Nhóm 19 Xung số Haui THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NHỊ PHÂN, NGHỊCH, ĐỒNG BỘ Kđ=16, SỬ DỤNG DFF, HIỂN THỊ SỐ ĐẾM TRÊN LED 7 THANH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
------

ĐỒ ÁN KĨ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NHỊ PHÂN, NGHỊCH,
ĐỒNG BỘ Kđ=16, SỬ DỤNG D-FF, HIỂN THỊ SỐ ĐẾM TRÊN
LED 7 THANH

Giáo viên hướng dẫn: Ths. Hà Thị Phương
Sinh viên thực hiện:
Hoàng Tiến Quang

2021600292

Nguyễn Duy Quân

2021600880

Đoàn Minh Quân

2021601954

Nhóm: 19
Lớp: 20231FE6021002

Hà Nội – 2023


MỤC LỤC

Mục lục ............................................................................................................................ 2
Lời nói đầu .......................................................................................................................7
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................8
Chương 1

Giới thiệu tổng quan ....................................................................................9

1.1. Tổng quan ..........................................................................................................9
1.2. Mục đích nghiên cứu..........................................................................................9
1.3. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................10
1.4. Phạm vi đề tài...................................................................................................10
1.5. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................................. 10
Chương 2

Tính tốn, thiết kế, mô phỏng ...................................................................11

2.1. Cơ sở lý thuyết và tính tốn bộ đếm ................................................................ 11
2.2. Thiết kế mạch và lựa chọn các linh kiện.......................................................... 15
2.2.1.

Thiết kế mạch trên phần mềm Altium designer ....................................15

2.2.2.

Khối nguồn ............................................................................................ 15

2.2.3.

Khối đếm................................................................................................ 17

2.2.4.

Khối tạo xung.........................................................................................21

2.2.5.

Khối hiển thị .......................................................................................... 23

2.2.6.

Khối giải mã Led 7 thanh ......................................................................25

2.3. Mô phỏng mạch trên phần mềm Protues .........................................................28
2.4. Vẽ mạch in trên phần mềm Altium ..................................................................28
Chương 3

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ...........................................................................29

3.1. Quá trình thực hiện .......................................................................................... 29
3.2. Đánh giá kết quả và hoạt động nhóm .............................................................. 32
2


3.2.1.

Kết quả ...................................................................................................32

3.2.2.

Đánh giá hoạt động nhóm ......................................................................32

Kết luận.......................................................................................................................... 33

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Kí hiệu khối ....................................................................................................11
Hình 2.2 Dạng sóng minh họa cho hoạt động của D-FF ...............................................11
Hình 2.3. Sơ đồ logic .....................................................................................................14
Hình 2.4. Mạch trên phần mềm Altium designer .......................................................... 15
Hình 2.5. Sơ đồ khối nguồn ........................................................................................... 15
Hình 2.6. IC LM7805 ....................................................................................................16
Hình 2.7. Sơ đồ khối đếm .............................................................................................. 17
Hình 2.8. IC 74LS74 .....................................................................................................18
Hình 2.9. IC 74HC08 .....................................................................................................19
Hình 2.10. IC 74HC32 ...................................................................................................20
Hình 2.11. Sơ đồ khối tạo xung .....................................................................................21
Hình 2.12. IC NE555 .....................................................................................................21
Hình 2.13. Sơ đồ khối hiển thị.......................................................................................23
Hình 2.14. LED 7 thanh Anode chung ..........................................................................24
Hình 2.15. Sơ đồ khối giải mã Led 7 thanh ...................................................................25
Hình 2.16. Sơ đồ chân IC 74LS47.................................................................................25
Hình 2.17.Sơ đồ chân IC 74LS83..................................................................................26
Hình 2.18. Sơ đồ logic bên trong IC 74LS83 ................................................................ 27
Hình 2.19. Mạch trên phần mềm Protues ......................................................................28
Hình 2.20. Mạch in trên phần mềm Altium ..................................................................28
Hình 3.1. In mạch PCB..................................................................................................29
Hình 3.2. Là mạch in .....................................................................................................29
Hình 3.3. Ăn mịn đồng .................................................................................................30

4


Hình 3.4. Khoan mạch ...................................................................................................30
Hình 3.5. Lắp linh kiện và hàn ......................................................................................31
Hình 3.6. Chạy thử và hồn thiện ..................................................................................31

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng chân lý ..................................................................................................12
Bảng 2.2. Bảng kích ......................................................................................................13
Bảng 2.3. Bìa Karrnaugh ............................................................................................... 13

6


LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, những tiến bộ
của khoa học kỹ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống hằng
ngày của con người. Làm cho cuộc sống của chúng ta ngày một thay đổi, văn minh và
hiện đại hơn. Trong đó ngành điện tử đóng vai trị quan trọng và tiên phong tạo ra hàng
loạt những thiết bị trong công ngiệp, dân dụng, y tế, quân sự... với độ chính xác, tốc độ
xử lý nhanh, gọn nhẹ...
Tầm quan trọng và mức độ phổ biến của điện tử phần lớn là do công lao của kỹ
thuật số. Những thiết bị như: máy tính bỏ túi, đồng hồ, máy DVD, điện thoại di động,
máy ảnh KTS, máy tính cá nhân... đóng vai trị quan trọng trong cuộc sống chúng ta.
Kỹ thuật số là một môn học khơng thể thiếu của sinh viên ngành điện nói chung

và ngành điện tử nói riêng. Để góp phần sự phát triển nền khoa học kỹ thuật hiện nay,
nhóm chúng em đã tìm hiểu sơ lược và được sự tư vấn nhiệt tình từ các thầy cơ hướng
dẫn bộ mơn, chúng em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế bộ đếm nhị phân, nghịch, đồng bộ
Kđ= 16, sử dụng D-FF, hiển thị số đếm trên led 7 thanh ” trong phạm vi môn học với
mong muốn học hỏi thêm kiến thức.

7


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất đến cô
Hà Thị Phương – người trực tiếp hướng dẫn thực hiện, nghiên cứu môn học, đã hết sức
tạo điều kiện, tận tình hướng dẫn và động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên
cứu này .Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô khoa Điện –Điện
tử nói chung và chuyên ngành Cơ Điện Tử nói riêng của trường Đại Học Công Nghiệp
Hà Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết về chuyên
ngành, cũng như đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi
để chúng em được học tập, nghiên cứu, thực hiện hoàn thành bài tập lớn môn học “Kĩ
thuật xung số” này. Chúng em xin cảm ơn.

8


CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan
Trong ngôn ngữ máy tính, các phép tốn trên thao tác bit (tiếng Anh: bitwise

operation) được thực hiện trên một hoặc nhiều chuỗi bit hoặc số nhị phân tại cấp độ của
từng bit riêng biệt. Các phép toán này được thực hiện nhanh, ưu tiên, được hỗ trợ trực
tiếp bởi vi xử lý, và được dùng để điều khiển các giá trị dùng cho so sánh và tính tốn.
Đối với các loại vi xử lý đời cũ, thường thì các phép tốn trên thao tác bit nhanh
hơn phép chia đáng kể, đôi khi nhanh hơn phép nhân, và đôi khi nhanh hơn phép cộng
đáng kể. Trong khi các vi xử lý hiện đại thường thực hiện phép nhân và phép cộng nhanh
tương đương các phép toán trên thao tác bit nhờ vào cấu trúc đường ống lệnh của chúng
dài hơn và cũng nhờ vào các lựa chọn trong thiết kế cấu trúc, các phép tốn trên thao tác
bit thường sử dụng ít năng lượng hơn vì sử dụng ít tài ngun hơn.
Bộ đếm nhị phân là một mạch phần cứng được tạo ra từ một loạt các flip-flop. Đầu
ra của một flip-flop được gửi đến đầu vào của flip-flop tiếp theo trong chuỗi. Một bộ
đếm nhị phân có thể là khơng đồng bộ hoặc đồng bộ, tùy thuộc vào cách các flip-flop
được kết nối với nhau.
Một bộ đếm nhị phân kết nối một số mạch lật loại D với nhau. Các flip-flop thay
đổi trạng thái với mỗi xung đồng hồ, tạo ra một số nhị phân có thể được sử dụng cho
đồng hồ kỹ thuật số hoặc bộ hẹn giờ. Một thiết kế phổ biến là không đồng bộ, với đầu
ra của một flip-flop được kết nối với tiếp theo. Khi một ô được bật, ô tiếp theo được bật.
Cứ hai lần bật, ô tiếp theo trong dòng được bật. Sự sắp xếp này cũng được gọi là bộ đếm
"gợn qua".

Mục đích nghiên cứu

1.2.


Thiết kế mạch đếm nhị phân, nghịch, đồng bộ Kđ= 16 đáp ứng yêu cầu đề tài .



Mô phỏng mạch logic .



Thiết kế mạch in PCB.



Chế tạo thủ công mạch in PCB.
9


Đối tượng nghiên cứu

1.3.


Quy trình thiết kế của mạch tổ hợp.



Phần mềm mô phỏng proteus.



Phần mềm vẽ mạch in Altium 21.



Cấu tạo, cách hoạt động của các vi mạch tổ hợp.



Các linh kiện điện tử cơ bản.



Quy trình chế tạo mạch in PCB thủ công.



Kĩ năng khoan, hàn mạch điện tử.

Phạm vi đề tài

1.4.


Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số.



Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, mạch in PCB, linh kiện điện tử căn bản.



Đảm bảo an tồn khi gia cơng cũng như việc hàn mạch.

Ý nghĩa thực tiễn

1.5.



Nắm bắt phương pháp thiết kế mạch đếm.



Thực hành quy trình chế tạo mạch in PCB.



Nâng cao kĩ năng khoan và hàn mạch điện tử.



Hiểu rõ chức năng của Flip-Flop loại D và các IC.

10


CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG
2.1.

Cơ sở lý thuyết và tính tốn bộ đếm
 Bộ đếm nghịch: 𝑆𝑖 → 𝑆𝑖−1
 Bộ đếm đồng bộ: Xung đồng bộ tác động đồng thời tới các phần tử nhớ 𝑆𝑖 →
𝑆𝑖+1
 D-FF: Khi nối ngõ vào của FF RS hay JK như hình thì sẽ được FF D : chỉ có 1
ngõ vào gọi là ngõ vào data(dữ liệu) hay delay(trì hoãn). Hoạt động của FF D rất
đơn giản : ngõ ra sẽ theo ngõ vào mỗi khi xung Ck tác động cạnh lên hay xuống.

Hình 2.1 Kí hiệu khối

Hình 2.2 Dạng sóng minh họa cho hoạt động của D-FF

 Bộ đếm nhị phân, nghịch, đồng bộ Kđ= 16:
1111=>1110=>1101=>1100=>1011=>1010=>1001=>1000

0000<=0001<=0010<=0011<=0100<=0101<=0110<=0111

‐ Với 𝐾đ = 16 ta có: 𝑛 ≥ log 2 𝐾đ= log 2 16 = log 2 24 => 𝑛 = 4. Sử dụng 4 FF
loại D.

11


Bảng 2.1. Bảng chân lý

Q3

Q2

Q1

Q0

Q’3

Q’2

Q’1

Q’0

D3

D2

D1

D0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

12


Bảng 2.2. Bảng kích

Qn

Q’n

D

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

Bảng 2.3. Bìa Karrnaugh

13


Hình 2.3. Sơ đồ logic

14


2.2.

Thiết kế mạch và lựa chọn các linh kiện

2.2.1. Thiết kế mạch trên phần mềm Altium designer

Hình 2.4. Mạch trên phần mềm Altium designer

2.2.2. Khối nguồn

 Sơ đồ khối nguồn:

Hình 2.5. Sơ đồ khối nguồn

15


 Linh kiện sử dụng:

 IC ổn áp LM7805:
‐ LM7805 hay 7805 là IC điều chỉnh điện áp dương đầu ra 5V. Nó là IC của
dịng ổn áp dương LM78xx, được sản xuất trong gói TO-220 và các gói
khác. IC có nhiều tính năng tích hợp lý tưởng để sử dụng trong nhiều ứng
dụng điện tử như dòng điện đầu ra 1.5A, chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ
quá nhiệt, dịng điện tĩnh thấp, v.v.
‐ Thơng số kỹ thuật của IC 7805:


Gói TO-220



Dịng điện đầu ra là 1,5 Ampe



Chức năng tắt ngắn mạch tức thì



Chức năng tắt quá nhiệt tức thì



Đáng tin cậy để sử dụng trong các thiết bị thương mại



Đầu ra 5V chính xác và cố định



Điện áp đầu vào tối đa là 35V DC



Dòng điện tĩnh thấp chỉ 8mA

Hình 2.6. IC LM7805

16


 Jack DC cấp nguồn vào 12VDC.
 2 tụ hóa phân cực 1000uF.
 2 tụ gốm 104.
 Led báo nguồn.

2.2.3. Khối đếm
 Sơ đồ khối đếm:

Hình 2.7. Sơ đồ khối đếm

17


 Linh kiện sử dụng:
 IC 74LS74 (IC D-FF).

Hình 2.8. IC 74LS74

‐ Số lượng: 2

‐ Thông số kỹ thuật:
 Package IC Dual D Flip Flop
 Điện áp hoạt động: 2V đến 15V
 Độ trễ lan truyền: 40nS
 Điện áp đầu vào tương ứng mức logic cao tối thiểu: 2 V
 Điện áp đầu vào tương ứng mức logic thấp tối đa: 0,8V
 Nhiệt độ hoạt động: 0 đến 70°C
 Dòng điện đầu ra tương ứng mức logic cao: 8mA
 Có các package SO-14, SOT42 14 chân

18


 IC 74HC08 ( IC chứa 4 cổng AND ).

Hình 2.9. IC 74HC08

‐ Số lượng: 3
‐ Thông số kỹ thuật:
 Là IC logic 4 cổng AND độc lập 2 đầu vào
 Nguồn cấp: 2V - 6V
 Tốc độ lan truyền;
 Ở mức thấp; 7ns
 Ở mức cao: 12ns
 Ứng dụng: So sánh trạng thái tín hiệu

 IC 74HC32 ( IC chứa 4 cổng OR )

19


Hình 2.10. IC 74HC32

‐ Số lượng: 2
‐ Thơng số kỹ thuật:
 Điện áp cung cấp: 2V to 6V
 Số lượng đầu vào: 2
 Mức logic thấp: 0.5V ~ 1.8V
 Mức logic cao: 1.5V ~ 4.2V
 Độ trễ tối đa khi truyền: 15ns /6V/50pf
 Dải nhiệt độ hoạt động: -40 C ~ 125C
 Số cổng OR: 4
 Ứng dụng: dùng trong các mạch inverter.

20