Tìm hiểu ic 74164 thiết kế mạch dịch 2 chế độ 2 điểm sáng 1điểm tối xen kẻ và 2 điểm tối 1 điểm sáng xen kẻ trên 24 led đơn sử dụng 1 nút nhấn để chuyển chế độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO
Mơn học: Kỹ Thuật Số

Đề tài: TÌM HIỂU IC 74164. THIẾT KẾ
MẠCH DỊCH 2 CHẾ ĐỘ: 2 ĐIỂM SÁNG 1
ĐIỂM TỐI XEN KẺ VÀ 2 ĐIỂM TỐI 1 ĐIỂM
SÁNG XEN KẺ TRÊN 24 LED ĐƠN. SỬ
DỤNG 1 NÚT NHẤN ĐỂ CHUYỂN CHẾ ĐỘ
GVHD: Võ Đức Dũng
Nhóm thực hiện:
Ngơ Thanh Quang 20161355
Vũ Việt Phương
20161354
Phạm Tấn Phước 20161352
Nguyễn Văn Tuấn 18161300
Hồ Nhất Nguyên 20129068

TPHCM, ngày 11 tháng 12 năm 2021


LỜI CAM ĐOAN
- Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay
cơng trình đã có từ trước đó. Nếu có sao chép tơi hồn tồn chịu trách nhiệm
PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ


I. GIỚI THIỆU CÁC IC LIÊN QUAN CÓ TRONG MẠCH CẦN THIẾT

KẾ
1. IC NE555

IC NE555 gồm 8 chân
Chức năng của từng chân:
- Chân 1 (GND): Chân nối mass để giúp cung cấp dịng cho IC.
- Chân 2 (TRIG): Chân kích
- Chân 3 (OUT): Chân tín hiệu ngõ ra.
- Chân 4 (RESET): Lập định mức trạng thái ra. Khi nối mass thì ngõ ra mức thấp, khi nối vào
mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tuỳ theo mức áp trên chân 2 và 6
- Chân 5 (CONT): Chân điện áp điều khiển.
- Chân 6 (THRES): Chân ngưỡng, là ngõ vào của 1 tầng so áp khác.
- Chân 7 (DISCH): Chân xả tụ.
- Chân 8 (VCC): Chân ngõ vào cung cấp nguồn.
Thơng số kĩ thuật:
Vcc: 4,5 – 16V
Dịng tiêu thụ: 6mA – 15mA
Điện áp mức cao: 0.5 – 15V
Điện áp mức thấp: 0.03 – 0.06V

2. IC 74164

IC 74164 là thanh ghi dịch 8 bit ngõ vào nối tiếp ngõ ra song song
- Chân 1 và 2: Ngõ vào dữ liệu.
- Chân 3,4,5,6,10,11,12,13: Ngõ ra
- Chân 7: Chân nối mass
- Chân 8: Chân ngõ vào xung CK
- Chân 9: Chân reset IC.
Thông số kỹ thuật:
Vcc: 2-6V

Điện áp ngõ vào mức cao: 1.5 - 4.2V
Điện áp ngõ vào mức thấp: 0.5 – 1.8V
Điện áp ngõ ra mức cao: 1.9 – 5.6V
Điện áp ngõ ra mức thấp: 0.1 – 0.4V


II. SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH THIẾT KẾ VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC
KHỐI TRONG SƠ ĐỒ


Thiết kế sơ đồ khối:


Hoạt
động của các khối trong sơ đồ:
 Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho cả mạch hoạt động.
 Khối tạo dao động: Sử dụng IC555 để tạo ra xung clock cấp cho mạch.
 Khối dịch led: Sử dụng IC 74164 để dịch 2 trạng thái.
 Khối tạo 2 chế độ: Sử dụng 2 ngõ ra Q0 và Q1 của ic 74164 để tạo ra 2 chế độ là 2
sáng 1 tắt và 1 sáng 2 tắt.
 Khối chuyển 2 chế độ: Sử dụng một nút nhấn và FF D để chuyển đổi giữa 2 chế độ.
 Khối hiện thị: Sử dụng 24 Led đơn để mô tả 2 chế độ của mạch.

III. MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ LÝ DO CHỌN LINH KIỆN, TÍNH TỐN
CÁC THƠNG SỐ TRONG MẠCH
 Mạch ngun lý




Lý do chọn linh kiện, tính tốn các thơng số trong mạch

Khối tạo dao động
+ Chức năng: Cấp xung clock cho thanh ghi
+ Lựa chọn linh kiện và lý do chọn:
- Để đáp ứng chức năng tạo xung, chúng em sử dụng IC NE555 và một vài linh kiện
phụ trợ khác như điện trở và tụ điện.
- IC555 được ứng dụng rất phổ biến để tạo nên các mạch như: Mạch đơn ổn, mạch
dao dộng đa hài, mạch chia tần,…
- Có thể kết hợp với điện trở và tụ điện để tạo ra chu kì dao đơng theo ý muốn.

Hình: Sơ đồ chân của IC 555

Hình: Sơ đồ logic của IC NE555.


+ Nguyên lí hoạt động:
- Khi cấp vào Ic nguồn Vcc thì tụ điện sẽ nạp thơng qua R1 và R2, lúc này tại Opamp ở dưới có ngõ vào V+ lớn hơn V- thì ngõ ra của op-amp xuất ra mức 1, đồng th
ngõ ra của FF – SR cũng xuất ra mức 1.
- Tụ tiếp tục nạp cho đến khi Op – amp ở trên có ngõ vào V+ lớn hơn V- thì nó sẽ
kích ngõ ra 1 đưa vào chân R của FF, khi đó ngõ ra của FF là 0 và ngõ ra đảo là 1.
Transitor nối với ngõ ra đảo sẽ dẫn bão hoà và nối xuống mass. Tụ thông qua R2 xả
điện xuống mass, điện áp trên tụ giảm cho đến khi V+ lớn hơn V- trên Op – amp bên
dưới và nó lặp lại q trình.
+ Tính tốn mạch:
Ta chọn: R4 = 10 K Ω
R3 = 220 Ω
C3= 47uF
Tần số của mạch là:
f= = 2.93 Hz


Khối dịch led
+ Chức năng: Thanh ghi lưu và dịch dữ liệu.
+ Lựa chọn linh kiện vì lý do: Để đáp ứng việc lưu và dịch dữ liệu cho các led có thể
hoạt động, ta có thể sử dụng thanh ghi dịch 8 bit cụ thể là IC 74164.
+ Chức năng các chân:
- Chân A, B: 2 chân dùng để đưa dữ liệu vào, có thể ghép chung 2 chân với nhau để
IC 74164 chỉ nhận 2 trạng thái
- Chân Q0 đến Q7: Các chân kết nối với các led và điện trở để đưa tín hiệu ngõ ra.
- Chân CLK: Chân nhận xung Clock của IC. Để IC có thể hoạt động thì phải có
xung CK đưa vào chân này. Xung Clock sẽ được tạo ra bởi khối tạo dao động chính là
IC NE555 và ngõ ra của khối tạo dao động sẽ được kết nối với ngõ vào xung CK của
IC 74164.
- Chân MR: Chân master reset dùng để reset lại hoạt động của IC, tác động mức
thấp. Khi chân này được đưa về mức thấp thì tồn bộ ngõ ra sẽ được đưa về mức thấp.
- Chân GND: Chân này sẽ nối xuống mass.
- Chân Vcc: Chân cấp nguồn cho IC hoạt động.

Hình: Bảng mơ tả các chân của IC 74164.


+ Sơ đồ logic của IC 74164:

+ Bảng trạng thái:

Hình: Bảng trạng thái của IC 74164.
- Khi chân CLR là mức thấp thì các ngõ ra Q0 đến Q7 đều là mức thấp.
- Khi xung CK tác động cạnh xuống thì ngõ ra khơng thay đổi trạng thái.
- Khi CLR mức cao và CK tác động cạnh lên thì trong 2 ngõ vào A, B nếu có 1 ngõ
vào mức thấp thì ngõ ra Q0 là mức thấp và các ngõ Q1 đến Q7 sẽ có giá trị tương ứng

từ Q0 đến Q6.
- Khi CLR mức cao và CK tác động cạnh lên, nếu 2 ngõ vào đều mức cao thì Q0
mức cao và Q1 đến Q7 có giá trị tương ứng từ Q0 đến Q6.
+ Nguyên lí hoạt động của IC 74164:
- Khi có xung CK đầu tiên tác động cạnh lên vào chân CLK của IC thì dữ liệu ngõ
vào A và B sẽ được dịch đến ngõ ra Q0, trạng thái của các ngõ ra khác không thay
đổi.
- Khi xung CK tiếp theo tác động thì dữ liệu ngõ ra Q0 sẽ được dịch đến ngõ ra Q1,
dữ liệu tiếp theo từ chân A và B sẽ được dịch đến Q0, trạng thái của các ngõ ra cịn
lại khơng thay đổi.
- Cứ tiếp tục như thế đến khi xung thứ 8 tác động thì dữ liệu đầu tiên đã được dịch
đến ngõ ra cuối cùng Q7. Dữ liệu ngõ vào dịch đến Q0 và dữ liệu ở Q0 dịch qua Q1.
- Như vậy, dữ liệu đưa vào nối tiếp đã được lấy ra song song ở cả 8 ngõ ra sau 8
xung CK tác động. Khi có xung thứ 9 tác động thì dữ liệu từ ngõ vào sẽ được
chuyển đến ngõ ra đầu tiên, trạng thái logic ở các ngõ ra khác sẽ được dịch phải 1
bit, trạng thái logic ở ngõ ra cuối cùng sẽ tự động biến mất.


Hình: Giãn đồ thời gian của IC 74164.
 Theo yêu cầu của đề tài mạch cần hoạt động theo 2 chế độ là 2 sáng 1 tắt và 1 sáng 2
tắt. Sử dụng bảng trạng thái và dùng bìa Kar để rút gọn ta được hai hàm như sau:
Khối tạo 2 chế độ
+ Trạng thái 2 sáng 1 tắt



Din

Q0

Q1

1
1
0
1

0
1
1
0

0
0
1
1

1

0

Din=
+ Trạng thái 2 tắt 1 sáng
Din

Q0

Q1

1

0

0

0

1

0

0

0

1

+ = => cổng NAND 2 (A1)

Din= * = => cổng NOR 2(A2)


Khối chuyển đổi 2 chế độ
+ Chức năng: Chuyển đổi qua lại 2 chế độ hiển thị.
+ Lý do lựa chọn:
- 74LS112 là IC flip-flop JK kép có tính năng J, K, đồng hồ và bộ không đồng bộ
riêng lẻ và đầu vào rõ ràng cho mỗi flip-flop. IC 74LS112 có điện áp làm việc đa
dạng, nhiều điều kiện làm việc và giao tiếp trực tiếp với CMOS, NMOS và TTL.

Đầu ra của IC luôn đi kèm với TTL, giúp dễ dàng làm việc với các thiết bị TTL và
vi điều khiển khác. Yêu cầu cần chuyển 2 chế độ nên chọn IC 74LS112 sẽ giúp
mạch chuyển đổi qua lại 2 chế độ bằng trạng thái đảo của Flip-Flop JK.
+ Cơ chế hoạt động:
- Để mạch có thể hoạt động ở 2 chế độ như trên ta sử dụng một nút nhất để chuyển
trạng thái và sử dụng flip flop D để đảo trạng thái.
A1
A2
Q0
Din
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0

1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
+ Giải thích bảng trạng thái:
- A1 là chế độ 1: 2 sáng 1 tắt
- A2 là chế độ 2: 2 tắt 1 sáng
- Q0 là biến chọn chế độ A1 hoặc A2
- Din cấp cho 74164: Din sẽ lấy dữ liệu của A1 khi Q0 ở mức 0 và lấy dữ liệu A2
khi Q0 mức 1


Sử dụng bia Kar để rút gọn
A1
00
01
A2Q0
0
0
0
1
0

1

11

10

0
1

1
1

Din= +A1.Q0  2 cổng AND và 1 cổng OR
 Khối hiển thị
+ Chức năng: Hiển thị kết quả thông qua led.
+ Lý do lựa chọn:
- Để đáp ứng nhu cầu hiển thị kết quả thơng qua led, ta có thể dùng led dây, led
đoạn, led đơn,….
- Chọn thanh led 10 đoạn vì led hiển thị rõ kết quả, độ sáng đều dễ nhìn, có thể kết
hợp nhiều đoạn để đáp ứng số ngõ ra u cầu.



+ Thơng số kỹ thuật:
Kích thước: dài 0.9in, rộng 0.3in, khoảng cách giữa các đoạn 0.1in.






Dịng: 10mA
Điện áp: 1.8V
Cơng suất mỗi led: 18mW

IV. MƠ PHỎNG MẠCH TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS

Hình: Trạng thái 1 sáng 2 tối


Hình: Trạng thái 2 sáng 1 tối

Hình:


Hình:

V. THI CƠNG MẠCH ĐIỆN