Bài toán thiết kế hệ thống khóa có mã hóa dựa trên các nguyên lý kỹ thuật số logic cơ bản (Sinh viên Nguyễn Việt Hùng)

1


Lời nói đầu


Trong lĩnh vực Điện tử và Thông tin,Kỹ thuật số đóng vai trò vô cùng quan
trọng.Do đó việc tìm hiểu và nghiên cứu vấn đề đó là rất cần thiết đối với
sinh viên Khoa Điện tử.
Đồ án môn Thiết kế mạch Logic sẽ giúp sinh viên khoa Điện tử viễn thông
nắm vững đợc kiến thức về Kỹ thuật số,khả năng tự tìm tòi nghiên cứu
các hệ thống số .Sử dụng các kiến thức về Kỹ thuật số logic có thể thực hiện
nhiều bài toán có tính ứng dụng thực tiễn cao.
Đồ án của em là bài toán thiết kế Hệ Thống Khoá Có Mã Hoá dựa trên các
nguyên lý Kỹ thuật số logic cơ bản.Đây mới chỉ là những bớc thiết kế hệ
thống trên cơ sở lý thuyết nên sẽ không tránh khỏi nhng sai sót,hy vọng
em có điều kiện cụ thể hoá bài toán hơn nữa .
Em xin cảm ơn thầy vì đã cho em những ý kiến rất quan trọng để hoàn
thành đồ án này.

Sinh viên : Nguyễn Việt Hùng.

2



Mục lục

Lời nói đầu 1

Mục lục 2

Phần I Giới thiệu chức năng hệ thống 3

Phần II Sơ đồ khối và vận hành hệ thống

1. Sơ đồ khối 4
2. Vận hành hệ thống 4

Phần III Chức năng và nguyên lý các khối

1. Hệ thống phím và tạo mã 6
2. Giải mã 11
3. Phân kênh 11
4. Chốt 17

5. Hiển thị 19
6. Thiết lập Password 20
7. So sánh 22
8. Báo động 24
9. Khoá 28

Phần IV Kết luận 29

Phần V Sơ đồ mạch của toàn hệ thống






Phần I : Giới thiệu chức năng hệ thống.


3


Đây là hệ thống bật tắt có mã hoá,đợc sử dụng trong các hệ thống khoá cần tính
bảo mật cao.Ví dụ nh: cửa của một căn hộ,một nhà kho,một hệ thống máy móc
hoạt động cần mang tính riêng t hay bảo mật
Muốn mở khoá,thông qua bàn phím và đèn hiển thị,ngời sử dụng nhập
Password vào và nhấn phím mở khoá,khoá sẽ mở.Muốn đóng khoá thì nhấn vào
phím đóng.Ngời sử dụng có thể sửa lại số đã nhập bằng cách dùng các phím
sang phải hay trái để điều chỉnh.Ngời sử dụng chỉ có thể mở khoá nếu nhập
đúng Password đã đợc thiết lập trớc đó.Nếu nhập Password vào 3 lần mà
không mở đợc khoá thì hệ thống sẽ bị treo trong một khoảng thời gian 30 phút

đồng thời hệ thống báo động sẽ đợc kích hoạt,nhờ đó tính bảo mật sẽ đợc nâng
cao.Việc thiết lập Password cho khoá tuỳ thuộc vào ngời sử dụng,đảm bảo bí
mật và an toàn.Chỉ có thể thay đổi Password nếu đã nhập đúng Password cũ.





















Phần II : Sơ đồ khối và vận hành hệ thống.


4

1.Sơ đồ khối:





Sơ đồ khối hệ thống ( Hình 1 ) bao gồm 9 khối,các khối có nhiệm vụ và chức
năng khác nhau nhng có liên hệ với nhau qua các tín hiệu.

2.Vận hành của hệ thống.

Qua phần phân tích chức năng và sơ đồ khối của hệ thống khoá có mã hoá ta có
thể mô tả hoạt động của hệ thống nh sau:

Khoá đang ở trạng thái đóng ,muốn mở khoá,nhờ các phím số ta nhấn vào đúng
Password đã thiết lập trớc đó (password bao gồm 6 chữ số bất kỳ trong khoảng
từ 0 đến 9).Mỗi lần nhấn phím để nhập số,nó sẽ phát ra một mã của phím đó ở
dạng nhị phân,mã gồm 4 bit,mã này qua mạch giải mã 7 khe,qua bộ phân kênh
để đa tới mạch chốt và tới bộ giải mã 7 khe để hiển thị.Tiếp tục nhập vào các số
tiếp,nhờ có bộ phân kênh nên nó sẽ đợc hiển thị ở đèn tiếp theo và mã của nó sẽ
bị chốt ở một mạch chốt tơng ứng,cứ tiếp tục nhập cho đến hết mã.Khi phím
Hình 1

Tạo
Mã
Giải
Mã
Phân
Kênh
Chốt

Hiển
Thị
Lập
Password
So
sánh
Khoá
Báo
Động


5

OPEN đợc nhấn nó xét tín hiệu mang dấu hiệu so sánh từ khối So Sánh,khối
này có nhiệm vụ so sánh mã số vừa nhập có đúng với Password đã thiết lập
không,nếu sai mà ngời sử dụng tiếp tục nhấn OPEN đến 3 lần thì khối Báo
Động sẽ bị kích hoạt,hệ thống báo động sẽ kéo dài trong một khoảng thời gian 30
phút ,đồng thời khoá sẽ bị treo.Sau khoảng thời gian 30 phút đó hệ thống mới
làm việc bình thờng.Nếu Password đã đợc nhập đúng nhấn phím OPEN mạch
khoá sẽ mở,khoá vẫn mở mặc dù lúc này ta thay đổi dãy số nhập vào khác với
Password.Khoá chỉ đóng khi ta nhấn tiếp phím CLOSE.

Khi muốn thay đổi Password ngời sử dụng phải nhập vào đúng Password
cũ,khi đã nhập đúng ,nhấn vào phím CODING và tiến hành nhập mã mới.Giá trị
Password này sẽ đợc lu khi ta nhấn vào phím SAVE.

Phần III : Phân tích chức năng và nguyên lý của các khối .



6

1.Hệ thống phím và tạo mã.

Sơ đồ của bàn phím đợc bố trí trên Panel nh sau:

Nhiệm vụ của khối Tạo Mã chỉ dùng để tạo mã cho các số,trên sơ đồ bàn phím
có chứa các phím điều khiển các hoạt động của hệ thống,các phím này không cần
tạo mã, sẽ đợc xét đến ở các khối khác,và các phím số dùng để nhập
Password.Các phím có chức năng điều khiển dùng để : khởi động mở/đóng
khoá,lựa chọn đèn sáng hiển thị,thiết lập Password.
Trớc hết ta hãy xét thao tác nhấn phím:Các phím là tập hợp các công tắc kiểu
tiếp xúc cơ khí,có gắn bộ phận đàn hồi do vậy một chu trình thực hiện thao tác
với phím bao gồm cả nhấn và nhả phím mà phần trớc và sau
này ta chỉ gọi là thao tác nhấn phím.Nếu xem các công tắc có sự
tiếp xúc tốt thì mỗi lần nhấn chỉ là 1 quá trình bật/tắt,nếu kém sẽ gây ra nhiều
chu trình nhấn và làm hệ thống làm việc không chính xác.Một đặc điểm của các
phím : các phím là phím kép mà ta sẽ xét trong các khối cụ thể sau
.
SW PUSHBUTTON

Hình 2

0 321 4
6 85 7 9
Save Coding
Close
Open


7

Khối Tạo Mã dùng nhập Password và tạo mã cho các số:Trên bàn phím của hệ
thống gồm 16 phím, trong đó có 10 phím số do vậy chỉ cần 4 bit để mã hoá cho
các phím số đó.Ta mã hoá các phím số theo bảng :

Phím
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Mã
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1

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

Nh vậy các phím từ 0 đến 9 đợc mã hoá thành nhị phân theo số thập phân.
Mỗi khi nhấn 1 phím sẽ có một mã bàn phím đợc truyền lên bus bàn phím đa
tới mạch chốt và hiển thị.Khi nhấn phím ,thao tác đó không chỉ tạo mã các số mà
còn có tác động điều khiển các khối khác mà ta sẽ xét ở sau(Ví dụ nh điều khiển
khối Phân Kênh,khối Chốt).
Để tạo mã các phím nh bảng ,ta có thể sử dụng nhiều cách,có
thể sử dụng các FF để mã hoá: dùng 4 FF_JK ,mỗi FF sẽ mã
hoá 1 bit.Ta có bảng trạng thái của FF_JK nh hình trang
sau(Hình 3),qua bảng ta nhận thấy FF sẽ truyền dữ liệu khi có
đột biến âm vào chân CLK của nó.
Lợi dụng tính chất đó ta có thể tạo nên một tổ hợp bit cho mỗi lần nhấn phím
bằng cách nối các chân J,K của các FF các mức điện áp thích hợp.

K
J
Q
FF JK


8

CP J K Q /Q Chú Thích
Đột biến âm 0 0 Q /Q Không đổi
Đột biến âm 0 1 0 1
Đột biến âm 1 0 1 0
Truyền DL

Đột biến âm 1 1 /Q Q Đảo
1 X X Q /Q
0 X X Q /Q
Không đổi



Ta xét cách tạo mã cho số 3 thập phân:




Khi phím số 3 đợc nhấn chính là công tắc đợc bật và tắt tạo nên các đột biến
âm ở chân CLK của các FF ,do các đầu J,K đã đợc nối hoặc là đất hoặc là +5V
nên khi đó các đầu ra Q của các FF sẽ là mức logic tơng ứng.Các mức logic này
tạo thành 4 bit mã của phím số 3 là 0011 .Một cách tơng tự ta có thể tạo mã cho
các phím khác .Nh vậy,để tạo mã cho 10 phím số cần một ma trận 4x10=40 Flip
Flop JK .Tuy nhiên cách tổ chức này không thực tế ,trong việc thiết kế sử dụng
các linh kiện thông thờng tổ hợp 40 FF làm kích thớc mạch rất lớn.
Hình 3



9

Một giải pháp thực tế hơn là thiết kế hoặc sử dụng một mạch tạo mã u
tiên(Priority Encoder):nếu tại một thời điểm có thể có nhiều đầu vào ở mức tích
cực thì mạch sẽ tạo ra mã của đầu vào đợc u tiên tại thời điểm đó.Trong việc
tạo mã các số của hệ thống này,sử dụng IC đã đợc thiết kế sẵn thích hợp hơn.Do
đó ta sẽ dùng IC 74147 10 to 4 line Priority Encoder ,bảng trạng thái của
nó(Hình 4):

1 2 3 4 5 6 7 8 9 D C B A
1 1 1 1 1 1 1 1 1
X X X X X X X X 0
X X X X X X X 0 1
X X X X X X 0 1 1
X X X X X 0 1 1 1
X X X X 0 1 1 1 1
X X X 0 1 1 1 1 1
X X 0 1 1 1 1 1 1
X 0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1

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

IC 74147 có 9 đầu vào từ 1 đến 9 và 4 đầu ra A,B,C,D.Nhìn vào bảng trạng thái
của nó ta thấy 4 đầu ra phải nối với một cổng đảo thì mới đúng với dạng mã các
số mà hệ thống yêu cầu.
Khi đầu vào 1 có logic 0,các đầu vào còn lại có logic 1 thì tín hiệu ra ứng với tổ
hợp bit 1110(DCBA ),nếu cho qua cổng đảo sẽ là 0001 chính là mã của số 1.
Khi đầu vào 5 có logic 0,các đầu 6,7,8,9 có logic 1 thì tín hiệu ra ứng với tổ hợp
bit 1010,qua cổng đảo sẽ là 0101 chính là mã của số 5.
Các số khác cũng tơng tự,nh vậy ta chỉ việc ghép nối IC này với hệ thống các
phím.Do tác động phím là đóng ngắt ,mỗi khi có thao tác nhấn đầu ra của IC sẽ
có tổ hợp mã,khi nhả phím tín hiệu sẽ trở về trạng thái 0 ban đầu, yêu cầu tín
Hình 4



10

hiệu vào cho các LED hiển thị không bị mất đi khi nhả phím ,cần phải có 1 mạch
chốt trớc các LED.Ta có sơ đồ tổ chức tạo mã cho các số(Hình 5):

Các mạch chốt chỉ mở nhận mã của phím nếu có sự kiện nhấn phím,và đóng khi
nhả phím.
Để tạo mã cho phím số 0 ,vì trạng thái ổn định ra của khối Tạo Mã luôn là 0000
nên chỉ cần tạo phím mà khi nhấn sẽ mở các mạch chốt(xét ở khối Chốt).
Đối với các phím có chức năng điều khiển :
Phím OPEN dùng để điều khiển mạch mở khoá sau khi đã nhập đủ
Password.Muốn đóng khoá thì sử dụng phím CLOSE.
Hai phím sang phải và sang trái để điều khiển lựa chọn vị trí số cần nhập,nhờ đó
dễ dàng có khả năng sửa mỗi khi nhập sai Password.Hai phím này chính là tạo
xung đếm thuận và nghịch của một bộ đếm,nó sẽ có chức năng điều khiển lựa
chọn đầu ra của các DEMUX của khối Phân Kênh.
VCC
VCC
3
5
4
8
9
1

6
7
2
0
Khối
Tạo Mã
1 2
1 2
1 2
4.7K
74147
1N
1
2N
2
3N
3
4N
4
5N
5
6N
6
7N
7
8N
8
9N
9
DN

10
CN
11
BN
12
AN
13
1 2
4.7K
4.7K
4.7K4.7K
Hình 5



11

Phím CODING để thiết lập lại Password ngời sử dụng cần phải nhập đúng
Password,lúc đó phím này mới có khả năng kích hoạt mở khối cài thiết lập
mã.Password muốn có hiệu lực cần nhấn vào phím SAVE để đóng mạch cài.
Chức năng cụ thể của phím điều khiển ta sẽ xét ở các khối liên quan.

2.Khối GiảI Mã.

Khi nhấn một phím số trên bàn phím số đó sẽ đợc hiển thị trên các đèn hiển thị
7 khe,khối giải mã sẽ thực hiện chức năng này,nó sẽ là khối giải mã nhị phân
sang 7 khe. Tại mỗi thời điểm nhấn phím nhập chỉ có 1 tổ hợp 4 bit cần giải
mã,do vậy để hiển thị 6 LED chỉ cần 1 bộ giải mã là đủ .Ta sử dụng IC 7447 để
thực hiện việc này.Bảng chuyển mã nh Hình 6.
ứng với bit 1 là khe sáng ngợc lại sẽ tối.Bốn chân vào cho IC chính là các bit

của mã phím tơng ứng đợc lấy từ đầu ra IC 74147 của khối Tạo Mã.7 chân ra
của IC không nối trực tiếp LED 7 khe mà qua khối Phân Kênh để có thể giải mã
cho cả 7 LED.

NBCD A b c d e f g
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 1 1 1 1 1 0
0 1 1 0 0 0 0
1 1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 0 0 1
0 1 1 0 0 1 1
1 0 1 1 0 1 1
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1



3.Khối Phân Kênh.

Vì hệ thống có Password gồm 6 chữ số mà chỉ dùng 1 giải mã ,khối giải mã có 7
tín hiệu ra nên cần phải có thêm khối 7 DEMUX 8-1 ,và trớc mỗi LED 7 khe

Hình 6



12

phải có một mạch chốt 7 bit để chốt dữ liệu vừa nhập để có thể hiển thị đợc tất
cả đồng thời.Cần phải có mạch chốt bởi nếu không,sau mỗi lần nhập số mới ,số
cũ sẽ không hiện trên LED(xét sau).Cũng theo yêu cầu của hệ thống đã phân
tích,có thể sử dụng các phím sang phải và trái để chọn vị trí nhập,khi nhập xong
1 số sẽ tự động nhảy sang LED tiếp theo.Các chức năng này thực hiện nhờ việc
điều khiển khối Phân Kênh .

Khối Phân Kênh bao gồm 7 DEMUX và mạch điều khiển chọn kênh,sơ đồ khối:















Tín hiệu để điều khiển chọn đầu ra cho DEMUX chính là một bộ đếm 6 thực

hiện,bộ đếm này sẽ đợc thiết kế là thuận nghịch để trong
quá trình nhập có thể sử dụng các phím sang phải và trái
để điều khiển vị trí cần nhập hoặc sửa.Các phím này vừa
tạo xung đếm vừa kích cho bộ đếm là thuận hay
nghịch.Bộ đếm chọn phải là thuận nghịch ,ta sử dụng vi mạch đếm có sẵn :đếm
10 thuận nghịch,đồng bộ và có khả năng lập trình 74190 để xây dựng bộ đếm
theo yêu cầu.Sơ đồ của vi mạch nh hình vẽ bên.
Chức năng của các chân IC:
GN: Cho phép IC làm việc ở mức tích cực thấp.
Điều

Khiển


7
DEMUX

Từ khối giải mã


Tới
Khối
Chốt
Hình 7

VCC
GND
74190
GN
1

LDN
2
DNUP
3
A
4
B
5
C
6
D
7
CK
8
QD
9
QC
10
QB
11
QA
12
MNMX
13
RCON
14


13

Khi GN ở mức thấp thì mạch sẽ đếm.
DNUP(DOWN/UP): Điều khiển đếm thuận nghịch mức tích cực thấp.
DNUP=0: Đếm thuận
DNUP=1: Đếm nghịch
Các đầu A,B,C,D thiết lập trạng thái đầu cho bộ đếm khi chân LDN logic thấp.
LDN: Nạp các trạng thái đầu,mức tích cực thấp
CLK: Xung nhịp cho các FF,tác động bằng sờn dơng.
Đây là vi mạch đếm 10 nhng hệ thống chỉ cần đếm 6 do đó cần phải đặt lại
trạng thái ,quá trình đếm là đếm thuận nghịch nên sơ đồ đếm sẽ là:














Khi đếm thuận phải dùng trạng thái 6 tạo tín hiệu điều khiển r xoá tất cả FF trở
về trạng thái 0.Khi bộ đếm đang ở trạng thái 0101(5) khi có xung đếm sẽ chuyển
sang trạng thái:
0101(5) -> 0110(6) với bộ đếm K=10
0101(5) -> 0000(0) với bộ đếm K=6
So sánh 0110 với 0000 thì chỉ khác nhau 2 bit B và C nên ta chỉ cần thiết lập lại
hai FF B và C.

Còn khi đếm nghịch phải dùng trạng thái 9 tạo tín hiệu điều khiển r xoá tất cả
FF trở về trạng thái 5.Khi bộ đếm đang ở trạng thái 0000(0) khi có xung đếm sẽ
chuyển sang trạng thái:
0

1

8

2

3

4

5

6

7

9

Hình 8



14

0000(0) -> 1001(9) với bộ đếm K=10

0000(0) -> 0101(5) với bộ đếm K=6
So sánh 1001 với 0101 thì chỉ khác nhau 2 bit D và C nên ta chỉ cần thiết lập lại
hai FF D và C.
Vì cả đếm 6 thuận và nghịch nên phải xây dựng tín hiệu LOAD cho cả 2.
Sơ đồ mạch :


Khi đếm thuận đến trạng thái 5 sang trạng thái 6 bit OB và OC logic 1 nên đầu
ra cổng NOR logic 0 tạo đột biến âm cho chân LDN,bộ đếm trở về trạng thái do
các bit A,B,C,D thiết lập(0000),chính là trạng thái 0.Giản đồ thời gian:
VCC
VCC
GND
->
<-
74190
GN
1
LDN
2
DNUP
3
A
4
B
5
C
6
D
7

CK
8
QD
9
QC
10
QB
11
QA
12
MNMX
13
RCON
14
NAND1
1
2
3
NAND2
1
2
3
NAND3
1
2
3
NAND4
1
2
3

NAND5
1
2
3
NOR
1
2
3
NAND6
1
2
3
Hình 9



15











Khi đếm nghịch đến trạng thái 0 sang trạng thái 9 bit OA và OD logic 1 nên đầu
ra cổng NOR logic 0 tạo đột biến âm cho chân LDN,bộ đếm trở về trạng thái do

các bit A,B,C,D thiết lập.Do OC qua cổng đảo nối với C,OA nối với A nên các bit
thiết lập lại là 0101 chính là trạng thái 5.Giản đồ thời gian:












Qua mạch của bộ đếm (Hình 9) ta thấy khi nhấn phím -> sẽ đặt 1 mức logic 0
vào chân DNUP đồng thời tạo xung đếm,bộ đếm sẽ đếm thuận.Khi nhấn phím <-
sẽ đặt mức logic 1 vào DNUP và cũng tạo xung đếm,bộ đếm sẽ đếm nghịch.Tín
hiệu ra từ 3 chân OA,OB,OC của bộ đếm đợc đa tới điều khiển các DEMUX.

OA
OB
OC
OD
CLK
OA
OB
OC
OD
CLK

16



DEMUX chọn là IC 74151,sơ đồ ghép nối nh Hình 10,7 tín hiệu từ khối giải mã
đợc đa tới 7 đầu vào của 7 DEMUX,7 tín hiệu này đợc chọn đa vào mạch
chốt nào tuỳ thuộc vào tổ hợp tín hiệu của bộ đếm.Nếu đầu ra bộ đếm là 000 thì
các chân D0 có dữ liệu ra và mạch chốt thứ nhất sẽ chốt dữ liệu từ khối giải mã
hiển thị trên LED1.
VCC
DEMUX1
GND
->
VCC
<-
DEMUX2
DEMUX3
DEMUX4
DEMUX5
DEMUX6
DEMUX7
Giải
mã
NAND4
1
2
3
NAND6
1

2
3
NAND3
1
2
3
NAND5
1
2
3
NAND1
1
2
3
74190
GN
1
LDN
2
DNUP
3
A
4
B
5
C
6
D
7
CK

8
QD
9
QC
10
QB
11
QA
12
MNMX
13
RCON
14
NOR
1
2
3
NAND2
1
2
3
Hình 10



17

Khối Phân Kênh còn có một tổ hợp logic có nhiệm vụ điều khiển các Led chỉ thị
vị trí hiển thị các đèn.Do yêu cầu hệ thống khi dùng phím trái và phải để nhập số
cần phải biết vị trí di chuyển.3 đầu ra của bộ đếm 6 đợc qua các cổng NOT và

AND thích hợp sẽ điều khiển các Led sáng.Sơ đồ tổ hợp này đợc trinh bày trong
sơ đồ mạch toàn hệ thống .

4.Khối Chốt.

Khối chốt thực hiện chức năng chốt dữ liệu cho các LED hiển thị,khối chốt cần
có 6 mạch chốt 7 bit từ Latch1 đến Latch6, mỗi Latch dùng hiển thị cho LED
tơng ứng. Mỗi Latch này chỉ mở để nhận tín hiệu khi có sự kiện nhấn phím số
đồng thời với tín hiệu chọn LED do khối Phân kênh đa tới,khi nhả phím dữ liệu
sẽ bị chốt lại.Sơ đồ khối (Hình 11):

Tu khoi Phan Kenh
Toi Khoi Lap Ma
Latch1
LED1
LED6
Tu khoi Phan Kenh
Toi Khoi Lap Ma
Latch6
Tu Ban Phim
Tu Ban Phim
Hình 11



18

Ta có thể thiết kế một khối chốt gồm 6 mạch chốt từ tính chất của FF_D:chỉ khi
có xung CLK thì mới cho phép dữ liệu qua,và khi không có xung nữa thì trạng
thái ra của FF vẫn giữ nguyên.Nh vậy một mạch chốt có 7 FF_D,các chân CLK
đợc nối với nhau.Ta cần xây dựng 1 ma trận 42 FF_D.
Để đơn giản cho mạch của hệ thống ta sẽ sử dụng IC
làm nhiệm vụ chốt,đó là IC 4508.Các chân của nó:
ST(Strobe/ Chốt dữ liệu): Đặt ở mức 1 sẽ mở mạch
cài làm việc.Khi đặt mức 0 sẽ chốt dữ liệu lại.
/EO(Enable Output/ Cho phép ra) :Khi tác dụng
mức 1 vào tín hiệu này sẽ chặn tín hiệu ra.Khi tác
dụng mức 0 dữ liệu có thể ra.
MR (Master Reset Đặt lại chính) Khi có mức logic 1
sẽ xoá toàn bộ dữ liệu ra.

Bảng trạng thái của IC:

ST

/EO BUS Q Chú Thích
0
0
0
1
BUS Q
BUS Q
Giữ ổn
1 0 Hở mạch Cấm ra
1 1 BUS D Truyền



Nh vậy 1 IC 4508 chính là 1 Latch mà hệ thống yêu cầu,các chân cùng chức
năng trong IC sẽ đợc nối với nhau.Tín hiệu từ sự kiện nhấn phím qua 1 tổ hợp
logic với tín hiệu từ khối phân kênh sẽ đợc đa đến chân ST của từng Latch. Sơ
đồ mạch đối với Latch2 nối với LED2 nh hình vẽ(Hình 12).Qua hình vẽ ta thấy
do có tổ hợp logic nên chỉ khi phím đợc nhấn và 3 mức logic của đầu ra A,B,C
bộ đếm 6 là 001(CBA) thì chân ST đặt Latch2 mở,còn các Latch khác đóng,và số
sẽ đợc hiển thị.Khi nhả phím chân ST có logic 0 Latch sẽ chốt.Chân /EO luôn
có logic 1 để có thể truyền dữ liệu.


19

Mạch nguyên lý đối với các Latch và mạch chốt còn lại cũng tơng tự ,chỉ khác

nhau ở tổ hợp logic.

5.Khối hiển thị.

Khối Hiển Thị gồm các LED 7 khe và các Led chỉ thị,có chức năng hiển thị số
đợc nhập và chỉ thị vị trí hiện tại.Lúc dùng các phím sang phải và sang trái các
Led chỉ thị sẽ thay đổi chỉ thị vị trí chọn.Sơ đồ của khối trình bày trong sơ đồ
toàn hệ.

VCC
Latch2
Tới Khối Lập
M
Từ Khối Phân
Kênh
LED2
Bộ
Đếm
6
Các Phím
A
B C
/EO
ST
Từ B àn Phím
NOT
12
NOT
12
AND4
1
2

3
4
5
Hình 12



20

6.Khối thiết lập Password.

Khối Lập Password là khối vừa có chức năng lu giữ vừa có thể thay đổi thiết lập
Password.Do vậy thành phần chính của nó là một tổ hợp có chức năng nhớ và
các phím điều khiển .Theo yêu cầu của hệ thống thì chỉ khi ngời sử dụng nhập
vào đúng Password thì mới cho phép thiết lập Password mới.Nh vậy hoạt động
của khối Lập Password là: Khi đã nhập đúng Password rồi,nhấn vào phím
CODING,lúc này ta có thể nhấn các phím trên bàn phím để nhập Password
mới,Password mới chỉ có hiệu lực khi ta nhấn phí SAVE.
Tín hiệu vào khối Lập mã từ các mạch chốt (Latch)của khối chốt.Hệ thống khoá
gồm 6 chữ số mà mỗi số có 7 bit để mã hoá dạng 7 khe do vậy để nhớ đợc
Password cần một khối cài dữ liệu 6x7bit=42bit.Khối này có chức năng tơng tự
khối chốt đã xét ở trên,chỉ khác nhau ở chỗ:các mạch chốt trong khối chốt đợc
chốt và mở ở các thời điểm khác nhau,trong khi mạch cài của khối Lập mã đợc
đóng mở đông thời.Sơ đồ của khối này nh
sau:
Các tín hiệu có ý nghĩa :
ST(Strobe Chốt dữ liệu): Đặt ở mức 1 sẽ mở
mạch cài làm việc, đặt mức 0 sẽ chốt dữ liệu
lại.
/EO(Enable Output Cho phép ra) :

Khi tác dụng mức 1 vào tín hiệu này sẽ chặn tín hiệu ra.Khi tác dụng mức 0 dữ
liệu có thể ra.Thực chất của khối cài chính là các mạch chốt,khi muốn thay đổi
Password thì các chốt sẽ mở,ngợc lại thì chúng luôn chốt.
Để xây dựng mạch cài dữ liệu tơng tự nh việc xây dựng mạch chốt dữ liệu đã
xét ở trên,ta sẽ sử dụng các IC 4508 để thiết kế mạch cài này.
Hệ thống yêu cầu khối cài 6x7 bit do vậy ta phải sử dụng 6 IC 4508 mắc song
song tạo thành khối cài 42 bit,mỗi IC dùng để nhớ mã của 1 số.Các tín hiệu điều
42 bit
42 bit
ST
/EO
LATCH


21

khiển sẽ đợc nối với nhau theo chức năng:Các chân ST nối với ST,MT nối với
MT,/EO nối với/ EO.
Nh trên đã phân tích khi tín hiệu ra từ chân P=Q của khối so sánh có mức logic
0 ,tức là đã vào đúng Password thì khối Lập Password mới chấp nhận nhập
Password mới.
Ta có sơ đồ nguyên lý của khối cài mã kết nối với khối Chốt,khối So sánh và các
phím CODING, SAVE (Hình 13).

Khi nhập đúng Password chân P=Q của khối so sánh có logic 0, nếu nhấn phím
CODING,đầu ra Q của FF JK có logic 1 ,tín hiệu từ khối so sánh qua cổng đảo
và Q qua cổng AND sẽ đa mức logic 1 vào chân ST(Strobe) của khối cài 48 bit,
mạch cài đợc mở .Ta đã có thể nhập vào Password mới,trong quá trình nhập
mặc dù Password thay đổi nhng vì mạch cài đợc mở nên chân P=Q khối So
Hình 13

K
J
CODING
Từ Khối
So Sánh
Q'
Q
Từ Khối Chốt
Tới Khối So
Sánh
Latch 48 bit
6x 4508
SAVE
K
J
Từ
Bộ

Đếm
Tạo
Trễ
+5V
+5V
1
2
3
MR
EO
ST
1 2
7404
12
12
12


22

sánh luôn có mức logic 0 do vậy chân ST không bị chuyển tới mức logic 0 trong
quá trình vào Password mới.Sau khi nhập xong, muốn lu giá trị của nó ta cần
đặt lại tín hiệu cho chân ST mức logic 0 để đóng mạch cài .Nhấn phím SAVE sẽ
thực hiện chức năng đó,lúc này Password mới đợc giữ.Khi nhấn SAVE,đầu ra
Q của FF thứ 2 sẽ có mức logic 0,tín hiệu này đợc đặt vào ST đóng khối cài
Latch 48 bit.Từ khối Chốt có 42 bit,do vậy mỗi Latch thừa 1 bit.Trong sơ đồ có
tín hiệu từ khối So sánh,tín hiệu này lấy từ chân P=Q,cho phép khối cài thực hiện
chức năng và tín hiệu từ bộ tạo trễ đặt vào chân/EO.Khi Khối báo động làm
việc,nó sẽ đặt vào chân /EO logic 0 ,không cho xuất dữ liệu từ khối cài tới khối So
Sánh,hệ thống sẽ bị treo.

Trong sơ đồ nguyên lý có sử dụng 2 FF_JK và các cổng AND,NOT.Để thực hiện
mạch cụ thể ta dùng IC 74107 chứa 2 FF JK,IC 7400 chứa 4 cổng NAND.

7.Khối so sánh.

Khi ngời sử dụng đã nhập xong Password,nhân phím Open để mở khoá,khối so
sánh sẽ đa ra 1 tín hiệu có logic 0 tới khối khoá để mở khoá.Vởy nhiệm vụ của
khối So Sánh là so sánh các số nhập vào với Password đã thiết lập,các số và
Pasword đều ở dạng mã hoá nhị phân,nh vậy so sánh ở đây là so sánh từng cặp
bit một.Hệ thống có 6 số mỗi số mã hoá dạng 7 khe bằng 7 bit nên khối So Sánh
phải so sánh 42 bit,nếu các bit bằng nhau thì đa ra mức logic 0,ngợc lại đa ra
mức logic 1,tín hiệu này sẽ điều khiển khối Khoá và khối Báo Động.Các tín hiệu
logic đa vào khối này là từ 6 mạch chốt của khối Chốt và từ khối Lập Password
mạch so sánh sẽ so sánh từng bit đến từ 2 khối này,các bit phải có thứ tự tơng
ứng nhau.
Do là so sánh từng đôi bit một tơng ứng,ta lợi dụng tính chất của hàm XOR để
so sánh,sơ đồ và bảng chân lý của nó :
A B F



23

0 0
1 0
0 1
1 1
0
1
1

0

Từ bảng chân lý của hàm Xor ta thấy đầu ra F sẽ bằng 0 khi 2 đầu vào có giá trị
bằng nhau.Nh vậy ta có thể sử dụng một ma trận mạch
XOR để thực hiện so sánh.So sánh 42 bit ,do vậy cần 42 cổng
XOR ,nếu đầu ra 42 cổng XOR đồng thời có logic 0 thì các
bit tơng ứng sẽ băng nhau.Vì khối So Sánh cần 1 đầu ra
duy nhất nên 42 đầu ra phải qua các cổng AND tạo chân
P=Q của khối.Số lợng các cổng tạo thành tổ hợp mạch rất
lớn.
Để khối đơn giản hơn ta sử dụng IC thiết kế sẵn làm nhiệm vụ so sánh,ta sẽ sử
dụng IC 74LS688,đây là IC so sánh 8 bit.Có 16 bit vào chia làm 2 nhóm: 8 bit P
so sánh với 8 bit Q.Sơ đồ của IC(Hình 14).
Chân /G phải có logic .Khi các bit P,Q tơng ứng bằng nhau chân P=Q sẽ có
logic 0,tất cả trờng hợp khác P=Q có logic 1.
Hệ thống so sánh 42 bit do vậy phải cần 6 IC so sánh,các chân /G cùng đợc nối
đất.Mỗi IC so sánh 7 bit của từng mạch chốt của khối Chốt và 7 bit ra của từng
mạch cài tơng ứng của khối Lập Password ,do đó 6 IC so sánh riêng biệt.Để so
sánh cung lúc cả 42 bit thì các chân P=Q của 6 IC so sánh phải đồng thời có mức
logic 0 do vậy các chân này phải qua tổ hợp các cổng AND.
Trong sơ đồ có dùng các cổng AND,ta có thể dùng các IC 7408 để tạo các tổ hợp
logic.
Sơ đồ của khối(Hình 15).
P=Q
P0
P1
P2
P3
P4
P5

P6
P7
/G
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
74LS688
H
ình 14



24



8.Khối báo động.
Nh sơ đồ khối đã phân tích ,khi nhập Password đến lần thứ 3 lần sẽ kích hoạt
mạch báo động đồng thời làm tính năng mở khoá bị treo 30 phút.Chức năng này
làm tăng tính bảo mật và độ an toàn cho hệ thống.Nh vậy khối Báo Động ngoài
mạch báo động còn có các bộ đếm để đếm số lần nhập sai Password và tạo thời
gian trễ.
Khi tín hiệu từ chân P=Q của khối so sánh có mức logic 0 ( không đúng
Password ) mà nhấn phím OPEN sẽ kích hoạt bộ đếm Counter1 trong khối Báo
Q6

P5
Q4
/G
Q2
Q1
P0
Q7
P6
P3
P=Q
Q0
Q3
P4
P2
P7
Q5
P1
P=Q
Q4
P0
P2
Q1
Q7
Q0
P4
Q6
Q5
Q3
Q2
P7

P3
P5
P6
/G
P1
/G
P=Q
Q6
P2
P6
Q4P4
Q0
P7
Q1
Q5
P5
Q3
P1
P3
P0
Q7
Q2
BUS khối
chốt
BUS khối
lập mã
P1
Q3P3
Q6
P7

Q4
P7
Q5
/G
P6
P3
P4
Q7
P4
P2
/G
P0
P=Q
Q5
P6
Q7
Q3
P2
Q2
Q4
Q3
P0
Q1
Q2
P4
Q2
Q1
Q6
Q0
Q0

P5
P7
P1 Q1
/G
Q7
P=Q
Q0
P3
P5
P6
P5
Q4
P0
P=Q
Q5
P2
Q6
P1
P=Q
AND1
1
2
3
4
AND2
1
2
3
4
AND3

1
2
3
Hình 15



25

Động,bộ đếm này sẽ đếm cho đến 3 nếu tiếp tục nhấn OPEN mà sai Password,lúc
này mạch báo động sẽ làm việc.Đồng thời Counter1 sẽ đa một tín hiệu có mức
logic 1 đến chân /EO của khối cài 42 bit trong khối lập mã,làm cho dữ liệu ra bị
ngăn lại(hở mạch),tín hiệu này cũng sẽ kích cho một bộ đếm khác(Counter 2),bộ
đếm này có tác dụng làm trễ thời gian khoảng 30 phút,sau 30 phút nó mới xuất
ra tín hiệu điều khiển chân /EO của khối cài 42 bit trở lại mức logic 0 và hệ thống
trở lại bình thờng.
Từ phân tích đó ta có sơ đồ khối(Hình 16):












Bộ đếm Counter 1 là bộ đếm lớn hơn 3,xung kích cho bộ đếm do việc nhấn phím

OPEN khi không đúng Password.Khi Counter1 đếm đến tổ hợp bit 011(3),các bit
nay qua tổ hợp logic kích mạch báo động và tới chân /EO của khối so sánh,ta sử
dụng IC đếm 7490.Bộ đếm Counter 2 tạo trễ ,ta chọn bộ đếm 4 bit,với chu kỳ
xung đếm 2s ta có thể đếm đợc 30 phút,quá trình đếm kết thúc ứng với tổ hợp
bit 1111 của bộ đếm,các bit này qua các cổng logic tạo tín hiệu khôi phục hệ
thống hoạt động bình thờng,ta dùng IC đếm 7493 là bộ đếm 16.
Trớc hết ta xét các IC đếm 7490 , 7493 cùng chức năng các chân của nó:
IC 7490 có 14 chân,R01 và R02 dùng để thiết lập trạng thái 0 cho bộ đếm,khi các
chân này ở mức logic cao thì bộ đếm xoá về 0.R91 và R92 thiết lập trạng thái
9,hai đầu này phải có ít nhất 1 ở mức logic 0 bộ đếm mới đếm.CKAvà CKB để
đa tín hiệu vào đếm,các đầu QA,QB,QC,QD là các chân ra.
Mạch Báo Động
Counter 1 Counter 2
Tổ hợp
Logic
Tổ hợp Từ
khối khoá và
so sánh
Tới /EO khối so sánh
Hình 16