BTL Xung số haui nhóm 20 Thiết kế mạch đếm 0023, 0059 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh.

BỘ CƠNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ
KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng
IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh.

Giáo viên hướng dẫn:

Ths. Hà Thị Phương

Sinh viên thực hiện:

Mai Văn Lập

- 2020604210

Lê Đức Thắng

- 2020605206

Hồng Cơng Chất

- 2020604286

Hà Nội – 2023

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

Khóa: 16

2. Tên nhóm: Nhóm 20
3.Họ và tên thành viên trong nhóm:
Sinh viên 1: Mai Văn Lập
Sinh viên 2: Lê Đức Thắng
Sinh viên 3:Hồng Cơng Chất

MSV: 2020604210
MSV: 2020605206
MSV: 2020604286

II. Nội dung học tập
1. Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết
quả 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 phản).
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 12

4

Phân tích và thiết kế sơ đồ nguyên lý

Tuần 13

5

Thử nghiệm và hiệu chỉnh.

Tuần 13

6

Thiết kế mạch in và lắp ráp

Tuần 14

7

Viết và hồn thiện báo cáo Bài tập lớn mơ 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 mô tả xác định yêu cầu bài toán

-

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 21/11/2023 đến ngày 26/12/2023)
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 Đồ án (nếu có): Linh kiên điện tử cơ
bản,…
Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2022
Trưởng Bộ môn

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................3
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ..........................................................................................5
1.1 Mạch đếm ...................................................................................................5
1.2 Phân loại .....................................................................................................5
1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài ..................................................................................7
1.4 Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................7
1.5 Phương pháp nghiên cứu............................................................................7
1.6 Ứng dụng thực tiễn.....................................................................................8
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................9
2.1 Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống.............................................................9
2.2 Chọn linh kiện từng khối ...........................................................................9
2.2.1 Khối nguồn .........................................................................................9
2.2.2 Khối tạo xung......................................................................................9
2.2.3 IC đếm tích hợp 74192 .....................................................................11
2.2.4 Khối giải mã......................................................................................13
2.2.5 Khối hiển thị .....................................................................................15
2.3 Thiết kế và tính tốn.................................................................................17
CHƯƠNG 3 MƠ PHỎNG, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM ....................................22
3.1 Mô phỏng .................................................................................................22
3.2 Vẽ mạch in trên Proteus ...........................................................................22
3.3 Chế tạo và lắp ráp .....................................................................................25
3.4 Chạy thử nghiệm ......................................................................................27
KẾT LUẬN ..................................................................................................................28
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................29

1


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ đếm ............................................................................5
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................9
Hình 2.2 IC tạo xung NE555 .................................................................................10
Hình 2.3 Sơ đồ chân IC NE555 .............................................................................10
Hình 2.4 Đèn LED .................................................................................................11
Hình 2.5 Hình dạng thực tế IC7490 ......................................................................12
Hình 2.6 Sơ đồ chân IC7490 .................................................................................12
Hình 2.7 Sơ đồ IC7447 ..........................................................................................14
Hình 2.8 Cấu tạo bên trong LED 7 thanh ..............................................................15
Hình 2.9 Điện trở ...................................................................................................16
Hình 2.10 Khối tạo xung bằng IC NE555 .............................................................17
Hình 2.11 Khối đếm và giải mã.............................................................................18
Hình 2.12 Khối hiển thị .........................................................................................18
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý ......................................................................................22
Hình 3.2 Mơ phỏng 2D ..........................................................................................23
Hình 3.3 Mơ phỏng 3D ..........................................................................................23
Hình 3.4 Mạch in ...................................................................................................24

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Chức năng các chân IC74192 ................................................................13
Bảng 2.2 Bảng chân lý LED 7 thanh .....................................................................16

2

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 Cơ 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. Trong đó, mạch đếm
được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta như: đồng hồ số, đếm sản phẩm,
đếm số người, …. Xuất phát từ thực tế đó, chúng em lựa chọn đề tài: Thiết kế mạch
đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh.
Vì kiến thức, kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh được những sai
sót. Chúng em rất mong nhận được sự đánh giá của thầy cơ và bạn bè để đồ án được
hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất cô Hà
Thị Phương – người đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, động viên chúng
em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án mơn học này. Chúng em xin trân
trọng cảm ơn đến tất cả các q thầy cơ khoa Cơ Khí trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức cơ bản, cũng như đã nhiệt
tình quân tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em được học tập, nghiên cứu
hoàn thành đồ án Kỹ thuật xung số này. Chúng em xin cám ơn!
Trân trọng!

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
Yêu cầu đề bài: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp,
hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh.
1.1 Mạch đếm
Mạch đếm là một mạch dãy đơn giảm 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 thoe 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
1.2 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
5


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.
- Phân loại theo hệ số đếm.
+ Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = 2𝑛 : 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 khơng 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 hoá 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

6

đếm nghịch.
- Phân loại theo khả năng lập trình:
+ 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.
1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài
Với sự phát triển của kỹ thuật số, chúng ta có thể thấy được sự phổ biến của mạch
đếm như trong máy giặt, đồng hồ kỹ thuật số, mạch đếm sản phẩm,… và có nhiều ưu
điểm như hoạt động ổn định, lâu dài, chính xác, … Vì vậy, nhóm em quyết định chọn
đề tài này vì những ứng dụng thực tiễn của nó và sự thuận tiện mà nó đem lại cho cuộc
sống.
1.4 Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số.
- Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài của các nhóm), linh
kiện điện tử cơ bản…
- Đảm bảo an toàn lao động.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
- Dựa vào kiến thức đã được học, tìm hiểu qua internet, sách vở và tham khảo ý
kiến bạn bè, thầy cô.
- Áp dụng những phương pháp thiết kế, tính tốn để xây dựng mơ hình phù hợp
với đề tài.
- Sử dụng các phần mền lập trình, thiết kế đồ họa để hỗ trợ như: Proteus, Altium
Designer...

7


1.6 Ứng dụng thực tiễn
Mạch đếm 00- 23, 00-59 được ứng dụng phổ biến như: Đồng hồ số, đồng hồ bấm
giờ, đếm số lượng người tối đa 23 hoặc 59 người ra vào, đếm 23 hoặc 59 sản phẩm,….

Hình 1.2: Đồng hồ số

Hình 1.3: Bộ đếm số lượng người ra vào

8


CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
2.1 Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống
‒ Mạch đếm 00 đến 59 và 00 đến 23
‒ Đầu vào: tín hiệu xung đồng bộ
‒ Đầu ra: hiển thị số đếm trên LED 7 thanh

Hình 2-1 Sơ đồ khối hệ thống
2.2 Chọn linh kiện từng khối
2.2.1 Khối nguồn
Sử dụng trực tiếp nguồn 5v từ sạc dự phịng hoặc máy tính.

2.2.2 Khối tạo xung
IC NE555 là một mạch tích hợp của hãng CMOS sản xuất, là một linh kiện khá
phổ biến để tạo được xung PWM và có thể thay đổi tần số. NE555 làm việc với sơ đồ
mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung. Vì vậy, NE555 được sử dụng trong một
loạt các bộ đếm thời gian, thế hệ xung, dao động và các ứng dụng. NE555 có thể được
sử dụng để cung cấp cho sự chậm trễ thời gian, như một dao động, và như là một yếu tố
flip-flop. Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn mạch thời gian trong một gói.

9

Hình 2.2 IC tạo xung NE555
- Sơ đồ chân:

Hình 2.3 Sơ đồ chân IC NE555
- Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp đầu vào: 4.5-16V
+ Dòng điện cung cấp : 10mA – 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 – 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 – 0.06V
+ Công suất lớn nhất là : 600mW
+ Nhiệt độ hoạt động: 0 – 70oC
- Đèn led: dùng làm tín hiệu báo đầu ra cho mạch tạo xung

10


Hình 2.4 Đèn LED
2.2.3 IC đếm tích hợp 74LS90
74LS90 là bộ đếm thập phân khơng có chức năng reset tự động. Có nhiều loại bộ
đếm có thể sử dụng trong các thiết bị để đếm chữ số nhị phân hoặc thập phân. IC chứa hai
bộ đếm MOD. Một là MOD 2 và hai là bộ đếm MOD 5. Bộ đếm bắt đầu đếm từ 0000
đến 1001 và sau đó nó reset lại giá trị.
Việc reset tự động làm cho bộ đếm bắt đầu đếm từ 0 và kết thúc ở số 9 trong hệ
thập phân. Trong IC có bốn chân reset, những chân này giúp IC đếm bằng cách kích
hoạt hai chân trong 4 chân. IC giao tiếp TTL có thể kết hợp với các bộ đếm và IC có
giao tiếp TTL khác .

11

Hình 2.5 Hình dạng thực tế IC7490
- Sơ đồ chân:

Hình 2.6 Sơ đồ chân IC7490
- Đặc tính thơng số kỹ thuật 7490:
+ Dãy nguồn đầu vào cho IC là 4,75V đến 5,25V.
+ Dãy nhiệt độ hoạt động cho IC là 0 đến 70 độ.
+ Dãy điện áp đầu vào IC ở trạng thái mức CAO nhỏ nhất 2,0V và trạng
thái THẤP là tối đa 0,7V.
+ IC cho dòng điện đầu ra ở trạng thái mức CAO là -0,4mA và ở trạng thái
THẤP là 8,0mA
+ Dãy bảo vệ diode kẹp bên trong là -1,5V.
12


-

Chức năng các chân:
Bảng 2.1 Chức năng các chân IC7490
Tên chân

Mô tả

CLKB

Đầu vào xung clock của MOD 5

R1, R2

Sử dụng như chân reset ( giá trị Max đầu ra)

NC

Không ảnh hưởng đến mạch

VCC

Cấp đầu vào nguồn

R3, R4

Xóa tất cả các đầu ra khi kết hợp với nhau

Qc

Ngõ ra 3

Qb

Ngõ ra 2

GND

Nối đất

Qd

Ngõ ra 4

Qa

Ngõ ra 1

2.2.4 Khối giải mã
- IC 7447 :

13


Hình 2.7 Sơ đồ IC7447
- Thơng số kĩ thuật
+ C được đóng gói với 16 chân trong 1 dịng kép DIP
+ Bộ chuyển đổi BCD sang led 7 đoạn, hiển thị giá trị từ 0 đến 9
+ Nguồn cấp hoạt động tốt nhất trong khoảng điện áp 5V (có thể giao động
từ 4.75V – 5.25V)
-

Sơ đồ chân
+ Chân 1, chân 2, chân 6, chân 7 là những đầu vào ứng lần lượt với B, C, D,
A
+ Chân 9, chân 10, chân 11, chân 12, chân 13, chân 14, chân 15 là những
chân đầu ra, chúng sẽ được nối với led 7 thanh
+ Chân 8: chân nối đất GND
+ Chân 16: chân cấp nguồn Vcc 5V (không cấp quá nguồn 5V để IC có thể
hoạt động bình thường)
+ Chân 3 LT (Lamp Test) sử dụng để kiểm tra led 7 đoạn. Nếu chân 3 nối
mass thì led sẽ sáng cùng lúc 7 đoạn. Chân này chỉ sử dụng để kiểm tra
xem led 7 thanh có bị hỏng tại đoạn nào hay không.
14

+ Chân 4 BI/RB0 được nối với mức cao (khi bị nối với mức thấp thì tồn bộ
đèn sẽ khơng sáng được)
+ Chân 5 RBI được nối với mức cao

2.2.5 Khối hiển thị
LED 7 thanh hay còn được gọi là LED 7 đoạn, bao gồm 7 đoạn đèn LED được
xếp lại với nhau thành hình chữ nhật. Khi các đoạn lập trình để chiếu sáng thì sẽ hiển
thị chữ số của hệ thập phân hoặc thập lục phân. Đôi khi LED số 8 được hiển thị dấu thập
phân khi có nhiều LED 7 thanh được nối với nhau để có thể hiển thị được các số lớn
hơn 2 chữ số.
Đối với LED 7 thanh để hiển thị chính xác các con số từ 0 – 9 như mong muốn
thì chúng ta cần phải tạo ra một bảng chân lý để giúp chúng ta nắm bắt và hiển thị những
con số, ký tự một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn.

Hình 2.8 Cấu tạo bên trong LED 7 thanh

15


Bảng 2.2 Bảng chân lý LED 7 thanh

Trong đề tài này sẽ sử dụng LED 7 thanh Anot chung
- Điện trở:
+

Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp

+

Mắc điện trở thành cầu phân áp

+ Phân cực cho bóng bán dẫn
+ Tham gia vào các mạch tạo dao động RC

Hình 2.9 Điện trở
16


2.3 Thiết kế và tính tốn
- Ngun lý hoạt động:
Mạch đếm gồm các khối nguồn, khối tạo xung, khối đếm, khối giải mã, khối hiển
thị.
Xung này được cấp vào chân CLKA của IC hàng đơn vị.
Khối đếm thực hiện chức năng đếm lên từ 00 – 23 hoặc 00 – 59 .
Khối giải mãi IC 7447 giải mã BCD của khối đếm chuyển sang khối hiển thị Led
7 thanh để hiển thị.

Hình 2.10 Khối tạo xung bằng IC NE555
Khối đếm và giải mã:
Khối đếm nhận xung đếm từ bộ NE555 cấp vào chân CLKA của IC 7490. Chân
dùng để reset , khi ở trạng thái bình thường ta nối xuống GND.
Ta sử dụng 2 IC 7490 để đếm hàng chục và hàng đơn vị. Cấp xung đếm vào IC
hàng đơn vị. Nối chân Qd của hàng đơn vị với đầu vào CLKA của hàng chục. Khi hàng
đơn vị đếm được 10 xung thì hàng chục đếm được 1 xung.

17