Đề tài: Mạch kỹ thuật số với bộ đếm thuận (từ 00 đến 59) | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ************* ĐỀ TÀI:
MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN (từ 00 đến 59)
Sinh viên thc hiê n:
1. Nguyn Đnh Hương- 20192898 2. Ngô Th Anh - 20192687
H Nô i, ngy 30 th"ng 9 năm 2020. 1 Mục lục
Mục lục………………………………………………………………………....2
I. Cơ sở lý thuyết……………………………………………………………….3
1.Tm hiểu về tín hiệu số v ứng dụng………………………………………..3
2. C"c cổng logic cơ bản v thuật to"n logic …………………………………3
3. Mạch dãy, mạch đm……………………………………………………….6
4.Tm hiểu về IC, số họ TTL v CMOS………………………………..……..7
II. Thực hành……………………………………………………………………9
1.Tên bi thực hnh……………………………………………………………10
2. Linh kiện…………………………………………………………………….10
3. Sơ đồ khối…………………………………………………………………...11
4.Sơ đồ thit k………………………………………………………………...12
III, Kết quả……………………………………………………………………... 12 2 I,Cơ sở lý thuyết.
1.Tìm hiểu về tín hiệu số và ứng dụng. a, Tín hiệu số.
Tín hiệu số l tín hiệu được sử dụng để biểu din dữ liệu dưới dạng một chuỗi
c"c gi" trị rời rạc; tại bất kỳ thời điểm no, nó chỉ có thể đảm nhận một trong số c"c
gi" trị hữu hạn. Điều ny tương phản với một tín hiệu tương tự, đại diện cho c"c gi"
trị liên tục; tại bất kỳ thời điểm no, tín hiệu tương tự đại diện cho một số thực trong
phạm vi gi" 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, c"c cuộc gọi điện thoại khoảng
c"ch xa, xử lý ting nói, xử lý âm thanh, v tăng cường chất lượng hnh ảnh v
truyền hnh. C"c công nghệ nén MPEG hay WMV hiện nay đều dựa trên tin 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 l một cổng Logic thực hiện thuật to"n phủ định
Logic tín hiệu đầu vo. - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: 3
Nhận xét: Ngõ vo v ngõ ra có mức logic tr"i ngược nhau. - Biểu thức logic: Q = b, Cổng AND
- Định nghĩa: Cổng AND l một cổng logic thực hiện thuật to"n nhân logic c"c tín hiệu đầu vo. -Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: Nhận xét:
Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả c"c ngõ vo lên cao.
Khi có một ngõ vo bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp c"c ngõ vo còn lại. - Biểu thức logic: Q = A.B c, Cổng OR
- Định nghĩa: Cổng OR l một cổng logic thực hiện thuật to"n tổng logic c"c tín hiệu đầu vo. 4 -Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: Nhận xét:
Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả c"c ngõ vo xuống thấp.
Khi có một ngõ vo bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp c"c ngõ vo còn lại. - Biểu thức logic: Q = A + B d, Cổng NAND
- Định nghĩa: Cổng NAND l một cổng logic thực hiện thuật to"n phủ định tích
logic c"c tín hiệu đầu vo. - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: 5 Nhận xét:
Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vo của nó bằng 0.
Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả c"c ngõ vo của nó bằng 1. - Biểu thức logic: Y = e,Cổng NOR
- Định nghĩa: Cổng NOR l một cổng logic thực hiện thuật to"n phủ định tổng
logic của c"c tín hiệu đầu vo. - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: Nhận xét:
Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả c"c ngõ vo của nó có gi" trị 0. 6
Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vo của nó có gi" trị 1 - Biểu thức logic: Y =
3. Mạch dãy, mạch đếm. a, Mạch đm:
-Mạch đm hay Counter l một mạch tích hợp thực hiện đm v chứa số lần
xảy ra sự kiện hoặc qu" trnh no đó, thông thường th có gắn với xung nhịp clock.
-Mạch đm sử dụng chip 74LS90 đây l chíp đm thông dụng với 2 bộ đm 5
v 2 tích hợp sẵn trong chip . Từ 2 bộ đm ny kt hợp với bảng trạng th"i chúng
ta có thể reset bộ đm trong khoảng từ 0 đn 10 . Kt hợp nhiều chip lại chúng ta
có thể đm đn c"c số lớn hơn
-IC7490 gồm 2 bộ chia l chia 2 v 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 hon l mạch logic có tính chất nhớ, có khâu tr
-Trạng th"i tip theo của mạch phụ thuộc vo gi" trị của kích thích ở lối vo v
trạng th"i hiện tại của mạch. 7
-Mạch tuần tự thường hoạt động đồng bộ theo sự điều khiển của tín hiệu nhịp clock.
4. Tìm hiểu về IC, số họ TTL và CMOS IC họ TTL
Transistor-transistor logic hay TTL l một lớp mạch kỹ thuật số được xây dựng
từ c"c transistor lưỡng cực (BJT) v một số điện trở phụ trợ. Tên gọi transistor-
transistor logic l do nó đảm nhiệm hai chức năng, một l lm cổng logic (ví dụ
AND) v hai l chức năng khuch đại được c"c transistor thực hiện - Phân loại
+ TTL ngõ ra cực thu để hở
=> Cấu trúc của một cổng nand 2 ngõ vo v có ngõ ra cực thu để hở
Cổng NAND thường sẽ tốn kém v phức tạp hơn c"ch c"ch dùng cổng NAND cực thu để hở (open colector: CO) mặc dù cả 2 c"ch đều
dùng để thực hiện hm logic + TTL có ngõ ra 3 trạng th"i 8 - Đặc tính điện
+ Nguồn nuôi v công suất tiêu t"n: Công thức tiêu t"n được nói đn để đ"nh gi"
chất lượng của IC, rõ rng nu mạch logic no có nó thấp th được đ"nh gi" cao hơn
nhưng cũng có một tiêu chuẩn kh"c cần quan tâm l tốc độ chuyển mạch của cổng
+ Tốc độ chuyển mạch: Tích số tốc độ - công suất cng nhỏ th cổng cng tốt v
thích hợp với nhiều ứng dụng tốc độ cao hay công suất tiêu t"n thấp hay cả hai
+ Tính chống nhiu: Đôi khi c"c điện "p v dòng điện vo ra cổng logic đã được
đảm bảo ngoi vùng bất định nhưng mạch vẫn có thể hoạt động sai logic đó l do
ảnh hưởng của nhiu gồm những từ bên ngoi thâm nhập vo
+ Hệ số tải (số tỏa ra: Fanout): Hệ số tải v c"c thông số dòng "p vo ra ở trên
được coi l thông số nền tảng để tính to"n sự giao tip giữa c"c mạch TTL kh"c loại *IC họ CMOS
- Cấu tạo: l một cổng NOT gồm một transistor NMOS v một transistor PMOS như hnh Đặc tính kĩ thuật:
+ Công suất tiêu thụ: Khi mạch CMOS ở trạng th"i tĩnh (không chuyển mạch) th
công suất tiêu t"n PD của mạch rất nhỏ
+ Tốc độ chuyển mạch: Tốc độ chuyển mạch của CMOS th nhanh hơn hẳn loại
TTL do điện trở đầu ra thấp ở mỗi trạng th"i. Tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên khi
tăng nguồn nhưng điều ny cũng lm tăng công suất tiêu t"n ngoi ra nó cũng còn
ảnh hưởng bởi tải điện dung
+ Tính kh"ng nhiu: Về giới hạn nhiu nói chung l tốt hơn c"c loại TTL
+ Hệ số tải: Dòng ra của c"c CMOS kh" lớn trong lúc điện trở vo của c"c CMOS
lại rất lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dòng vo rất nhỏ nên số toả ra rất lớn 9 II, Thực hành. 1. Tên bài thực hành:
MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN( từ 00 đến 59) 2. Linh kiện. S Linh Số T kiện lượng Vai trò T 1 Board 1
Thit bị đơn giản cho phép tạo ra mạch điện m không cần phải hn. 2 IC 2
IC 74LS90 thuộc họ TTL có công dụng đm mã nhị phân 74SL90
chia 10 mã hóa BCD. Cứ mỗi xung vo th IC 74LS90 đm
tin lên 1 v được mã hóa ra 4 chân. Khi đm đn 10 nó sẽ
reset v trở về ban đầu. IC 74LS90 ny có ứng dụng rộng
trong c"c mạch số ứng dụng đm 10 v trong c"c mạch chia tần. 10 3 IC 2
IC SN7447AN l IC giải mã ginh riêng cho LED 7 đoạn 74LS47
anode chung. IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung.
Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong
mạch số m không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tit
kiệm chân cho vi điều khiển. 4 IC
1IC SN7447AN l IC giải mã ginh riêng cho LED 7 đoạn 74LS00
anode chung. IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung. 11
Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong
mạch số m không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tit
kiệm chân cho vi điều khiển. 5 LED 7 2
Hiển thị số đm cho mạch đm thanh 6 Điện trở 2
Khống ch dòng điện ở mức phù hợp. 4kΩ 7 Điện trở 2
Khống ch dòng điện ở mức phù hợp. 2kΩ 12 8 Tụ điện 1 Có t"c dụng lọc 10 µF 9 Dây dẫn 5 Kt nối c"c linh kiện 20cm 10 Nguồn 1 Cung cấp nguồn điện điện 3V 3. Sơ đồ khối.
a. Nguyên lí hoạt động
IC 74LS90 về cơ bản l mạch đm thập phân MOD-10 tạo ra mã BCD ở c"c ngõ ra .
74LS90 bao gồm 4 flip-flop JK chủ- tớ được kt nối bên trong để cung cấp mạch
đm MOD-2 (2 trạng th"i đm) v mạch đm MOD-5 (5 trạng th"i đm) 74LS90 có
một flip flop độc lập được điều khiển bởi đầu vo CLKA v ba flip- flop JK tạo
thnh một bộ đm không đồng bộ được điều khiển bởi đầu vo CLKB như hnh bên dưới.
Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu l QA, QB, QC v QD. Thứ tự đm của 74LS90
được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng bộ, tức l khi tín hiệu xung
đồng hồ CLK chuyển từ logic 1 sang logic 0 th xem như có xung đồng hồ t"c động vo mạch đm. 13
C"c chân ngõ vo bổ sung R1, R2, R3 v R4 l c"c chân RESET. Khi c"c ngõ vo
RESET R1 v R2 được kt nối với logic1, th mạch đm sẽ bị RESET trở về 0 còn
khi c"c ngõ vo R3 v R4 được kt nối với logic 1 th mạch RESET về số 9 bất kể số
đm hoặc vị trí đm hiện tại
Như đã trnh by ở trên, bên trong IC74LS90 gồm có mạch đm chia 2 v mạch đm
chia 5. Như vậy, chúng ta có thể sử dụng một trong hai mạch đm: hoặc chỉ mạch
đm chia hai tần số hoặc chỉ bộ đm chia năm tần số hoặc kt hợp cả hai mạch đm
với nhau để tạo ra mạch đm BCD chia 10 như mong muốn.
Khi IC đm hoạt dộng ở ch độ ny th phần mạch đm chia 5 bị vô hiệu hóa. Nu
tín hiệu đồn hồ được đưa vo chân số 14 (CKA) v tín hiệu được lấy ra ở chân số 12
(Q0/QA) th chúng ta có thể tạo ra một bộ đm nhị phân chia 2 (MOD = 2) để sử
dụng trong c"c mạch chia tần số như được hiển thị ở hnh trên. Để tạo ra mạch đm
chia 5, chúng ta sẽ vô hiệu hóa flip-flop đầu tiên v đưa tín hiệu xung đồng hồ vo
chân số 1 (CKB) với tín hiệu ngõ ra được lấy từ chân số 11 (Q3/QD).
Để hiển thị c"c số đm trên led 7 đoạn chúng ta cần một IC giải mã BCD sang led 7
đoạn. IC 74LS47 hoặc 74LS247 được thit k để lm được việc đó. 74LS47 có bốn
ngõ vo cho c"c chữ số BCD A, B, C v D v có 7 ngõ ra để điều khiển c"c đoạn
của led 7 đoạn. IC giải mã hiển thị 74LS47 nhận mã BCD từ c"c ngõ ra của IC đm
74LS90 v tạo c"c tín hiệu cần thit để ra điều khiển c"c đoạn của led 7 đoạn để hiện
thị được c"c số đm. V IC giải mã 74LS47 được thit k để điều khiển led 7 đoạn
loại anode chung nên khi ngõ ra ở mức THẤP (logic 0) sẽ lm cho LED kt nối với
ngõ ra ny ph"t s"ng trong khi ngõ ra ở mức CAO (logic 1) sẽ lm cho LED ny
TẮT, Đối với hoạt động bnh thường, tất cả c"c chân LT (Lamp Test), BI/RBO
(Blanking Input/Ripple Blanking Output) v RBI (Ripple Blanking Input) đều phải
được bỏ trông hoặc kt nối với logic 1 (mức CAO).
C"c ngõ vo của IC 74LS47 được kt nối với c"c ngõ ra tương ứmg của IC đm
BCD 7Lưu ý rằng mặc dù 74LS47 có c"c ngõ ra tích cực mức THÁP v được thit
kể để giải mã hiển thị trên LED 7 đoạn loại ANODE chung. IC giải mã điều khiển
74LS48/4511 có chức năng hon ton giống như IC 74LS47 ngoại trừ nó có ngõ ra
tích cực mức CAO, được thit k để giải mã hiển thị cho 7 đoạn loại CATHODE
chung. V vậy, tùy thuộc vo loại led 7 đoạn m bạn sử dụng, bạn có thể cần IC giải mã 74LS47 hoặc 74LS48. 14
4LS90 để hiển thị c"c số đm trên led 7 đoạn như hnh trên. Số đm hiện thị trên led
7 đoạn tăng dần từ 0 đn 9 mỗi khi có xung đồng hồ t"c động vo IC đm.
Mạch của chúng ta l một mạch đm số đơn giản hiển thị c"c số đm từ 0 đn 9 sử
dụng IC đm 74LS90 v IC giải mã BCD sang led 7 đoạn 74LS47. Để đm hơn 10
th chúng ta sẽ cần ghép hai IC đm BCD lại với cho nhau.
Bộ đm BCD gồm 2 chữ số sẽ được tính theo số thập phân tư 00 đn 59 (0000
0000 đn 101 1001) v sau đó sẽ tự động RESET về 00, Lưu ý rằng mặc dù đó sẽ l
bộ đm 2 chữ số, c"c gi" trị đại diện cho c"c số thập lục phân từ A đn F không hợp lệ trong mã ny. 4 . a. Sơ đồ nguyên lí b.Sơ đồ lắp r"p 15 III,Nhận xét.
-Mạch có thit k hợp lí.
-Mạch hoạt động ổn định.
-Có tính ứng dụng thực t cao như lm đèn giao thông, đồng hồ,…. 16