Báo cáo Thực Tập Cơ Bản: Mạch Đếm Thuận | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
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. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Thực tập cơ bản 331 tài liệu
Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội 5.6 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN ĐỀ TÀI:
MẠCH ĐẾM THUẬN
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Tào Văn Cường
Sinh viên thực hiện:
Ngày 20 tháng 10 năm 2025 Mục lục I.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................................................3 1.
Tìm hiểu về tín hiệu số và ứng dụng....................................................................................3 a.
Tín hiệu số.......................................................................................................................3 b.
Ứng dụng.........................................................................................................................3 2.
Các cổng logic cơ bản và thuật toán logic..........................................................................3
a. Cổng NOT.....................................................................................................................3
b. Cổng AND.....................................................................................................................4 c.
Cổng OR........................................................................................................................4
d. Cổng NAND..................................................................................................................5 e.
Cổng NOR.......................................................................................................................6
3. Mạch dãy, mạch đếm..................................................................................................6
a. Mạch đếm.....................................................................................................................6
b, Mạch dãy.........................................................................................................................7
4. Tìm hiểu về IC....................................................................................................................7
a. IC 7400 (74LS00 IC)...........................................................................................................7
b. IC 7447 (74LS47 IC)...........................................................................................................9
c. IC 7490 (74LS90 IC).........................................................................................................11
II. THỰC HÀNH....................................................................................................................14
1. Tên bài thực hành:.........................................................................................................14
2. Linh kiện:...........................................................................................................................15
3. Sơ đồ khối.........................................................................................................................16
4. Sơ đồ nguyên lý..............................................................................................................18 III.
NHẬN XÉT....................................................................................................................18 I.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Tìm hiểu về tín hiệu số và ứng dụng. a. Tín hiệu số
Tín hiệu số là tín hiệu được sử dụng để biểu diễn dữ liệu dưới dạng
một chuỗi các giá trị rời rạc; tại bất kỳ thời điểm nào, nó chỉ có thể đảm
nhận một trong số các giá trị hữu hạn. Điều này tương phản với một tín
hiệu tương tụ, đại diện cho các giá trị liên tục; tại thời điểm nào, tín hiệu
tương tự đại diện cho một số thực trong phạm vi giá trị liên tục. b. Ứng dụng
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.
2. Các cổng logic cơ bản và thuật toán logic. a. Cổng NOT
- Định nghĩa: cổng NOT là một cổng Logic thực hiện thuật toán phù
định Logic tín hiệu đầu vào. - Ký hiệu: - Bảng trạng thái:
- Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau. - Biểu thức logic: b. Cổng AND
- Định nghĩa: Cổng AND là một cổng logic thực hiện thuật
toán nhân logic các tín hiệu đầu vào. - Ký hiệu: - Bảng trạng thái: - Nhận xét:
+ Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao.
+ Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại. - Biểu thức logic: c. Cổng OR
- Định nghĩa: Cổng OR là 1 cổng logic thực hiện thuật toán tổng logic các tín hiệu đầu vào. - Ký hiệu: - Bảng trạng thái: - Nhận xét:
+ Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các ngõ vào xuống thấp.
+Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp các ngõ vào còn lại. - Biểu thức logic: d.Cổng NAND
- Định nghĩa: cổng NAND là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ
định tích các tín hiệu đầu vào. - Ký hiệu: - Bảng trạng thái: - Nhận xét:
+ Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0.
+ Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1. - Biểu thức logic: e. Cổng NOR
- Định nghĩa: Cổng NOR là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ
định tổng logic của các tín hiệu đầu vào. - Ký hiệu: - Bảng trạng thái: - Nhận xét:
+ Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0.
+ Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá trị 1. - Biểu thức logic:
3. Mạch dãy, mạch đếm. a.Mạch đếm
- Mạch đếm hay Counter là một mạch tích hợp thực hiện đếm và chứa
số lần xảy ra sự kiện hoặc quá trình nào đó, thông thường thì có gắn với xung nhịp
- Mạch đếm sử dụng chip 74LS90 đây là chíp đếm thông dụng với 2
bộ đếm 5 và 2 tích hợp sẵn trong chip . Từ 2 bộ đếm này kết hợp với
bảng trạng thái chúng ta có thể reset bộ đếm trong khoảng từ 0 đến 10 .
Kết hợp nhiều chip lại chúng ta ó thể đếm đến các số lớn hơn
- IC7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5
+ Bộ chia 2 do input A điều khiển đầu ra QA
+ Bộ chia 5 do input B điều khiển đầu ra QB,QC,QD (trong đó
QD có trọng số lớn nhất) b, Mạch dãy
-Mạch tuần hoàn là mạch logic có tính chất nhớ, có khâu trễ.
- Trạng thái tiếp theo của mạch phụ thuộc vào giá trị của
kích thích ở lối vào và trạng thái hiện tại của mạch.
- Mạch tuần tự thường hoạt động đồng bộ theo sự điều
khiển của tín hiệu nhịp clock.
4. Tìm hiểu về IC a. IC 7400 (74LS00 IC)
- IC 7400 hay 7400 series là một dòng chip logic với 14 chân và có 4
cổng NAND 2 đầu vào. Trong thập kỷ trước, có nhiều thế hệ tương thích pin
khác nhau được phát triển để sử dụng nguồn cung cấp thấp hơn, công suất
thấp công nghệ CMOS và gói gắn kết bề mặt.
- Với 14 chân, gồm 4 cổng NAND 2 đầu vào, mỗi cổng sử dụng chân
2 đầu vào và 1 đầu ra, 2 chân còn lại là nguồn và nối đất.
- Chuỗi logic 7400 của IC được chế tạo bằng công nghệ bóng bán dẫn
lưỡng cực và điều này đã đặt tên cho công nghệ logic, TTL là viết tắt của từ
logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn.
- Sơ đồ chân của dòng chip 7400
Pin 1: Đây là cổng A-input-1
Pin 8: Đây là cổng ra Y-3
Pin 2: Đó là Cổng vào B-1
Pin 9: Đây là cổng đầu vào B-3 Pin 3: Đó là Cổng ra Y-1
Pin 10: Đây là cổng A-input-3
Pin 4: Đây là cổng A-input-2
Pin 11: Đó là Cổng đầu ra Y-4
Pin 5: Đó là Cổng đầu vào B-2
Pin 12: Đây là cổng đầu vào B-4
Pin 6: Đây là cổng ra Y-2
Pin 13: Đây là cổng A-input-4
Pin 7: Đây là một thiết bị đầu cuối Pin 14: Đó là chân Vcc (Chân nguồn GND cung cấp tích cực)
Thông số kỹ thuật cơ bản của IC 7400 Nguồn điện áp: 5V
Độ trễ truyền cho mỗi cổng: 10ns
Công suất chuyển đổi mỗi cổng: 10mW
Tốc độ chuyển đổi tối đa: 25 MHz
Cổng NAND 2-i/p độc lập: 4
Đầu ra có thể giao tiếp với: TTL, CMOS, NMOS
Phạm vi của điện áp hoạt động lớn
Nhiệt độ hoạt động có thể lên đến 70 độ C
- Một số ứng dụng của IC 7400
+ Sử dụng trong mạch còi báo động của tủ đông
+ Ứng dụng trong hệ thống chống trộm
+ Ứng dụng trong hệ thống tưới nước tự động
+ Dùng trong hệ thống chống trộm kích hoạt bằng ánh sáng -
Sơ đồ mạch IC 7400 sử dụng cổng NAND
- Chức năng chính của cổng NAND là khi tất cả các đầu vào ở mức thấp (0)
hoặc mức cao (1) thì đầu ra chỉ có thể ở mức cao (1). Chức năng của cổng logic
NAND này là bổ sung hoặc đối lập với cổng AND.
- Biểu thức Boolean của cổng này là phép cộng logic được đảo ngược với
cổng AND. Ví dụ, nếu biểu thức logic của cổng AND là A * B, thì ta sẽ có biểu
thức logic của cổng NAND là A * B ’. IC cổng logic thường được sử dụng là IC
7400 với cổng AND. Cổng logic này bao gồm 4 cổng NAND độc lập bằng cách
sắp xếp chân điển hình. b. IC 7447 (74LS47 IC)
- IC 7447 hay còn đươc gọi là IC 74LS47, đây là một mạch tích hợp
trong dòng IC 74xx được dùng trong máy tính, các bộ đếm kỹ thuật số hay
đồng hồ, các thiết bị đo lường,…
- 74LS47 là IC điều khiển / giải mã BCD sang 7 đoạn. Nó chấp nhận
một số thập phân được mã hóa nhị phân làm đầu vào và chuyển đổi nó thành
một mẫu để điều khiển 7 đoạn để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9. Số thập
phân được mã hóa nhị phân (BCD) là một kiểu mã hóa trong đó mỗi chữ số
của một số được biểu diễn bằng chuỗi nhị phân của chính nó (thường là bốn bit).
Ví dụ: 239 trong BCD được biểu diễn là 0010 0011 1001.
- IC 74LS47 chấp nhận bốn dòng dữ liệu đầu vào BCD (8421) và tạo
ra phần bổ sung của chúng bên trong. Dữ liệu được giải mã bằng bảy cổng
AND / OR để điều khiển trực tiếp LED 7 đoạn. Các đầu ra tương ứng với
cấu hình cực dương chung (CA) của 7 đoạn.
Tính năng và thông số kỹ thuật 74LS47
Chức năng: Bộ giải mã, Bộ phân kênh Loại: Open-Collector Họ công nghệ: LS IOL (Tối đa): 3.2mA VCC (Tối thiểu): 4,75V IOH (Tối đa): -0.05mA VCC (Tối đa): 5,25V Định mức: Catalog Kênh: 1
Phạm vi nhiệt độ hoạt động (C): 0 đến 70 Điện áp (Nom): 5V Số bit (#): 7
Tần số tối đa ở điện áp bình thường: 35Mhz Rò rỉ đầu vào kỹ thuật số (Tối đa): 5uA
tpd ở điện áp bình thường (Tối đa): 100 nsec ESD CDM (kV): 0,75 Cấu hình: 4: 7 ESD HBM (kV): 2 Vcc: Nguồn 5V
a, b, c, d, e, f, g: Ngõ ra mã 7 đoạn GND: Nguồn 0V
LT: Chân kiểm tra các đoạn của LED
A, B, C, D: Ngõ vào BCD c. IC 7490 (74LS90 IC)
- 74LS90 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. -
Hình dạng và sơ đồ chân:
- Hoạt động của IC 7490:
IC đếm 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã
BCD ở các ngõ ra. 74LS90 bao gồm bốn flip-flop JK chủ-tớ được kết nối
bên trong để cung cấp mạch đếm MOD-2 (2 trạng thái đếm) và mạch đếm
MOD-5 (5 trạng thái đếm). 74LS90 có một flip-flop độc lập được điều khiển
bởi đầu vào CLKA và ba flip-flop JK tạo thành một bộ đếm không đồng bộ
được điều khiển bởi đầu vào CLKB như hình bên dưới.
- Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD. Thứ tự đếm
của 74LS90 được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức
là khi tín hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic
0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng hồ tác động vào mạch đếm.
Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET. Khi
các ngõ vào RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị
RESET trở về 0 (0000) còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic
1, thì mạch đếm được RESET về số 9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại.
Bảng hoạt động Reset và đếm của IC đếm 74LS90 như sau:
- Mạch đếm chia 2 tần số:
Khi IC đếm hoạt động ở chế độ này thì phần mạch đếm chia 5 bị vô
hiệu hóa. Nếu tín hiệu đồng hồ được đưa vào chân số 14 (CKA) và tín hiệu
được lấy ra ở chân số 12 (Q0/QA) thì chúng ta có thể tạo ra một bộ đếm nhị
phân chia 2 (MOD = 2) để sử dụng trong các mạch chia tần số như được hiển thị ở hình trên.
- Mạch đếm chia 5 tần số:
Để tạo ra mạch đếm chia 5, chúng ta sẽ vô hiệu hóa flip-flop đầu tiên
và đưa tín hiệu xung đồng hồ vào chân số 1 (CKB) với tín hiệu ngõ ra được
lấy từ chân số 11 (Q3/QD) như hình trên.
Lưu ý rằng với cấu hình mạch đếm chia 5 này, dạng sóng ngõ ra
không đối xứng nhưng có tỷ lệ dấu và trống là 4: 1. Tức là bốn tín hiệu đồng
hồ đầu tiên tạo ra mức THẤP hoặc logic 0 ở ngõ ra và tín hiệu đồng hồ thứ
năm tạo ra mức CAO hoặc logic 1 ở ngõ ra. II. THỰC HÀNH
1. Tên bài thực hành:
MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI MẠCH ĐẾM THUẬN (00S-59S) 2. Linh kiện: STT Linh kiện SL Vai trò Hình ảnh
Một breadboard là một bảng mạch
tạm thời để thử nghiệm và tạo mẫu
mạch, việc hàn không được thực hiện 1 Bread Board
1 trên bảng mạch này, nó có tính thao
tác lắp ráp nhanh hơn và dễ dàng hơn
so với các mạch nguyên mẫu
74LS90 là bộ đếm thập phân không
có chức năng reset tự động. Có nhiều IC 7490
loại bộ đếm có thể sử dụng trong các 2 2 (IC74LS90)
thiết bị để đếm chữ số nhị phân hoặc thập phân.
74LS47 là IC điều khiển / giải mã
BCD sang 7 đoạn. Nó chấp nhận một
số thập phân được mã hóa nhị phân IC 7447 3 2
làm đầu vào và chuyển đổi nó thành (IC 74LS47)
một mẫu để điều khiển 7 đoạn để hiển
thị các chữ số từ 0 đến 9.
IC 7400 hay 7400 series là một dòng
chip logic với 14 chân và có 4 cổng IC 7400 NAND 2 đầu vào 4 1 (IC 74LS00)
Led 7 đoạn là thiết bị hiển thị điện tử
để hiển thị số. Khi mỗi đoạn chiếu 5 Led 7 thanh
2 sáng thì một phần của chữ số sẽ được
hiển thị. Led 7 đoạn được sủ dụng
rộng rãi tỏng đồng hồ số, máy tính.
Khống chế dòng điện ở mức phù hợp Điện trở 4k 6 2 Ohm
Khống chế dòng điện ở mức phù hợp Điện trở 2k 7 2 Ohm Tác dụng lọc 8 Tụ điện 10uF 1 9 Dây dẫn Nguồn điện 3- 10 5V
3. Sơ đồ khối.
IC 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã BCD ở các
ngõ ra . 74LS90 bao gồm 4 flip-flop JK chủ- tớ được kết nối bên trong để cung cấp
mạch đếm MOD-2 (2 trạng thái đếm) và mạch đếm MOD-5 (5 trạng thái đếm)
74LS90 có một flip flop độc lập được điều khiển bởi đầu vào CLKA và ba flip-
flop JK tạo thành một bộ đếm không đồng bộ được điều khiển bởi đầu vào CLKB như hình bên dưới.
Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD. Thứ tự đếm của
74LS90 được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng bộ, tức là khi tín
hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic 1 sang logic 0 thì xem như có xung đồng
hồ tác động vào mạch đếm.
Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET. Khi các
ngõ vào RESET R1 và R2 được kết nối với logic1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở
về 0 còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1 thì mạch RESET về số
9 bất kể số đếm hoặc vị trí đếm hiện tại
Như đã trình bày ở trên, bên trong IC74LS90 gồm có mạch đếm chia 2 và
mạch đếm chia 5. Như vậy, chúng ta có thể sử dụng một trong hai mạch đếm: hoặc
chỉ mạch đếm chia hai tần số hoặc chỉ bộ đếm chia năm tần số hoặc kết hợp cả hai
mạch đếm với nhau để tạo ra mạch đếm BCD chia 10 như mong muốn.
Khi IC đếm hoạt dộng ở chế độ này thì phần mạch đếm chia 5 bị vô hiệu
hóa. Nếu tín hiệu đồn hồ được đưa vào chân số 14 (CKA) vàtín hiệu được lấy ra ở
chân số 12 (Q0/QA) thì chúng ta có thể tạo ra một bộ đếm nhị phân chia 2 (MOD =
2) để sử dụng trong các mạch chia tần số như được hiển thị ở hình trên. Để tạo ra
mạch đếm chia 5, chúng ta sẽ vô hiệu hóa flip-flop đầu tiên và đưa tín hiệu xung
đồng hồ vào chân số 1 (CKB) với tín hiệu ngõ ra được lấy từ chân số 11 (Q3/QD).
Để hiển thị các số đếm trên led 7 đoạn chúng ta cần một IC giải mã BCD
sang led 7 đoạn. IC 74LS47 hoặc 74LS247 được thiết kế để làm được việc đó.
74LS47 có bốn ngõ vào cho các chữ số BCD A, B, C và D và có 7 ngõ ra để điều
khiển các đoạn của led 7 đoạn. IC giải mã hiển thị 74LS47 nhận mã BCD từ các
ngõ ra của IC đếm 74LS90 và tạo các tín hiệu cần thiết để ra điều khiển các đoạn
của led 7 đoạn để hiện thị được các số đếm. Và IC giải mã 74LS47 được thiết kế
để điều khiển led 7 đoạn loại anode chung nên khi ngõ ra ở mức THẤP (logic 0)
sẽ làm cho LED kết nối với ngõ ra này phát sáng trong khi ngõ ra ở mức CAO
(logic 1) sẽ làm cho LED này TẮT, Đối với hoạt động bình thường, tất cả các chân
LT (Lamp Test), BI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output) và RBI
(Ripple Blanking Input) đều phải được bỏ trông hoặc kết nối với logic 1 (mức CAO).
Các ngõ vào của IC 74LS47 được kết nối với các ngõ ra tương ứmg của IC
đếm BCD 7Lưu ý rằng mặc dù 74LS47 có các ngõ ra tích cực mức THẤP và được
thiết kể để giải mã hiển thị trên LED 7 đoạn loại ANODE chung. IC giải mã điều
khiển 74LS48/4511 có chức năng hoàn toàn giống như IC 74LS47 ngoại trừ nó có
ngõ ra tích cực mức CAO, được thiết kế để giải mã hiển thị cho 7 đoạn loại
CATHODE chung. Vì vậy, tùy thuộc vào loại led 7 đoạn mà bạn sử dụng, bạn có
thể cần IC giải mã 74LS47 hoặc 74LS48.
4LS90 để hiển thị các số đếm trên led 7 đoạn như hình trên. Số đếm hiện thị
trên led 7 đoạn tăng dần từ 0 đến 9 mỗi khi có xung đồng hồ tác động vào IC đếm.
Mạch của chúng ta là một mạch đếm số đơn giản hiển thị các số đếm từ 0
đến 9 sử dụng IC đếm 74LS90 và IC giải mã BCD sang led 7 đoạn 74LS47. Để
đếm hơn 10 thì chúng ta sẽ cần ghép hai IC đếm BCD lại với cho nhau.
Bộ đếm BCD gồm 2 chữ số sẽ được tính theo số thập phân tư 00 đến 59
(0000 0000 đến 101 1001) và sau đó sẽ tự động RESET về 00, Lưu ý rằng mặc dù
đó sẽ là bộ đếm 2 chữ số, các giá trị đại diện cho các số thập lục phân từ A đến F
không hợp lệ trong mã này
4. Sơ đồ nguyên lý. III. NHẬN XÉT
- Mạch có thiết kế hợp lí.
- Mạch hoạt động ổn định.
- Có tính ứng dụng thực tế cao như làm đèn giao thông, đồng hồ,…
Tài liệu liên quan:
-
Báo cáo Thực Tập Cơ Bản: Linh Kiện và IC Trong Mạch Điện | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
41 21 -
Báo cáo Thực Tập Cơ Bản: Thiết Kế Mạch Điện Tử | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
34 17 -
Báo cáo về Chủ nghĩa Xã hội Khoa học và Vai trò của C. Mác - Ph. Ăngghen | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
40 20 -
Báo cáo Thực Tập Cơ Bản: Thiết Kế Mạch Đếm Thuận 0-9 Bằng Altium | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
34 17 -
Báo cáo thực tập Mạch khuếch đại âm tần - Điện tử | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
35 18