Tài liệu Đếm số lượng Ôtô vào bãi pdf

Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
Mở đầu:
Hiện nay , các bãi đỗ xe công cộng nh ở các khu phố, khu chung c, hội
chợ việc quản lý gặp nhiều khó khăn. Số lợng xe vào và xe ra là ngẫu
nhiên, có lúc nhiều xe, có lúc ít xe, nhiều khi lại ách tắc quá tải. Công việc
quản lý tởng chừng nh đơn giản song lại tốn nhiều nhân lực: ngời thì
bán vé, ngời thu vé ngời thì phải thờng xuyên giám sát số lợng xe có
trong bãi bên cạnh đó việc kiểm soát vé là cũng khó khăn.
Tong thực tế có thể sử dụng các phơng tiện hoàn toàn tự động, không
nhỡng giản đợc nhân lực , đáp ứng đợc kinh tế mà còn có thể kiểm soát
đợc số lợng vé trong ngày, tháng quý
Sơ đồ khối của hệ thống nh sau:
Trong đó:
- Khối THV, THR là tín hiệu vào và tín hiệu ra ( thự tế là các cảm biến ).
Hai khối này có nhiệm vụ nhận biết ôtô vào và ra bãi để đa ra tín hiệu điều
khiển bộ đếm.
- Khối ĐV là bộ đếm. Bộ đếm này có nhiệm vụ đếm số lợng ôtô vào bãi (
có thể theo ngày, tháng ), từ đó có thể kiểm tra đợc số lợng vé, tránh
thất thoát. Bộ đếm có tín hiệu đầu vào lấy từ các cảm biến và thờng có
dung lợn lớn.
- Khối ĐT là bộ đếm thuận ngợc. Bộ đếm này có nhiệm vụ đếm số lợng
ôtô có trong bãi. Bộ đếm có tín hiệu đầu vào lấy từ các cảm biến. Khi có
ôtô váo thì bộ thuận làm việc, đầu ra của bộ đếm tăng lên một giá trị nhị
phân. Khi có ôtô ra thì bộ ngợc làm việc, đầu ra của bộ đếm giảm xuống
một giá trị nhị phân. Giá trị nhị phân ở đầu ra bộ đếm chính là số ôtô có
trong bãi. Nh vậy bộ đếm này chỉ cần dung lơng lớn hơn N một chút là
dc.
- Khố GM-HT là giải mã và hiển thị 7 thanh, hiển thị giá trị thực số lợng
ôtô có trong bãi.

T < N
THV
THR
ĐV
ĐT
SS
KĐHT
T > N
T = N
Sơ đồ khối của hệ thống
GM-HT
HTV
N
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
2
- Khố SS là khối so sánh. Kối này có nhiện vụ so sánh giá trị nhị phân ở đầu
ra bộ đếm ĐT với giá trị đặt trớc N. Thực chất là so sánh số ôtô có trong
bãi với số ôtô định mức của bãi N,để từ đó đa ra các tín hiệu hiển thị cho
phù hợp.
- Khố KĐHT là khuếch đại và hiển thị kết quả của bộ so sánh, giúp ngời
điều khiển ôtô biết có đợc phép cho xe vào bãi hay không.
I. Tín hiệu điều khiển
A. Cảm biến và cách bố chí
1. Nhiệm vụ của cảm biến:
Nh ta đã biết, đối tợng điều khiển trong hệ thống là các đèn hiển thị,
chuông. Các trạng thái của các đối tợng đó phụ thuộc vào số lợng ôtô vào
và ra bãi. Vì vậy cần phải có một bộ phận nào đó nhận biết đợc ôtô vào và
ra bãi để da ra các tín hiệu điều khiển thích hợp.
Để nhận biết đợc ôtô vào và ra bãi ta có thể sử dụng các bộ cảm biến

(Sensor ), cảm biến có rất nhiều loạ nh cảm biến lực, cảm biến độ rung,
cảm biến quang song trong thực trong thực tế ngời ta thờng dùng cảm
biến quang vì loại cảm biến này có độ chính xác và tuổi thọ cao. Cảm biến
gồm có hai phần: Phần phát ánh sáng hồng ngoại và phần thu ánh sáng
hồng ngoại ( nh hình vẽ ).
Phần phát ánh sáng hồng ngoại có nhiệm vụ phát ra tia hồng ngoại có
cờng độ hợp lý. Phần thu ánh sáng hồng ngoại có nhiệm vụ chuyểt ánh
sáng thành tín hiệu điện để đơ vào điều khiển.
2.Cách bố chí cảm biến:
Cảm biến đợc đặt ở hai bên cổng vào, một bên đặt phần phát quang, một
bên đặt phần thu quang. Khi ôtô đi vào cổng, ánh sáng bị chặn lại, cảm biến
đa ra một xung điện, xung điện đó chính là tín hiệu nhận biết ôtô đã đi qua
cổng.
Để mạch điện làm việc, không bị tác động nhầm, ta cần bố chí ít nhất hai
cảm biến trong một cửa. Khoảng cách giữa hai cảm biến xa nhau nhất
không đợc lớn hơn chiều dài ngắn nhất của một ôtô . Nh vậy ôtô phải
chắn tất cả các cảm biế thì tín hiệu điều khiển mới đợc phát ra. Điều đó
thật đơn giản, ta chỉ việc cho các tín hiệu của các cảm biến qua cổng AND.
B. Một số loại cảm biến quang.
1. Đi ốt phát quang:
a. Cấu tạo:
Phát quang Thu quang
Tín hiệu điện
ánh sáng
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
3
Đi ốt phát quanggọi tắt là LED (Light Emitting Diot) đợc làm từ các chất
Ga As, Ga P, GaAs P. Loại LED phát sáng dùng làm linh kiện quang báo ,
chiếu sáng, loại LED hồng ngoại dùng để truyền tín hiệu trong các bộ gép

quang, đọc tín hiệu, bộ phận truyền tin quang học với tần số rất cao tới
MHz.
*Một số loại LED thông dụng:
-LED GaAs cho ánh sáng hồng ngoại mà mắt thờng không nhìn thấy đợc
-LED GaP là loại bán dẫn không phát sáng.Tuy nhiên ngời ta có thể chế
tạo đi ốt phát quang bằng cách pha thêm tạp chất đẳng điện nh Nitơ và
Z
n
O Tuỳ tng loại tạp chất mà đi ốt có thể cho ra các loại mầu sắc khác
nhau nh đỏ, cam, vàng, xanh lá cây.
-LED GaAsP, khi thay đổi hàm lợng P sẽ cho ra ánh sáng khác nhau nh
đỏ, cam, vàng.
-LED SiC khi pha thêm tạp chất sẽ cho ra ánh sáng mầu xanh ra trời.
b.Nguyên lý làm việc:
LED không cần kính lọc mà vẫn cho ra mầu sắc . Sự phát ra ánh sáng của
LED trên nguyên tắc hoàn toàn khác với bóng đèn điện bình thờng. Trong
loại đèn này , năng lợng đợc giải phóng do sự tái hợp điện tử- lỗ trống ở
gần chuyển tiếp P-N của Đi ốt sẽ làm phát sinh Photon.
Đi ốt phát quang có cấu chúc với lớp chuyển tiếp P-N và cũng có đặc
trng kỹ thuật nh các loại đi ốt thông thờng khác. Tuy nhiên, LED có
mức ngỡng điện áp phân cực thuận từ 1,6 ữ 5V và dòng điện thuận có trị
số nhỏ thờng khoảng vài mA đến vài chục mA. Điện áp ngợc của LED
tơng đối thấp khoảng 3 ữ 5V nên khi sử dụng LED trong nguồn xoay
chiều cần mắc một đi ốt thờng song song và ngợc chiều với nó để nối tắt
điện áp ngợc ( hình-2) .
Khi sử dụng LED ta phải luôn nối LED nối tiếp với một điện trở để hạn
chế dòng (hình-1).

D
D

I
UU
R

=
Điện áp ngỡng của LED có các giá trị sau:
DIODE
+U
R
DIODE
U
AC
R
Hình-2
Hình-1
- U : Điện áp nguồn
- U
D
: Điện áp ngỡng của LED
- I
D
: Dòng điện qua LED
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
4
* LED là linh kiện phổ thông của quang điện tử, nó có u điểm là tần số
hoạt động rất cao, thể tích nhỏ, công suất tiêu hao nhỏ, thời gian hồi phục
nhanh, độ bền tốt. Đời sống của LED cao hơn bóng đèn thờng rất nhiều.
Tuổi thọ của LED khoảng 10
5

giờ (sau 10
5
giờ công suất phát của LED
giảm đi còn một nửa), có nghĩa là LED có thể đốt sáng trong vòng 10 năm.
Song LED có nhợc điểm là rất nhậy với nhiệt độ, cờng độ ánh sáng giảm
đi khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ tăng 1
0
C(đo ở 25
0
C) LED đổ giảm độ
sáng 1,5%, vàng giảm 0,7%, xanh lá cây 0,5%. Khi nhiệt độ tăng điện áp
ngỡng của LED cũng thay đổi theo.
c. LED bẩy thanh:

Một trong những ứng dụng của đi ốt phát quang là hiển thị bẩy thanh. Bộ
chỉ thị bẩy thanh đợc dùng phổ biến để biểu thị kết quả thông tin bằng số
thập phân nhờ đặc điểm có cấu tạo điôt phát quang (LED) hay tinh thể lỏng.
LED bẩy thanh có loại anốt chung và có loại catôt chung. Hiện nay LED
bẩy thanh đợc dùng nhiều trong các thiết bị hiển thị số.
stt Loại LED Điện áp ngỡng (V)
1
Đỏ
1,6 ữ 2
2
Cam
2,2 ữ 3
3
Xanh lá cây
2,7 ữ 3,2
4

Vàng
2,4 ữ 3,2
5
Xanh ra trời
3,0 ữ 5
6
Hồng ngoại
1,8 ữ 5
+U
Hình- 3 LED bẩy thanh có
anốt chung a và catôt chung b
abcdefg.
+U
cc
g
f
e
d
c
b
a
T
D
T
R
a
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
5
Bình thờng các điốt phát quang a, b, c, d, e, f, g không phát sáng.ứng

với mỗi tổ hợp nhị phân ở đầu vào, một vài trong số 7 thanh đầu ra nhận
đợc tín hiệu "1" (thế cao) kích thích chúng phát sáng và hiện hình số thập
phân tơng ứng.
LED bẩy thanh đợc điều khiển bằng các loại IC giải mã nh IC
7447,7448 họ logic hay 4511, 4513 họ CMOS.
2. Quang trở
Quang trở là điện trở phụ thuộc ánh sáng. Đặc trng của quang trở là sự
phụ thuộc của điện trở vào thông lợng bức xạ và phổ của bức xạ đó. Cơ sở
vật lý của quang trở là hiện tợng quang dẫn, hiện tợng giải phóng điện tử
trong vật liệu dới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn của vật liệu
Quang trở đợc chế tạo bằng cách tạo một màn bán dẫn trên nền cách
điện nối ra hai đầu kim loại rồi đặt trong một vỏ nhựa, mặt trên có lớp thuỷ
tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngoài tác động vào
Quang trở có trị số điện trở thay đổi không tuyến tính theo độ sáng chiếu
vào nó. Điện trở của quang trở khi bị chiếu sáng giảm rất nhanh khi độ sáng
tăng lên. Khi không đợc chiếu sáng quang trở có giá trị rết lớn tới hàng
M, khi dợc chiếu với cờng độ ánh sáng đủ lớn thì quang trở có giá trị
điện trở rất nhỏ khoảng vài chục .
R
S
ánh sáng
Hình- 4: Kí hiệu và đặc tính của quang trở
gd
R
D
a
bc e
f
b
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số

Bộ môn điện tử
6
Quang trở có thể đợc sử dụng để biến đổi xung quang thành xung điện.
Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên quang trở sẽ đợc phản ánh
gián tiếp qua xung điện. Vì vậy có thể dùng loại cảm biến này để đếm vật,
mạch điện thực hiện nh hình-5.
Hình 5 là sơ đồ ứng dụng của quang trở trong việc tạo ra tín hiệu xung
điện.
- ở sơ đồ hình a khi quang trở không đợc chiếu sáng, điện trở của nó rất
lớn, T khoá Ur có mức điện áp cao. Khi quang trở đợc chiếu sáng với
cờng độ ánh sáng đủ lớn, điện trở của nó nhỏ làm T đợc phân cực và mở
bão hoà, Ur có mức điện áp thấp.
-Tơng tự sơ đồ hình b khi quang trở đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp
cao. Khi quang trở không đợc chiếu sáng, Ur có mức điện áp thấp.
3. Quang điốt (Photodiot)
Photodiot có cấu tạo bán dẫn giống nh đi ốt nhng đặt trong vỏ cách
điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên
ngoài chiếu vào và nối với PN của đi ốt, có loại dùng thấu kính hội tụ để
nhận ánh sáng. Đối với Photodiot khi phân cực thuận thì việc chiếu sáng
hay che tối thì dòng điện thuận hầu nh không đổi. Ngợc lại khi phân cực
ngợc nếu đợc chiếu sáng thì dòng điện ngợc lớn hơn nhiều lần so với
khi bị che tối. Do nguyên lý trên Photodiot đợc sử dụng ở trạng thái ngợc
trong các mạch điều khiển theo ánh sáng.Với hiệu ứng quang điện
Photodiot cho một điện áp khi đợc chiếu sáng. Do đó có thể làm việc mà
không cần một điện áp bên ngoài. Tuy nhiên, khi có một điện áp ngợc đặt
vào thì chế độ làm việc của Photodiot sẽ tuyến tính hơn, dòng ngợc sẽ lớn
hơn.
Is
+
Ucc

R
Ds
Hình- 6 Photodiot làm
việc khi phân cực ngợc
Hình-5 :
a
+U
Ur
T
R2
R1
R
b
+U
Ur
T1
T2
R3
R2
R1
R
R4
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
7
Photodiot có thể đợc sử dụng để biến đổi xung quang thành xung điện.
Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên Photodiot sẽ đợc phản ánh
gián tiếp qua xung điện. Vì vậy có thể dùng loại cảm biến này để đếm vật,
mạch điện thực hiện nh hình-7.
- Nguyên lý làm việc của sơ đồ hình 7a,b giống nh phần quang trở đã nêu

ở trên. -Với sơ đồ hình 7c ta sử dụng mạch so sánh dùng IC KĐTT với điện
áp ngỡng lấy trên R4 không đổi và luôn dơng, đầu ra của KĐTT lật trạng
thái khi tín hiệu đa tới đầu vào không đảo thay đổi. Khi Photodiot Ds đợc
chiếu sáng U
P
< U
N
nên Ur có mức điện áp thấp, khi Photodiot Ds không
đợc chiếu sáng U
P
> U
N
nên Ur có mức điện áp cao. Trong sơ đồ này Dz
dùng để cắt phần xung âm.
- Với sơ đồ hình 7d nguyên lý làm việc tơng tự nh hình c song tín hiệu ra
Ur có giá trị ngợc lại.
4. Quang Transistor ( Phototransistor ):
Về cấu tạo bán dẫn Phototransistor có thể coi nh gồn nh một Photodiot
và một transistor, tong đó Photodiot làm nhiệm vụ cảm biến quang điện còn
transistor làm nhiệm vụ khuếch đại. Photodiot đợc sử dụng ở đây là mối
nối PN giữa cực C và cực B vì tongTransistor khi phân cực cho các chân thì
BE phân cực thuận còn CB phân cực ngợc nên khi CB phân cực ngợc và
đợc chiếu sáng thì dòng điện dò I
CB
sẽ tăng cao hơn bình thờng rất nhiều.
Dòng điện dò I
CB
sẽ trở thành dòng I
B
và đợc Transistor khuyếch đại.

T
Ur
+Uc
a
R1
R2
R3
Ds
Ur
T1
T2
+Uc
b
R4
R5
Ds
R1
R2
R3
d
+Uc
-Uc
Ur
R6
Ds
R1
R2
R3
R4
R5

+U
-Uc
Ur
c
Dz
Ds
R1
R2
R3
R4
R5
+
T
Hình-7
U
N
U
P
U
P
U
N
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
8
Độ khuếch đại của Phototransistor từ 100 đến 1000 lần và không tuyến
tính theo cờng độ ánh sáng chiếu vào. Tần số làm việc cực đại của
Phototransistor khoảng vài kH
Z
. Để tăng độ nhậy ngời ta còn chế tạo loại

Transistor ghép Darlington ( Darlington Phototransistor )
Trong trờng hợp bỏ hở cực B thì mạch làm việc theo nguyên lý của
Phototransistor còn nếu bỏ ngỏ cực E thì mạch làm việc theo nguyên lý của
Photodiot hình- 9.
Phototransistor có thể đợc sử dụng để biến đổi xung quang thành xung
điện. Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên Phototransistor sẽ đợc
phản ánh gián tiếp qua xung điện. Vì vậy có thể dùng loại cảm biến này để
đếm vật, mạch điện thực hiện nh hình-10
.
T
T
Ts
Hình- 8:
R
R
Hình- 9
+U
c
+U
r
a
R
Ds
R1
Ts
Ts
b
T
R2
R

Ds
R1
+U
r
+U
c
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
9
Với sơ đồ hình 10a khi T
S
đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp thấp, khi Ts
không đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp cao.
- Với sơ đồ hình 10b khi T
S
đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp cao, khi Ts
không đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp thấp.
- Với sơ đồ hình 10c ta sử dụng mạch so sánh dùng IC KĐTT với điện áp
ngỡng lấy trên R4 không đổi và luôn dơng, đầu ra của KĐTT lật trạng
thái khi tín hiệu đa tới đầu vào đảo thay đổi. Khi Phototransistor Ts đợc
chiếu sáng U
P
< U
N
nên Ur có mức điện áp thấp, khi Ts không đợc chiếu
sáng U
P
> U
N
nên Ur có mức điện áp cao. Trong sơ đồ này Dz dùng để cắt

phần xung âm.
- Với sơ đồ hình 10d khi đầu ra của IC KĐTT có mức điện áp cao
Transistor T mở bão hoà nên Ur có mức điện áp thấp. Khi đầu ra của IC
KĐTT có mức điện áp thấp Transistor T khoá nên Ur có mức điện áp cao.
Hình -10
R2
Ds
R5
UA741
R4
R3
-Uc
+Uc
+Ur
d
R6
Ts
R1
Up
Un
T
Un
Up
R1
Ts
R2
Ds
R5
UA741
R4

R3
Dz
c
Ur
-Uc
+Uc
+ +
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
0
II.Thiết kế bộ đếm số lợng ôtô vào bãi
Số lợng ôtô vào bãi phụ thuộc vào số lợng ôtô ra khỏi bãi, nhng số
lợng ôtô ra khỏi bãi là ngẫu nhiên nên việc thiết kế bộ đếm có dung lợng
chính xác là khó khăn. Song việc đó là không cần thiết. Bởi vì, bộ đếm ở
đây chỉ đảm nhiệm chc năng kiểm tra số lợng ôtô theo định kỳ có thể là
từng ngày, từng tháng hoặc từng quý Vì vậy, để thiết kế bộ đếm hợp lý ta
phải căn cứ vào tình hình cụ thể, mật độ ôtô của khu vực. Bộ đếm loại này
thờng có dung lợng lớn vậy ta nên thiết kế bộ đếm có dung lợng chẵn và
ghép theo kiểu mô đun, mỗi mô đun là một bộ đếm có số bít cố định và có
nhớ. Tín hiệu nhớ của mô đun này là tín hiệu điều khiển của mô đun kia.
1.Bộ đếm song song.
Từ hình 11 ta thấy:
C
E
= Q
0
.Q
1
.Q

2
.Q
3
.E ; J
3
= K
3
= Q
0
.Q
1
.Q
2
.E ; J
2
= K
2
= Q
0
.Q
1
.E
J
1
= K
1
= Q
0
.E ; J
0

= K
0
= E.
Xung xoá
Hình 11: Bộ đếm nhị phân thuận 4 bit, môdun 16 dùng các trgơ vạn năng JK kêt hợp với
các cổng logic, có logic tạo nhớ.
R
RESET
C
CE
F3F2F1
Q3
Q2
Q1 Q4
E
F4
J
CP
K
R
QN
QJ
CP
K
R
QN
QJ
CP
K
R

QN
Q
J
CP
K
R
QN
Q
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
1
- E: là tín hiệu điều khiển, E = "1" cho phép bộ đếm làm việc, E = "0"
trạng thái của bộ đếm không đổi.
- Trạng thái của một trigơ bất kỳ sẽ chỉ lật khi J = K =1 và xung đồng
bộ chuyển đổi từ "1" về "0" (giả thiết trigơ đợc xây dựng từ các phần tử
NAND), điều này cũng có nghĩa là trạng thái của một trigơ bất kỳ sẽ chỉ lật
khi tất cả các đầu ra Q của các trigơ cấp thấp hơn đều nhận trị "1".
- Tín hiệu nhớ C
E
nhận trị "1" khi bộ đếm đã đầy (Q
0
=Q
1
=Q
2
=Q
3
=E
="1")

Khi cần bộ đếm có dung lợng lớn hơn ngời ta tiến hành ghép liên
tiếp các mô đun đếm với mỗi mô đun là bộ đếm nhị phân đồng bộ 4 bit mô
đun 16 nh hình 11.
Hình 12 đa ra cấu trúc của bộ đếm nhị phân đồng bộ 16 bit, dung lợng
2
16
-1 xung đợc xây dựng bằng cách ghép liên tiếp 4 bộ đếm 4 bit có logic
tạo nhớ
2. Bộ đếm nối tiếp
E
C
CE
R
2
0
ữ 2
3
E
C
CE
R4
4
44
4444
2
4
ữ 2
7
E
C

CE
R
2
8
ữ 2
11
E
C
CE
R
Xung xoá
2
12
ữ 2
15

Xung đếm
Hình 12: Bộ đếm nhị phân đồng bộ 16 bit
Q1
Q2
Q3
F1 F2 F3
CE
C
RESET
R
J
CP
K
R

QN
QJ
CP
K
R
QN
Q
J
CP
K
R
QN
Q
Xung đếm
Hình 13: Bộ đếm nhị phân thuận 3 bit, môdun 8 dùng các trgơ vạn năng JK,
xung đếm lật với sờn âm, có logic tạo nhớ.
1
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
2
Trạng thái của một rigơ bất kỳ sẽ chỉ lật khi đầu ra Q của trigơ cấp
thấp hơn kề nó chuyển giá trị từ 1 về 0. Vì vậy, Để trạng thái của trigơ bất
kỳ chỉ lật khi đầu ra Q của trigơ cấp thấp hơn kề nó chuyển đổi từ "1" về
"0" thì các đầu vào điều khiển của các trigơ phải cùng nhận trị "1"
(J=K=1).
Xung cần đếm đợc đa vào một cách tuần tự tại lối vào đồng bộ
(cửa C ) của trigơ đầu tiên F
1
. Đầu ra Q của trigơ trớc đợc nối với đầu vào

đồng bộ C của trigơ tiếp theo cấp cao hơn (Q
i
nối với C
i+1
).
Từ hình vẽ ta thấy C
E
= Q
1
.Q
2
.Q
3
. Tín hiệu nhớ C
E
nhận trị "1" khi bộ
đếm đã đầy (Q
1
=Q
2
=Q
3
="1")
Khi cần bộ đếm có dung lợng lớn hơn ngời ta tiến hành ghép liên
tiếp các mô đun đếm với mỗi mô đun là bộ đếm nhị phân không đồng bộ 3
bit mô đun 8nh hình 14. Đầu ra nhớ của mô đun này là đầu vào đồng bộ
của mô đun kia. Nh vậy một mô đun nào đó sẽ chcỉ đợc làm việc khi mô
đun cấp thấp hơn nó đã làm việc xong.
Chú ý :
C

CE
R
2
0
ữ 2
2
C
CE
R
2
3
ữ 2
5
C
CE
2
6
ữ 2
8
Xung xoá

Xung đếm
Hình 14: Bộ đếm nhị phân không đồng bộ12 bit
R
C
CE
2
9
ữ 2
11

R
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
3
ở bộ đếm nối tiếp, đầu vào điều khiển để lật trạng thái ra của bộ
đếm chính là đầu vào đồng bộ. Vì vậy, khi sử dụng bộ đếm nối tiếp cần
chú ý tới xung đồng bộ đợc khích thích theo sờn âm hay sờn dơng.
Đối với bộ đếm tiến, nếu xung đồng bộ đợc khích thích theo sờn âm
thì đầu ra Q
i
đợc đa vào đầu vào C
i+1
. Còn nếu xung đồng bộ đợc
khích thích theo sờn dơng thì đầu ra
i
Q
đợc đa vào đầu vào C
i+1
.
Đối với bộ đếm lùi thì ngợc lại
III. Thiết kế bộ đếm tiến lùi với mô đun bất kỳ
1. Nguyên tắc chung:
Bộ đếm tiến lù vừa thực hiện chức năng đến tiến vừa thực hiện chức năng
đếm lùi. Nếu đếm đếm tiến, mỗi lần đầu vào có xung đếm thì đầu ra của bộ
đếm tăng lên một giá trị nhị phân. Nếu đếm đếm lùi, mỗi lần đầu vào có
xung đếm thì đầu ra của bộ đếm giảm đi một giá trị nhị phân. Nh vậy, bộ
đếm tiến lùi tại một thời điểm chỉ thực hiện hoặc đếm tiến hoặc đếm lùi chứ
không thể thực hiện đồng thời đếm tiến và đếm lùi. Vậy để bộ đếm làm việc
đợc ta phải có tín hiệu điều khiển đếm tiến và điều khiển đếm lùi.

Gọi L là tín hiệu điều khiển đếm tiến, M là tín hiệu điều khiển đếm
lùi, nh phân tích ở trên thì Lvà M phải là phủ định của nhau
ML =
Đầu vào điều khiển của một trigơ trong bộ đếm K ( có thể là C, J, K ) :
+ Là C, J, K với bộ đếm không đông bộ
+ Là J,K với bộ đếm đông bộ
- L = 1 thực hiệu đếm tiến
- L = 0 thực hiện đếm lùi
Từ bảng trạng thái ta có

NLLTK +=
T là điều khiển đếm tiến, N là điều khiển đếm lùi
* Vậy để thiết kế bộ đếm tiến lùi ta phải thiết kế bộ đếm tiến giêng, bộ
đếm lùi giêng ( Việc thiết kế ở đây là tìm hàm của các đầu vào kích hay
đầu vào điều khiển của các trigơ trong bộ đếm ). Sau đó tổng hợp lại
nh hình 15.
LK
0N
1T
Bảng trạng thái của mạch điều
khiển đếm thuận, đếm bgợc
T
L
M
N
K
Hình 15
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1

4
2. Bộ đếm đồng bộ
Các bớc thực hiện (cho cả bộ đếm tiến vá bộ đếm lùi )
+ Bớc 1 : Phân tích yêu cầu thiết kế, xác định số lợng và chủng loại của
các trigơ.
+ Bớc 2 : Vẽ giản đồ thời gian, bảng trạng thái và đa ra đồ hình chuyển
đổi trạng thái.
+ Bớc 3 : Xác định các hàm đầu vào kích
+ Bớc 4 : Vẽ sơ đồ.
3. Ví dụ
3.1 Ví dụ 1: Thiết kế bộ đếm nhị phân tiến, lù modul 5 dùng trigơ T
đồng bộ.
Trigơ T đồng bộ :
a. Thiết kế bộ đếm tiến
+ Bớc 1 : Phân tích yêu cầu thiết kế, xác định số lợng và chủng loại của
các trigơ.
Theo bài ra
<<
Thiết kế bộ đếm nhị phân modul 5 dùng trigơ T đồng bộ
>>
.
Bôi đếm đếm đợc tối đa 4 xung, xung thứ 5 đa bộ đếm trở về vị trí ban
đầu. Nh vậy, số trigơ phải thoả mãn 2
N
> 5 , chọn N = 3
Số trigơ sử dụng xây dựng bộ đếm : 3 ( Số trạng thái d : 3 ).
+ Bớc 2 : Vẽ giản đồ thời gian, bảng trạng thái và đa ra đồ hình chuyển
đổi trạng thái.
Trigơ
T

Q

Q
T
C
Q
n
Q
n+1
T
n
00 0
01 1
10 1
11 0
a)
01
10
Q
n
Q
n+1
T
n
c)
T
n
Q
n+1
0Q

n
1
n
Q
b)
d)
Hình 1: a) Mạch mô phỏng; b) Bảng trạng thái;
c) Bảng chuyển tiếp; d) Bảng đầu vào kích
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
5
Giản đồ thời gian, bảng trạng thái :
Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm .
+ Bớc 3 : Xác định các hàm đầu vào kích.
* Bảng trạng thái tổng thể .
Trạng thái các trigơ đếm
Hiện tại Tiếp theo
Trạng thái các hàm
đầu vào kích

Xung
đếm
Q
2
Q
1
Q
0
Q

2
Q
1
Q
0
T
2T
T
1T
T
0T
Số
Trạng thái các
Trigơ đếm
Xung
vào
(2
2
)
F
2
(2
1
)
F
1
(2
0
)
F

0
0
1
2
3
4
5
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
C
Q
0
Q
1

Q
2

0

0

0

0
t
t
t
t
H
ình 2: Giản đồ thời gian của bộ đếm mođun 5, bảng trạng thái,
với xung đồng bộ lật với sờn xuống
1 2 3 4 5
0 0 0
Q
2
Q
1
Q
0
0 0 1
Q
2
Q
1

Q
0
0 1 0
Q
2
Q
1
Q
0
0 1 1
Q
2
Q
1
Q
0
1 0 1
Q
2
Q
1
Q
0
1 0 0
Q
2
Q
1
Q
0

1 1 1
Q
2
Q
1
Q
0
1 1 0
Q
2
Q
1
Q
0
H
ình 3: Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm 3 bit môđun 5.
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
6
0000001001
1001010011
2010011001
3011100111
4100000100
Hình 4: Bảng trạng thái minh hoạ quá trình làm việc của bộ đếm
nhị phân mô đun 5 đợc xây dựng từ 3 trigơ đếm T.
* Xác định các hàm đầu vào kích.
b. Thiết kế bộ đếm lùi
+ Bớc 1 : Nh bộ đếm tiến

+ Bớc 2 : Vẽ giản đồ thời gian, bảng trạng thái và đa ra đồ hình chuyển
đổi trạng thái.
Giản đồ thời gian, bảng trạng thái :
Số
Trạng thái các
Trigơ đếm
Xung
vào
(2
2
)
F
2
(2
1
)
F
1
(2
0
)
F
0
0
1
2
3
4
5
0

1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1111
0xxx
00
T
0T
11 10
0
1
01
Q
1
Q
0

Q
2
T
0T
=
2
Q
0110
0xXx
00
T
1T
11 10
0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2
T
1T
= Q
0
1111
0xxx
00
T

2T
11 10
0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2
T
2T
= Q
2
.
1
Q

+ Q
1
.Q
0

0
1
1
2
Q
.

Q
.
Q
.
Q
=
C
Q
0
Q
1
Q
2

0

0

0

0
t
t
t
t
1 2 3 4 5
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
7

Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm .
+ Bớc 3 : Xác định các hàm đầu vào kích.
* Bảng trạng thái tổng thể .
Trạng thái các trigơ đếm
Hiện tại Tiếp theo
Trạng thái các hàm
đầu vào kích

Xung
đếm
Q
2
Q
1
Q
0
Q
2
Q
1
Q
0
T
2N
T
1N
T
0N
0000100100
1100011111

2011010001
3010001011
4001000001
Hình 4: Bảng trạng thái minh hoạ quá trình làm việc của bộ đếm
nhị phân mô đun 5 đợc xây dựng từ 3 trigơ đếm T.
* Xác định các hàm đầu vào kích.
H
ình 2: Giản đồ thời gian của bộ đếm lùi mođun 5, bảng trạng thái,
với xung đồng bộ lật với sờn xuống
0111
1xxx
00
T
0N
11 10
0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2
0001
1xxx
00
T
1N
11 10

0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2
1000
1xxx
00
T
2N
11 10
0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2
0 0 0
Q
2
Q
1
Q

0
1 0 0
Q
2
Q
1
Q
0
0 1 1
Q
2
Q
1
Q
0
0 1 0
Q
2
Q
1
Q
0
1 0 1
Q
2
Q
1
Q
0
0 0 1

Q
2
Q
1
Q
0
1 1 1
Q
2
Q
1
Q
0
1 1 0
Q
2
Q
1
Q
0
H
ình 3: Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm lùi 3 bit môđun 5.
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
8
*Vẽ bộ đếm tiến lùi:
Kết hợp các đầu vào kích của bộ đếm tiến và bộ đếm lùi với tín hiệu điều
khiển ta có:
T

0
= LT
0T
+
L
T
0N
=L
2
Q
+
L
( Q
0
+ Q
1
+ Q
2
)
T
1
= LT
1T
+
L
T
1N
= LQ
0
+

L
(
012
QQQ +
)
T
2
= LT
2T
+
L
T
2N
= L(Q
2
.
1
Q

+ Q
1
.Q
0
) +
L
10
QQ
Trigơ
D
D

C
Q
Q
C
0
0
1
1
D
n
0
1
0
1
Q
n+1
Q
n
Q
n
0
1
Hình 1: sơ đồ mô phỏng một trigơ D. Hình 2: bảng trạng thái của trigơ D.
0
1
0
1
1
1
0

0
00 01 11 10
0
1
C, D
n
Q
n
Q
n
0
0
1
Q
n+1
0
1
0
C
0
1
1
D
-
1
0
Q
n+1
CP
R

QN
Q
K
J
L
Q0
Q1
Q2
C
R
R
QN
Q
CP
K
J
R
QN
Q
CP
K
J
R
QN
Q
CP
K
J
Hính : Sơ đồ nguyên lý bộ đếm tiến lùi mô đun 5
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số

Bộ môn điện tử
1
9
3.2 Bộ đếm tiến môđun 9 xây dựng từ Trigơ D đồng bộ.
Trigơ trễ D ( Delay).
* Số trigơ sử dụng xây dựng bộ đếm : 4 ( Số trạng thái d : 7 )
* Giản đồ thời gian .
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Xung nhịp
1
2
3
4

56789
Trigơ
D
D
C
Q
Q
C
0
0
1
1
D
n
0
1
0
1
Q
n+1
Q
n
Q
n
0
1
Hình 1: sơ đồ mô phỏng một trigơ D. Hình 2: bảng trạng thái của trigơ D.
Hình 3: Bảng chuyển tiếp.
0
1

0
1
1
1
0
0
00 01 11 10
0
1
C, D
n
Q
n
Q
n
0
0
1
1
Q
n+1
0
1
0
1
C
0
1
1
0

Hình 4: Bảng đầu vào kích.
D
-
1
0
-
Q
n+1
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
2
0
Hình 5: Giản đồ thời gian mô tả hoạt động của bộ đếm môđun 9.
* Đồ hình chuyển đổi trạng thái .
Hình 6: Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm
nhị phân 4 bit môđun 9.
* Thành lập bảng trạng thái tổng thể .
Trạng thái các Trigơ đếm
Hiện tại Tiếp theo
Trạng thái hàm đầu vào
các Trigơ
STT
Q
3
Q
2
Q
1
Q
0

Q
3
Q
2
Q
1
Q
0
D
3
D
2
D
1
D
0
0
000000010001
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
2
1
1
000100100010
2
001000110011
3
001101000100
4
010001010101

5
010101100110
6
011001110111
7
011110001000
8
100000000000
Hình 7: Bảng trạng thái minh hoạ quá trình làm việc của bộ đếm
nhị phân mô đun 9 đợc xây dựng từ 4 trigơ trễ D.
* Xác định các hàm đầu vào kích .
* Xây dựng bộ đếm .
D
0
= 1
3
.1
0
.
1001
1001
xxxx
0xxx
Q
1
Q
0
Q
3
Q

2
D
0
00 01 11 10
00
01
11
10
D
1
= 1
1
.Q
0
+ Q
1
.1
0
=
.Q.Q.Q.Q
0
10
1
0101
0101
xxxx
0xxx
Q
1
Q

0
Q
3
Q
2
D
1
00 01 11 10
00
01
11
10
0010
1101
xxxx
0xxx
Q
1
Q
0
Q
3
Q
2
D
2
00 01 11 10
00
01
11

10
D
3
= Q
2
.Q
1
.Q
0
.
00 0 0
00 1 0
xx x x
0x x x
Q
1
Q
0
Q
3
Q
2
D
3
00 01 11 10
00
01
11
10
0

1
2
0
2
1
2
01
20
2
1
22
Q.Q.Q.Q.Q.Q.Q
Q.Q.QQ.QQ.QD
=
++=
D
C
Xung
đếm
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
2
2
3.3. Thiết kế bộ đếm lùi mô đun 6 dùng trigơ D đồng bộ
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
2
3
+ Bớc 1 : Phân tích yêu cầu thiết kế, xác định số lợng và chủng loại của
các trigơ.

Theo bài ra
<<
Thiết kế bộ đếm nhị phân lùi modul 6 dùng trigơ D đồng
bộ
>>
. Bội đếm đếm đợc tối đa5 xung, xung thứ 6 đa bộ đếm trở về vị trí
ban đầu. Nh vậy, số trigơ phải thoả mãn 2
N
> 6 , chọn N = 3
Số trigơ sử dụng xây dựng bộ đếm : 3 ( Số trạng thái d : 3 ).
+ Bớc 2 : Vẽ giản đồ thời gian, bảng trạng thái và đa ra đồ hình chuyển
đổi trạng thái.
Giản đồ thời gian, bảng trạng thái :
Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm .
+ Bớc 3 : Xác định các hàm đầu vào kích.

Số
Trạng thái các
Trigơ đếm
Xung
vào
(2
2
)
F
2
(2
1
)
F

1
(2
0
)
F
0
0
1
2
3
4
5
6
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0

1
0
1
0
H
ình 2: Giản đồ thời gian của bộ đếm lùi mođun 5, bảng trạng thái,
với xung đồng bộ lật với sờn xuống
C
Q
0
Q
1
Q
2

0

0

0

0
t
t
t
t
1 2 3 4 5
0 0 0
Q
2

Q
1
Q
0
1 0 1
Q
2
Q
1
Q
0
1 0 0
Q
2
Q
1
Q
0
0 1 1
Q
2
Q
1
Q
0
1 0 1
Q
2
Q
1

Q
0
0 1 0
Q
2
Q
1
Q
0
1 1 1
Q
2
Q
1
Q
0
0 0 1
Q
2
Q
1
Q
0
H
ình 3: Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm lùi 3 bit môđun 6.
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
2
4
* Bảng trạng thái tổng thể .

Trạng thái các trigơ đếm
Hiện tại Tiếp theo
Trạng thái các hàm
đầu vào kích

Xung
đếm
Q
2
Q
1
Q
0
Q
2
Q
1
Q
0
D
0
D
1
D
2
0000101101
1101100001
2100011110
3011010010
4010001100

5001000000
6000
Hình 4: Bảng trạng thái minh hoạ quá trình làm việc của bộ đếm
nhị phân mô đun 5 đợc xây dựng từ 3 trigơ đếm T.
* Xác định các hàm đầu vào kích.
1001
10xx
00
D
0
11 10
0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2
D
0
=
0
Q
0010
10xx
00
D
1

11 10
0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2
D
1
=
1002
QQQQ +
1000
01xx
00
D
2
11 10
0
1
01
Q
1
Q
0
Q
2

D
2
=
20210
QQQQQ +
Q
D
Q0
Q1
Q2
C
Cp
D
Q
D
Q
Q
D
CRQn
Q
D
CRQn
Q
D
CRQn
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
2
5
IV. Thiết kế mạch so sánh

Mạch so sánh có chức năng so sánh số lợng ôtô có trong bãi và số
lợng ôtô định mức của bãi ( N ) để quyết định có cho phép ôtô vào bãi nữa
hay không. Cụ thể nh sau:
- Nếu số lợng ô tô trong bãi nhỏ hơn N thì đèn xanh sáng boá hiệu
tiếp tục cho ô tô vào bãi
- Nếu số lợng ô tô trong bãi bằng N thì đèn đỏ sáng báo hiệu
không cho ôtô vào bãi.
- Nếu số lợng ô tô trong bãi lớn hơn N thì đèn đỏ sáng và chuông
kêu báo hiệu quá tải.
Nh ta đã biết, số lợng ôtô trong bãi đợc thể hiện ở đầu ra của bộ đếm
tiến lùi ( dới dạng số nhị phân ). Nh vậy, việc so sánh ở đây là so sánh
hai số nhị phân với nhau, một số đợc lấy từ đầu ra của bộ đếm tiến lùi ( số
náy có giá trị thay đổi ), một số đợc đặt trớc ( số này có giá trị thập phân
chính là N )
* Nguyên tắc so sánh hai số nhị phân nhiều bít:
Quá trình so sánh hai số nhị phân nhiều bít phải bắt đầu từ cặp bít có
trọng số cao nhất, chỉ khi nào cặp bít có trọng số cao nhất bằng nhau thì
mới tiếp tục so sánh đến bít có trọng số thấp hơn liền kề với nó.
Ví du so sánh hai số nhị phân:
A = a
3
a
2
a
1
a
0
B = b
3
b

2
b
1
b
0