Nhom15 Xung số haui Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ
------

KĨ THUẬT XUNG SỐ
Đề tài: Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ 𝑲đ = 𝟏𝟔, sử
dụng JK – FF, hiển thị số đếm trên LED 7 thanh

Giáo viên hướng dẫn

: ThS. Hà Thị Phương

Nhóm SV

: Trần Văn Duy

2020606779

Nguyễn Văn Hiệu

2020600718

Nguyễn Văn Thành

2020603339

Lớp

: FE6021.1

Khoá

: 15


PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG – SỐ
I. Thông tin chung
1. Mã lớp học phần: 20231FE6021002

Khóa: 16

2. Tên nhóm: Nhóm 15
3. Họ và tên thành viên trong nhóm:
Sinh viên 1: Trần Văn Duy

MSV: 2020606779

Sinh viên 2: Nguyễn Văn Hiệu

MSV: 2020600718

Sinh viên 3: Nguyễn Văn Thành

MSV: 2020603339

II. Nội dung học tập
1. Tên đề tài: Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ =16, sử dụng JK-FF, hiển
thị số đếm trên LED 7 thanh
2. Hoạt động của sinh viên (xác định các hoạt động chính của sinh viên trong q
trình thực hiện Đồ án để hình thành tri thức, kỹ năng đáp ứng mục tiêu/chuẩn đầu ra

nào của học phần).
TT

Nội dung cần thực hiện

CĐR

Thời gian hoàn
thành

1

Lựa chọn đề tài

Tuần 11

2

Xác định yêu cầu bài toán

Tuần 11

3

Xây dựng sơ đồ khối chức năng và xác định
nhiệm vụ các khối

Tuần 11

4

Phân tích và thiết kế sơ đồ nguyên lý

Tuần 12

5

Thử nghiệm và hiệu chỉnh.

Tuần 12

6

Thiết kế mạch in và lắp ráp

Tuần 13

7

Viết và hoàn thiện báo cáo Bài tập lớn mô tả
các nội dung đã thực hiện

Tuần 15

3. Sản phẩm nghiên cứu (xác định cụ thể sản phẩm của chủ đề nghiên cứu cần đạt được)
-

Nội dung mơ tả xác định u cầu bài tốn

-

Nội dung thể hiện việc xây dựng sơ đồ khối chức năng và nhiệm vụ các khối

-

Nội dung thiết kế sơ đồ nguyên lý và mô phỏng mạch điện

-

Mạch in đã thiết kế, lắp ráp, hiệu chỉnh và hoàn thiện


-

Báo cáo Đồ án theo mẫu BM03 của quyết định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 18 tháng 8
năm 2019 của trường ĐH Công nghiệp Hà nội (Phụ lục 3), bao gồm các nội dung
sau:
Nội dung báo cáo đồ án

TT
1

Mở đầu (Nêu lý do chọn đề tài; Mục tiêu của đề tài; Phương pháp thực hiện

2

Phần 1. Tổng quan (Nêu tổng quan về vấn đề cần nghiên cứu; Cơ sở xác định đề
tài; Ứng dụng trong thực tiễn …)

3

Phần 2. Xây dựng sơ đồ khối; Tính tốn, mơ phỏng và thiết kế sơ đồ nguyên lý

4

Phần 3. Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh

5

Kết luận

6

Tài liệu tham khảo

7

Phụ lục (Nếu có)

III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành Đồ án theo đúng quy định (từ ngày 20/11/2023 đến ngày 23/12/2023).
2. Báo cáo sản phẩm và trình bày kết quả thực hiện nghiên cứu theo đề tài đã được
giao trước giảng viên và các sinh viên.
IV. Học liệu thực hiện Đồ án
1. Tài liệu học tập:
[1] Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Thái, Nguyễn Ngọc Anh, Giáo trình Điện tử số,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2013.
[2]. Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Thái, Giáo trình Thực hành kỹ
thuật xung - số, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2014
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án (nếu có):

Máy tính cá nhân, phần mềm vẽ mạch điện tử, mô phỏng mạch điện, board mạch
điện, mạch điện, các linh kiện điện tử cần thiết cho đề tài.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2023

Trưởng Bộ môn

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Hà Nội, ngày

tháng

năm

Giáo viên hướng dẫn


ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Hà Nội, ngày tháng

năm

Giáo viên chấm phản biện


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................................... 2

1.1 Khái niệm ...............................................................................................................2
1.2 Đồ hình trạng thái...................................................................................................3
1.3 Phân loại .................................................................................................................3
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐẾM ........................................................................................ 6

2.1 Sơ đồ khối ..............................................................................................................6
2.2 Các bước thực hiện.................................................................................................6
2.3 Thiết kế bộ đếm ......................................................................................................7
CHƯƠNG 3: THỰC HÀNH .................................................................................................. 11

3.1 Mô phỏng trên Proteus .........................................................................................11
3.1.1 Linh kiện cần dùng .......................................................................................11
3.1.2 Khối tạo xung – IC 555 ................................................................................11
3.1.3 Khối JK – IC 7473 ........................................................................................12
3.1.4 IC giải mã –7447 ..........................................................................................13
3.1.5 Khối điều khiển ............................................................................................14
3.1.6 Khối hiển thị .................................................................................................16
3.1.7 Sơ đồ nguyên lý ............................................................................................18
3.2 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh..........................................................20
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ...................................................................................................... 24

4.1 Đánh giá sản phẩm: ..............................................................................................24
4.2 Tính thực tế của sản phẩm: ..................................................................................24
4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển: ...................................................................24


TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 25


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ khối của bộ đếm .....................................................................................2
Hình 1.2 Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm .........................................................3
Hình 2.1 Sơ đồ khối của mạch đếm.................................................................................6
Hình 2.2 Đồ hình trạng thái của bộ đếm .........................................................................8
Hình 3.1 Sơ đồ IC555 ....................................................................................................11
Hình 3.2 Sơ đồ IC7473 ..................................................................................................12
Hình 3.3 Sơ đồ IC7447 ..................................................................................................13
Hình 3.4 Sơ đồ IC7483 ..................................................................................................14
Hình 3.5 Sơ đồ IC7408 ..................................................................................................15

Hình 3.6 Sơ đồ IC7432 ..................................................................................................16
Hình 3.7 Sơ đồ 7SEG ....................................................................................................16
Hình 3.8 Sơ đồ ngun lí tồn mạch trên Proteus .........................................................18
Hình 3.9 Chạy mơ phỏng mạch đếm .............................................................................18
Hình 3.10 Sơ đồ mạch in ...............................................................................................19
Hình 3.11 Mạch in bố trí linh kiện 2D ..........................................................................19
Hình 3.12 Mạch in bố trí linh kiện 3D ..........................................................................20
Hình 3.13 Phíp đồng ......................................................................................................20
Hình 3.14 In mạch .........................................................................................................21
Hình 3.15 Tiến hành ăn mịn mạch ...............................................................................21
Hình 3.16 Khoan lỗ chân linh kiện ................................................................................22
Hình 3.17 Hàn chân linh kiện ........................................................................................22
Hình 3.18 Mạch hồn thiện ...........................................................................................23


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích..........................................8
Bảng 2.2 Bảng chuyển đổi trạng thái của con LED1 ......................................................9
Bảng 2.3 Bảng chuyển đổi trạng thái của con LED2 ....................................................10


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học
cơng nghệ nói chung và ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển
vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển
của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác
cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định . Đó là những yếu tố cần thiết
làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người
được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Mạch đếm thuận, đồng bộ,
nhị phân với 𝑲đ = 𝟏𝟔 sử dụng JK – FF” được sử dụng để đếm thời gian, đếm sản

phẩm, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác……
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên chúng em vẫn khơng
thể tránh sót mong q thầy, cơ và bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án có thể hồn thiện
hơn.
Cuối cùng em xin cảm ơn cơ Hà Thị Phương đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ
em trong suốt quá trình làm bài tập lớn này để em được hoàn thành với thời gian sớm
nhất và hoàn chỉnh nhất.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm
Mạch đếm là một mạch dãy đơn giản được xây dựng từ các phần tử nhớ và các
phần tử tổ hợp, mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số.
Bộ đếm là một mạch dãy tuần hồn có một đầu vào đếm và một đầu ra, mạch có
số trạng thái trong chính hệ số đếm (𝐾đ ).
Dưới tác động của tín hiệu vào đếm mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong này đến
một trạng thái trong khác theo một thứ tự nhất định. Cứ sau 𝐾đ lần tín hiệu vào đếm,
mạch sẽ trở về trạng thái xuất phát ban đầu.
Bộ đếm thực hiện việc đếm các dãy xung khi có xung điều khiển và nó chỉ có
một đầu vào. Do đó, nếu xung đồng bộ (CLK) xuất hiện khác thời điểm xung đếm (𝑋đ )
xuất hiện thì việc đếm xung khơng thực hiện được nên mạch đếm phải có xung đếm đưa
vào chính là dãy xung đồng bộ hay mạch đếm chỉ có một đầu vào.

Hình 1.1 Sơ đồ khối của bộ đếm

2

1.2 Đồ hình trạng thái
Đồ hình là mơ hình mơ tả sự chuyển đổi các trạng thái trong hay chính là mơ tả
hoạt động của bộ đếm.

Hình 1.2 Đồ hình trạng thái tổng qt của bộ đếm
̅̅̅̅̅
Khi khơng có tín hiệu vào đếm ( 𝑋
đ ) mạch giữ nguyên trạng thái ban đầu (𝑖  𝑖)
khi có tín hiệu vào đếm (𝑋đ ) mạch sẽ chuyển đến trạng thái kế tiếp( 𝑖  𝑖 + 1).
Khi bộ đếm ở trạng thái 𝑆𝐾đ−1 nếu tác động một tín hiệu vào đếm thì bộ đếm sẽ
trở về trạng thái ban đầu 𝑆0 và khi đó đồng thời xuất hiện tín hiệu ra một lần duy nhất.
Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái của bộ đếm thì phải dùng thêm mạch
giải mã.

1.3 Phân loại
Có nhiều cách phân loại bộ đếm:
- Phân loại theo cách làm việc:
+ Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter): là bộ đếm mà sự chuyển đổi trạng thái
trong các FF diễn ra đồng thời khi có tác động của xung đếm. Mọi sự chuyển đổi trạng
thái (từ 𝑆𝑖 sang trạng thái mới 𝑆𝑗 ) đều không thông qua trạng thái trung gian .(𝑆𝑖  𝑆𝑗 )
Xung đồng bộ tác động đồng thời tới các phần tử nhớ.
+ Bộ đếm không đồng bộ (Asynchronous counter): là bộ đếm tồn tại ít nhất một
cặp chuyển biến trạng thái 𝑆𝑖  𝑆𝑗 mà trong đó các FF khơng thay đổi trạng thái đồng
thời. (𝑆𝑖  𝑆𝑖 ′ 𝑆𝑖 ′′ 𝑆𝑗 )
Xung đồng bộ tác động không đồng thời tới các FF.
3


- Phân loại theo hệ số đếm.

+ Bộ đếm có hệ số đếm: Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, khi sử dụng n FF để mã
hoá các trạng thái trong cho bộ đếm thì khả năng mã hố tối đa là 2𝑛 .(𝐾đ = 2, 4, 8, 16...
+ Bộ đếm có hệ số đếm 𝐾đ = 2𝑛 : Sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong
cho bộ đếm, sẽ có 2𝑛 − 𝐾đ trạng thái không được sử dụng đến. Do vậy khi thiết kế bộ
đếm cần phải lưu ý đến các trạng thái không sử dụng tức là cần phải có biện pháp làm
cho bộ đếm thốt khỏi các trạng thái đó một cách hợp lý để trở về chu trình đúng mà
vẫn phải đảm bảo bộ đếm được thiết kế là đơn giản (𝐾đ = 3, 5, 6, 7, 10, …)
- Phân loại theo mã:
Quá trình đếm của bộ đếm là quá trình thay đổi từ trạng thái trong này đến trạng
thái trong khác và mỗi trạng thái trong của bộ đếm được mã hoá bởi một mã cụ thể.
Cùng một bộ đếm có thể có nhiều cách mã hố trạng thái trong khác nhau, các cách mã
hoá khác nhau sẽ tương ứng với các mạch thực hiện khác nhau.
+ Mã nhị phân, Mã Gray
+ Mã BCD, Mã Johnson
+ Mã vòng...
- Phân loại theo hướng đếm:
+ Bộ đếm thuận (Up counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (𝑋đ ) thì
trạng thái trong của bộ đếm tăng lên 1.(𝑆𝑖  𝑆𝑖+1 )
+ Bộ đếm nghịch (Down counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (𝑋đ ) thì
trạng thái trong của bộ đếm giảm đi 1.( 𝑆𝑖  𝑆𝑖−1 )
Chú ý: Khái niệm thuận nghịch chỉ là tương đối chủ yếu là do vấn đề mã hoá các
trạng thái trong của bộ đếm .
+ Bộ đếm thuận nghịch: là bộ đếm vừa có khả năng đếm thuận vừa có khả năng
đếm nghịch.
- Phân loại theo khả năng lập trình:

4


+ Bộ đếm có khả năng lập trình : 𝐾đ có thể thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều

khiển.
+ Bộ đếm khơng có khả năng lập trình : 𝐾đ cố định, không thay đổi được.

5


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐẾM

2.1 Sơ đồ khối

Hình 2.1 Sơ đồ khối của mạch đếm
Khối Nguồn: Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch ở đây là nguồn ổn định 5V. Nếu
nguồn không ổn định sẽ dẫn tới hoạt động mạch bị gián đoạn.
Khối tạo xung: Biến đổi tín hiệu điện một chiều thành tín hiệu điện có xung và
tần số theo yêu cầu. Tạo xung đồng bộ điều khiển có chu kỳ khơng đổi hoạt động của
mạch.
Khối điều khiển: Thực hiện thao tác mã hóa. Căn cứ vào yêu cầu, đặc điểm
khác nhau của tín hiệu được mã hóa có các bộ mã hóa khác nhau: bộ mã hóa nhị phân,
bộ mã hóa thập phân.
Khối giải mã: Chuyển mã nhận được từ khối điều khiển có dạng mã BCD thành
một dạng mã có thể biểu diễn được.
Khối hiển thị: Nhận xung giải mã và hiển thị kết quả.

2.2 Các bước thực hiện
Để thiết kế bộ đếm ta tiến hành theo các bước sau:
- Bước 1: Xác định các yêu cầu của bài tốn
Phân tích u cầu đầu bài tìm ra số trạng thái trong.
- Bước 2: Lập đồ hình trạng thái
Căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế như: hệ số đếm và một số các u
cầu khác để xây dựng đồ hình mơ tả hoạt động của bộ đếm.

6


- Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa các trạng thái trong của
bộ đếm theo mã đã cho.
Số phần tử nhớ được xác định như sau:
+Mã nhị phân và mã Gray 𝑛 ≥ log 2 𝐾đ
+Mã vòng 𝑛 = 𝐾đ
+Mã Johnson 𝑛 =

1
2

𝐾đ

- Bước 4: Xác định hàm kích của các FF và hàm ra:
Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng ra để xác định phương trình kích cho
các FF và phương trình hàm ra.
- Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực hiện
Từ các phương trình đầu vào kích các FF và phương trình hàm ra đưa ra sơ đồ
mạch thực hiện.

2.3 Thiết kế bộ đếm
Bộ đếm thuận đồng bộ, 𝐾đ = 16, có 16 trạng thái, nên cần 4 phần tử nhớ JK - FF
Đồ hình trạng thái của bộ đếm thuận 𝐾đ = 16:

7

Hình 2.2 Đồ hình trạng thái của bộ đếm
Bảng 2.1 Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích
S
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
S11
S12
S13
S14
S15

𝒕𝒏
𝒕𝒏+𝟏
𝑄4 𝑄3 𝑄2 𝑄1 𝑄′4 𝑄′3 𝑄′2 𝑄′1
0000
0001
0001
0010
0010
0011
0011

0100
0100
0101
0101
0110
0110
0111
0111
1000
1000
1001
1001
1010
1010
1011
1011
1100
1100
1101
1101
1110
1110
1111
1111
0000

J AK A
0X
0X
0X

0X
0X
0X
0X
1X
X0
X0
X0
X0
X0
X0
X0
X1

JBKB
0X
0X
0X
1X
X0
X0
X0
X1
0X
0X
0X
1X
X0
X0
X0

X1

J C KC
0X
1X
X0
X1
0X
1X
X0
X1
0X
1X
X0
X1
0X
1X
X0
X1

JDKD
1X
X1
1X
X1
1X
X1
1X
X1
1X

X1
1X
X1
1X
X1
1X
X1

8


- Phương trình các đầu vào kích:
𝐽𝐴 = 𝐾𝐴 = 1
𝐽𝐵 = 𝐾𝐵 = 𝑄1
𝐽𝐶 = 𝐾𝐶 = 𝑄2 𝑄1
𝐽𝐷 = 𝐾𝐷 = 𝑄3 𝑄2 𝑄1
Bảng 2.2 Bảng chuyển đổi trạng thái của con LED1

- Trong đó:
𝐴 = (𝑄2 + 𝑄3 ). 𝑄4

9


Bảng 2.3 Bảng chuyển đổi trạng thái của con LED2

- Trong đó:
(𝑆4 𝑆3 𝑆2 𝑆1 )𝑖 = (𝐴4 𝐴3 𝐴2 𝐴1 )𝑖 + (𝐵4 𝐵3 𝐵2 𝐵1 )𝑖

(0 ≤ 𝑖 ≤ 15)

𝐵 = 𝑄
𝐴2 = 𝐴3 = (𝑄2 + 𝑄3 ). 𝑄4

10


CHƯƠNG 3: THỰC HÀNH

3.1 Mô phỏng trên Proteus
3.1.1 Linh kiện cần dùng
NE555, 7408 (3), 7432(2), 7483, 7447(2), 7473 (4), LED7 anot (2), điện trở, tụ
điện.
3.1.2 Khối tạo xung – IC 555

Hình 3.1 Sơ đồ IC555
IC 555 là một Ic tạo xung rất đa năng, Tạo xung vuông rất đơn giản.
Chân số 1(GND): chân chung nối GND.
Chân số 2 (TRIGGER): đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được
dùng như một chân chốt hay ngõ vào của một tần so áp.
Chân số 3 (OUTPUT): chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái
của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1.
Chân 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối mass thì ngõ
ra ở mức thấp

11