Báo cáo thực tập cơ bản về IC và tín hiệu số 74xx | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

MỤC LỤC I. Các loại IC II. Đèn led 7 thanh III. Tín hiệu số IV. Cổng logic cơ bản I. Các loại IC 1. IC 7490 (74LS90) a. Định nghĩa
-IC 7490 là bộ đếm thập phân không có chức năng reset tự động. IC hoạt động dựa trên
một Flip Flop loại T, chúng có thể tạo ra bộ đếm có 2n số nhị phân.
-Ic 7490 chữa 2 bộ độ MOD gồm MOD 2 và MOD 5. Bộ đếm được bắt đầu đếm từ 0000
đến 1001 và sau đó nó sẽ reset lại giá trị.
-Việc reset tự động làm cho bộ đếm sẽ bắt đầu đếm từ 0 và hết thức ở số 9 trong hệ thập
phân. Trong IC 7490 có đến 4 chân reset, nhưng chân này có thể giúp cho IC đếm bằng
cách tác động kích hoạt 2 trong 4 chân. b. Thông số kĩ thuật
c. Hình dạng và sơ đồ chân Chức năng cùa các chân:
d. 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:
Như đã trình bày ở trên, bên trong IC đếm 74LS90 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 2 tần số
hoặc chỉ bộ đếm chia 5 tần số hoặc kết hợp cả hai mạch đếm với nhau để tạo ra mạch đếm BCD chia 10.
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).
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. Mạch đếm chia 10
Để tạo ra mạch đếm thập phân BCD chia cho 10, cả hai mạch đếm bên trong được sử dụng cho
giá trị chia 2×5 lần. Do ngõ ra đầu tiên QA từ flip-flop (A) không được kết nối nội bộ với các
tầng flip-flop còn lại nên mạch đếm có thể được mở rộng để tạo mạch đếm BCD 4 bit bằng cách
kết nối đầu ra QA này với đầu vào CKB.
Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng các bộ đếm BCD là các bộ đếm nhị phân có số đếm từ 0000
đến 1001 và sau đó được RESET để xóa tất cả các flip-flop sau lần đếm thứ chín. Nếu chúng ta
kết nối tín hiệu xung đồng hồ vào ngõ vào CKA, mỗi khi có một xung tác động vào mạch đếm
thì mạch đếm sẽ tăng lên một đơn vị. Nếu chúng ta kết nối các đèn LED với các ngõ ra QA, QB,
QC và QD như hình bên dưới, chúng ta có thể xem số thập phân được mã hóa thành số nhị phân
khi mạch đếm hoạt động.
Sự thay đổi trạng thái ở các ngõ ra của mạch đếm được thể hiện qua bảng sau đây: e. Tổng kết
IC đếm 74LS90 là một IC đếm thập phân rất linh hoạt và có thể được sử dụng làm bộ chia
tần số hoặc được thực hiện để phân chia bất kỳ số đếm nguyên nào từ 2 đến 9 bằng cách đưa
các ngõ ra thích hợp trở về các ngõ vào RESET của IC. 2. IC 7447 (74LS47) a. Định nghĩa
-IC 7447 hay IC 74LS47 là một mạch tích hợp nằm trong dòng IC 74xx được sử dụng
trong máy tính, bộ đếm kỹ thuật số, đồng hồ hay các thiết bị đo lường khác.
-IC 7447 được biết đến nhiều khi được dùng trong bộ giải mã hiển thị của bộ BCD Led 7
thanh và đầu ra bộ thu mở 15V. IC 74LS47 được sản xuất trong gói 14 chân. b. Thông số kĩ thuật
-IC được đóng gói với 16 chân trong 1 dòng kép DIP
-Bộ chuyển đổi BCD sang led 7 đoạn, hiển thị giá trị từ 0 đến 9
-Nguồn cấp hoạt động tốt nhất trong khoảng điện áp 5V (có thể giao động từ 4.75V – 5.25V)
c. Hình dạng và sơ đồ chân Sơ đồ chân:
-Chân 1, chân 2, chân 6, chân 7 là những đầu vào ứng lần lượt với B, C, D, A
-Chân 9, chân 10, chân 11, chân 12, chân 13, chân 14, chân 15 là những chân đầu ra,
chúng sẽ được nối với led 7 thanh
-Chân 8: chân nối đất GND
-Chân 16: chân cấp nguồn Vcc 5V (không cấp quá nguồn 5V để IC có thể hoạt động bình thường)
-Chân 3 LT (Lamp Test) sử dụng để kiểm tra led 7 đoạn. Nếu chân 3 nối mass thì led sẽ
sáng cùng lúc 7 đoạn. Chân này chỉ sử dụng để kiểm tra xem led 7 thanh có bị hỏng tại đoạn nào hay không.
-Chân 4 BI/RB0 được nối với mức cao (khi bị nối với mức thấp thì toàn bộ đèn sẽ không sáng được)
-Chân 5 RBI được nối với mức cao.
d. Hoạt động của IC 7447
A, B, C, D (nối với vi xử lý, mạch số counter,…). BI/RBO, RBI, LT (chân điều khiển của IC
7447, tùy thuộc vào nhu cầu mà sẽ có kiểu nối khác nhau). Các chân QA, QB, QC, QD, QE, QF,
QG sẽ nối lần lượt với chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 thanh.
Cách thức hoạt động của IC 7447 trong mạch sẽ như sau:
-Các chân A, B, C, D: Đầu vào của 7447, nhận các giá trị nhị phân (BCD) từ 0 đến 15,
tương ứng với mỗi giá trị nhận được sẽ giải mã 1 đầu ra Q tương ứng.
-Chân QA – QG : đươc nối trực tiếp LED 7 thanh trong đó QA=a, QB=b, QC=c, QD=d,
QE=e, QF=f, QG=g. Giá trị hiển thị trên LED 7 thanh sẽ phụ thuộc vào giá trị đầu vào của các mạch.
IC 7447 thường được dùng ở 4 chế độ hoạt động là:
-Sáng bình thường đủ các trạng thái từ 0 đến 9 (chế độ thường dùng nhất). Chân BI/RBO
phải bỏ trống hoặc là được nối lên mức cao, chân RBI phải bỏ trống hoặc được nối lên
mức cao, chân LT phải bỏ trống hoặc phải nối lên mức cao.
-Chân BI/RBO khi nối xuống mức thấp thì tất các các đoạn của LED sẽ đều không sáng
dù trạng thái của các ngõ vào còn lại như thế nào.
-Bỏ trạng thái số 0 (khi BCD tại ngõ vào bằng 0 thì tất cả các đoạn của LED 7 đoạn sẽ đều
tắt). Chân RBI nằm ở mức thấp và chân BI/RBO phải được bỏ trống (đóng vai trò như một ngõ ra).
-Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc được nối lên mức cao và chân LT phải được nối xuống
mức thấp. Tất cả các thanh của LED 7 đoạn sẽ đều sáng, bất chấp các ngõ vào BCD khác
như thế nào. Được sử dụng để Kiểm tra các đoạn của LED 7 đoạn xem liệu còn sáng hay không. 3. IC 7400 (IC 74LS00) a. Định nghĩa
-IC 7400 hay 7400 series là một dòng chip logic với 14 chân và có 4 cổng NAND 2 đầu vào.
-IC 7400 được xây dựng cùng với một số thiết bị, cung cấp đầy đủ các cổng giao tiếp
logic cơ bản. Dòng IC này chủ yếu bao gồm các chip logic khác nhau như cổng logic
cùng thanh ghi, bộ nhớ RAM và bộ giải mã khác nhau
b. Những 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
c. Hình dạng và sơ đồ chân Sơ đồ chân:
-Pin 1: Đây là cổng A-input-1
-Pin 2: Đó là Cổng vào B-1 -Pin 3: Đó là Cổng ra Y-1
-Pin 4: Đây là cổng A-input-2
-Pin 5: Đó là Cổng đầu vào B-2
-Pin 6: Đây là cổng ra Y-2
-Pin 7: Đây là một thiết bị đầu cuối GND
-Pin 8: Đây là cổng ra Y-3
-Pin 9: Đây là cổng đầu vào B-3
-Pin 10: Đây là cổng A-input-3
-Pin 11: Đó là Cổng đầu ra Y-4
-Pin 12: Đây là cổng đầu vào B-4
-Pin 13: Đây là cổng A-input-4
-Pin 14: Đó là chân Vcc (Chân nguồn cung cấp tích cực) II. Led 7 thanh a. Định nghĩa
LED 7 thanh hay còn được gọi là LED 7 đoạn, bao gồm 7 đoạn đèn LED được xếp lại với
nhau thành hình chữ nhật. Khi các đoạn lập trình để chiếu sáng thì sẽ hiển thị chữ số của hệ
thập phân hoặc thập lục phân. Đôi khi LED số 8 được hiển thị dấu thập phân khi có nhiều
LED 7 thanh được nối với nhau để có thể hiển thị được các số lớn hơn 2 chữ số.
b. Cấu tạo, phân loại LED 7 thanh và nguyên lý hoạt động
Với các đoạn LED trong màn hình đều được nối với các chân kết nối để đưa ra ngoài. Các
chân này được gán các ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho từng LED riêng lẻ. Các chân
được kết nối với nhau để có thể tạo thành một chân chung.
Chân Pin chung hiển thị thường được sử dụng để có thể xác định loại màn hình LED 7 thanh
đó là loại nào. Có 2 loại LED 7 thanh được sử dụng đó là Cathode chung (CC) và Anode chung (CA)
-Cathode chung (CC): Trong màn hình Cathode chung thì tất cả các cực Cathode cả các
đèn LED được nối chung với nhau với mức logic “0” hoặc nối Mass (Ground). Các chân
còn lại là chân Anode sẽ được nối với tín hiệu logic mức cao (HIGHT) hay mức logic 1
thông qua 1 điện trở giới hạn dòng điện để có thể đưa điện áp vào phân cực ở Anode từ a
đến G để có thể hiển thị tùy ý.
-Anode chung (CA): Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối Anode của
LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng lẻ sẽ sáng
bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức thấp “LOW” thông qua một
điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với các cực Cathode với các đoạn LED cụ thể từ a đến g.
Bảng chân lý của LED 7 thanh III. Tín hiệu số a. Định nghĩa
Tín hiệu số còn được biết thông dụng với tên gọi tín hiệu digital có biên độ rời rạc, không
liên tục nhau theo từng thời điểm. Dạng tín hiệu này vận hành theo hệ nhị phân - tại bất kỳ
một thời điểm nào, tín hiệu chỉ được thể hiện thông qua chữ số 0 và 1. Với 1 thể hiện mức
điện thế cao (ở trạng thái ON) và 0 biểu diễn mức điện thế thấp (ở trạng thái OFF). Tín hiệu
số được hình thành từ công nghệ do đó thuận tiện hơn trong việc xử lý và lưu trữ dữ liệu.
b. Đặc Tính Của Tín Hiệu Số
-Trạng thái tín hiệu: rời rạc ở các cột mốc thời gian khác nhau, thân thiện với máy vi tính
và các thiết bị tính toán.
- Công dụng: Truyền tín hiệu các dữ liệu số, chuyên dùng trong tính toán.
- Khả năng lưu trữ: Khả năng chứa thông tin ít, được lưu giữ theo dạng bit trên các thiết bị
ghi nhớ cao cấp (rom, fash,..).
- Truyền thông: Dữ liệu được truyền đi trong khoảng thời gian ngắn nhưng có nhược điểm bị gây nhiễu.
c. Ưu Nhược Điểm Của Tín Hiệu Số Digital Ưu điểm:
-Tín hiệu số có khả năng loại bỏ các tạp âm khi truyền tải tín hiệu digital.
- Sao chép thông tin dữ liệu hạn chế giảm chất lượng và có thể sao chép vô số lần không giới hạn.
- Tín hiệu số không bị tác động bởi dao động nhiệt và điện áp.
- Dù là tuyến tính hay không thì tín hiệu số vẫn không bị biến dạng.
- Có thể truyền đi ở khoảng cách xa.
- Tất cả các thông tin dạng kỹ thuật số đều được mã hóa dễ dàng.
- Nhiều công cụ hỗ trợ chỉnh sửa có sẵn. Nhược điểm:
-Tín hiệu số digital dễ bị lỗi tín hiệu âm thanh vì tín hiệu số biểu diễn ở dạng dữ liệu số
nên trong quá trình truyền tải có thể thất thoát một vài byte.
- So với tín hiệu analog thì tín hiệu số digital có quy trình xử lý tín hiệu khá phức tạp và tốn kém hơn.
-Tín hiệu số digital yêu cầu băng thông lớn hơn nhiều so với tín hiệu analog. IV. Các cổng logic cơ bản Định nghĩa:
-Cổng logic là khối xây dựng cơ bản của bất kỳ hệ thống kỹ thuật số nào. Nó là một mạch
điện tử có một hoặc nhiều ngõ vào và chỉ có một ngõ ra. Mối quan hệ giữa ngõ vào và
ngõ ra dựa trên một logic nhất định.
-Có tất cả 7 cổng logic: NOT, AND, OR, NAND, NOR, EX-OR và EX-NOR. a. Cổng NOT
Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra. Cổng NOT dùng để thực hiện phép NOT
hay phép phủ định trong đại số. Cổng NOT còn được gọi là cổng ĐẢO (Inverter). b. Cổng AND
Cổng AND dùng thực hiện hàm AND của 2 hay nhiều biến. Cổng AND có số ngõ vào tuỳ
thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm AND của các biến ngõ vào. c. Cổng OR
Cổng OR dùng thực hiện hàm OR của 2 hay nhiều biến. Cổng OR có số ngõ vào tuỳ
thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm OR của các biến ngõ vào. d. Cổng NAND
Cổng NAND là kết hợp của cổng AND và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NAND là đảo với ngõ ra cổng AND. e. Cổng NOR
Cổng NOR là kết hợp của cổng OR và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NOR là đảo với ngõ ra cổng OR. f. Cổng EX-OR
Cổng EX-OR dùng để thực hiện hàm EX-OR. Cổng EX-OR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra. g. Cổng EX-NOR
Cổng EX-NOR là kết hợp của cổng EX-OR và cổng NOT, dùng để thực hiện hàm EX-
NOR. Cổng EX-NOR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra.