BTL xung số haui nhóm 21 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG JKFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ ĐIỆN TỬ
----------

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG
JK-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH
Giáo viên hướng dẫn

: ThS.Hà Thị Phương

Nhóm sinh viên thực hiện :

Khóa

Dương Văn Xn

2021606327

Ngơ Đức Việt

2021607961

Lê Trọng Hồng Việt

2021606365

: 16

Hà Nội - 2023


Mục Lục
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ...................................................... 5
1.1

Cơ sở lựa chọn đề tài ................................................................................ 5

1.2

Mục đích yêu cầu ...................................................................................... 5

1.3

Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 5

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH
TỐN

..................................................................................................... 6

2.1

Tính tốn hệ thống .................................................................................... 6

2.2

Mạch JK-FF đếm 8 sản phẩm ................................................................. 10

2.3

Thiết kế mạch ......................................................................................... 11

CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 13
3.1

Liệt kê các linh kiện cần dùng ................................................................ 13

3.1.1

IC 4093 cổng NAND ....................................................................................................................... 13

3.1.2

IC 7408 ............................................................................................................................................ 15

3.1.3

IC 4027 ............................................................................................................................................ 18

3.1.4

IC 7447 ............................................................................................................................................ 19

3.2

Chế tạo, lắp ráp mạch ............................................................................. 22

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN............................................................................... 22

4.1

Đánh giá sản phẩm ................................................................................. 25

4.2

Tính thực tế của sản phẩm ...................................................................... 25

4.3

Đề xuất cải tiến và hướng phát triển....................................................... 25

2


Danh mục hình ảnh
Hình 2.1: Biểu đồ trạng thái của bộ đếm nhị phân 4 bit ....................................... 6
Hình 2.2: Đếm chuỗi sau mỗi xung ...................................................................... 6
Hình 2.3: Mạch JK-FF ........................................................................................ 10
Hình 2.4: Mạch đếm 8 sản phẩm sử dụng JK-ff ................................................. 11
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 11
Hình 2.6: Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium ......................... 12
Hình 2.7: Mặt trước mạch đếm sản phẩm mơ phỏng bằng altium...................... 12
Hình 3.1: Sơ đồ chân CD4093 ............................................................................ 14
Hình 3.2: Sơ đồ chân IC 7408 ......................................................................... 17
Hình 3.3: Sơ đồ chân CD4027 ............................................................................ 19
Hình 3.4: Sơ đồ chân IC 7447 ........................................................................... 20
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối IC 7447 ......................................................................... 21
Hình 3.6: Mạch vẽ mơ phỏng .............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7: Mạch dựng 3D..................................... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.8: Mạch ngun lí sau khi được in ra ...... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9: Ngâm mạch in vào dung dịch FeCl3... Error! Bookmark not defined.

Hình 3-1: Mạch in ............................................................................................... 22
Hình 3-2: Mạch in trên tấm đồng ........................................................................ 23
Hình 3-3: Mạch sau khi ngâm ............................................................................. 23
Hình 3-4: Lắp ráp linh kiện ................................................................................. 24
Hình 3-5: Mạch sau khi hàn ................................................................................ 24

3


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quên thuộc với nhiều người, bởi
vì sự phát triển của nghành kỹ thuật số đã có ảnh hưởng rất lớn đến nghành kinh
tế tồn cầu. có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là
“nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật
ngữ kỹ thuật. Nhờ có ưu điểm của xử lí số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính
đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều
khiển và khai thác mạng. Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều
linh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau. Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên
lạc và tin học.
Ngày nay, kỹ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử,
Điều khiển tự động, Phát thanh truyền hình, Y tế, Nơng nghiệp... và ngay cả trong
các đồ dùng sinh hoạt gia đình. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ
thuật, việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần vào giảm bớt giá thành sản
phẩm làm bằng các linh kiện rời. Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung
số ngày càng nhiều. Nó thâm nhập nhanh chóng vào các lĩnh vực điện tử thông
dụng và chuyên nghiệp. Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài Thiết
kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7

thanh.

4


CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG

1.1Cơ sở lựa chọn đề tài
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
nhóm em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển
thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản phẩm.
1.2 Mục đích yêu cầu
Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng
sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà khơng cần tốn sức của
cơng nhân.
u cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn
nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sửa và rẻ tiền.
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Trên phương pháp nghiên cứu và phân tích các chức năng của linh kiện, vi
mạch và áp dụng các kiến thức cùng với sự chỉ đạo của phụ trách giáo dục để xây
dựng nên một mạch có chức năng hoạt động đếm số lượng và đúng với tài nguyên
yêu cầu.

5


CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ BỘ ĐẾM, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG
VÀ TÍNH TỐN

2.1 Tính tốn hệ thống
Ta có đề hình trạng thái:
Biểu đồ này hiện thị chuỗi các trạng thái mà bộ đếm tiến lên khi nó có được tạo
xung nhịp. Hình bên dưới cho thấy được trạng thái bộ đếm nhị phân 4 bit

â 0000

0001

0010

0011

0100

1000

0111

0110

0101

Hình 2.1: Biểu đồ trạng thái của bộ đếm nhị phân 4 bit
Mạch khơng có đầu vào nào ngồi xung đồng bộ và khơng có đầu ra khác
nào khác ngồi trạng thái bên trong của nó (đầu ra được lấy ra khỏi mỗi flip-flop
trong bộ đếm). Trạng thái tiếp theo của bộ đếm phụ thuộc hoàn toàn vào trạng
thái hiện tại của nó. Và sự chuyển đổi trạng thái xảy ra mỗi khi xung đồng bộ
xuất hiện. Hình 2.1 cho thấy được chuỗi đếm sau mỗi xung đồng bộ
â 0000

0001

0010

0011

0100

1000

0111

0110

0101

Hình 2.2: Đếm chuỗi sau mỗi xung
Khi mạch tuần tự được xác định bởi biều đồ trạng thái, bước tiếp theo là lấy bảng
trạng thái bảng chuyển đổi trạng thái và các giá trị các đầu vào, bảng này được
suy ra từ biều đồ trạng thái trong hình 2.1 và được thể hiện ở bảng bên dưới.

6


JK-FF
STT Q3 Q2 Q1 Q0

Q′3

Q′2

Q′1

Q′0

J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

X

0

X

0

X

1

X

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

X

0

X

1

X

X

1

2

0

0

1

0

0

0

1

1

0

X

0

X

X

0

1

X

3

0

0

1

1

0

1

0

0

0

X

1

X

X

1

X

1

4

0

1

0

0

0

1

0

1

0

X

X

0

0

X

1

X

5

0

1

0

1

0

1

1

0

0

X

X

0

1

X

X

1

6

0

1

1

0

0

1

1

1

0

X

X

0

X

0

1

X

7

0

1

1

1

1

0

0

0

1

X

X

1

X

1

X

1

8

1

0

0

0

0

0

0

1

X

1

0

X

0

X

1

X

9

1

0

0

1

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

10

1

0

1

0

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

11

1

0

1

1

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

12

1

1

0

0

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

13

1

1

0

1

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

14

1

1

1

0

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

15

1

1

1

1

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Tối thiểu hóa bìa Karnaugh


Hàm J3:
Q1Q0

Q3Q2

00

01

11

10

00
1

01
11

X

X

X

X

10

X

X

X

X

J3 = Q2Q1Q0
7




Hàm K3:
Q1Q0

00

Q3Q2

01

11

10

00

X

X

X

X

01

X

X

X

X

11

X

X

X

X

10

1

X

X

X

00

01

K3 = 1



Hàm J2:
Q1Q0

Q3Q2

11

00

10

1

01

X

X

X

X

11

X

X

X

X

X

X

X

00

01

11

10

X

X

X

X

10
J2 = Q1Q0


Hàm K2:
Q1Q0

Q3Q2
00
01

1

11

X

X

X

X

10

X

X

X

X

K2 = Q1Q0
8


Hàm J1:
Q1Q0

01

11

10

00

1

X

X

01

1

X

X

X

X

X

X

X

X

00

01

11

10

00

X

X

1

01

X

X

1

11

X

X

X

X

10

X

X

X

X

01

11

10

Q3Q2

11

00

X

10
J1 = Q0


Hàm K1:
Q1Q0

Q3Q2

K1 = Q0
Hàm J0:
Q1Q0

00

Q3Q2

00

1

X

X

1

01

1

X

X

1

11

X

X

X

X

10

X

X

X

X

J0 = 1
9




Hàm K0:
Q1Q0

00

Q3Q2

01

11

10

00

X

1

1

X

01

X

1

1

X

11

X

X

X

X

10

X

X

X

X

K0 = 1
Tổng kết sau khi rút gọn:
J3 = Q2Q1Q0
K3 = 1
J2 = K2 = Q1Q0
J1 = K1 = Q0
J0 = K0 = 1
2.2Mạch JK-FF đếm 8 sản phẩm

Hình 2.3: Mạch JK-FF
10


2.3Thiết kế mạch
Ta sử dụng phần mềm proteus để mô phỏng mạch đếm 8 sản phầm sử dụng JKFF

Hình 2.4: Mạch đếm 8 sản phẩm sử dụng JK-ff
-Ta có mạch ngun lý mơ phỏng trên phần mềm altium:

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý
11

-Mạch in 2D mơ phỏng trên phần mềm Altium:

Hình 2.6: Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium
-Mạch in 3D mơ phỏng trên phần mềm Altium:

Hình 2.7: Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium
12


CHƯƠNG 3.

CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU
CHỈNH

3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng
IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 7408, IC 7447, IC 4027 điện trở, biến trở….
Tên linh kiện

Giá trị

Chức năng

IC 4093

3-20v

Tạo xung cho mạch đếm
Hiển thị giá trị đếm

7SEG
IC 7408

5v

Cổng logic AND

IC 4027

5v

Trigger JK-FF

IC 7447

5v

IC giải mã cho led 7seg

3.1.1 IC 4093 cổng NAND

IC CD4093 còn được gọi là cổng NAND 2 đầu vào gói bốn vì nó chứa bốn
cổng NAND 2 đầu vào độc lập với hoạt động kích hoạt Schmitt. IC hoạt động ở
các mức điện áp khác nhau và có thể tiêu thụ dịng điện tối đa 1uA khi hoạt động
ở 18V DC.
o Các tính năng và thông số kỹ thuật CD4093
Điện áp hoạt động: 5V, 10V, 15V DC
Dòng đầu vào tối đa: 1uA
Điện áp trễ thông thường 0,9 V ở VDD: 5 V và 2,3 V ở VDD: 10 V

Khả năng miễn nhiễm nhiễu lớn hơn 50%
Thời gian tăng và giảm đầu vào không giới hạn

13


Hình 3.1: Sơ đồ chân CD4093
Sơ đồ chân CD4093
IC có 14 chân cho I / O và nguồn. IC có 4 mạch kích hoạt Schmitt với 2 cổng
NAND đầu vào, bảng dưới đây cho chúng ta hiểu rõ hơn về sơ đồ chân của IC.
Số
chân

Tên chân

Mô tả

1

A

Đầu vào 1

2

B

Đầu vào 2

3

J

Đầu ra NAND của A và B

4

K

Đầu ra NAND của C và D

5

C

Đầu vào 3

6

D

Đầu vào 4

7

VSS

Ground

8

E

Đầu vào 5

9

F

Đầu vào 6

10

L

Đầu ra NAND của E và F

11

M

Đầu ra NAND của G và H

12

G

Đầu vào 7

13

H

Đầu vào 8

14

VCC

Đầu vào điện áp dương
14


Bảng làm việc và đầu ra
NAND còn được gọi là cổng NOT-AND, nó là cổng logic cung cấp đầu ra sai khi
các đầu vào là đúng, do đó nó là đầu ra bổ sung của cổng AND. CD4093 là IC 14
chân với 4 cổng NAND bên trong. Chân 1 A và Chân 2 B là đầu vào của cổng
NAND 1 cung cấp đầu ra bổ sung của cổng AND tại chân 3 J. Tương tự, hình ảnh
bên dưới mơ tả cách cổng NAND được kết nối với chân nào.
Bảng chân lý bên dưới cho thấy các đầu vào và đầu ra của cổng NAND. Bất kỳ
đầu vào nào được cấp cho chân 1, 2, 5, 6, 8, 9, 11, 12, một đầu ra tương ứng thông
qua cổng NAND sẽ được nhận. Bảng sau có thể được tham chiếu cho các giá trị
đầu vào và đầu ra.
Đàu vào A

Đầu vào B

Đầu ra

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

3.1.2 IC 7408
IC 7408 (IC 74LS08) được biết đến là một vi mạch tích hợp với 4 cổng
AND hai đầu vào 8 bit. 7408 là dòng IC thuộc họ IC 74XXYY. Cổng AND là
một mạch tín hiệu được sử dụng để có thể chuyển đổi các trạng thái logic. Trong
cổng AND sẽ có 2 dạng tín hiệu logic được sử dụng.
Đầu tiên, dạng tín hiệu mức cao, có điện áp trong khoảng từ 3-5V và dạng
thứ 2 là dạng tín hiệu ở mức thấp tương đương với mức điện áp 0 – 2,6V. Một

cổng AND cần sử dụng 2 chân đầu vào và 1 chân cho đầu ra.
Đầu ra cũng sẽ hoạt động ở 2 trạng thái mức cao và mức thấp, nhưng để
đầu ra ở mức cao thì buộc cả 2 trạng thái đầu vào cũng phải ở mức cao.
IC 7408 được cấu tạo với 4 cổng AND, các cơng có thể được sử dụng
riêng biệt mà khơng gây ảnh hưởng tới các cổng khác.
74LS08 chỉ cần sử dụng 1 nguồn duy nhất, đầu ra của IC luôn tương thích
với các thiết bị TTL và các bộ vi điều khiển khác.

15


IC 7408 với kích thước nhỏ gọn và tốc độ xử lý nhanh nên có độ tin cậy
khá cao. Một số các cổng logic khác cùng dòng như: 74LS73, 74LS00, 74LS02,
74LS04, 74LS138.
o Thông số kỹ thuật IC 7408:
 Dải điện áp hoạt động 4,75 – 5,25V. Điện áp được khuyến nghị cho
IC là 5V nhưng có thể lên tối đa là 7V.
 IC cho phép dòng điện lớn 8mA ở đầu ra.
 Thời gian tăng giảm điển hình: 18ns.
 Nhiệt độ hoạt động: 0 ° C đến 70 ° C
 Nhiệt độ bảo quản: -65 ° C đến 150 ° C
 Tiêu thụ ít điện năng.
Chi tiết sơ đồ chân IC 7408

16


Hình 3.2: Sơ đồ chân IC 7408

CHÂN

A1

Chân 1

MƠ TẢ CHI TIẾT
Chân 1 là chân đầu vào đầu tiên cho cổng AND đầu tiên trong IC
74LS08.

B1

Chân 2

Chân 2 là chân đầu vào thứ hai cho cổng AND đầu tiên trong IC 74LS08.

Y1

Chân 3

Đầu ra của cổng AND đầu tiên

A2

Chân 4

Chân 4 là chân đầu vào đầu tiên của cổng AND thứ hai trong IC 74LS08.

B2

Chân 5

Chân 5 là đầu vào thứ hai của cổng AND thứ hai trong IC 74LS08.

Y2

Chân 6

Chân là đầu ra của cổng AND thứ hai.

GND

Chân 7

Chân 7 là chân nối đất.

Y3

Chân 8

Chân 8 là đầu ra của cổng AND thứ ba

A3

Chân 9

Chân 9 là đầu vào đầu tiên cho cổng AND thứ ba của vi mạch.

B3

Chân 10

Chân 10 là đầu vào thứ hai cho cổng AND thứ ba.

Y4

Chân 11

Chân 11 là đầu ra của cổng AND thứ tư.

A4

Chân 12

Chân 12 là chân đầu vào đầu tiên của cổng AND thứ tư.

B4

Chân 13

Chân 13 là chân đầu vào thứ hai của cổng AND thứ tư.

VCC

Chân 14

Chân cấp nguồn.

17


3.1.3 IC 4027

Cấu tạo bên trong ic số CD4027 có 2 cổng Flip-Flop, mỗi cổng có xung clock
ngõ vào và 2 ngõ ra Q & Q’ . IC CD4027 được sản xuất theo cơng nghệ Cmos, là
một mạch tích hợp được xây dựng từ các Mosfet và một số điện trở phụ trợ. IC
hoạt động tốt nhất ở điện áp 0-20V. Các hoạt động của IC này là rất đơn giản để
hiểu nếu chúng ta hiểu được hoạt động của cổng Flip-Flop.
Bạn có thể nhìn thấy trong sơ đồ dưới các cổng Flip-Flop được dây độc lập.
Thông số kỹ thuật ic số CD4027 cổng Flip-Flop
Datasheet

CD4027

Chân

14

Số cổng Flip-Flop trong ic

2

Điện áp hoạt động

3V – 20V DC

Dòng ngõ ra

10mA

Nhiệt độ hoạt động

-55°C – 125°C

Mức logic

0 hoặc 1

Sơ đồ chân CD4027
Số chân Tên chân

Mô tả

16
Vcc
Cấp nguồn 5V cho IC
8
Ground
Nối mass của hệ thống
JK Flip Flop 1 / JK Flip Flop 2
Clock-1 / clock3, 13
Các chân này phải được cấp xung đồng hồ cho flip flop
2
Khi Preset cao, flip flop sẽ đặt Q = 1 chứ không phải Q =
2, 7
Reset-1 / reset-2
0
4, 12
Clear-1 / clear-2 Khi Clear cao, flip flop sẽ đặt Q = 0 chứ không phải Q = 1

18

5, 11

K-1 / K-2

Chân đầu vào của flip flop

6, 10

J-1 / J-2
Q-1(bar) / Q2(bar)
Q-1 / Q-2

Chân đầu vào khác của flip flop

2, 14
1, 15

Chân đầu ra đảo ngược của flip flop
Chân đầu ra của flip flop

Hình 3.3: Sơ đồ chân CD4027

3.1.4 IC 7447
IC 7447 hay IC 74LS47 là một mạch tích hợp nằm trong dịng IC
74xx được sử dụng trong máy tính, bộ đếm kỹ thuật số, đồng hồ hay các
thiết bị đo lường khác.
IC 7447 được biết đến nhiều khi được dùng trong bộ giải mã hiển
thị của bộ BCD Led 7 thanh và đầu ra bộ thu mở 15V. IC 74LS47 được
sản xuất trong gói 14 chân.
Sơ đồ chân của IC 7447

19


Hình 3.4: Sơ đồ chân IC 7447
Dưới đây là sơ đồ chân của IC 7447:


Chân số 1, 2, 6, 7 là đầu vào ứng với B, C, D, A



Chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 là các chân đầu ra, những chân
này sẽ được nối với led 7 thanh để điều khiển chúng.



Chân số 8 là chân nối đất GND



Chân số 16 là chân cấp nguồn Vcc 5V, khơng cấp q nguồn 5V
để IC hoạt động bình thường.



Chân số 3 LT (Lamp Test) dùng để kiểm tra led 7 đoạn. Nếu
chân số 3 nối mass thì led sẽ sáng cùng lúc 7 đoạn. Chân này chỉ
dùng để kiểm tra xem led 7 thanh có bị hỏng đoạn nào hay không
thôi.



Chân số 4 BI/RB0 được nối với mức cao, nếu bị nối với mức
thấp thì tồn bộ đèn sẽ không sáng.



Chân số 5 RBI nối với mức cao.

20