Mạch đếm ngược hiển thị trên LED hiển thị dùng IC khuếch đại thuật toán | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN
Mạch đếm ngược hiển thị trên LED hiển thị dùng IC khuếch đại thuật toán
Sinh viên thực hiện: Hà Tuấn Anh 20224472 Nguyễn Minh Dũng 20224478 Lớp: ET-LUH K67 Mã lớp: 744078
Giảng viên hướng dẫn: ThS Tào Văn Cường 1 MỤC LỤC
I Tìm hiểu về IC 7490, IC 7446, IC 7400..............................................................................................3 1.
IC 74LS90 – bộ đếm thập phân...............................................................................................3
1.1 Nguyên lý hoạt động............................................................................................................3
1.1.2 Sơ đồ chân IC 74LS90........................................................................................................4 1.1.3
Thông số kỹ thuật của IC74LS90.................................................................................5
1.1.4 Bảng trạng thái hoạt động.................................................................................................5 1.2
IC 7447 – Bộ giải mã...........................................................................................................5
1.2.1 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................................5
1.2.2 Sơ đồ chân.........................................................................................................................6 1.2.3
Thông số kỹ thuật.......................................................................................................7
1.3 IC 7400 – tạo xung nhịp...........................................................................................................7 1.3.1
Nguyên lý hoạt động...................................................................................................8 1.3.2
Sơ đồ chân..................................................................................................................8 1.3.3
Thông số kỹ thuật.......................................................................................................9
II LED hiển thị 7 thanh........................................................................................................................9
2.1 Cấu tạo.....................................................................................................................................9
2.2 Phân loại led 7 thanh..............................................................................................................10
2.3 Nguyên lý hoạt động..............................................................................................................10
2.3.1 Nguyên lý hoạt động của led...........................................................................................10
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của led 7 thanh..............................................................................10
2.4 Bảng chân lý của LED 7 thanh.................................................................................................11
III Các tín hiệu số..............................................................................................................................11
IV Các cổng logic cơ bản...................................................................................................................12
4.1 Phần tử đảo (phủ định) NOT..................................................................................................13 4.2
Phần tử nhân (AND).........................................................................................................13 2
4.3 Phần tử NAND........................................................................................................................14
4.4 Phần tử NOR...........................................................................................................................15
4.5 Phần tử OR.............................................................................................................................15
4.6 Phần tử XOR...........................................................................................................................16
V Tài liệu tham khảo.........................................................................................................................16
I Tìm hiểu về IC 7490, IC 7446, IC 7400
1. IC 74LS90 – bộ đếm thập phân 1.1 Nguyên lý hoạt động
Cấu trúc gồm 4 Flip Flop, FLip Flop đầu tiên sử dụng MOD 2 VÀ 3 chân sẽ sử dụng ở mod 5
Hai chân đầu vào sử dụng xung nhịp để đổi trạng thái đầu ra, các chân reset đều được điểu khiển thông qua các cổng AND.
Có 4 chân reset với 2 chân xung nhịp và 4 đầu ra. 4 chân reset sẽ tạo được hơn 16 tổ hợp những
trong một số tổ hợp sẽ có các đầu ra nhất định. 3
1.1.2 Sơ đồ chân IC 74LS90 Chân Chức năng CLKB Chân 1
Đầu vào xung clock của mod 5 trong IC. Là chân 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. R1 Chân 2
Chân 2 được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ cho giá trị lớn
nhất ở đầu ra. Sử dụng kết hợp với chân 3. R2 Chân 3
Chân 3 được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ cho giá trị lớn
nhất ở đầu ra. Sử dụng kết hợp với chân 2. NC Chân 4
Chân 4 sử dụng để hình dáng dễ nhìn cho mạch PCB. Không quan trọng nó
được đấu nối hay không vì nó sẽ không ảnh hưởng đến mạch. Vcc Chân 5
Chân 5 là chân cấp nguồn R3 Chân 6
Chân 6 được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ xóa tất cả giá trị
các đầu ra khi được kết hợp với R4. R4 Chân 7
Chân 7 được sử dụng như một chân reset trong IC. Nó sẽ xóa tất cả giá trị
các đầu ra khi được kết hợp với R3. Qc Chân 8
Chân 8 là một chân đầu ra. Nó là bit thứ hai của dữ liệu đầu ra 4 bit Qb Chân 9
Chân 9 là một chân đầu ra. Nó là bit LSB thứ hai (bit có trọng số thấp thứ
hai) của dữ liệu đầu ra 4 bit. GND Chân 10 Chân 10 nối đất QD Chân 11
Chân 11 là bit đầu ra có trọng số lớn nhất của dữ liệu đầu ra 4 bit. 4 QA Chân 12
Chân 12 là bit đầu ra có trọng số nhỏ nhất của dữ liệu đầu ra 4 bit. NC Chân 13
Chân 13 không cần đầu nối. Nó sẽ không ảnh hưởng đến vi mạch như chân 4. CLKA Chân 14
Chân 14 là chân đầu vào xung clock dùng để cấp xung clock cho MOD2 của IC.
1.1.3 Thông số kỹ thuật của IC74LS90 Nguồn đầu vào 4.75 V - 5.25 V Nhiệt độ hoạt động 0-70 độ C
Dãy điện áp đầu vào IC Mức cao nhỏ nhất: 2V Mức thấp cao nhất: 0.7V Đầu ra của IC Ở mức cao: 0.4mA Ở mức thấp: 8mA
Dsyc bảo vệ diode bên trong -1.5V
1.1.4 Bảng trạng thái hoạt động Các chân reset Đầu ra MR1(R4) MR2(R3) MS1(R2) MS2(R1) 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 L X L X Đếm Đếm Đếm Đếm X L X L Đếm Đếm Đếm Đếm L X X L Đếm Đếm Đếm Đếm X L L X Đếm Đếm Đếm Đếm
Bảng nhị phân tương ứng Số thập phân QD QC QB QA 00000 10001 20010 30011 40100 50101 60110 70111 81000 91001 5
1.2 IC 7447 – Bộ giải mã
1.2.1 Nguyên lý hoạt động
Các chân A, B, C, D: Đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân
(BCD) từ 0 tới 15, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng.
Chân 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 đầu vào của các mạch. Desimal Input Output LT- RBI- D C B A a- b- c- d- e- f- g- 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 2 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 3 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 4 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 5 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 6 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 7 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 8 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 9 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 10 1 X 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 11 1 X 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 12 1 X 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 13 1 X 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 14 1 X 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 6 15 1 X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1.2.2 Sơ đồ chân
Chân số 1, 2, 6, 7 là đầu vào ứng với B, C, D, A
Chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 là các chân đầu ra, những chân này sẽ được nối với led 7
thanh để điều khiển chúng.
Chân số 8 là chân nối đất GND
Chân số 16 là chân cấp nguồn Vcc 5V, không cấp quá nguồn 5V để IC hoạt động bình thường.
Chân số 3 LT (Lamp Test) dùng để kiểm tra led 7 đoạn. Nếu chân số 3 nối mass thì led sẽ
sáng cùng lúc 7 đoạn. Chân này chỉ dùng để kiểm tra xem led 7 thanh có bị hỏng đoạn nào hay không thôi.
Chân số 4 BI/RB0 được nối với mức cao, nếu bị nối với mức thấp thì toàn bộ đèn sẽ không sáng.
Chân số 5 RBI nối với mức cao.
1.2.3 Thông số kỹ thuật
Đóng gói với 16 chân trong một dòng kép DIP
Bộ chuyển đổi BCD sang led 7 thanh đoạn để hiển thị từ 0-9
Nguồn cấp hoạt động tốt nhất trong khoảng 5V(4.75- 5.25 V) 7
1.3 IC 7400 – tạo xung nhịp
1.3.1 Nguyên lý hoạt động
Với 4 cổng NAND 2 đầu vào độc lập, IC 7400 sử dụng nhiều các bóng bóng dẫn TTL
Bất kỳ cổng logic nào cũng có thể được thiết kế với sự trợ giúp của cổng NAND. Output Y = A.B’
Chức năng chính của cổng NAND là khi tất cả các đầu vào ở mức thấp (0) hoặc ở mức
cao (1) thì đầu ra chỉ có thể ở mức cao (1).
Chức năng của cổng logic NAND là bổ sung hoặc đổi lập với cổng AND 1.3.2 Sơ đồ chân PIN Chức năng 8 1 Cổng A – input 1 2 Cổng vào B - 1 3 Cổng ra Y - 1 4 Cổng A – input – 2 5 Cổng đầu vào B - 2 6 Cổng vào Y – 2 7 Thiết bị đầu cuối GND 8 Cổng ra Y – 3 9 Cổng đầu vào B – 3 10 Cổng A – input - 3 11 Cổng đầu ra Y - 4 12 Cổng B – 4 13 Cổng A – input – 4 14 Chân Vcc
1.3.3 Thông số kỹ thuật Nguồn điện áp: 5V
Độ trễ truyền cho mỗi cổng: 10ns
Tốc độ chuyển tối đa: 25MHz
Cổng NAND 2-I/P độc lập: 4
Đầu ra có thể giao tiếp: TTL; CMOS; NMOS
Phạm vi của điện áp hoạt động lớn
Nhiệt độ hoạt động có thể lên đến 70 độ C 9 II LED hiển thị 7 thanh 2.1 Cấu tạo
Bao gồm 7 đèn LED được kết nối với nhau bởi các đường dây và được lắp đặt trên một mạch in.
Được kết nối với nhau bằng các dây đồng mỏng và được lắp đăt trên một tấm mạch in còn được
gọi là board điều khiển.
Đèn led: sử dụng 7 thanh đèn để hiển thị các số và một số ký tự khác; được làm bằng vật liệu AIGaInP, GaN, InGaN
Tấm mạch in: được làm bằng các vật liệu FR4(sợi thủy tinh epoxy, Aluminim, Ceramic…
Các vật liệu đều có tính: bền, chịu nhiệt, đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ
Kích thước nhỏ gọn: vài milimet – vài chục centimet 2.2 Phân loại led 7 thanh LED 7 thanh: Anot chung Katot chung 2.3 Nguyên lý hoạt động
2.3.1 Nguyên lý hoạt động của led
Dựa trên hiện tượng phát quang điện tử.
Khi một dòng điện đi qua một vật liệu bán dẫn như Si hoặc C, các electrong trong vật liệu bị kích
thích và chuyẻn sang trạng thái cao hơn trong vùng năng lượng của vật liệu bán dẫn. Khi các
electron này trở về trạng thái thấp hơn, chúng sẽ phát ra một lượng năng lượng ở dạng hạt nhỏ gọi là photon.
Để tạo ra ánh sáng từ led, vật liệu bán dẫn được sử dụng là một hợp chất bán dẫn thường là GaN
hoặc AlGaInP. Khi có dòng điện đi qua hợp chất nàym các electron được kích thích và phát ra các 10
photon với một mức nang lượng nhất đinh. Màu sắc của ánh sáng được phát ra phụ thuộc vào vật
liệu bán dẫn và độ chính xác của quá trình sản xuất LED.
Các led được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau có thể được thiết kế để phát ra ánh sáng khác
nhau, trở thành giải pháp tiết kiệm năng kluowngj cà đa dạng cho các ứng dụng chiếu sáng
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của led 7 thanh
Được chia thnahf 7 đoạn và mỗi đoạn tượng trưng cho 0-9. Khi một số được cung cấp vào đầu vào
của led 8 thanh, điện áp được áp dụng vào các đoạn tuồnunwsg để tạo ra một ký ự trên màn hình.
Được điểu khiển bởi một vi mạch điều khiển, bao gồm một bộ đếm và một bộ giải mã. Bộ đếm sẽ
đếm các tín hiệu đầu vào chuyển đổi chúng thành một số tương ứng được hiển thị trên led7
thanh. Bộ giải mã sẽ giải mã các tín hiệu ra từ bộ đếm đeer điều khiển các đoạn led tương ứng.
2.4 Bảng chân lý của LED 7 thanh 11 III Các 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tự,đạidiệncho
cácgiátrịliêntục;tạibấtkỳthờiđiểmnào,tínhiệutươngtựđạidiệnchomộtsố
thựctrongphạmvigiátrịliêntục.
Cáctínhiệusốđơngiảnbiểuthịthôngtintrongcácdảirờirạccủacácmứctương
tự.Tấtcảcáccấptrongmộtdảicácgiátrịđạidiệnchocùngmộttrạngtháithông
tin.Tronghầuhếtcácmạchkỹthuậtsố,tínhiệucóthểcóhaigiátrịcóthể;đây
đượcgọilàtín hiệu nhị phânhoặctín hiệu logicChúngđượcbiểuthịbằnghai
dảiđiệnáp:mộtdảigầngiátrịthamchiếu(thườngđượcgọilàđiệnápđấthoặc0
volt)vàgiátrịkiagầnđiệnápcungcấp.Cácgiátrịnàytươngứngvớihaigiátrị
"0"và"1"(hoặc"sai"và"đúng")củamiềnBooleandođótạibấtkỳthờiđiểmnào,
tínhiệunhịphânđạidiệnchomộtchữsốnhịphân(bit).Dosựrờirạcnày,những
thayđổitươngđốinhỏđốivớicácmứctínhiệutươngtựkhôngrờikhỏiđường
baorờirạcvàkếtquảlàbịbỏquabởimạchcảmbiếntrạngtháitínhiệu.Kếtquả
là,tínhiệusốcókhảnăngchốngnhiễu;nhiễuđiệntử,miễnlànókhôngquálớn,
sẽkhôngảnhhưởngđếncácmạchkỹthuậtsố,trongkhinhiễuluônlàmsuygiảm
hoạtđộngcủatínhiệutươngtựởmộtmứcđộnàođó.
Tínhiệusốcónhiềuhơnhaitrạngtháiđôikhiđượcsửdụng;mạchsửdụngcác
tínhiệunhưvậyđượcgọilàlogicđatrị.Vídụ,cáctínhiệucóthểgiảsửbatrạng
tháicóthểđượcgọilàlogicbatrị.
Trongtínhiệusố,đạilượngvậtlýđạidiệnchothôngtincóthểlàdòngđiệnhoặc
điệnápthayđổi,cườngđộ,phahoặcphâncựccủatrườngquanghoặcđiênj
từkhác,ápsuấtâm,từhóacủaphươngtiệnlưutrữtừtính,vânvân.Tínhiệusố
đượcsửdụngtrongtấtcảcácthiếtbịđiệntửkỹthuậtsố,đángchúýlàthiếtbị
điệntoánvàtruyềndữliệu. 12 IV Các cổng logic cơ bản
Phần tử một đầu vào: NOT
Phần tử hai đầu vào: AND, OR, NAND, NOR, XOR…
Phần tử nhiều đầu vào
4.1 Phần tử đảo (phủ định) NOT 4.2 Phần tử nhân (AND) 13 14 4.3 Phần tử NAND 4.4 Phần tử NOR 15 4.5 Phần tử OR Đầu vào A Đầu vào B Đầu ra Q 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 4.6 Phần tử XOR A Q B Đầu vào A Đầu vào B Đầu ra Q 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 V Tài liệu tham khảo
Hiển thị 7 thanh – Wikipedia tiếng Việt
IC 7490 là gì? Sơ đồ chân, nguyên lý hoạt động và bảng trạng thái – Điện tử sáng tạo VN (dientusangtaovn.com)
IC 7447 là gì? Thông số kỹ thuật và nguyên lý hoạt động (ctisupply.vn) 16
IC 7400 là gì? Thông số kỹ thuật, sơ đồ chân, chức năng và ứng dụng - Điện tử số sáng tạo VN (dientuso.net)
Slide môn Cấu kiện điện tử- ThS Hoàng Quang Huy 17