Đề tài “Xây dựng mạch mã hóa và giải mã thập phân – nhị phân hiển thị trên LED 7 thanh” potx

Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
MỤC LỤC
Trang
I. LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 2
II. MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI ……………………………………3
III. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ………………………………………………… 3
IV. SƠ ĐỒ KHỐI ………………………………………………………………3
4.1. Sơ đồ khối tổng quát…………………………………………………4
4.2. Lựa chọn linh kiện - thiết bị thiết kế mạch………………………… 4
V. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN………………………………………11
VI. MÔ PHỎNG PROTEUS………………………………………………… 16
VII. KẾT LUẬN…………………………………………………………….…26
6.1. Đánh giá – nhận xét về đề tài………………………………………26
6.2. Tính thực tiễn và hướng phát triển của đề tài………………………26
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 27
PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN……………………………………….28
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 1
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
I. LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật
tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện
đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị
với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ… là
những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả
ngày càng cao hơn.
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho
đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong
những ứng dụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là việc hiển
thị những con số, chữ cái bằng led ma trận và led 7 thanh. Việc dùng led để

hiển thị đã được ứng dụng rộng rãi như làm các pano quảng cáo, bảng điện tử
thông minh trên các sàn giao dịch chứng khoán hay trong ngân hàng…
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em đã tìm hiểu về đề tài “Xây
dựng mạch mã hóa và giải mã thập phân – nhị phân hiển thị trên LED 7 thanh”
Đề tài thuộc về kiến thức môn Kỹ thuật số phần các mạch tổ hợp, mã hóa và
giải mã tín hiệu. Đề tài có giá trị thực tiễn và tính ứng dụng cao.
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 2
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
II. MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài nhằm mục đích giúp chúng em hiểu rõ hơn về mạch giải mã. Đặc
biệt là biết kết hợp những loại IC khác nhau để thực hiện yêu cầu đề tài đặt ra.
Đề tài gồm các yêu cầu:
 Xây dựng mạch mã hóa thập phân – nhị phân
 Xây dựng mạch giải mã nhị phân – thập phân, hiển thị các số thập
phân trên LED 7 thanh
 Mô phỏng trên phần mềm
III. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Để hiển thị các chữ số thập phân từ 0 đến 9 trong kỹ thuật số người ta sử
dụng mạch giải mã từ mã nhị phân (BCD) sang một ma trận 7 khe sáng (LED 7
thanh) tương ứng tổ hợp lại để thành các chữ số tự nhiên.
Để thực hiện được nhiệm vụ trên ta sẽ sử dụng các IC số mang các nhiệm
vụ thực hiện việc mã hóa và giải mã. Dùng các công tắc (switch) để thay cho
việc nhập các chữ số cần mã hóa rồi đưa tín hiệu từ switch tới IC để thực hiện
nhiệm vụ và cuối cùng sẽ hiển thị trên LED 7 thanh.
IV. SƠ ĐỒ KHỐI
Với mạch mã hóa ta sử dụng IC 74147 còn trong mạch giải mã ta có thể
dùng 74LS47. Đây là IC giải mã đồng thời thúc trực tiếp LED 7 thanh loại
Anode chung luôn vì nó có các đầu ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ
lớn.
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 3

Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Hình 1: Sơ đồ khối tổng quát mạch mã hóa – giải mã
 Chức năng từng khối:
Khối nguồn: cung cấp nguồn điện cho mạch hoạt động. Nguồn là điện áp
1 chiều 5V, ta có thể sử dụng IC 7805 ổn áp.
Khối điều khiển: Là những công tắc bấm hiển thị lần lượt các chữ số.
Khối mã hóa: Sử dụng IC mã hóa 74147. IC này mã hóa 9 đường dữ liệu
đầu vào sang 4 đường dữ liệu đầu ra theo mã nhị phân (BCD). Riêng số ‘0’ thì
được hiển thị khi tất cả các đầu vào đều ở mức cao.
Khối giải mã: Ta dùng IC 74LS47. Đây là IC chuyển từ mã nhị phân sang
các số tương ứng được hiển thị trên led 7 thanh. IC có đầu ra tích cực mức thấp.
Khối hiển thị: Dùng led 7 thanh Anode chung hiển thị các số từ 0 đến 9.
 Linh kiện – thiết bị thiết kế mạch
1. IC mã hóa 74HC147
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 4
KHỐI NGUỒN
KHỐI
ĐIỀU
KHIỂN
KHỐI
MÃ
HÓA
KHỐI
GIẢI
MÃ
KHỐI
HIỂN
THỊ
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
IC này mã hóa 9 đường dữ liệu đầu vào sang 4 đường dữ liệu đầu ra theo BCD

Hình 2: Sơ đồ chân và hình dạng thực tế của 74HC147
Trong đó:
Chân 16 nối nguồn dương
Chân 8 nối mass
Chân 1,2,3,4,5,10,11,12,13 là chân dữ liệu vào
Chân 15 không nối
Chân 6,7,9,14 là chân dữ liệu ra
Bảng trạng thái và sơ đồ logic của 74HC147:
Chú ý:
H: Mức điện áp cao
L: Mức điện áp thấp
X: Trạng thái không xác định
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 5
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
2. IC giải mã 74LS47:
Đây là IC chuyển từ mã nhị phân sang các số tương ứng được hiển thị trên led 7
thanh. IC có đầu ra tích cực mức thấp. IC này dùng để điều khiển việc hiển thị
LED 7 thanh theo mã BCD. Bên trong IC là các cổng NAND, các bộ đệm đầu
vào và 7 cổng chuyển đổi AND-OR. 7 cổng NAND kết hợp với một bộ lái để
tạo ra mã BCD cho việc giải mã 7 cổng chuyển đổi AND-OR. Ngoài ra còn có
thêm 3 cổng đệm đầu vào dùng cho việc thử đèn, đầu vào xóa, đầu ra xóa dợn
sóng và đầu vào xóa dợn sóng. IC này chỉ dành cho việc giải mã BCD, nếu
không phải thì không giải mã và số sẽ hiển thị không đúng.

Hình 3: Sơ đồ chân và hình dạng thực tế 74LS47
Datasheet 74LS47
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 6
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Bảng trạng thái:

Hình 4: Sơ đồ logic bên trong 74LS47
Nhìn hình vẽ ta thấy ở đầu ra các tín hiệu được nối với nhau qua cổng
NAND do đó đầu ra luôn là mức thấp.
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 7
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
3. LED 7 thanh
Là 7 con LED sắp xếp theo hình.

Một chân của LED được nối với nhau (Anode chung hoặc Kathode chung) các
chân còn lại được đưa ra ngoài để phân cực cho LED. Đây là loại đèn dùng hiển
thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bên dưới mỗi đọan là một
led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn).
Qui ước các đoạn cho bởi:
Loại Anode chung Loại Cathode chung
LED phát sáng với dòng thuận khoảng 5÷20mA, khi đó điện áp rơi trên
LED khoảng 1,5 ÷ 3V và có thể điều khiển LED theo mức logic cao ( Katốt
chung) hoặc mức logic thấp (Anốt chung).
4. IC đảo 74LS04
Đây là IC tích hợp 6 cổng đảo NOT. Cổng đảo NOT là phần tử logic có 1
đầu vào, 1 đầu ra thực hiện phép toán phủ định
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 8
a
b
c
d
g
e
f
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung

Hình 5: Sơ đồ chân và dạng thực tế 74LS04
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 (VCC), chân 7 nối mass (GND)
Đặc tính:
5. Điện trở
Điện trở một linh kiện điện tử thụ động có chức năng cản trở dòng điện.
Trong thiết bị điện tử, điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ
hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 9
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
loại điện trở có trị số khác nhau. Trong mạch này ta sử dụng loại điện trở có giá
trị 100K
Ký hiệu:
Đơn vị của điện trở
Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ
1KΩ = 1000 Ω
1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω
Cách đọc giá trị điện trở vòng màu (điện trở thường)
Bảng quy ước vòng màu:
Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu,
điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng mầu.
Ví dụ :
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 10
STT Vòng màu Giá trị
1 Đen 0
2 Nâu 1
3 Đỏ 2
4 Cam 3

5 Vàng 4
6 Xanh lá 5
7 Xanh lơ 6
8 Tím 7
9 Xám 8
10 Trắng 9
11 Nhũ vàng -1
12 Nhũ bạc -2
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Điện trở 4 vòng màu
Điện trở chính xác (5 vòng màu)
6. Công tắc
Ta sử dụng 9 công tắc tương ứng với các số từ 1 đến 9. Khi ta bấm 1
trong số 9 công tắc ở khối điều khiển thì ta đã cấp cho khối mã hóa 1 tổ hợp mã
nhị phân, tổ hợp mã nhị phân đó được đưa đến khối giải mã.
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 11
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
V. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN
V.1Sơ đồ khối nguồn
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 12
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Nguồn sử dụng cho toàn mạch là dòng 5V ổn định. Vì vậy ta sử dụng IC ổn áp
LM7805.
Nguyên lý hoạt động:
Trên là mạch ổn áp 5V khá đơn giản sử dụng 7805. Mạch có bảo vệ chống dòng
ngược, bảo vệ quá tải. Công suất đầu ra khá thấp (5W). Mạch được sử dụng
nhiều trong các mạch điều khiển, mạch cấp nguồn cho các mạch tín hiệu
Mạch chỉ xoay quanh chức năng ổn định điện áp của con 7805.
7805 có 3 chân cho ta kết nối với nó:
Chân 1 là chân nguồn đầu vào,

Chân 2 là chân GND,
Chân 3 là chân lấy điện áp ra.
Chân 1 - 2 (Chân điện áp đầu vào): Đây là chân cấp nguồn đầu vào cho
7805 hoạt động. Giải điện áp cho phép đầu vào lớn nhất là 40V. Theo datasheet
thì giải điện áp đầu ra là 5V ta nên cho điện áp vào là 35V để mạch lúc nào
cũng hoạt động ổn định điện áp không bị lên xuống do nguồn đầu vào
Chân 3 (Chân điện áp đầu ra): Chân này cho chúng ta lấy điện áp đầu ra
ổn định 5V. Đảm bảo đầu ra ổn định luôn nằm trong giải từ (4.75V đến 5.25V).
Đảm bảo thông số: Vi - Vo > 3V. Thông số này phải luôn đảm bảo khi
cấp nguồn cho 7805. Tức là điện áp cấp vào cho 7805 phải nằm trong 8V đến
40V. Nếu dưới 8V thì mạch ổn áp không còn tác dụng. Thông thường người ta
không bao giờ cấp nguồn 8V vào cả mà người ta phải cấp nguồn lớn hơn ít nhất
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 13
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
là gấp đôi nguồn đầu ra để tráng trường hợp sụt áp đầu vào sinh ra nguồn đầu ra
không ổn định trong thời gian ngắn.
V.2Sơ đồ nguyên lý khối mã hóa
Nguyên lý hoạt động:
Mạch gồm bàn phím 9 phím nhấn từ 1 đến 9. Các phím thường hở để các
đường D0 đến D9 ở thấp do có điện trở khoảng nối xuống mass. Trong 1 thời
điểm chỉ có 1 phím được nhấn để đường đó lên cao, các đường khác đều ở thấp.
Khi 1 phím nào đó được nhấn thì sẽ tạo ra 1 mã nhị phân tương ứng. Mã này
tiếp tục được đưa đến bộ giải mã để hiển thị trên LED 7 thanh.
Ví dụ khi nhấn phím 2 mã sẽ tạo ra là 0010 và led hiển thị số 2. Như vậy
mạch đã sử dụng 1 bộ mã hoá 10 đường sang 4 đường hay còn gọi là mạch
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 14
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
chuyển đổi mã thập phân sang nhị phân (BCD). Với 10 ngõ vào, 4 ngõ ra. Đây
là 1 bài toán thiết kế mạch logic tổ hợp đơn giản sử dụng các cổng NAND như
hình dưới đây :

Với mạch mã hoá được cấu tạo bởi các cổng logic như ở hình trên ta có nhận
xét rằng trong trường hợp nhiều phím được nhấn cùng 1 lúc thì sẽ không thể
biết được mã số sẽ ra là bao nhiêu. Do đó để đảm bảo rằng khi 2 hay nhiều phím
hơn được nhấn, mã số ra chỉ tương ứng với ngõ vào có số cao nhất được nhấn,
người ta đã sử dụng mạch mã hoá ưu tiên. Rõ ràng trong cấu tạo logic sẽ phải
thêm 1 số cổng logic phức tạp hơn, IC 74LS147 là mạch mã hoá ưu tiên 10
đường sang 4 đường, nó đã được tích hợp sẵn tất cả các cổng logic trong nó. Từ
bảng chân lý của IC 74LS147 ta thấy thứ tự ưu tiên giảm từ ngõ vào 9 xuống
ngõ vào 0. Chẳng hạn khi ngõ vào 9 đang là 0 thì bất chấp các ngõ khác (X) số
BCD ra vẫn là 1001 (qua cổng đảo nữa). Chỉ khi ngõ vào 9 ở mức 1 (mức
không tích cực) thì các ngõ vào khác mới có thể được chấp nhận, cụ thể là ngõ
vào 8 sẽ ưu tiên trước nếu nó ở mức thấp.
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 15
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
V.3Sơ đồ nguyên lý khối giải mã
Nguyên lý hoạt động:
Để LED hiển thị các giá trị mã hóa ta có bảng trạng thái sau:
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 16
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Biểu diễn bằng bìa Các-nô

Sơ đồ mạch như sau:
Hình 6: Mạch giải mã nhị phân sang 7 thanh (A chung)
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 17
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Với mạch giải mã ở trên ta dùng 74LS47. Đây là IC giải mã đồng thời
thúc trực tiếp led 7 đoạn loại Anode chung luôn vì nó có các ngõ ra cực thu để
hở và khả năng nhận dòng đủ lớn.
• A, B, C, D là các ngõ vào mã BCD
• RBI là ngõ vào xoá dợn sóng

• LT là ngõ thử đèn
• BI/RBO là ngõ vào xoá hay ngõ ra xoá rợn
• a tới g là các ngõ ra (cực thu để hở). Nguyên lý hoạt động của mạch tuân
theo bảng chân lý của 74LS47
V.4Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 18
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Khối hiển thị là 1 LED 7 thanh Anode chung (dương chung). Để đèn led hiển
thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó, các thanh led đều
phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180 đến 390 ohm với nguồn cấp
chuẩn thường là 5V. IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b, c, d, e, f, g của
LED xuống GND.
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý toàn bộ mạch
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 19
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
MÔ PHỎNG PROTEUS
Protues là phần mềm của hãng Labcenter dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô
phỏng và thiết kế mạch điện. Có thiể tìm hiểu thông tin và bản dùng thử chương
trình tại website của nhà sản xuất : Sau khi tải về
máy thành công thì cài đặt chương trình bình thường, chương trình nằm trong
Start menu.
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 20
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Để thêm linh kiện vào bản vẽ:
Ta nhấn chữ “P” hoặc kích vào nút như hình
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 21
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Sẽ xuất hiện 1 bảng mới cho phép ta tìm và chọn các linh kiện cần sử dụng
Ta gõ tên linh kiện cần lấy vào ô “Keywords” hoặc chọn từ Category
Trong mạch này, những linh kiện cần lấy là:

 74LS47
 74HC147
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 22
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
 74LS04
 Điện trở 0.6 W – 100K
 Công tắc – Switch (thường hở)
 LED 7 thanh – 7SEG-COM-ANODE
Sau khi lấy các linh kiện trên ta được như hình:
Ta tiến hành sắp xếp linh kiện và nối dây theo sơ đồ nguyên lý.
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 23
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
Ấn các nút nhấn phím số để kiểm tra kết quả:
 Phím 1
 Phím 2
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 24
Đồ án môn học 34 CĐ Điện tử - Đại Học Công Nghiệp Việt Hung
 Phím 3
 Phím 4
Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Duy Khoa - Đinh Văn Lâm Trang 25