BTL MÔN KĨ THUẬT XUNG SỐ THIẾT KẾ HIỂN THỊ SỐ HEX TRÊN LED 7 THANH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH HIỂN
THỊ SỐ HEX TRÊN LED 7 THANH
Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Thị Thu Hà

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hà Nội -2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Cộng hồ xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KỸ THUẬT XUNG SỐ
Họ và tên sinh viên :
Nguyễn Việt Hoàng
Nguyễn Duy Đạt
Lê Thiên Định
Lớp: 20202FE6021001

:
2018604746
:
2018600393
:
2018600675
Khoá: 13

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà
Tên đề tài: Thiết kế mạch hiển thị số HEX trên LED 7 thanh
NỘI DUNG THỰC HIỆN
TT

Nội dung cần thực hiện

CĐR

1

Lập kế hoạch làm việc

2

Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt nhất và khả thi

L1.2; L1.3

3

Tính tốn thiết kế, xây dựng và phân tích mơ
hình

L1.2; L1.3

4

Chế tạo và lắp ráp

L1.2; L1.3

5

Thử nghiệm và hiệu chỉnh

L1.2; L1.3

6

Viết thuyết minh và chuẩn bị báo cáo

L1.2; L1.3

7

Báo cáo

L1.2; L1.3

I. Yêu cầu thực hiện:

1. Phần thuyết minh:
* Trình bày đầy đủ các nội dung đồ án, bao gồm:

L1.3


- Chương 1. Tổng quan (Nêu cơ sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng trong thực
tiễn …);
- Chương 2. Tính tốn, thiết kế mơ phỏng;
- Chương 3. Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh;
- Phụ lục (nếu có)
* Quyển báo cáo được trình bày từ 10 đến 15 trang giấy A4 với các định dạng theo
quyết định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019:
2. Sản phẩm của đồ án mơn
TT

Tên sản phẩm

1

Mơ hình (mạch điện)

2

Quyển báo cáo

3

Slide thuyết minh đồ án

Định dạng

Số lượng
01

Theo quyết định
815/QĐ-ĐHCN

01
01

3. Phạm vi lựa chọn đề tài
- Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số.
- Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài của các nhóm), linh
kiện điện tử cơ bản…
- Đảm bảo an toàn lao động.
Ngày giao: 13/04/2021

Ngày hoàn thành: 15/05/2021
Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021

Trưởng bộ môn

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Hà


Mục Lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................5

I, Tổng quan về hệ thập lục phân ( hệ hex )...........................................................5
1.1, Lịch sử ra đời cua hệ thập lục phân ( hệ HEX )...........................................5
1.2, Khái niệm về hệ thập lục phân.....................................................................5
1.3: Chuyển đổi các hệ đếm sang hệ thập lục phân............................................6
1.4: Ứng dụng của hệ HEX trong thực tiễn.........................................................7
1.5: Lý do chọn đề tài..........................................................................................8
CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG.............................................9
I: Tính tốn.............................................................................................................9
II: thiết kế mô phỏng............................................................................................12
1:Cổng NOT:.....................................................................................................12
2:Cổng AND:....................................................................................................12
3:Cổng OR........................................................................................................13
CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH.............16
I: Chọn linh kiện...................................................................................................16
1:Công tắc 4 bit:................................................................................................16
2:IC 74HC04 (IC cổng NOT)...........................................................................16
3:IC 74HC08 ( IC cổng AND)..........................................................................17
4:IC74HC32( IC cổng OR)...............................................................................18
5: Led 7 thanh Anot chung................................................................................19
II: Lắp ráp, chạy thử.............................................................................................21


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I, Tổng quan về hệ thập lục phân ( hệ hex )
1.1, Lịch sử ra đời cua hệ thập lục phân ( hệ HEX )
Trong toán học và trong khoa học điện toán, hệ thập lục phân (hay hệ đếm cơ
số 16, tiếng Anh: hexadecimal), hoặc chỉ đơn thuần gọi là thập lục, là một hệ
đếm có 16 ký tự, từ 0 đến 9 và A đến F (chữ hoa và chữ thường như nhau). Hệ
thống thập lục phân hiện dùng, được công ty IBM giới thiệu với thế giới điện toán
vào năm 1963. Một phiên bản cũ của hệ thống này, dùng các con số từ 0 đến 9, và

các con chữ A đến F, đã được sử dụng trong máy tính Bendix G-15, ra mắt năm
1956.
1.2, Khái niệm về hệ thập lục phân
Hệ thập lục phân là một hệ thống số rất phổ biến trong điện tốn. Bạn có thể đã
nghe nói
về nhị phân trước đây, chỉ có 1s và 0.
Con người chủ yếu sử dụng hệ thống thập phân (cơ sở 10), trong đó chúng ta
có 10 chữ số:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 và 9
Mặc dù, máy tính khơng hoạt động bằng hệ thống thập phân. Chúng có trạng
thái nhị phân (một cái gì đó là đúng hoặc sai) và do đó hoạt động trong cơ sở 2 (số
nhị phân thường có tiền tố 0b) với các chữ số duy nhất là 0 và 1.
Trong những ngày trước, bát phân (hoặc cơ sở 8) đã được sử dụng. Thật tốt
vì "10" trong cơ sở 8 là "0b1000" ở dạng nhị phân (10 ở số thập phân là 1010 ở
dạng nhị phân). Octal thường có tiền tố "0o" khi viết số (nhưng có tiền tố chỉ là '0'
trong hầu hết các ngơn ngữ lập trình). Nó được gọi là cơ sở 8 vì chúng ta có tám
chữ số.
Octal vẫn đang được sử dụng cho đến ngày nay, chủ yếu là khi thiết lập
quyền trong Unix và Linux
Thời gian trôi qua, chúng tôi cần một cách dễ dàng hơn để thể hiện số lượng
lớn hơn, vì sức mạnh tính tốn và khơng gian đang tăng lên nhanh chóng. Nó trở
thành tiêu chuẩn để sử dụng thập lục phân , hoặc cơ sở 16, bởi vì 16, như 8 là lũy
thừa 2, giúp dễ dàng thực hiện chuyển đổi từng chữ số (xem nhận xét này. Bởi vì
có 16 chữ số, chữ cái đã được sử dụng cho các chữ số khác. Ngoài ra, hex thường
có tiền tố là 0x.


Số hex cũng hữu ích vì số hex là 4 bit (số 1 bát phân có thể đại diện cho 2), và do
đó hai số trong một byte. Trong hầu hết các trình soạn thảo hex , đây là cách một
byte được biểu diễn.

1.3: Chuyển đổi các hệ đếm sang hệ thập lục phân
Hệ thập lục phân tên tiếng anh là Hexadecimal, hay còn gọi là hệ 16, là một hệ
đếm có 16 kí số 0 đến 9 và A đến F (không phân biệt chữ hoa và chữ thường), với
quy tắc:
 A = 10
 B = 11
 C = 12
 D = 13
 E = 14
 F = 15
 Chuyển từ hệ thập phân sang hệ thập lục phân:
Bước 1: Thực hiện phép chia nguyên của số thập phân cần chuyển cho 16 và
ghi nhớ lại kết quả dư.
Bước 2: Nếu thương số của phép chia khác 0, thì tiếp tục lặp lại bước 1. Ngược
lại chuyển qua bước 3.
Bước 3: Ghi ngược các số dư theo thứ tự ngược lại.
 Chuyển từ hệ nhị phân sang hệ thập lục phân:
Bước 1: Nhóm 4 bits từ phía ngồi cùng bên phải của số nhị phân.
Bước 2: Chuyển đổi mỗi nhóm trên sang số thập lục tương ứng theo bảng dưới
đây:


HEX

BIN

0

0000

1

0001

2

0010

3

0011

4

0100

5

0101

6

0110

7

0111

8

1000

9

1001

A

1010

B

1011

C

1100

D

1101

E

1110

F

1111

1.4: Ứng dụng của hệ HEX trong thực tiễn
 Để hiển thị màu trên web, chúng ta biểu diễn mã màu #RRGGBB dưới dạng
Hex.
 Để xác định địa chỉ trong bộ nhớ, chúng ta sử dụng 8 ký tự Hexa với 32bit
OS (12 ký tự Hex với 64bit OS).
 Địa chỉ MAC của các thiết bị mạng được tạo thành từ 12 ký tự Hex.


 Hiển thị thông báo lỗi: địa chỉ ô nhớ xảy ra lỗi được biểu diễn dưới dạng
hexa, giúp lập trình viên dễ dàng hơn trong việc tìm và sửa lỗi.
 Sử dụng trong mã hóa.

1.5: Lý do chọn đề tài
Như đã trình bày ở trên, hệ số HEX là hệ đếm thường gặp và thường được ứng
dụng nhiều nhất trong cuộc sống. Hex "nằm giữa" Dec ( Hệ thập phân ) và Bin ( Hệ
nhị phân). Tại sao lại nói như vậy ?
Vì Dec dễ sử dụng hơn với con người, cịn máy tính thì chỉ hiểu Bin. Hex thì thân
thiện với con người hơn Bin. Đọc, viết và sử dụng Hex trong tính tốn thì tiện hơn
so với Bin, nhưng vẫn không bằng sử dụng Dec.
Tuy Dec dễ sử dụng nhưng để chuyển đổi Bin -> Dec thì không tiện như chuyển đổi
từ Bin -> Hex. Việc dễ dàng chuyển đổi Bin <==> Hex là ưu điểm đầu tiên khiến
Hex được sử dụng nhiều.
Vì 2^4 = 16 nên mỗi 4 bit đều có thể được biểu diễn bằng 1 ký tự Hex, 1 byte được
biểu diễn bằng 2 ký tự Hex. Điều này là cố định, trong khi với Dec thì khơng như
vậy.
Ưu điểm thứ hai là chúng ta có thể biểu diễn 1 số nguyên lớn dưới dạng Hex với số
lượng ký tự cần sử dụng là rất ít. Khơng gian (số lượng ký tự) cần sử dụng để biểu
diễn giá trị dưới dạng Hex ít hơn 4 lần so với khi biểu diễn dưới dạng Bin. Con số
này ít hơn khi đem Hex so sánh với Dec, nhưng vẫn là một ưu điểm mà Hex vượt

trội hơn so với Dec và Bin.
Vì vậy, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài dung LED 7 thanh để hiển thị só
HEX vì những ứng dụng thực tiễn mà nó mang lại cho cuộc sống của chúng ta là vô
cùng rộng lớn và trong môn học Kỹ thuật xung số này chúng em muốn tìm hiểu
cũng như trau dồi them kiến thức về hệ số HEX.


CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG
I: Tính tốn
Ta xác định được đầu vào của hệ thống gồm 4 đầu vào (hệ nhị phân 4 bit) và
xác định được 7 đầu ra tương ứng với 7 chân của led 7 thanh để hiển thị số hexan.
Ta có bảng giải mã nhị phân 4 bit tương ứng ra 7 chân của led 7 thanh:

BIN

HEX

Mã led 7 thanh
anot chung

0000

0

0000001

0001

1

1001111

0010

2

0010010

0011

3

0000110

0100

4

1001100

0101

5

0100100

0110

6

0100000

0111

7

0001111

1000

8

0000000

1001

9

0000100

1010

A

0001000

1011

B

1100000

1100

C

0110001


1101

D

1000010

1110

E

0110000

1111

F

0111000

+Ta có bảng sự thật đối vơi chân a của led 7 thanh:

D3

0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1

Đầu vào nhị phân 4 bit
D2
D1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0

1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1

D0
0
1
0
1
0
1

0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

Ra chân a
a
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0

+ Với giá trị logic 0 làm cho chân led 7 thanh sáng và với giá trị logic 1 làm cho
chân led 7 thanh tắt.
Với chân a của led 7 thanh như hình:


Hình 2.1: Led7 thannh Anot chung

+ Tương tự ta có bảng sự thật cho tất các chân của led 7 thanh với đầu vào nhị
phân 4 bit :

Đầu vào nhị phân 4 bit

Đầu ra của led 7 thanh Anot chung

D3

D2

D1

D0

a

b

c

d

e

f

g

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0


1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

II: thiết kế mô phỏng

+ Cổng logic:
1:Cổng NOT:
Cổng NOT là cổng cơ bản nhất của tất cả các cổng logic và thường được gọi là
Bộ đệm đảo .
Cổng NOT đảo là ngõ vào tín hiệu đơn có mức đầu ra thường ở mức logic “1”
và đi “THẤP” đến mức logic “0” khi đầu vào duy nhất của nó ở mức logic “1”, nói
cách khác là “ inverts ”(bổ sung) tín hiệu đầu vào của nó. Đầu ra từ cổng NOT chỉ
trả về “HIGH” một lần nữa khi đầu vào của nó ở mức logic “0” cho chúng ta biểu
thức Boolean của: phủ của A = Q.
Ký kiệu:

Bảng chân lý:
INPUT
A
1
0

OUTPUT
NOT A
0
1


2:Cổng AND:
Cổng AND có 2 đầu vào và 1 đầu ra. Mỗi giá trị này có thể có giá trị 0 hoặc 1
và giá trị đầu ra phụ thuộc vào 2 giá trị đầu vào. Đầu ra chỉ là 1 khi cả hai giá trị
đầu vào là 1 (Giống như mạch điện gồm 2 công tắc nối tiếp với một bóng đèn, chỉ
khi cả hai cơng tắc đóng thì bóng đền mới sáng)
Phương trình cổng AND có 2 ngõ vào:
Q=A.B

Ký hiệu:

Bảng chân lý:
INPUT A
0
0
1
1

INPUT B
0
1
0
1

OUTPUT Q
0
0
0
1

3:Cổng OR
Đầu ra, Q của “Cổng logic OR” chỉ trả về “LOW” một lần nữa khi TẤT CẢ
các đầu vào của nó ở mức logic “0”. Nói cách khác đối với cổng logic OR, bất kỳ
đầu vào “CAO” nào sẽ cho đầu ra “CAO”, mức logic “1”.
Phương trình cổng AND có 2 ngõ vào:
Q=A+B
Ký hiệu:

Bảng chân lý:

INPUT A
0
0
1

INPUT B
0
1
0

OUTPUT Q
0
1
1


1

1

1

+thiết kế mạch logic 4 đầu vào nhị phân 4 bit và 1 đầu ra tại chân a của led 7 thanh
theo bảng chân lý :


Hình 2.2:
mạch logic 4 đầu vào nhị phân 4 bit và 1 đầu ra tại chân a của led 7 thanh.

+Tương tự với bảng chân lý 2 ta có mạch logic 4 đầu vào nhị phân 4 bít và 7 đầu ra

của led 7 thanh:


Hình 2.3: mạch logic 4 đầu vào nhị phân 4 bít và 7 đầu ra của led 7 thanh


CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM
VÀ HIỆU CHỈNH
I: Chọn linh kiện
1:Công tắc 4 bit:
Chọn công tắc 4 bit để thể hiện cổng logic đầu vào nhị phân 4 bit của
mạch:

Hình 3.1 : cơng tắc 4 bit đầu vào
- Khoảng cách mỗi chân: 2.54mm
- Điện áp/dòng điện: 50V / 100mA (DC)
- Mỗi chân được đánh số
- Chân được mạ thiếc
2:IC 74HC04 (IC cổng NOT)
Đây là IC tích hợp 6 ổng đảo NOT
Cổng đảo NOT là phần tử logic có 1 đầu vào ,1 đầu ra thực hiện phép toán
phủ
định


Hình 3.2: Sơ đồ chân IC 74HC04
Trong đó:
_các chân đầu vào là:1,3,5,9,11,13
_các chân đầu ra là:2,4,6,8,10,12
_chân 14 nối nguồn dương 5V

_chân 7 nối mass

Hình 3.3: IC 74HC04
3:IC 74HC08 ( IC cổng AND)
-Cấu tạo bên trong ic số 74HC08 có bốn cổng logic AND, mỗi cổng có 2
ngõ vào và 1 ngõ ra. IC 74HC08 là một mạch tích hợp được xây dựng từ các
Mosfet và một số điện trở phụ trợ. IC hoạt động tốt nhất ở điện áp 5V.Các hoạt
động của IC này là rất đơn giản để hiểu nếu chúng ta hiểu được hoạt động của cổng
AND.


Hình 3.4: Sơ đồ chân IC 74HC08
Trong đó:
_các chân đầu vào là:1,2,4,5,9,10,12,13
_các chân đầu ra là:3,6,8,11
_chân 14 nối nguồn dương 5V
_chân 7 nối mass

Hình 3.5: IC 74HC08
4:IC74HC32( IC cổng OR)
-Cấu tạo bên trong ic số 74HC32 có bốn cổng logic OR, mỗi cổng có 2 ngõ vào
và 1 ngõ ra. IC 74HC32 là một mạch tích hợp được xây dựng từ các Mosfet và một
số điện trở phụ trợ. IC hoạt động tốt nhất ở điện áp 5V.Các hoạt động của IC này là
rất đơn giản để hiểu nếu chúng ta hiểu được hoạt động của cổng =OR.


Hình 3.6:Sơ đồ IC 74HC32
Trong đó:
_các chân đầu vào là:1,2,4,5,9,10,12,13
_các chân đầu ra là:3,6,8,11

_chân 14 nối nguồn dương 5V
_chân 7 nối mass

Hình 3.7: IC 74HC32
5: Led 7 thanh Anot chung
LED 7 thanh hay còn được gọi là LED 7 đoạn, bao gồm 7 đoạn đèn LED được
xếp lại với nhau thành hình chữ nhật. Khi các đoạn lập trình để chiếu sáng thì sẽ
hiển thị chữ số của hệ thập phân hoặc thập lục phân. Đôi khi LED số 8 được hiển
thị dấu thập phân khi có nhiều LED 7 thanh được nối với nhau để có thể hiển thị
được các số lớn hơn 2 chữ số.
-Có 2 loại LED 7 thanh được sử dụng đó là Cathode chung (CC) và Anode
chung (CA)


Hình 3.7: Led 7 thanh

Anode chung (CA): Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối
Anode của LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn
LED riêng lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức
thấp “LOW” thông qua một điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với các
cực Cathode với các đoạn LED cụ thể từ a đến g.


II: Lắp ráp, chạy thử
-Ta lắp rap mạch theo nguyên lý ở phần chương 2 và ta có sản phẩm hiển thị số
Hex trên led 7 thanh :

Hình 3.8:Lắp ráp mạch thành cơng.

Hình 3.9:Hiển thị số 0

Hình 3.10: Hiển thị số 1

Hình 3.11: Hiển thị số 2

Hình 3.12: Hiển thị số 3


Hình 3.13: Hiển thị số 4

Hình 3.14: Hiển thị số 5

Hình 3.15: Hiển thị số 6


Hình 3.16: Hiển thị số 7

Hình 3.17: Hiển thị số 8

Hình 3.18: Hiển thị số 9