Báo cáo kỹ thuật số Khảo sát mạch tổ hợp, mạch tuần tự, mạch tạo xung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
___________________________________

PROJECT

KỸ THUẬT SỐ
GVHD: NGUYỄN NGƠ LÂM
MÃ HP: DIGI330163 – 02CLC
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN: NHÓM 9
1. Nguyễn Hoàng Quân

20119272

2. Nguyễn Phú Thiện

20119043

3. Đặng Quang Vinh

20161281

4. Nguyễn Thanh Tùng

19142269

TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 11/2021


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………


MỤC LỤC
PHẦN 1. MẠCH TỔ HỢP ................................................................................. 1
THIẾT KẾ MẠCH MÃ HÓA VÀ GIẢI MÃ LED 7 ĐOẠN ....................... 1
I. Tổng quát về linh kiện IC 7404 ................................................................ 1
II. Linh kiện IC 7447(74LS47)- IC giải mã BCD ra led 7 thanh .............. 2
1. Khái quát về IC 74147 (74LS147) .......................................................... 2
2. IC giải mã BCD ra led 7 thanh ................................................................ 3
3. Led 7 đoạn ............................................................................................... 5
III. Kết quả mô phỏng .................................................................................. 7
PHẦN 2. MẠCH TUẦN TỰ............................................................................... 9
THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM LÊN MOD 8 ĐỒNG BỘ DÙNG FF-D .............. 9
I. Bảng trạng thái .......................................................................................... 9
II. Mạch hoàn chỉnh.................................................................................... 10

III. Kết quả mô phỏng ................................................................................ 11
PHẦN 3. MẠCH TẠO XUNG ......................................................................... 12
THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG DÙNG IC 555 ......................................... 12
I. Tổng quát về IC 555 ................................................................................ 12
II. Giải thích sự dao động ........................................................................... 13
1. Giai đoạn ngõ ra ở mức 1 ...................................................................... 13
2. Giai đoạn ngõ ra ở mức 0 ...................................................................... 14
3. Kết quả cuối cùng .................................................................................. 14
III. Kết quả mô phỏng ................................................................................ 15


PHẦN 1. MẠCH TỔ HỢP
THIẾT KẾ MẠCH MÃ HÓA VÀ GIẢI MÃ LED 7 ĐOẠN
I. Tổng quát về linh kiện IC 7404
IC 7404 : gồm 3 cổng NOT được tích hợp trên 1 IC
* Sơ đồ linh kiện tích hợp bên trong IC

* Chức năng của các chân:

1


* Bảng trạng thái

II. Linh kiện IC 7447(74LS47)- IC giải mã BCD ra led 7 thanh
1. Khái quát về IC 74147 (74LS147)
Là IC mã hóa 10 đường sang 4 đường có các ngõ vào và ngõ ra tích cực
mức thấp Bên trong IC đã tích hợp sẵn một mạch mã hóa ưu tiên.
* Hình dạng và sơ đồ chân

2


* Bảng trạng thái
Số thứ tự

Trạng thái ngõ vào Trạng thái ngõ ra

0

111111111

0000

1

111111110

0001

2

111111101

0010

3

111111011

0011

4

111110111

0100

5

111101111

0101

6

111011111

0110

7

110111111

0111

8

101111111

1000

9

011111111

1001

2. IC giải mã BCD ra led 7 thanh
* Hình dạng và sơ đồ chân

3


* Phân tích cách thức hoạt động của linh kiện IC 7447(74LS47) IC giải mã BCD ra led 7 thanh
Nếu IC tích cực ở mức 1 thì ta sẽ dùng led 7 thanh loại Anot chung,
còn nếu ở mức 0 thì ta dùng loại Katot chung.Trong trường hợp nếu IC tích cực
ở mức 1 mà khơng có led 7 thanh loại Anot chung thì ta sẽ dùng loại Katot chung
với cổng logic cơ bản là cổng đảo (NOT).
- Chân 16 cấp nguồn Vcc cụ thể ở đây là 5V nếu quá 5V ic này sẽ bị chết.
- Chân 8 là chân nối GND (mass).
- Các chân 1, 2, 6, 7 là các chân tín hiệu vào ứng với B,C,D,A.
- Các chân 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9 là các chân ra ,các chân này sẽ được
nối với led 7 thanh và được nối như hình trên.
- Chân thứ 3 LT (Lamp Test) như tên gọi của nó chân 3 này là chân kiểm
tra led 7 đoạn,nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc
với 7 đoạn. Chân này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏng hay khơng
và trong thực tế khơng sử dụng nó.
- Chân 4 BI/RB0 ln luôn được kết nối với mức cao, nếu kết nối với
mức thấp thì tồn bộ led sẽ khơng sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là gì.

- Chân 5 RBI kết nối với mức cao.
* Bảng trạng thái
Số thứ tự

Trạng thái ngõ vào Trạng thái ngõ ra

0

0000

000000000

1

0001

000000001

2

0010

000000010

3

0011

000000100

4

0100

000001000

5

0101

000010000

6

0110

000100000

7

0111

001000000

8

1000

010000000

9

1001

100000000
4


3. Led 7 đoạn
* Sơ đồ chân

* Bảng trạng thái led 7 đoạn dùng anode chung
Thập phân

D

C

B

A

g’

f’

e’

d’

c’

b’

a’

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

2

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

3

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

4

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

5

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1

0

6

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

0

7

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

8

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

9

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

Ngồi ra mạch mơ phỏng cịn có logictoggle, logicprobe

5


* Nguyên lý hoạt động của mạch bàn phím
Mạch dùng IC 74LS147 gồm có 9 ngõ vào từ S1 đến S9. Các ngõ vào từ
1 đến 9 ở trạng thái không bị tác động đều ở mức cao. Khi 1 input nào đó được
nhấn thì qua cổng NOT nó sẽ lên mức thấp và IC 74LS147 sẽ tạo ra 1 mã nhị phân
tương ứng ở các ngõ ra. Mã nhị phân này được đưa qua các cổng NOT để đảo
mức logic và được IC 74LS47 giải mã sang led 7 đoạn để hiển thị số thập phân
tương ứng trên led 7 đoạn.
Ví dụ: Khi S9 được nhấn (lúc này ngõ vào 9 của IC 74LS147 được tích
cực mức thấp) thì mã nhị phân ta thu được ở các ngõ ra của IC 74LS147 sẽ là
0110, bất chấp các phím cịn lại có được nhấn hay khơng. Mã nhị phân này sau
khi qua các cổng NOT sẽ là 1001 và được IC 74LS74 giải mã sang led 7 đoạn để
hiển thị số 9.
Lưu ý: Như đã trình bày ở trên, IC 74LS147 là IC mã hóa ưu tiên. Mã nhị
phân ở ngõ ra của IC này được xác định tương ứng với ngõ vào có thứ tự ưu tiên
cao nhất được tích cực. Vì vậy, khi có nhiều ngõ vào được nhấn cùng lúc thì số
thập phân hiển thị trên led 7 đoạn là tương ứng với phím nối với ngõ vào có thự
tự ưu tiên cao nhất. Ví dụ, khi cả 3 ngõ vào là S1, S8, S9 được nhấn đồng thời thì
trên led 7 đoạn sẽ hiển thì số 9 vì ngõ vào 9 có thứ tự ưu tiên cao nhất.

6


III. Kết quả mô phỏng

7


Trường hợp ưu tiên tác động nhiều ngõ vào

8


PHẦN 2. MẠCH TUẦN TỰ
THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM LÊN MOD 8 ĐỒNG BỘ DÙNG FF-D
(ĐB, CK cạnh lên, Pre, Clr mức cao)
M=8 => Dùng 3 FF
I. Bảng trạng thái
TP

CK

Hiện Tại

Ngõ vào

Kế Tiếp

Q2

Q1

Q0

D2

D1

D0

Q2

Q1

Q0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

0

2

0

1

0

0

1

1

0

1

1

3

0

1

1

1

0

0

1

0

0

4

1

0

0

1

0

1

1

0

1

5

1

0

1

1

1

0

1

1

0

6

1

1

0

1

1

1

1

1

1

7

1

1

1

0

0

0

0

0

0

D1
Q1Q0
Q2

00

01

11

10

0

1

1

1

1

1

Rút gọn bìa karnaugh : D1=Q0Q1’ + Q1Q0’
D2
Q1Q0
Q2

00

01

0

1

11

10

1
1

1

Rút gọn bìa karnaugh : D1=Q2Q1’ + Q2Q0’ + Q1Q0Q2’

9

1


II. Mạch hoàn chỉnh

10


III. Kết quả mô phỏng

11


PHẦN 3. MẠCH TẠO XUNG
THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG DÙNG IC 555

I. Tổng quát về IC 555
Cấu tạo của IC 555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để
xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở
mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn.
Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC
nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC,
chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của
FF = [1] và FF được reset.

12


II. Giải thích sự dao động
Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là
loại RS Flip-Flop:
- Khi S = [1] thì Q = [1] và QB = [ 0].
- Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và QB= [0].
- Khi R = [1] thì QB= [1] và Q = [0].
Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì QB= [1],
transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở
chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.
1. Giai đoạn ngõ ra ở mức 1
- Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0.
Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S
= [1], Q = [1] và QB= [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1.
- Khi QB= [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng.
- Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra
của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và QB vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C
nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.

13


2. Giai đoạn ngõ ra ở mức 0
- Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên
Q = [0] và QB= [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0.
- Vì QB= [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra
của Op-amp 2 ở mức 0. Vì vậy Q và QB khơng đổi giá trị, tụ C xả điện thông
qua transistor.

3. Kết quả cuối cùng
Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vng, có chu kỳ ổn định.
Ta có thể tính xung dao động chính xác cảu mạch và tự tạo xung theo ý thích
của mình bằng cơng thức
T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 và f = 1.4 / ( (R1 + 2R2) × C1 )
T = Thời gian của một chu kỳ tồn phần tính bằng (s)
f = Tần số dao động tính bằng (Hz)
R1 = Điện trở tính bằng ohm
R2 = Điện trở tính bằng ohm
C1 = Tụ điện tính bằng Fara
T = Tm + Ts T : chu kỳ toàn phần
Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1

(Tm : thời gian điện mức cao)

Ts = 0,7 x R2 x C1

(Ts : thời gian điện mức thấp )

14

III. Kết quả mô phỏng
Trường hợp 1: Ban đầu cho R1 và R2 bằng 5kohm, C1=2uF
Ta tính được T=0.7*(5+10)*10^(3)*2*10^(-6)=21ms

Ta cịn tính được Ts và Tm
Ts=0.7*5*10^(3)*2*10^(-6)=7ms

15


Tm=0.7*10*10^(3)*2*10^(-6)=14ms

Trường hợp 2: Muốn tăng Tm giữ nguyên Ts ta sẽ điều chỉnh R1 và R2 cụ thể
là tăng R1 giữ nguyên R2
(Chỉnh R1=10k; R2=5k)
Tm=21ms

(Tăng sao với ban đầu)

Ts=7ms

(Không đổi so với ban đầu)

16


Trường hợp 3: Ta muốn tăng Ts và giữ nguyên Tm ta điều chỉnh R1 và R2 cụ
thể tăng giá trị R2 và giảm R1 1 lượng tương ứng với lượng tăng R2

(Chỉnh R2=10k và R1=5k)
Tm=21ms

(giữ nguyên so với Tm trường hợp 2)

Ts=14ms

(tăng so với Ts trường hợp 2

17


Các trường hợp khác ta muốn điều chỉnh xung như ý muốn thì ta dựa vào
các cơng thức:
T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 và f = 1.4 / ( (R1 + 2R2) × C1 )
T = Tm + Ts T : chu kỳ toàn phần
Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1

(Tm : thời gian điện mức cao)

Ts = 0,7 x R2 x C1

(Ts : thời gian điện mức thấp )

18