thiết kế một mạch giải mã cho led 7 đoạn sử dụng các cổng lôgic

Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
FAI HOC S PHAM KY THUT NAM INH
KHOA IấN-IấN T

đồ án kỹ thuật số
Tờn ờ tai:

Thit k mt mch gii mó cho led 7 on
Vi yờu cu sau :
-Ch s dng cỏc cng lụgic.
-Mch tng thớch vi c led 7 on loi anode va catoth chung.
-Cú cỏc cụng tc thay i loi led.
-Cú mch m BCD dựng IC test mch gii mó ó thit k.
-Nu nhp sai mch s bỏo ng.
Giao viờn hng dõn:
Sinh viờn thc hiờn :
Lp :
Khoa :
SV thực hiện: Lớp:
1
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi

Nhận xét của giáo viên hớng dẫn

Nam Định, Ngày tháng năm 2010
SV thực hiện: Lớp:
2
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
Nhận xét của giáo viên phản biện












Nam Định, Ngày tháng năm 2010
SV thực hiện: Lớp:
3
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
MC LC
Chơng 1: Giới thiệu chung 8
1.1. Giới thiệu 8
1.2. Giới hạn đồ án 8
1.3. Mục đích nghiên cứu 8

Chơng 2. Giới thiệu các linh kiện 10
2.1 Mạch lôgic 10
2.2. Cỏc Cụng lụgic 10
2.2.1. Cổng OR ( Cổng hoặc ORGATE ) 10
2.2.2. Cổng NOT ( Cổng đảo NOTGATE ) 12
2.2.3. Cổng AND (Cổng và - AND GATE) 13
2.2.4. Cổng và đảo (NAND gate) 14
2.2.6. Cổng ho c loai tr (EXOR gate) 16
2.2.7. Cổng hoặc loại trừ đảo (EXNOR gate) 17
2.2.8. Cổng đệm (BUFFER gate) 18
2.3 Giới thiệu led 7 đoạn 18
2.4. Gi i thi u chung v IC 20
2.4.1. IC t o xung vuụng 20
2.4. 2 IC ờm ( IC 74LS90 ) 22
2.4.3. IC gi i mó (IC 74LS47) 26
2.4.4. IC ổn áp 27
Chơng 3. Xây dựng mạch 30
3.1. M ch Ngu n 30
3.1.1 Khai niờm vờ mach nguụn cung cõp 30
3.1.2 Mach chinh l u cõu 30
3.1.3. Máy biến áp 32
3.1.4. Cầu nắn 33
3 2. Xây dựng mạch 33
3.2.1 Sơ đồ khối 33
3.2.2. Khối nguồn. 34
1. Khái niệm : 34
2. Tính toán và chọn linh kiện cho phần nguồn AC và DC 34
Nguồn DC : 34
3.2.3 Thiêt kế mạch giải mã 36
3.2.5 Mạch kiểm tra va báo động 57

SV thực hiện: Lớp:
4
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
1. so sánh hai mach giải mã dùng cổng logic va giải ma BCD 57
3.2.6 M ch ho n ch nh 63
3.2.7 S m ch ó thi t k 65
KấT LUN 66
TAI LIấU THAM KHAO 68
SV thực hiện: Lớp:
5
§å ¸n häc phÇn I GVHD: Phạm Văn Phi
Lêi më ®Çu

Trong thế kỷ XX nhân loại có những bước phát triển vượt bậc về khoa
học kỹ thuật và đóng góp không nhỏ vào sự phát triển đó là sự ra đời của các
thiết bị bán dẫn. Các IC đó đã giải quyết được nhiều khó khăn trong lĩnh vực
công nghệ và đã mở ra một kỷ nguyên mới của công nghệ , kỷ nguyên “kĩ
thuật số”.
Bước sang thế kỷ XXI xã hội ngày càng phát triển con người ngày càng
có nhu cầu cao trong đời sống. Đòi hỏi đời sống phục vụ con người ngày càng
có nhu cầu cao trong cuộc sống. đòi hỏi các phương tiện phục vụ đời sống con
người ngày càng phát triển mà cũng vì thế lĩnh vực kỹ thuật số ngày càng phát
triển với những ưu điểm vượt trội như các linh kiện nhỏ gọn. Tính tương thích,
cao giá thành rẻ. Nên các thiết bị sử dụng kỹ thuật số đã và đang được xã hội
đón nhận và sử dụng đặc biệt trong những nghành công nghệ đòi hỏi kỹ thuật
cao. Trong lĩnh quân sự và công nghệ thông tin đang dần đưa con người vào
cuộc sống mới “cuộc sống số”.
Chính vì thế mà môn học “kỹ thuật số” đang được giảng dạy trong các
trường ĐH-CĐ, các trung tâm dạy nghề được coi là môn học có vai trò hết sức
quan trọng giúp cho các sinh viên có thể tự tin bước vào cuộc sống mới “cuộc

sông số”.
Môn học kỹ thuật số là một môn khoa học nó đã giúp cho các sinh viên
có được những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật số. Về những phần tử bán
dẫn những con IC, giúp cho sinh viên hiểu và nắm giữ được những nguyên lý
cơ bản của thiết bị số qua đó có thể thiết kế, sửa chữa được những thiết bị số
đơn giản. Giúp sinh viên có năng lực và tự tin bước vào cuộc sống.
SV thùc hiÖn: Líp:
6
§å ¸n häc phÇn I GVHD: Phạm Văn Phi
Là sinh viên khoa Điện-Điện Tử trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam
Định đang được theo học môn học kỹ thuật số với kiến thức đã được học em
đang thực hiện đề tài:
“ Thiết kế một mạch giải mã cho led 7 đoạn chỉ sử dụng các cổng
lôgic”. Với sự hướng dẫn của giáo viên Phạm Văn Phi
Do khả năng và kiến thức về môn học còn hạn chế nên trong quá trình
thực hiện em đã gặp nhiều khó khăn nhưng với nhưng với lòng quyết tâm và sự
giúp đỡ của thầy cô giáo và các bạn em đã hoàn thành được đề tài của mình
song chắc vẫn còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy
cô giáo và các bạn để bài viết em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn.
Nam Định , ngày tháng năm2010
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Ngọc Long
SV thùc hiÖn: Líp:
7
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
Chơng 1: Giới thiệu chung
1.1. Giới thiệu
Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh

vực điện tử đã góp phần nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ sức lao động
chân tay cho con ngời và góp phần nâng cao đời sống vật chất cũng nh tinh thần
cho con ngời.
Để đáp ứng đợc yêu cầu điều khiển quạt bàn và hiển thị hẹn giờ thì có nhiều
phơng pháp thực hiện, nghiên cứu khảo sát vi điều khiển 8051 nhóm thực hiện
thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc điều khiển quạt bàn là phơng
pháp tối u nhất. Xuất phát từ nhu cầu phục vụ đời sống con ngời ngày càng tốt
hơn, đợc sự đồng ý của khoa Điện- Điện tử trờng Đại học S Phạm Kỹ Thuật
Nam Định. Nhóm chúng em quyết định chọn đề tài Thiết kế mạch giải mã led
7 doạn.
1.2. Giới hạn đồ án
- chỉ sử dụng các cổng logic
- mạch tơng thíc với cả led 7 đoạn dùng Anode chung và catoth chung
- mạch có các công tắc để thay đổi loại led
- có mạch đếm dùng BCD sử dụng IC để test mạch giải mã dã thiết kế
- nếu nhập sai mạch sẽ bao động
1.3. Mục đích nghiên cứu
đề tài Thiết kế mạch giải mã led 7 đoạn . nhằm giúp những ngời thực hiện
đề tài nắm bắt đợc những vấn đề sau:
- Thông qua việc thực hiện đề tài giúp cho những ngời thực hiện đồ án
môn học ôn lại những kiến thức đã học và lĩnh hội thêm đợc những kiến thức
mới từ giáo viên hớng dẫn, từ các bạn sinh viên và cũng là khoảng thời gian để
rèn luyện tay nghề từ đó hiểu rõ hơn cách hoạt động của các công logic.
SV thực hiện: Lớp:
8
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
- Qua quá trình thực hiện đề tài đã tạo điều kiện cho những ngời thực
hiện đồ án môn học có những ý tởng mới và giải quyết các vấn đề phát sinh một
cách có hiệu quả.
- giúp cho những ngời thực hiện đề tài biết vận dụng việc tính toán mạch

điện giữa lý thuyết và thực tế, sao cho mạch hoạt động ổn định, kết cấu đơn
giản và chi phí thấp.
Do những điều kiện khách quan cũng nh chủ quan của những ngời làm đồ án
mà sản phẩm làm ra có thể cha có tính thực tiễn cao nhng nếu đợc nghiên cứu đi
sâu hơn thì có thể ứng dụng vào trong các ứng dụng thực tế.
SV thực hiện: Lớp:
9
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
Chơng 2. Giới thiệu các linh kiện
2.1 Mạch lôgic
- Là mạch đợc cấu tạo bởi một tổ hợp các cổng logic (AND, OR, ) d ới
dạng số nhị phân 0 và 1, tổ hợp các cổng này phục vụ thuật toán của đề tài đa
ra. Phơng pháp đơn giản ở đây là dùng đại số Boolean và cách rút gọn nhanh
chóng bằng bìa Karnaugh.
- Đầu ra là các mức logic:
+ Nếu ta biểu diễn mức logic 1 có mức điện thế cao hơn mức logic 0 ta có
mức logic dơng (+).
+ Nếu ta biểu diễn mức logic 1 có mức điện thế thấp hơn mức logic 0 ta
có mức logic âm (-).
Mức logic dơng (+)
2.2. Cỏc Cụng lụgic
2.2.1. Cổng OR ( Cổng hoặc ORGATE )
*inh nghia: cụng OR la cụng logic thc hiờn thuõt toan cụng hai biờn õu vao
-Ham quan hờ:
Tụng quat: Y=A+B+ +N
SV thực hiện: Lớp:
10
Mức cao
Mức thấp
Thời gian tồn tại của một bit

t
L
v
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
2 biờn: Y=A+B
3 biờn:Y=A+B+C
Trong o:A,B,N la cac biờn õu vao
Y biờn õu ra
+Ky hiờu: 2 biờn: :

U5A

+Bang chõn ly:
A B C
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

3 biến :
+Kí hiệu:

U6A
+Bảng chân lí:
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1

1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
- ý nghĩa: Nếu gọi A,B là các công tắc: Công tắc kín

A=B=1
Công tắc hở

A=B=0
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt

Cổng OR tơng đơng với mạch sau:
SV thực hiện: Lớp:
11




A
B
C
Y
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi

S3
S6
A kín đèn sáng
B kín đèn sáng
A,B kín đèn sáng

A,B hở đèn không sáng

ý nghĩa: Cổng OR là cổng logic có đầu ra ở mức thấp

Tất cả các đầu vào
cùng ở mức thấp

-Dang xung:

2.2.2. Cổng NOT ( Cổng đảo NOTGATE )
*inh nghia:Cụng not la cụng logic c ban thc hiờn phep tinh phu inh
bieens sụ õu vao
- Ham quan hờ:
AY =
- Ky hiờu:
U4A
- Bang chõn ly:
A Y
0 1
1 0
- ý nghia: Coi A la mụt cụng tc: A=1 Cụng tc kin A=0 Cụng t h
Y la en: Y=1 en sang Y=0 en tt
SV thực hiện: Lớp:
12
A
B
Y
A Y
A
B

Y
U
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi

Ta co mach sau:

C2
1uF
S6
- Dang xung:

2.2.3. Cổng AND (Cổng và - AND GATE)
*Định nghĩa: Cổng AND là cổng logic cơ bản thực hiện thuật toán logic tích
các biến số ở đầu vào
- Tổng quát: Y= A.B.C.N
2 biến: Y=A.B
3 biến: Y=A.B.C
Kí hiệu: 2 biến :

U8A
Bảng chân lý:
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

SV thực hiện: Lớp:
13
A

Y
YAu
A
B
Y
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
3 Biến:
Kí hiệu:
U7A
Bảng chân lý:
A B C Y
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 0 0
1 1 1 1
- ý nghĩa:Nếu coi A,B là 2 công tắc: A=B=1 Công tắc kín
A=B=0 Công tắc hở
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt


Ta thấy 2 công tắc A,B đối với cổng AND đợc mắc nối tiếp nhau nh hình
vẽ:

S3
S6

Đèn Y chỉ sáng

cả 2 công tắc A,B cùng kín , Có 1 công tắc hở đèn tắt

Cổng AND là cổng logic có đầu ra ở mức cao

tất cả đầu vào cùng ở mức cao
- Dạng xung:

2.2.4. Cổng và đảo (NAND gate)
a. Định nghĩa:
SV thực hiện: Lớp:
14
A
B
C
Y
A
B
Y
u Y
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
- Cổng NAND là cổng logic tổ hợp, nó thực hiện thuật toán logic phủ
định tích các biến số ở đầu vào.
- Tức là: Y =
BA.
b. Ký hiệu:
c. Bảng trạng thái:
2.2.5. Cổng hoặc đảo (NOR gate)

a. Định nghĩa:
- Cổng NOR là cổng logic tổ hợp, nó thực hiện thuật toán logic phủ định
tổng các biến số ở đầu vào.
-Tức là: Y =
BA
+
b. Ký hiệu:
- Cổng NOR có thể có 2 hay nhiều đầu vào.
c. Bảng trạng thái:
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
SV thực hiện: Lớp:
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
15
A
B
Y
A
B
Y
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
1 1 0
- Cổng NOR 2 đầu vào hoạt động theo bảng trạng thái trên, chỉ khi nào
cả 2 đầu vào ở mức thấp thì đầu ra ở mức cao, còn lại tất cả các trờng hợp còn

lại thì đầu ra đều ở mức thấp.
2.2.6. Cổng hoc loai tr (EXOR gate)
a. inh nghia:
- Cụng EXOR la cụng logic tụ hp, no thc hiờn thuõt toan logic cụng
khac dõu cac biờn sụ õu vao.
-Tc la: Y = A

B
b. Ky hiờu:
c. Bang trang thai:
d. Biu din s hot ng ca cng EXOR bng mt mch n gin

Y
B
A
SV thực hiện: Lớp:
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
16
A
B
Y
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
e. Dng súng ca cng EXOR
Dang song cua cụng c thờ hiờn nh hinh ve. Qua o ta thõy chi khi
nao 2 õu vao co mc lụgic ụi nhau thi õu ra mi mc cao con khi 2 õu
vao co cung mụt mc lụgic thi õu ra mc thõp.

2.2.7. Cổng hoặc loại trừ đảo (EXNOR gate)
a. Định nghĩa:
- Cổng EXNOR là cổng logic tổ hợp, nó thực hiện thuật toán logic phủ
định tích loại trừ các dấu các biến số ở đầu vào.
- Tức là: Y =
B A

b. Ký hiệu:
c. Bảng trạng thái:
- Khi cả 2 đầu vào ở mức cao hoặc mức thấp thì đầu ra ở mức cao, còn
khi 1 trong 2 đầu vào ở mức thấp hoặc ở mức cao thì đầu ra ở mức thấp.
SV thực hiện: Lớp:
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
17
B
A
Y
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
2.2.8. Cổng đệm (BUFFER gate)
a. Định nghĩa:
- Cổng đệm có tác dụng cho tín hiệu đi qua mà không làm thay đổi dạng
sóng của tín hiệu truyền qua nó.
- Tức là: Y = A
- Cổng đệm dùng trong trờng hợp khi ta cần một dòng điện thúc cho tải t-
ơng đối lớn, trị số của nó vợt qua khả năng tải dòng của IC logic thì ta cần phải
lắp thêm một cổng đệm làm trung gian.

b. Ký hiệu:
c. Bảng trạng thái:
Cổng đệm hoạt động theo bảng chân lý trên, khi đầu vào = 1 thì đầu ra = 1 và
khi đầu vào = 0 thì Y = 0.
2.3 Giới thiệu led 7 đoạn
LED 7 thanh là một loại đèn hiển thị. Trong thực tế, LED 7 thanh dùng làm
cơ cấu quan sát hiển thị các con số trong hệ thập phân.Trong một số trờng hợp
đặc biệt có thể dùng để hiển thị các hệ HEX và các kí tự. Cấu tạo của LED 7
thanh bao gồm 8 LED phát quang đợc gọi là các thanh, lần lợt là a, b, c, d, e, f,
g, dp ( dấu chấm). LED 7 thanh có 2 loai là Anodechung và Cathode chung.
LED 7 thanh còn đợc phân biệt bởi mằu sắc và kích cỡ của các đoạn hiển thị
a. Sơ đồ, vị trí
Các thanh LED 7 thanh

a
SV thực hiện: Lớp:
A Y
0 0
1 1
18
A
Y
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
f b
g
e c
d
dp
*Các dạng các LED 7 thanh
+ Dạng anode chung

(đầu vào tác động mức thấp)
+ Dạng cathode chung
(đầu vào tác động mức cao)
SV thực hiện: Lớp:
19
Đồ án học phần I GVHD: Phm Vn Phi
* Cấu tạo chung: gồm các diode phát quang đợc đấu chung các đầu
anode hoặc cathode lại với nhau và đợc sắp xếp theo hình số 8. các đầu còn lại
đợc đa ra ngoài làm các đầu vào.
Đối với loại Cathode chung thì chân Cathode nối xuống mass (0V), còn
các chân a, b, c, d, e, f, g, dp điều khiển sao cho:
+ Nếu = 0 thì các thanh tối: Nếu = 1 thì các thanh sáng.
* Thiết kế mạch.
- Mạch giải mã bao giờ cũng đợc đặt sau mạch đếm nhị phân và đặt trớc
khối hiển thị.
- Các đầu vào là mã nhị phân 4bit có 6 tổ hợp (1010 -> 1111) không đợc
sử dụng nhng ta cần phải nhớ để tối thiểu hoá hàm Boolean tín hiệu ra của bộ
giải mã là các bit: a, b, c, d, e, f, g dùng để kích thích LED 7 thanh hoạt động
2.4. Gii thiu chung v IC
2.4.1. IC to xung vuụng
ờ cac IC sụ hoat ụng c thi viờc cõp xung Clock õu vao cung la
mụt yờu tụ khụng thờ thiờu. Trong thc tờ ngi ta a s dung rõt nhiờu mach
tao xung vuụng vi nhiờu linh kiờn khac nhau nh mach tao xung vuụng dung
Transistor, dung cac cụng logic c ban, dung IC555 ,.nhng mach tao xung
vuụng dung IC 555 co nhiờu u iờm hn nờn no c dung rõt nhiờu trong cac
mach iờn.
*Khao sat IC 555 :
- S ụ chõn cua IC 555 :

- Tac dung cac chõn cua IC 555 :

SV thực hiện: Lớp:
20
§å ¸n häc phÇn I GVHD: Phạm Văn Phi
Chân 1 : Nối mas
Chân 2 : Chân nảy hay đầu vào kích khởi (trigger),dùng để đặt xung kích
thích bên ngoài khi mạch làm việc ở chế độ đa hài đơn ổn
Chân 3 : Là đầu ra của IC
Chân 4 : Chân đặt lại hay chân xoá (Reset). Nó có thể điều khiển xoá
điện áp đầu ra khi điện áp đặt vào chân này từ 0,7 V trở xuống.Vì vậy để có thể
phát ra xung ở đầu ra chân 4 phải đặt ở mức cao.
Chân 5 : Chân điện áp điều khiển (Control Voltage). Ta có thể đưa một
điện áp ngoài vào chân này để làm thay đổi việc định thời của mạch, nghĩa là
làm thay đổi tần số dãy xung phát ra. Khi không được sử dụng thì chân 5 nối
xuống mass thông qua một tụ khoảng 0,01µF.
Chân 6 : Là chân thềm (Thres hold)
Chân 7 : Là chân xả (Discharrge)
Chân 8 : Là chân cấp nguồn, U
cc
= 5 ÷ 15 V
T
1
: TZT switch
T
2
: Cổng đảo
O
1
, O
2
: Là 2 IC OPAM khuếch đại

FF : Là Flip – Flop loại RS
Các điện trở R tạo thành một mạng phân áp sao cho : V
I
= 2B
+
/3 , V
J
=
B
+
/3
- Sơ đồ cấu trúc IC 555 :
SV thùc hiÖn: Líp:
21
74LS90
6
MS1
7
MS2
2
MR1
3
MR2
14
CP0
1
CP1
11
Q3
8

Q2
9
Q1
12
Q0
§å ¸n häc phÇn I GVHD: Phạm Văn Phi
R
O
1
2
T
1
2
R
R
O
T
1
2
3
4
5
6
7
8
FF
Pr
I
J
+

+
S
R Q
_
Q
Sơ đồ mạch điện dùng IC 555
Như vậy cấu trúc của IC 555 bao gồm FF RS và 2 IC OPAM, 1TZT, 1
cổng đảo, 3 điện trở có trị số bằng nhau tích hợp lại.
2.4. 2 IC đếm ( IC 74LS90 )
IC đếm thập phân là IC đếm từ 0000
2
đến 1001
2
tương ứng với số từ 0 đến
9 của hệ thập phân.Tức là mạch thực hiện 10 lần đếm đối với IC đếm 74ls90
khi đã đếm đến 9 thì nó sẽ tự động trở về 0 để đếm lại từ đầu các chân dữ liệu
ra của là chân 12 : Q0 , 9:Q1 , 8:Q2 , Q3:11
Chân 2 và chân 3 là 2 chân reset
Chân 6 và chân 7 là 2 chân cấp nguồn
Chân 1 và chân 14 là 2 chân cấp xung

SV thùc hiÖn: Líp:
22
§å ¸n häc phÇn I GVHD: Phạm Văn Phi
-Sơ đồ chân và chức năng của IC 74LS90
SV thùc hiÖn: Líp:
23
§å ¸n häc phÇn I GVHD: Phạm Văn Phi
-S¬ ®å cÊu tróc IC 74LS90
SV thùc hiÖn: Líp:

24
§å ¸n häc phÇn I GVHD: Phạm Văn Phi
-Các thông số của IC 74LS90
-IC 74LS90 hoạt động theo bảng trạng thái sau :
SV thùc hiÖn: Líp:
Số xung
vào
Số nhị phân ra
số thập
phân
Q
D
Q
c
Q
B
Q
A
RS 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 1
2 0 0 1 0 2
3 0 0 1 1 3
4 0 1 0 0 4
5 0 1 0 1 5
6 0 1 1 0 6
7 0 1 1 1 7
25