Báo cáo thực hành Mạch Kỹ Thuật (ttcb1): Tín hiệu số và IC cơ bản | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Mục lục
Lời nói đầu................................................................................................2
Tín hiệu số.................................................................................................3
I. Khái niệm...........................................................................................3
1. Tín hiệu.......................................................................................3
2. Tín hiệu rời rạc............................................................................3
3. Tín hiệu số...................................................................................3
II. Ưu nhược điểm của tín hiệu số.........................................................4
III. Ứng dụng của tín hiệu số.................................................................4
Các cổng logic cơ bản...............................................................................5
I. Cổng NOT..........................................................................................5
II. Cổng AND........................................................................................5
III. Cổng OR..........................................................................................5
IV. Cổng NAND....................................................................................6
V. Cổng NOR.........................................................................................7
LED...........................................................................................................8
I. LED là gì?.........................................................................................8
II. LED 7 thanh(7 đoạn).......................................................................8
Các loại IC dùng trong mạch...................................................................11
I. IC74LS00........................................................................................11
II. IC74LS90.......................................................................................13
III. IC74LS47.....................................................................................18
Hoạt động của mạch đếm thuận..............................................................21 1 Lời nói đầu
Nhóm em đã thực hành được sản phẩm “Mạch kỹ thuật với bộ đếm thuận
(từ 00 đến 59)” và thu được sản phẩm hoạt động tốt. Trong quá trình thực hiện
dự án này, chúng em đã học hỏi thêm được nhiều kiến thức bổ ích liên quan đến
ngành Điện tử - Viễn thông. Nhóm đã hiểu được cách hoạt động của một mạch
điện cơ bản, hiểu được nguyên lý hoạt động và chức năng của các IC 7400,
7490, 7447, Led, các tín hiệu số và các cổng logic cơ bản.
Sản phẩm tuy đã hoạt động tốt nhưng có thể vẫn còn chưa tối ưu do còn
sự thiếu sót về kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn. Mong được thầy góp ý
để giúp bài thực hành trở nên hoàn thiện hơn.
Trong quá trình làm sản phẩm chúng em đã được làm việc nhóm điều
này rất hữu ích cho chúng em trong cuộc sống cũng như công việc sau này. 2 TÍN HIỆU SỐ I. Khái niệm: 1. Tín hiệu:
- Là dạng biểu hiện vật lý của thông tin. Về mặt toán học, tín hiệu được biểu
diễn chính xác hoặc gần đúng dưới dạng hàm của các biến độc lập. 2. Tín hiệu rời rạc:
- Về mặt toán học, tín hiệu rời rạc là hàm mà biến thời gian chỉ nhận các giá
trị rời rạc. Giá trị của tín hiệu rời rạc cũng là các giá trị rời rạc.
Minh họa tín hiệu rời rạc 3. Tín hiệu số:
- Là tín hiệu rời rạc thường được biểu diễn bằng các giá trị 0-1; thể hiện ở 2
mức cao thấp trong đó mức điện thế cao là 1 và mức điện thế thấp là 0 hay còn
được hiểu với ý nghĩa ON-OFF. 3
- Tín hiệu số có thể được tạo ra bằng cách chuyển đổi tín hiệu analog sang
tín hiệu số thông qua quá trình chuyển đổi analog-số (ADC). Sau khi tín hiệu
được số hóa, nó có thể được xử lý và truyền tải dễ dàng bằng các thiết bị số hóa
như máy tính và thiết bị truyền thông kỹ thuật số.
- Tín hiệu số được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện tử, máy tính và
truyền thông kỹ thuật số.
II. Ưu và nhược điểm của tín hiệu số: Ưu điểm Nhược điểm Giảm nhiễu tín hiệu
Giải tần số bị giới hạn Xử lý thông tin tốt hơn
Quy trình xử lý phức tạp, tốn kém Độ tin cậy cao
Quá trình chuyển đổi từ analog sang digital phức tạp
Tốc độ không làm ảnh hưởng hay gây méo dao động
Không thể cắt nốt hay ghi âm được
III. Ứng dụng của tín hiệu số:
- Xử lý tín hiệu số có nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ như trong lĩnh vực
điện tử y sinh, trong điều chỉnh động cơ diesel, xử lý thoại, các cuộc gọi điện
thoại khoảng cách xa, xử lý tiếng nói, xử lý âm thanh, và tăng cường chất lượng
hình ảnh và truyền hình. Các công nghệ nén MPEG hay WMV hiện nay đều
dựa trên tiến bộ của công nghệ xử lý tín hiệu số. 4 Các cổng logic cơ bản I. Cổng NOT:
- Định nghĩa: Cổng NOT là cổng logic thực hiện phép toán đảo logic tín hiệu đầu vào
- Biểu thức logic: a’= a
- Bảng giá trị chân lý: a a’ 0 1 1 0 II. Cổng AND:
- Định nghĩa: Cổng AND là cổng logic thực hiện phép toán nhân logic các tín hiệu đầu vào - Bảng giá trị chân lý a b ab 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 III. Cổng OR: 5
- Định nghĩa: Cổng OR là cổng logic thực hiện phép toán cộng logic các tín hiệu đầu vào
- Bảng giá trị chân lý: a b a+b 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 IV. Cổng NAND:
- Định nghĩa: Cổng NAND là cổng logic thực hiện phép toán nhân đảo
logic các tín hiệu đầu vào
- Bảng giá trị chân lý: a b (ab)’ 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 V. Cồng NOR:
- Định nghĩa: Cổng NOR là cổng logic thực hiện phép toán cộng đảo logic các tín hiệu đầu vào
- Bảng giá trị chân lý: 6 a b (a+b)’ 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 7 LED I. LED là gì?
- Light Emitting diode, hay diode phát quang là diode có khả năng phát ra ánh
sáng, tia hồng ngoại, hay tử ngoại.
- LED chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp P-
N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh
P) đến K-tốt (kênh N), khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng,
các bước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thuộc vào tạp chất trong chíp bán dẫn. II. LED 7 đoạn( 7 thanh): 8
- LED 7 đoạn là thiết bị hiển thị ánh sáng, đầu ra hiển thị thông tin dưới dạng
hình ảnh hoặc văn bản hoặc số thập phân. Dựa vào tên gọi, chúng ta cũng có thể
biết được nó cấu tạo từ 8 đèn LED nhỏ ghép song song với nhau. Nó được sử
dụng rộng rãi trong đồng hồ kỹ thuật số, máy tính cơ bản, đồng hồ đo điện tử và
các thiết bị điện tử khác hiển thị thông tin số.
- LED 7 đoạn có thể biểu diễn 16 kí tự tương ứng với 16 chữ số trong hệ
thập lúc phân. Đoạn thứ tám được sử dụng để hiển thị số không phải số nguyên.
- Nguyên tắc chung: muốn LED nào sáng thì LED đó phải được phân cực
thuận.Do đó muốn tạo ra chữ số nào ta chỉ cần cho LED ở các vị trí tương ứng sáng lên. 9
Biểu diễn trạng thái BẬT tương ứng với “0”, còn TẮT tương ứng với “1”
- Màn hình LED 7 đoạn phải được điều khiển bởi các thiết bị bên ngoài
khác. Đơn giản có thể dùng điện trở để phân áp cho các phân đoạn LED. Nhưng
thường để điều khiển LED 7 đoạn, chúng ta sẽ dùng vi điều khiển, vi xử lý hoặc các bo mạch chủ khác.
- LED 7 thanh thường có 2 loại:
+) Loại cực âm chung (Common Cathode): Trong các LED 7 đoạn
Cathode chung, tất cả các cực âm của LED được kết nối với nhau theo logic 0
hoặc nối đất. Chúng ta sử dụng logic 1 thông qua một điện trở giới hạn dòng
điện để phân cực chuyển tiếp các cực Anode riêng lẻ từ a đến . g Tức là với loại
này, muốn phân đoạn LED nào sáng thì chúng ta đặt mức logic 1 lên chân đó
(có thể 5V hay 3V tùy loại LED).
+)Loại cực dương chung (Common Anode): Với loại này thì cách bố trí,
phân cực cho LED thì ngược lại. Tất cả cực dương của các phân đoạn LED
được nối chung nhau và nối với chân có logic là 1 (mức cao). Còn các cực âm
của các LED phân đoạn sẽ được kết nối với chân có mức logic 0 để led phân
đoạn đó có thể sáng. Loại này được sử dụng nhiều hơn trong thực tế vì đơn cử
việc xuất ra mức 0 để điều khiển sẽ đơn giản và bớt cồng kềnh trong thiết kế mạch.
- LED 7 thanh được dùng nhiều trong các đồng hồ kỹ thuật số, hiển thị mà
hình bếp từ, tủ lạnh máy giặt, các thiết bị điện công nghiệp có hiển thị màn hình,…. 10
Các loại IC sử dụng trong mạch I. IC 74LS00(7400):
- 74LS00 là IC dựa trên cổng logic NAND. Nó có 14 chân, tất cả đều được kết
nối với 4 cổng NAND 2 đầu vào. Do cổng NAND được gọi là cổng đa năng,
74LS00 có thể được chuyển đổi thành cổng OR và NOT một cách dễ dàng. IC
có ba dạng package SOIC, PDIP và SOP. 11 Sơ đồ chân 12 - 1 vài thông số: 13
- IC 7400 được sử dụng nhiều trong các thiết bị điện tử do giá thành rẻ, có
thể sử dụng như 1 cổng logic cơ bản, server, hệ thống mạng, ALU và một vài hệ thống số khác,…. II. IC74LS90( 7490):
- IC7490 là bộ đếm thập phân không có chức năng reset tự động. Có nhiều
loại bộ đếm có thể sử dụng trong các thiết bị để đếm chữ số nhị phân hoặc thập
phân. Trong hệ thập phân, chúng ta chỉ cần từ 0 đến 9 là có thể bao gồm tất cả
các giá trị số thập phân mà không cần thêm các giá trị khác.
- Để giải quyết vấn đề trên, chúng ta sử dụng IC 74LS90. IC chứa hai bộ đếm
MOD. Một là MOD 2 và hai là bộ đếm MOD 5. Bộ đếm bắt đầu đếm từ 0000
đến 1001 và sau đó nó reset lại giá trị.
- Việc reset tự động làm cho bộ đếm bắt đầu đếm từ 0 và kết thúc ở số 9 trong
hệ thập phân. Trong IC có bốn chân reset, những chân này giúp IC đếm bằng
cách kích hoạt hai chân trong 4 chân. IC giao tiếp TTL có thể kết hợp với các bộ
đếm và IC có giao tiếp TTL khác . 14 Sơ đồ chân và khối 15 Chân Mô tả CKB Chân
Chân 1 là đầu vào xung clock của MOD 5 trong IC. Là chân 1
tích cực mức thấp (chỉ kích hoạt khi có giá trị logic mức thấp),
để thay đổi trạng thái ở 3 bit đầu ra. Tại các đầu ra có xung
thay đổi từ mức cao đến thấp thì ba bit đầu ra sẽ bị thay đổi.
R0(1 Chân Chân 2 được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ cho ) 2
giá trị lớn nhất ở đầu ra. Sử dụng kết hợp với chân 3.
R0(2 Chân Chân 3 cũng được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ ) 3
kích giá trị lớn nhất ở đầu ra. Sử dụng kết hợp với chân 2. NC Chân
Chân 4 sử dụng để hình dáng dễ nhìn cho mạch PCB. Không 4
quan trọng nó được đấu nối hay không vì nó sẽ không ảnh hưởng đến mạch. VCC Chân
Chân 5 là chân đầu vào cấp nguồn. 5
R9(1 Chân Chân 6 được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ xóa ) 6
tất cả giá trị các đầu ra khi kết hợp với R9(1).
R9(2 Chân Chân 7 cũng được sử dụng như một chân reset. Nó sẽ xóa tất ) 7
cả các đầu ra khi kết hợp với R9(2). QC Chân
Chân 8 là một chân đầu ra. Nó là bit thứ hai của dữ liệu đầu ra 8 4 bit. QB Chân
Chân 9 cũng là một chân đầu ra. Nó là bit LSB thứ hai (Bit có 9
trọng số thấp thứ 2) của dữ liệu đầu ra 4 bit. GND Chân
Chân 10 là chân nối đất. 10 QD Chân
Chân 11 là bit đầu ra có trọng số lớn nhất của dữ liệu đầu ra 4 11 bit. QA Chân
Chân 12 là bit đầu ra có trọng số nhỏ nhất của dữ liệu đầu ra 4 12 bit. NC Chân
Chân 13 là chân không cần đấu nối. Nó sẽ không ảnh hưởng 13 đến vi mạch như chân 4. CKA Chân
Chân 14 là chân đầu vào xung clock dùng để cấp xung clock 14 cho MOD 2 của IC. 16 - Nguyên lý hoạt động:
+) IC có cấu trúc bên trong gồm 4 flip flop và flip flop đầu tiên được sử
dụng là MOD 2 và 3 chân còn lại được sử dụng ở MOD 5. Có hai chân đầu vào
xung nhịp và được sử dụng để thay đổi trạng thái đầu ra. Các chân reset được
điều khiển thông qua cổng AND.
+) IC có 4 chân reset, hai chân xung nhịp và 4 chân đầu ra. Trước khi sử
dụng IC thì trước tiên chúng ta cần hiểu các chân reset.
+) Bốn chân reset này sẽ được sử dụng để điều khiển các đầu ra. Bốn chân
reset này sẽ tạo ra hơn 16 tổ hợp nhưng trong một số tổ hợp, sẽ có đầu ra nhất định. - Bảng trạng thái: 17 - 1 vài thông số:
- IC 7490 được sử dụng trong các thiết bị số có màn hình LED 7 đoạn, các
server, mạng và hệ thống điều khiển số. III. IC74LS47(7447):
- IC 7447 là IC giải mã dành riêng cho led 7 đoạn anot chung, nó chuyển đổi
từ mã bcd sang mã led 7 đoạn anode chung. Ứng dụng khi ta cần hiển thị số trên
led 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết
kiệm chân cho vi điều khiển. 18 Sơ đồ chân Sơ đồ khối
- 7447 thường được sử dụng ở 4 chế độ hoạt động:
+)Sáng bình thường đủ các trạng thái từ 0 - 9 (thường dùng nhất).
Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao, chân RBI phải 19
bỏ trống hoặc nối lên mức cao, chân LT phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao.
+)Chân BI/RBO nối xuống mức thấp thì tất các các đoạn của LED
đều không sáng bất chấp trạng thái của các ngõ vào còn lại.
+)Bỏ trạng thái số 0 (khi giá trị BCD tại ngõ vào bằng 0 thì tất cả
các đoạn của LED 7 đoạn đều tắt). Chân RBI ở mức thấp và chân
BI/RBO phải bỏ trống (và nó đóng vai trò là ngõ ra).
+)Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao và chân LT
phải nối xuống mức thấp. Tất cả các thanh của LED 7 đoạn đều sáng, bất chấp
các ngõ vào BCD. Dùng để kiểm tra các đoạn của LED 7 đoạn (còn sáng hay đã chết). 20