra bộ đếm ở bit 4 (MSB).
Chu kỳ xung CLOCK=---
15. Chuyển kênh 2 của máy hiện sóng đến BIT 3. Vậy đầu ra của mạch Flip-flop BIT 4 thay đổi trạng thái trên cạnh dương hoặc cạnh âm của dạng sóng BIT 3 ? Sườn chuyển đổi dạng sóng = ---
281
16. Dựa vào dạng sóng trên dao động ký, dạng sóng giữa BIT 3 và BIT 4 có tỷ lệ như thế nào ?
Tỷ lệ = --- 17. thay đổi lần lượt kênh 2 của máy hiện sóng dao động ký giữa đầu ra Q và
Q của Flip-flop Bit 3. Mối quan hệ pha giữa 2 tín hiệu này ?
--- --- --- 18. Sử dụng kênh 2 để quan sát thứ tự đầu ra Q của Bit 1, Bit 2 và Bit 3 của mạch Flip-flop. Dựa trên sự quan sát, các đầu ra được mô tả như thế nào ?
--- --- --- ---
YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 3
• Nội dung:
+ Về kiến thức: Trình bày được khái niệm và phân biệt sự khác nhau giữa các mạch đếm và các thanh ghi, hiểu được chức năng của các họ của IC
+ Về kỹ năng: sử dụng thành thạo các dụng cụ đo để đo được các chân tín hiệu điện áp ở ngõ vào – ra của IC, lắp ráp một số mạch cơ bản,....
+ Về thái độ: Đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp.
• Phương pháp:
+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm.
+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành đo được các thông số trong mạch điện theo yêu cầu của bài, lắp ráp một số mạch cơ bản
+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc.
282
BÀI 4