Báo cáo môn học thiết kế mạch số pdf

Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
1
Báo cáo môn học
Thiết kế mạch số

Đề tài : Vẽ mạch và thiết kế mạch in hiển thị LED 7 thanh

GVHD: Nguyễn Huy Dũng
Nhóm 4
: Vũ Tiến Đội
Phạm Văn Đức
Nguyễn Sỹ Hùng
Tạ Văn Mạnh
Nguyễn Văn Quân

I. Mục đích

Bài thí nghiệm với LED 7 thanh giúp sinh viên làm quen với qui trình và các bước cụ
thể của việc thiết kế và sau đó là đặt mạch in. Công cụ để thiết kế là các phần mềm
quen thuộc như Protel 99 hay ORCAD, đồng thời qua đây sinh viên cũng tìm hiểu
nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử cơ bản.

II. Các linh kiện được sử dụng trong bài thí nghiệm :

- Điện trở:
+ 28 điện trở có giá trị: 330Ω ( R1 ÷ R28 ).
+ 4 điện trở có giá trị: 560Ω ( R29 ÷ R32 ).
+ 1 điện trở có giá trị: 100KΩ ( R33 ).
- 4 LED 7 đoạn.

- 4 bộ giải mã 4511 ( U1 ÷ U4).
- 4 connector ( J1 ÷ J4 ).
- 1 phím bấm Test Led.

Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
2

III. Giải thích chức năng của các linh kiện trong mạch :
1.BCD-To-7 Segment Latch/decoder/Driver



Led 7-segment.
a.Giới thiệu:
CD4511BC BCD-to-seven segment latch/decoder/driver được xây dựng với sự hổ trợ
của công nghệ MOS(CMOS) và transitor lưỡng cực NPN.
Linh kiện cung cấp những hàm hổ trợ cho việc giải mã bộ mã BCD sử dụng cho việc
hiển thị qua led 7 đoạn.
Trong bài này 4511 được sử dụng dể giải mã tín hiệu BCD để hiển thị trên LED
7 đoạn.
b.Nhiệm vụ.
Nhiệm vụ của BCD to 7-segment decoder là convert tất cả các trạng thái logic của bộ
đếm BCD thành dạng display của led 7 đoạn.để chỉ dưới dạng từ 0-9 cho thân thuộc vơi
con người.
c.Sơ đồ chân của 4511
.
1.Chân đầu vào:
Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
3
*Các chân tín hiệu BCD vào:
BCD là bộ mã 4 bit có tín hiệu vào là giá trị của tín hiệu và tín hiệu ra của nó là dạng
nhị phân.
Bảng mã hoá của BCD như sau:






Giá trị A B C C
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
Các giá trị khác của bộ 4 bít ABCD ở dạng cấm. Các tín hiệu dạng mã BCD được
đưa vào 4511 để giải mã hiện thị trên led 7-segment.

Sơ đồ nối chân
Tên chân Vị trí (Chân)
A 7

B 1
C 2
D 6


*Các chân vào diều khiển .


Sơ đồ nối chân
Tên chân Vị trí (Chân)
Lamp Test(LT) 3
Blanking(BI) 4
Lamp Enable(LE) 5

+Chân Lamp Test(LT).Chân này tích cực ở mức HIGH.Khi chân này ở mức LOW thì
tất cả các chân đầu ra Led ở mức HIGH cho tất cả các điều kiện khác của tín hiệu đầu
vào. Khi hoạt động chân này được nối ở mức HIGH.
+Chân Blanking(BI) . Chân này tích cực ở mức HIGH. nếu BI ở mức LOW tất cả các
tín hiệu ra cạnh đầu ở mức LOW . Tín hiệu này được dùng để làm trống hết tín hiệu đầu
vào khi cần display nhiề
u phần tử(Như trong bài là có 4 phần tử).
Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
4
+Chân Lamp Enable(BE) Điều khiển hoạt động của 4 chốt tín hiệu đầu vào của 4511.
Nếu ở mức thấp ,các chốt tín hiệu ra được theo bởi các trạng thái logic của BCD đầu vào.
Và các tín hiệu ra 7 đoạn phù hợp với tín hiệu chuyển đổi này.
Nếu BE ở mức HIGH , trạng thái logic của tín hiệu vào BCD sẽ được lưu trử lại . tín hiệu
đầu ra 7 đoạn sẽ không thay đổi cho đến khi BE ở mức LOW.

*Các chân nguồn.

Sơ đồ nối chân
Tên chân Vị trí
Chân đất (0V) 8
Chân nguồn(5V) 16
Để hoạt động thì các chân này phải được cấp.

2.Chân tín hiệu đầu ra-Chân tín hiệu ra 7 đoạn.

Sơ đồ nối chân
Tên chân Vị trí
a 13
b 12
c 11
d 10
e 9
f 15
g 14
Khi LT ở mức thấp (LOW) tất cả các chân này ở mức HIGH
Khi LT ở mức cao(HIGH),BI ở mức LOW. tất cả các chân này ở mức LOW.
Khi LT ở mức cao (HIGH) .BI ở mức HIGH . tất cả các chân này phụ thuộc vào tín hiệu
đầu vào.
Bảng ra các tín hiệu cạnh như sau:
Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
5

d.Điều kiện hoạt động của BCD-To-7 Segment (4511)

1.Tổng quan.
4511 được sử dụng theo các thông số sau:

Dải giá trị có thể Nên cung cấp ở giá trị
Nguồn cung cấp (DC) -0.5->+18V 3->5V
Tín hiệu đầu vào -0.5->+0.5V 0->VDD
Nhiệt độ cho phép -85
0
C->+150
0
C -55
0
C->+125
0
C
Công suất tiêu thụ 700mW(DIL),500mW(SO)

2.Đặc điểm tín hiệu điện DC.
Đặc điểm tín hiệu điện ra và vào của 4511 được cho bởi các bảng sau:
Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
6
*.Đặc điểm điện 1 chiều (DC)

Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
7
*.Đặc điểm điện xoay chiều.



3.Bộ định thời trong 4511
Bộ đình thời của 4511 được biểu diễn bởi sơ đồ sau.
Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
8

4.Khoảng cách vật lý của các chân 4511.
Khoảng cách vật lý của dạng DIL được cho bởi hình vẽ sau:
Báo
c

Nhó
m


2.L
E
a.Gi
ớ
Là
m

Thự
c
sau:
c
áo môn họ
c
m
10: Lớp
K
E
D 7-Se
g
me
n
ớ
i thiệu.
m
ột thiết bị đ
ư
c
tế Led 7-se
c
th
i
ết kế m
ạ
K
7B

_
Khoa
C
n
t.
ư
ợc dùng d
ể
gment là 7
c
ạ
ch số
CN
ĐT_VT
ể
hiện thí kế
t
c
on điod qu
a
t
quả trong
đ
a
ng được lắ
p
đ
o lường.
p
ở 7 vị trí

k
k
hác nhau. T
h
h
eo dạng
9

Báo
c

Nhó
m
b.N
h
Từ tí
n
thuộ
c
a
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1

c.Đặ
c
Có h
a
*Mă
c
c
áo môn họ
c
m
10: Lớp
K
h
iệm vụ .
n
hiệu đầu
v
c
.
a
b
1
0
1
1
1
0
1
0
0

0
1
1
1
c
điểm điện
a
i cách
m
ắc
c
chung Cat
h
c
th
i
ết kế m
ạ
K
7B
_
Khoa
C
v
ào của a cá
c
c
1
1
0

1
1
1
1
1
1
1
học.
Led 7-Tha
n
h
ode.
ạ
ch số
CN
ĐT_VT
c
chân a,b,c,
d
Tín hiệu đ
ầ
d
1
0
1
1
0
1
1
0

1
0
n
h : Mắc chu

d
,…f hiển t
h
ầ
u vào
e
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
ng Catot và
h
ị ra dạng s
ố
f
1
0
0
0

1
1
1
0
1
1
m
ắc chung
A
ố
thập phân
g
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
A
nod.
1
dạng thân
Dạng
1
0
hiển thị

Báo
c

Nhó
m
*Mắ
c

*Đặ
c

3.Re
s
a.Gi
ớ
Điệ
n
b.M
ụ
Hạn
c
Ngo
à
+
Có c
h
chíp
4
+

IV-
M

Đ
Đ

c
áo môn họ
c
m
10: Lớp
K
c
chung Ano
c
điểm điện
h
s
istor.
ớ
i thiệu
n
trở là một
t
ụ
c đích.
c
hế
d
òng và

o
à
i ra còn kể
đ
+
Connector
4
h
ức năng n
ố
4
511.
Test Led: l
à
M
ạch nguy
ê
Đ
ầu vào : Bố
Đ
ầu ra : Cá
c
c
th
i
ết kế m
ạ
K
7B
_

Khoa
C
d.
h
ọc.
t
hiết bị điện
o
các chân
c
đ
ến 2 linh k
i
4
chân :
ố
i bốn đườn
g
à
phím bấm
đ
ê
n l
ý
và qu
á
n tổ hợp m
ã
c
giá t

r
ị thậ
p
ạ
ch số
CN
ĐT_VT
d
ùng để hạ
n
c
ủa Led và c
h
i
ện sau đây :
g
dẫn tín hi
ệ
đ
ể chốt số đ
ế
á
trình thực
ã
BCD
p
phân của 4
n
chế sự chu
y

h
ân của các

ệ
u từ mạch
b
ế
m.

hiện
tổ hợp BC
D
y
ển động c
ủ
con 4511.
b
ên ngoài v
à
D
được hiển
t


ủ
a các điện t
í
à
o 4 chân A
t

hị t
r
ên 4 L
E
1
í
ch.
, B, C, D c
ủ
E
D 7 thanh.
1
1
ủ
a
Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
12





Nguyên lý hoạt động của mạch: Các connector có 4 đầu vào tương ứng với 4 bit tín hiệu
của một số BCD, các bit tín hiệu này được đưa đến 4 đầu A, B, C, D tương ứng của mối
chip 4511. Bốn chíp 4511 sẽ giải mã các tín hiệu BCD này và đưa ra 7 đầu ra và hiện thị
trên các đèn LED tương ứng.

Cách vẽ thực hiện mạch nguyên lý :

Mở chương trình Protel 99 và chương trình cho phép lựa chọn tên và thư mục đặt
DatabaseName của project :
Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
13


Sau khi nhấn nút OK thì ta được một Project mới với 3 thành phần : Design Team,
RecycleBin và Documents. Kích chuột vào Documents, sau đó nhấp chuột phải chọn
New. Một cửa sổ mới mở ra với màn hình như sau :


Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
14
Nhấp chuột trái vào Schematic Document để bắt đầu vẽ mạch nguyên lý. Ta được một
file với tên mặc định sheet1.sch. Kích đúp chuột vào tên này ta có cửa sổ vẽ mạch
nguyên lý như sau:

Bắt đầu gắp các linh kiện cần thiết từ Tab Browse Libraries. Nếu chưa có các linh kiện
cần thiết thì có thể click vào Tab Add/Remove để Add thư viện
Miscellaneous Devices.lib.
V. Các bước vẽ mạch in:
- Từ cửa sổ Document, chọn New→PCB Document:

Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
15



- Đặt tên cho file mới ( trong bài này là PCB2.PCB).
- Trong cửa sổ PCB2.PCB, lấy ra từ thư viện các component tương ứng với các linh
kiện đã vẽ trong mạch nguyên lý (điện trở, LED 7 đoạn, bộ giải mã…). Đặt tên cho các
component này trùng với tên của các linh kiện trong mạch nguyên lý:

- Mở lại cửa sổ LED7THANH.sch, chọn Design→Update PCB để tạo các đường
xanh mờ nối các chân linh kiện theo sơ đồ nguyên lý ở file PCB2.PCB.








Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
16

- Sắp xếp lại các component trong PCB2.PCB sao cho thuận lợi cho việc vẽ các
đường mạch sau này.
- Mạch có thể làm nhiều lớp, trong bài này do mạch đơn giản, ít linh kiện nên chúng
em chọn cách làm mạch 1 lớp, đường mạch sẽ nằm ở mặt dưới ( bottom layer ) của
board.
- Nhấp chuột phải, chọn Interactive Routing, nối chân các component theo đường
xanh mờ sao cho không có bất cứ 2 đường dây nào chồng lên nhau. Trong quá trình vẽ có
thể chọn độ dày của đường dây bằng cách kích chuộ
t trực tiếp vào đường đó.







Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
17

-
















Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT
18

- Sau khi nối xong các đường, mạch có hình như sau:

-









Báo cáo môn học thiết kế mạch số

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

19

VI. Kết quả đạt được.
Sau khi test thử nhóm nhận thấy mạch hoạt động tốt. Với bốn đàu vào tín hiệu các
LED hiện thị đúng các số BCD cần đếm.
Ví dụ : Cấp các mức điện áp vào Connector1 một số BCD như sau
ABCD=0001 thì sau khi cấp nguồn vào trên LED 1 sẽ hiển thị số 1.
Khi bấm phím Test LED thì do chân LT (chân số 3 , tích cực mức thấp) của 4511
chuyển mức từ cao xuống thấp nên chứ
c năng chốt được thực hiện, các số đếm trên LED
trở về trạng thái mặc định là tất cả các thanh đều sáng.