Bài báo cáo môn Kỹ thuật số đề tài "Khảo sát IC 74LS85, IC 74LS90 và IC 74LS87. Thiết kế mạch đếm lên từ số đặt trước bất kỳ đến số 9999"

lOMoARcPSD| 36991220
B Ộ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO TẠ O
TRƯỜNG ĐẠ I H ỌC SƯ PHẠ M K Ỹ THU Ậ T
THÀNH PH Ố H Ồ CHÍ MINH BÁO CÁO Môn h ọ
c: K ỹ thu ậ t s ố
Đề tài: KH Ả O SÁT IC 74LS85, IC 74LS90 VÀ IC 74LS87. THI Ế
T K Ế M ẠCH ĐẾ M LÊN T Ừ S Ố ĐẶT TRƯỚ
C B Ấ T K Ỳ
ĐẾ N S Ố 9999
GVHD: Võ Đức Dũng
Nhóm th ự c hi ệ n: Nguy ễ n M ạ nh L ộ c 20161335 Nguy ễ n Th ị Bích 20161293
Nguy ễ n Duy Hu ỳ nh 20161323 Tr ần Văn Lự c 20161340 Nguy ễn Văn Hiế u 20161316
Tp. H ồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2021 lOMoARcPSD| 36991220 LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công
trình ã có trước ó. Nếu có sao chép tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Chương 1: GIỚI THIỆU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển làm nền tảng thúc ẩy các ngành công nghiệp,
nông nghiệp… cùng phát triển. Việc ứng dụng những thành tựu của ngành kỹ thuật iện –
iện tử sẽ giảm thời gian, giảm thiểu chi phí, nhất là hạn chế tai nạn lao ộng trong công
nghiệp… Vì vậy, mạch iện tử có vai trò rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất công
nghiệp. Để hạn chế tối a thời gian, nhân lực và tăng ộ chính xác trong việc ếm số sản phẩm
trên một dây chuyền sản xuất công nghiệp từ ây mạch ếm sản phẩm ược ứng dụng rộng và
ngày càng ược nghiên cứu sâu hơn. Từ thực tiễn ó, nhóm em ã tìm hiểu và thi công về mạch
ếm sản phẩm có ặt trước số ếm. Từ kiến thức ã học, thực hành và sự hướng dẫn của giáo
viên hướng dẫn nhóm em ã hoàn thành ề tài “Khảo sát IC 74LS85, IC 74LS90 và IC
74LS87. Thiết kế mạch ếm lên từ số ặt trước bất kỳ ến số 9999”. Chương 2: THIẾT KẾ
2.1 GIỚI THIỆU CÁC IC 2.1.1 IC 74LS90
Chức năng: IC 74LS90 là IC ếm thường ược dùng trong các mạch số ếm lên và trong các
mạch chia tần số.
Hình dạng và sơ ồ chân: lOMoARcPSD| 36991220
+ Chân 1 (CLKB): Là ầu vào xung clock của MOD 5 trong IC. Là chân tích cực mức
thấp (chỉ kích hoạt khi có giá trị logic mức thấp), ể thay ổi trạng thái ở 3 bit ầu ra. Tại các
ầu ra có xung thay ổi từ mức cao ến thấp thì ba bit ầu ra sẽ bị thay ổi.
+ Chân 2 (R1): Được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ cho giá trị lớn nhất
ở ầu ra. Sử dụng kết hợp với chân 3.
+ Chân 3 (R2): Cũng ược sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ kích giá trị
lớn nhất ở ầu ra. Sử dụng kết hợp với chân 2.
+ Chân 4 (NC): Sử dụng ể hình dáng dễ nhìn cho mạch PCB. Không quan trọng nó
ược ấu nối hay không vì nó sẽ không ảnh hưởng ến mạch.
+ Chân 5 (Vcc): Là chân ầu vào cấp nguồn.
+ Chân 6 (R3): Được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ xóa tất cả giá trị
các ầu ra khi kết hợp với R4.
+ Chân 7 (R4): Cũng ược sử dụng như một chân reset. Nó sẽ xóa tất cả các ầu ra khi kết hợp với R3.
+ Chân 8 (Qc): Là một chân ầu ra. Nó là bit thứ hai của dữ liệu ầu ra 4 bit.
+ Chân 9 (Qb): Cũng là một chân ầu ra. Nó là bit LSB thứ hai (Bit có trọng số thấp
thứ 2) của dữ liệu ầu ra 4 bit. lOMoARcPSD| 36991220
+ Chân 10 (GND): Là chân nối ất.
+ Chân 11 (Qd): Là bit ầu ra có trong số lớn nhất của dữ liệu ầu ra 4 bit.
+ Chân 12 (Qa): Là bit ầu ra có trọng số nhỏ nhất của dữ liệu ầu ra 4 bit.
+ Chân 13 (NC): Là chân không cần ấu nối. Nó sẽ không ảnh hưởng ến vi mạch như chân 4.
+ Chân 14 (CLKA): Là chân ầu vào xung clock dùng ể cấp xung clock cho MOD 2 của IC.
Cấu tạo bên trong IC 74LS90:
Bốn ngõ ra của IC ược ký hiệu là QA, QB, QC và QD. Thứ tự ếm của 7490 ược kích
hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung ồng hồ, tức là khi tín hiệu xung ồng hồ CLK chuyển
từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xung ồng hồ tác ộng vào mạch ếm.
Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET. Khi các ngõ vào
RESET R1 và R2 ược kết nối với logic 1, thì mạch ếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000) còn khi
các ngõ vào R3 và R4 ược kết nối với logic 1, thì mạch ếm ược RESET về số 9 (1001) bất
kể số ếm hoặc vị trị ếm hiện tại.
Bảng hoạt ộng Reset và ếm của IC 74LS90: lOMoARcPSD| 36991220 Các chân reset Đầu ra R1 R2 R3 R4 QD QC QB QA H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L L H X L X L Đếm L X L X Đếm L X X L Đếm X L L X Đếm
Khi dùng IC 7490, có 2 cách nối mạch cho cùng chu kỳ ếm 10, tức là tần số tín hiệu
ở ngõ ra sau cùng bằng 1/10 tần số xung CK, nhưng dạng tín hiệu ra khác nhau.
Mạch ếm 2x5: nối ngõ ra QA với ngõ vào B, xung clock (CK) nối với ngõ vào A.
Mạch ếm 5x2: nối ngõ ra QD với ngõ vào A, xung ếm (CK) nối với ngõ vào B.
Bảng trạng thái ếm cho 2 dạng mạch ếm trên: lOMoARcPSD| 36991220 2.1.2 IC 74LS47
Chức năng: Đây là IC giải mã kí giành riêng cho LED 7 thanh Anot chung. Ứng dụng khi
ta cần hiện thị số trên LED 7 thanh trong mạch số mà không cần dùng vi xử lý hoặc muốn tiết kiệm chân.
Hình dạng và sơ ồ chân:
+ Chân số 8 là chân nối ất (0V). lOMoARcPSD| 36991220
+ Chân số 16 là chân nguồn cung cấp (VCC).
+ Chân 1, 2 ,6, 7 là các chân tín hiệu vào BCD.
+ Chân 9, 10 ,11, 12, 13, 14, 15 là các chân ầu ra.
+ Chân 3,4,5 là các chân kiểm tra IC.
Chân LT (Lamp Test) ược dùng ể kiểm tra tình trạng hoạt ộng (sống hay chết) của
các vạch , trong khi chân RB (Ripper Blanking) ược dùng ể tắt tất cả các vạch khi yêu cầu
ở trạng thái không hiển thị số.
Nguyên lý hoạt ộng :
Như sơ ồ trên, trong ó A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số counter,...), BI/RBO,
RBI, LT (chân iều khiển của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ nối khác nhau), Chân QA,
QB, QC, QD, QE, QF, QG nối lần lượt với chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 thanh anot chung.
Mô tả cách thức hoạt ộng như sau: lOMoARcPSD| 36991220
PORT A, B, C, D : ầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân (BCD) từ 0 tới
15, tương ứng với mối giá trị nhận ược sẽ giải mã ra ầu ra Q tương ứng. PORT QA-QG:
Nối trực tiếp LED 7 thanh với QA = a, QB = b, QC = c, QD = d, QE = e, QF = f, QG = g,
giá trị hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị ầu vào PORTA, B, C, D theo bảng sau: 2.1.3 IC 74LS85
Chức năng: 74LS85 là một máy o ộ lớn 4 bit ể so sánh hai số 4 bit (A, B) , mỗi số có 4 ầu
vào song song ( A0 – A3 , B0 – B3) ; A3, B3 là ầu quan trọng nhất. Hoạt ộng không bị
giới hạn ối với mã nhị phân , thiết bị sẽ hoạt ộng với bất kì mã ơn iệu.
Hình dạng và sơ ồ chân : lOMoARcPSD| 36991220
+ Chân 10, 12, 13, 15 là 4 bit vào của số thứ nhất
+ Chân 9, 11, 14, 1 là 4 bit vào số thứ 2
+ Chân 2, 3, 4 dùng ể ghép tầng nếu so sánh nhiều hơn 4 bit + Chân 5, 6, 7 ngõ ra
+ Chân 8 là chân nối mass + Chân 16 là chân nguồn
Nguyên tắc so sánh 2 số 4 bit :
Xét 2 số nhị phân 4 bit: A=a3a2a1a0 ; B=b3b2b1b0
- Bước 1: so sánh a3 và b3
Nếu : +) a3 < b3 thì A < B +) a3 > b3 thì A > B
+) a = b3 thì chuyển sang bước 2.
- Bước 2: so sánh a2 và b2
Nếu : +) a2 < b2 thì A < B +) a2 > b2 thì A > B
+) a2 = b2 thì chuyển sang bước 3.
- Bước 3: so sánh a1 và b1 lOMoARcPSD| 36991220
Nếu: +) a1 < b1 thì A < B +) a1 > b1 thì A > B
+) a1 = b1 thì chuyển sang bước 4.
- Bước 4: So sánh a0 và b0
Nếu: +) a0 < b0 thì A < B +) a0 > b0 thì A > B +) a0 = b0 thì A = B
Nhìn vào bảng chức năng của IC 74LS85 ta có thể thấy ược hoạt ộng của mạch Ở 8 trường
hợp ầu mạch so sánh bình thường, lần lượt so sánh từ bit cao trước. Khi tất cả các bit của 2
ngõ vào ều bằng nhau thì phải xét ến logic của các ngõ vào nối chồng ( ược dùng khi ghép
chồng nhiều IC ể có số bit so sánh lớn hơn). Logic ở các ngõ vào này thực ra là của các ngõ
ra tầng so sánh các bit thấp (nếu có). Trường hợp ngõ vào nối chồng nào lên cao thì ngõ ra
tương ứng cũng lên cao. Trường hợp các bít trước không so sánh ược thì các ngõ ra sau
cùng ều thấp. Trường hợp không có tín hiệu ngõ vào nối chồng thì tức là dữ liệu ngõ vào A
và B khác nhau nên ngõ ra A < B và A> B ểu ở mức cao. Vậy ể mạch so sánh úng 4 bit thì
nên nối ngõ nối chống A = B ở mức cao. Sơ ồ kết nối: lOMoARcPSD| 36991220 Sơ ồ logic: lOMoARcPSD| 36991220
2.2 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH THIẾT KẾ VÀ GIẢI THÍCH HOẠT
ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI Sơ ồ khối: Khối nguồn lOMoARcPSD| 36991220 Khối Khối Khối nhập số tạo ếm ban ầu xung Khối hiển thị Kh ố i gi ả i mã
Nhiệm vụ các khối:
- Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn mạch hoạt ộng.
- Khối nhập số ban ầu: có chức năng nhập số ếm bắt ầu bất kỳ. - Khối tạo xung:
+ Xung quan sát: Dùng mạch dao ộng a hài tạo xung dao ộng có tần số 1Hz.
+ Xung iểu khiển: Dùng mạch dao ộng a hài tạo xung dao ộng có tần số cao lên ến
10kHz giúp mạch hiển thị trạng thái bắt ầu ếm khi số bắt ầu có giá trị lớn.
- Khối ếm: là các FF nhận xung dao ộng ể xử lý ưa ra tín hiệu mã hoá BCD.
- Khối giải mã: giải mã BCD ể ưa ra khối hiển thị.
- Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã bằng led. lOMoARcPSD| 36991220
Chương 3: THI CÔNG MẠCH
3.1 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ
3.2 LÝ DO CHỌN LINH KIỆN
Gồm: 8 IC 74LS90, 8 IC 74LS47, 4 IC 74LS85, các cổng logic. -
IC 74LS90: là một loại IC ếm lên, ếm ược từ 0-9.
+ Cần sử dụng bốn IC ếm 74LS90 ể ếm 4 số BCD từ 0-9 lần lượt ại diện cho hàng
ơn vị, hàng chục, hàng trăm và hàng ngàn.
+ Để dễ dàng cài ặt số và quan sát thì ta cũng cần sử dụng thêm 4 IC 74LS90 ể cài ặt số. -
IC 74LS47: là IC giải mã kí dành riêng cho LED 7 thanh Anot chung.
+ Bốn IC 74LS47 ể giải mã BCD từ IC ếm 74LS90 ra LED 7 oạn.
+ Bốn IC 74LS47 ể giải mã cho 4 IC 74LS90 trong quá trình ặt số lOMoARcPSD| 36991220 -
IC 74LS85: IC 74LS90 sẽ luôn ếm từ 0-9 trên 1 IC vì vậy ể ặt số bất kì ta cần
sử dụng thêm IC so sánh 74LS85 với số lượng là 4 IC. -
Các cổng logic: thiết kế ể thông qua 1 cổng NOR thì chỉ cần 1 chân bất kì (QA-
LED 7 oạn: sử dụng ể hiển thị số ếm.
3.3 GIẢI THÍCH MẠCH
Giải thích các khối: 3 khối: Khối ếm và hiển thị, Khối nhập số ban ầu, Khối iều khiển xung.
- Khối ếm và hiển thị: gồm 4 IC 74LS90, 4 IC 74LS47, 4 led 7 oạn.
+ IC 74LS90 là IC ếm có nhiều chế ộ ếm, ể sử dụng chế ộ ếm từ 0-9 trên 1 IC ta cần
lấy chân Q0 kết nối ngược lại vào chân CKB ể có thể sử dụng cả 4 bit ếm của IC.
+ Cả 4 IC 74LS90 ều ếm từ 0-9 và reset lại 0 khi nhận thêm 1 xung khi ạt giá trị ếm
lục phân bằng 9 vì vậy các chân R(0) và R(9) không sử dụng nên nối trực tiếp xuống mát.
+ Chân CKA của các IC sẽ là chân nhận xung vào của các IC ếm 74LS90, khi có 1
xung nhận vào từ chân thì IC sẽ ếm lên 1 ơn vị. Vì vậy, ở chân hàng ơn vị cần kết nối với
xung bên ngoài ược lấy thông qua khối iều khiển xung, các chân của IC ếm hàng chục (C),
trăm (T), ngàn (N) lấy xung từ chân Q3 của IC ếm trước ó (do xung CKA tác ộng cạnh
xuống nên khi các IC reset tại 9 (1001) chân Q3 sẽ từ 1 xuống 0, lúc này chân CKA sẽ nhận ược tín hiện và ếm).
+ Các chân Q0 ến Q3 của các IC ếm ược kết nối ến các chân A,B,C,D của IC giải
mã ể ược giải mã từ mã BCD sang led 7 oạn. Để mạch trở lên ơn giản ỡ rối và thuận tiện
khi sử dụng, thì các chân này ược ký hiệu nối với nhau thông qua các nút từ D0 ến N3.
+ Các chân QA- QG của 74LS47 ược kết nối với các chân A-G của led 7 oạn.
+ Các chân R/BI và LT không sử dụng nên ược nối trực tiếp lên nguồn.
+ Chân BI/RBO của 4 IC ếm ược nối lại với nhau sau ó ưa ra nút TH1 ể iều khiển
cho phép ếm sau khi cài ặt giá trị.
- Khối nhập số ban ầu: 4 IC 74LS90, 4 IC 74LS47, 4 IC 74LS85, 4 led 7 oạn.
+ Các IC 74LS90 và 74LS47 ược kết nối với nhau như trên tuy nhiên ở IC 74LS90
các chân CKA ược kết nối qua nút nhấn iều khiển bên ngoài ể iều khiển các số nhập ầu vào,
ấn nút các IC ếm tại hàng tương ứng sẽ tăng thêm 1. Chân BI/RBO của 74LS47 không sử
dụng nên ược nối lên nguồn. lOMoARcPSD| 36991220
+ Các chân A0-A3 của IC 74LS85 ược kết nối với các chân Q0-Q3 của IC 74LS90
trong khối ếm và hiển thị ở hàng tương ứng (hàng ơn vị, chục, trăm, nghìn) các chân B0B3
ược kết nối với các chân Q0-Q3 của các IC 74LS90 trong khối nhập số ban ầu, IC 74LS85
sẽ thực hiện so sánh 2 số này sau ó cấp tín hiệu iều khiển ngược về chân BI/RBO của các
IC 74LS47 ể cho phép èn sáng tương ứng lúc này mạch sẽ bắt ầu ếm, ồng thời tín hiệu ó
cũng ược sử dụng ể iều khiển xung cấp vào cho khối ếm thông qua khối iều khiển xung. Để
mạch ược ẹp thì ã ược kết nối thông qua nút TH1. Các chân ngõ vào AB không
ược sử dụng nên ể trống hoặc nối xuống mát.
+ Cách cấp tín hiệu iều khiển cho nút TH1: Chân BI/RBO là 1 chân ngõ vào tác ộng
mức thấp, vì vậy nếu ta ưa tín hiệu mức 0 vào các chân này thì led sẽ tắt, ta có thể sử dụng
ặc iểm này ể thiết kế mạch iều khiển các IC 74LS47 bằng các chân QAcụ thể là khi Ahàng thông qua 1 cổng NOR thì chỉ cần 1 chân bất kì tác ộng mức 1 ta sẽ có tin hiệu ến nút
TH1 sẽ ở mức thấp và các led sẽ tắt. Khi cả 4 chân Aưa vào từ IC 74LS90 trong khối ếm ã lớn hơn hoặc bằng với số ặt trước) thì ngõ ra sẽ có
mức 1, iều này làm cho các led sáng và mạch bắt ầu ếm. Tuy nhiên trong quá trình ếm, sẽ
có thời iểm mà số ếm ã lớn hơn số ặt trước nhưng số tại hàng lại bé hơn số ã ặt trước của
hàng (ví dụ: 5560>5555 nhưng tại hàng ơn vị số 0 lại bé hơn số 5) iều này sẽ làm cho tín
hiện của nút TH1 lại xuống lại mức thấp. Vấn ề này ược giải quyết như sau:
Với hàng ngàn: không cần quan tâm vì khi số lớn hơn số ban ầu mặc ịnh ngõ ra
QAVới hàng trăm: hiện tượng xảy ra khi hàng ngàn có số ếm lớn hơn số ã ược cài
ặt, lúc này ta sẽ khóa tín hiệu của chân QA0 thông qua cổng AND: 1 chân ược kết nối với QAvới chân QA>B hàng ngàn thông qua 1 cổng NOT. Khi hàng ngàn lớn hơn số cài ặt của
hàng này thì chân QA>B lên mức 1, qua cổng NOT sẽ xuống mức 0 qua cổng AND sẽ
có tác dụng khóa ngõ ra tại mức 0.
Hàng chục: tương tự ở trên, nhưng có những iều kiện sau: •
Hàng ngàn lớn hơn số cài: •
Hàng ngàn bằng số cài và hàng trăm lớn hơn số cài: dùng cổng NAND ể ưa giá trị ra bằng 0 •
Sử dụng cổng AND 3 vào ể khi có 1 chân vào bằng 0 khóa tín hiệu chân
QAHàng ơn vị: tương tự ở trên với 3 iều kiện là: •
Hàng ngàn lớn hơn số cài •
Hàng ngàn bằng số cài và hàng trăm lớn hơn số cài: sử dụng cổng NAND ể ưa giá trị ra bằng 0 lOMoARcPSD| 36991220 •
Hàng ngàn bằng số cài, hàng trăm bằng số cài và hàng chục lớn hơn số cài:
dùng cổng NAND_3 vào ể ưa giá trị khi xảy ra trường hợp này bằng 0 •
Dùng cổng AND_4 vào ể khi một giá trị ầu vào bất kì bằng 0 sẽ khóa chân
QANhư vậy thông qua nút iều khiển TH1 ta có thể ếm khi lên từ số cài ặt ban ầu ến 9999 tuy
nhiên, khi ếm như vậy sẽ xảy ra hiện tượng bị trễ do thời gian ếm từ 0 ến số cài ặt. ể giải
quyết thì cần thêm khối iều khiển xung ể cung cấp 2 xung vào IC ến như sau: - Khối iều khiển xung:
+ Xung quan sát (xung mức thấp (f=1Hz)), xung iều khiển (mức cao (f=10kHz)),
mạch iều khiển xung. Các nguồn xung ược lấy từ mạch giao ộng bên ngoài.
+ Khối iều khiển Xung như sau: gồm 1 cổng OR, 1 cổng NAND và 1 cổng AND.
Kết nối như trong mạch. Khi tín hiệu tại nút TH1 bằng 0 mạch sẽ khóa xung quan sát lên
mức 1 thông qua cổng NAND, khi tín hiệu xuống nên 1 mạch sẽ khóa xung iều khiển lên
mức 1 thông qua 1 cổng OR. Hai tín hiệu ó sẽ ược tổng hợp và ưa ra ngoài qua cổng AND và công tắc.
3.4 MÔ PHỎNG PROTEUS lOMoARcPSD| 36991220 lOMoARcPSD| 36991220 3.5 VẼ PCB lOMoARcPSD| 36991220
3.6 PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
Thành viên 1: Nguyễn Mạnh Lộc
- Mô phỏng mạch trên Proteus
- Giải thích lý do chọn linh kiện
Thành viên 2: Nguyễn Thị Bích - Tìm hiểu IC 74LS90 - Chuẩn bị báo cáo
Thành viên 3: Nguyễn Duy Huỳnh - Tìm hiểu IC 74LS85 - Vẽ mạch in
Thành viên 4: Trần Văn Lực - Tìm hiểu IC 74LS47 - Vẽ mạch nguyên lý
Thành viên 5: Nguyễn Văn Hiếu - Vẽ sơ ồ khối
- Giải thích hoạt ộng các khối và mạch nguyên lý
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 4.1 KẾT LUẬN
Mạch hoạt ộng tương ối ổn ịnh
4.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.
http://robocon.vn/detail/ic42-ic-74ls85-ic-so-sanh.html 2.
https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=74LS85 3.
https://blog.mecsu.vn/bo-dem-thap-phan-ic-74ls90/ lOMoARcPSD| 36991220 4.
Nguyen Dinh Phu, Nguyen Truong Duy, “Giáo trình: Kỹ Thuật Số”, Xuất
bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013. 5. http://www.alldatasheets.com