Báo cáo bài tập lớn điện tử số Mạch báo thức đếm lùi

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

ĐIỆN TỬ SỐ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Đề tài: Mạch báo thức đếm lùi

- Đặt giờ báo thức
- Đếm lùi về 0
- Xử lí khi có báo thức
Sinh viên thực hiện: - Nguyễn Quang Học – B21DCVT212
- Đặng Ngọc Lân – B21DCVT268
- Ngô Trung Nghĩa – B21DCVT324
- Trần Võ Hoàng Long – B21DCVT276

HÀ NỘI, THÁNG 03/2023

Mục lục

I. Giới thiệu chung..................................................................................................2
II. Sơ đồ khối...........................................................................................................2
III. Các IC và cồng logic được sử dụng trong mạch..............................................3

1. Các IC..............................................................................................................3
1.1. IC 555........................................................................................................3
1.2. IC 74192....................................................................................................4
1.3. IC7447.......................................................................................................7
1.4. LED 7 đoạn anot chung.............................................................................9
1.5. LED đơn....................................................................................................9

2. Các cổng logic trong mạch.............................................................................10
2.1. Cổng AND...............................................................................................10
2.2. Cổng NOT...............................................................................................10
2.3. Cổng OR..................................................................................................11
2.4. Cổng NOR...............................................................................................11

IV. Nguyên lý hoạt động......................................................................................12
1. Nguyên lý.......................................................................................................12
2. Sử dụng..........................................................................................................13

V. Mạch kết quả và một số kết quả mô phỏng.......................................................13
1. Mạch kết quả..................................................................................................13
2. Một số kết quả................................................................................................14

VI. Đánh giá hoạt động của mạch........................................................................15
1. Ưu điểm..........................................................................................................15
2. Nhược điểm....................................................................................................15

1

I. Giới thiệu chung
Mạch báo thứ đếm lùi là mạch cho phép ta đặt sẵn một khoảng thời gian nào đó.

Khi bấm nút khởi động thì mạch sẽ đếm ngược từ giá trị trước đó về 00:00:00, lúc
đó sẽ có ín hiệu chng báo thức. Khi chng báo kêu thì cho phép chọn các chế
độ tắt chng đi hoặc định lại thời gian hẹn giờ.

Mạch cần sử dụng các IC tạo xung, IC đếm và giải mã BCD sang LED 7 đoạn
để hiển thị thời gian, sử dụng các nguồn VCC=5V.
II. Sơ đồ khối

- Khối 1: là một IC 555 có nhiệm vụ tạo xung đi vào khối 2.
- Khối 2: là 6 IC 74192 mắc nối tiếp, tiếp nhận xung từ khối 1 và khối 5, có
nhiệm vụ thực hiện việc đếm theo đồng hồ, và truyền tín hiệu đến khối 3 giải mã.
- Khối 3: là IC 7447 có chức năng giải mã từ BCD sang LED 7 đoạn ở khối 6.
Mỗi IC sẽ giải mã một nhóm tín hiệu song song xuất ra từ một IC 74192 ở khối 2.
- Khối 4: khối tiếp nhận dữ liệu từ khối 2, xử lý khi đồng hồ báo về 0 từ Ring,
Silence, Snooze, …
- Khối 5: là khối điều khiển giờ cần hẹn, đưa dữ liệu vào khối 2.

2

III. Các IC và cồng logic được sử dụng trong mạch

1. Các IC

1.1. IC 555

Đây là loại IC định thời với chức năng tạo xung. IC 555 hoạt động ở cả hai chế

độ: phi ổn (không ổn định – dao động) và đơn ổn (ổn định – tạo xung hay tạo sự

trì hỗn). Người ta dùng IC 555 trong phần lớn các ứng dụng dòi hỏi chức năng

dao động đa hài.

Dưới đây là sơ đồ chân IC 555: Chi tiết từng chân:

1 Ground

2 Trigger

3 Out

4 Reset

5 Control Voltage

6 Threshold

7 Discharge

8 VCC

Sơ đồ khối nguyên lý của IC 555.
Sơ đồ nguyên lý của IC 555 gồm một mạch phân áp 3 điện trở R mắc nối tiếp
với chân 8. Ở đây chân 8 bao gồm nguồn nuôi của các bộ so sánh và các cổng logic

3

trong mạch. Mạch gồm hai bộ so sánh (1) và (2). Điện áp đầu vào của bộ so sánh
(1) có giá trị là 32 VCC, của bộ (2) là 31 VCC.

Điện áp VCC nối giữa chân 8 có giá trị từ 5V tới 25V tuỳ vào mức biên độ của
xung đầu tra. Trong bài này ta sử dụng nguồn Vcc = 5V.

Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung sử dụng IC 555 được trình bày như hình
sau:

Chân 2, 6 và tụ C được nối với nhau nên hiệu điện thế

trên tụ sẽ điều khiển đồng thời cả hai bộ so sánh điện áp.
Nếu điện thế này vượt mức ngưỡng 32 VCC, thì xung trên
đầu ra của Trigger sẽ bị xố. Ngược lại, khi tụ phóng
xuống dưới mức 31 VCC thì xung ra lại được lập. Quá trình
này sẽ tiếp diễn và cho một chuỗi xung ở lối ra. Bên cạnh
đó ta nối thêm một tụ C2 = 10 nF vào chân số 5 để chống
nhiễu.
- Thời gian nạp:

tnạp = (R1 + R2) * C * ln2
- Thời gian phóng:

tnạp = R2 * C * ln2
- Chu kì của xung đầu ra:

T = tnạp + tph = ln2 * (R1 + R2) * C
 f = 1T = 1 ln 2 (R 1+2 R 2)C (Hz)

Để tạo xung đồng hồ có tần số f = 1 Hz ta chọn các giá trị của R, C như sau:
R1 = 4,3k, R2 = 5k, C1 = 100µF

1.2. IC 74192

4

Đây là loại IC đếm thập phân đồng bộ, có khả năng đếm lên hoặc xuống, có 2

chân DN/UP riêng biệt để đếm xuống/lên, và có 2 chân TCD (đối với đếm lùi) và

TCU (đối đếm tiến) là các gợn xung ra. Các chân TCU, TCD có mức logic 1 và nó sẽ

chuyển về mức thấp khi kết thúc một vịng đếm.

Có một chân PRESET để thiết lập tín hiệu và một chân RESET đưa bộ đếm về

0.

Bảng trạng thái:

MR PL UP DOWN MODE

1 X X X Xoá

0 0 X X Nạp dữ liệu

0 1 1 1 Ngừng đếm

0 1 L – H 1 Đến thuận (UP)

0 1 1 L – H Đếm nghịch (DOWN)

Ngoài ra, IC này cịn có 4 chân để load 4 dữ liệu trước khi đếm và 4 chân đưa dữ

liệu ra ngoài. Các đầu vào nạp dữ liệu D3 D2 D1 D0 dưới dạng BCD. Dữ liệu (D3

D2 D1 D0) sẽ được nạp vào bộ đếm khi chân PL ở mức logic thấp PL=0, khi PL=1

Sẽ là bộ đếm mod 10. Q3 Q2 Q1 Q0 là các đầu ra dữ liệu dưới dạng mã BCD.

MR là đầu vào xoá, khi MR=1 thì dữ liệu đầu ra Q3 Q2 Q1 Q0 bị xoá về 0000.

Dưới đây là sơ đồ của IC 74192:

5

Ở đây do yều cầu của chúng ta là cần phải cho
mạch đếm như đồng hồ nhưng mỗi IC 74192 chỉ có
thể đếm trong khoảng 0-9 (chỉ hiện thị 1 chữ số) nên
ta phải ghép chồng 6 IC 74192 lại với nhau. Mỗi IC
sẽ đảm nhận vai trò đếm hàng đơn vị, một sẽ đếm
hàng chục của giờ, phút, giây.
Để đảm bảo yêu cầu này, ta lợi dụng ngõ ta TCU hoặc TCD của IC này nối đến
ngõ UP hoặc DOWN của IC kia. Mỗi IC đếm đồng bộ, nhưng cả khối 6 IC đếm
không đồng bộ vì xung đồng hồ dợn sóng từ IC này qua IC khác.
Vì muốn mạch hiên thị được giống như đồng hồ nên dùng các chân D0 đến D3
để đặt các giá trị tối đa cho phút giây cho 60 phút và 60 giây.

6

Ví dụ cho cách mắc hàng giây:
1.3. IC7447

IC 7447 là IC giải mã BCD sang LED 7 đoạn anot chung. Sơ đồ chân:

7

Bảng trạng thái:

H: High Voltage Level – mức điện áp cao
L: Low Voltage Level – mức điện áp thấp

X: Immaterial – tuỳ chọn
Đây là IC chuyển từ mã nhị phân sang các số tương ứng được hiện thị trên LED
7 đoạn. IC có ngõ ra tích cực mức thấp. IC có:
- 7 ngõ ra từ a b c d e f g
- 4 ngõ vào dữ liệu A B C D
- Chân LT có tác dụng kiểm tra LED có hoạt động khơng
- Chân RBO = 0 thì LED tắt
- Chân RBI = 0 thì LED tắt còn các đầu vào ở giá trị khác, đầu ra hiển thị các
chữ số khác 0 vẫn sáng bình thường.
- Chân RBO và RBI có tác dụng để khắc phục trường hợp hiển thị những số 0
không cần thiết nếu có nhiều hơn 1 LED

8

1.4. LED 7 đoạn anot chung

Nguyên lý hoạt động của LED: Cấp nguồn cho chân nào thì đoạn tương ứng với
chân đó sáng. Ví dụ nếu đưa chân A lên mức logic 0 thì đoạn a sẽ sáng (mức logic
0 tương ứng với điện áp thấp).

Tương tự nếu hiện thị số 2 thì mức logic tương ứng ABCDEF là 0010010, số 3
là 0000110, 4 là 1001100, …
1.5. LED đơn

9

2. Các cổng logic trong mạch

2.1. Cổng AND

Bảng trạng thái và kí hiệu cổng AND:

A B Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Cổng AND dùng để thực hiện phép nhân logic. Ngõ ra của cổng logic AND chỉ

lên mức 1 khi tất cả các ngõ vào là mức 1.

- A, B: ngõ vào tín hiệu logic

- 0: mức logic thấp

- 1: mức logic cao

- Y đáp ứng ngõ ra

Một số IC chưa cổng AND: IC 4081, IC 74LS08, IC 4703, …

IC 4073 và IC 74LS08

2.2. Cổng NOT

10

Dùng để đảo tín hiệu đầu vào. Bảng trạng thái và kí hiệu cổng NOT:

A Y

0 1

1 0

Tín hiệu giữa ngõ ra và ngõ vào luôn ngược mức logic nhau.

Một số IC chứa cổng NOT: IC 7400, IC 7404, IC 7414, …

IC 7414

2.3. Cổng OR

Cổng OR dùng để thực hiện phép cộng logic. Bảng trạng thái và kí hiệu cổng

OR:

A B Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Ngõ ra cổng OR ở mức 1 khi ngõ vào có ít nhật một ngõ ở mức 1.

Một số IC chứa cổng OR: IC 74HC32, IC 74HC4075, …

2.4. Cổng NOR

Dùng để thực hiện phép đảo cổng OR. Bảng trạng thái và kí hiệu cổng NOR:

11

A B Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Ngõ ra cổng NOR sẽ ở mức 1 khi tất cả ngõ vào ở mức 0.

Một số IC chứa cổng NOR: IC 4001, IC 4025, IC 74HC02, …

IV. Nguyên lý hoạt động

1. Nguyên lý

- Xung 1 Hz được đưa từ khối tạo xung 555 đến khối 2 để đếm xuống thì đầu ra

của IC 555 được nối với chân DN của IC 74192 đếm chân giây UP được nối với

BUTTON, chân PL nối với TCD, chân MR nối nguồn MASS. Các IC 72192 đếm

được nối tiếp không đồng bộ với nhau, khi IC hàng bên trái đếm hết sẽ đưa tín hiệu

ra IC bên phải ngay cạnh nó, cứ như vậy sẽ đếm được thời gian như đồng hồ.

- Các IC đếm được nối song song với các IC giải mã BCD 7 đoạn 7447, các IC

7447 sẽ nối song song với bộ hiển thị LED 7 đoạn anot chung.

- Các đầu ra của IC 74192 nối với cổng NOR U15 đến U20 và được nối với

U21 (cổng AND), đầu ra của U21 và đầu ra xung của IC 555 nối với cổng OR U22

và đầu ra U22 nối với chân DN của IC 74192 đếm đơn vị giây. Khi bộ đếm về 0 thì

đầu ra của U21 mức logic 1 khiến đầu ra của U22 khơng cịn hoạt động dạng xung

nữa mà ở mức logic 1 khiến IC đếm hàng giây đơn vị ngừng hoạt động dẫn đến

toàn bộ bộ đếm ngừng hoạt động. Lúc này đầu ra của U24 có dạng xung để chuông

kêu (ở đây dùng thêm đèn LED cho tiện quan sát, khi đền sáng cũng là lúc chuông

kêu).

- Đầu ra của U24 nối với switch SILENCE. Khi bấm switch SLIENCE thì đầu

ra của U24 sẽ ở mức logic âm nên loa sẽ ngừng kêu.

12

- Khi bấm vào switch SNOOZE thì sẽ đưa tín hiệu đến chân UP của IC 74192
đếm phút hàng chục, các IC này load các giá trị là 9 phút 59 giây. Lúc này U21 ở
mức logic âm nên mạch sẽ tiếp tục đếm ngược về 0.
- Đầu vào âm thanh dùng xung của đầu ra IC 555 1 Hz.
- Có SW2 để reset tồn bộ mạch đếm về 0.
- Các button CHINH GIO, CHINH PHUT, CHINH GIAY được nối với tất cả
các chân UP của 74192 đơn vị đếm giờ, phút, giây. Có thể chỉnh thời gian bằng
switch SNOOZE.
- Hiện tại mạch có thể chỉnh được tối đa 99 giờ 99 phút 99 giây tương đương
100 giờ 40 phút 39 giây,
2. Sử dụng
- Ban đầu bật SW 3 sao cho xung chưa vào khối 2. Sau đó sử dụng các
BUTTON chỉnh giờ, phút, giây đến thời gian mong muốn.
- Khi bộ đếm đếm ngược về 0 thì đèn LED sẽ nháy và chng kêu. Khi đó có
lựa chọn bấm switch SNOOZE thì mạch sẽ đếm ngược lại từ 9 phút 59 giây,
chng ngừng kêu. Bên cạnh đó có thể sử dụng button SILENCE để thực hiện chứ
năng chỉ báo đèn hoặc báo đèn và chuông.
V. Mạch kết quả và một số kết quả mô phỏng
1. Mạch kết quả

13

2. Một số kết quả
a. Khi đồng hồ đếm về 0, đèn sáng.

b. Khi đèn sáng, bấm SNOOZE thì đèn không sáng nữa và đồng hồ đếm ngược
lại từ 10 phút 00 giây (ảnh chụp sau khi bấm nút SNOOZE nên hiển thị 9 phút 55
giây).

14

VI. Đánh giá hoạt động của mạch
1. Ưu điểm
- Mạch hoạt động tốt, có độ chính xác cao trong việc đếm thời gian và thông
báo khi đến thời điểm đếm lùi kết thúc.
- Mạch có khả năng đếm ngược với lượng thời gian lên tới 100 giờ 40 phút 39
giây.
- Mạch có thể thiết kế vời nhiều tính năng khác nhau, từ việc đếm lùi đơn giản
đến tính năng hẹn giờ, phát nhạc báo thức, … Điều này giúp cho mạch có thể ứng
dụng đa dạng, tích hợp vào các thiết bị điện tử như đồng hồ, bộ định thời, máy
tính,…
2. Nhược điểm
- Mạch báo thức đếm lùi tự động có độ phức tạp cao, đặc biệt khi tích hợp
nhiều tính năng khác nhau.
- Mạch sử dụng nhiều linh kiện, dẫn đến chi phí sản xuất và thiết kế cao, đặc
biệt là với các tính năng phức tạp.

Hết

15