Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JK-FF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra báo khi gặp số đếm 2, 5.

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.96 MB, 39 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

có đầu ra báo khi gặp số đếm 2, 5.

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Hà Thị Phương

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Điệp 2021604428Trần Tuấn Minh2021603762

Lớp : FE6021.2

Hà Nội -2023

LỜI NÓI ĐẦU

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuậtđiện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trị quan trọng trong mọi lĩnh vực kỹthuật, cơng nghiệp tự động hóa. Do đó chúng ta phải lắm bắt và vận dụng nómột cách hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thếgiới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật nói riêng.

MỤC LỤ

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI NĨI ĐẦU...1

MỤC LỤC...2

DANH MỤC HÌNH ẢNH...4

DANH MỤC BẢNG BIỂU...5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...6

1.1. Giới thiệu chung...6

1.2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu...6

1.3. Phương pháp nghiên cứu...7

2.3. Mạch logic LED đơn...18

2.4. Mạch tạo xung và bộ giải mã led 7 thanh...19

2.4.1. Mạch tạo xung...193

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

2.4.2. Bộ giải mã led 7 thanh...19

2.5. Mô phỏng trên proteus...20

2.5.1. Giới thiệu về phần mềm proteus...20

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ thống...7

Hình 1.2. Đồ hình trạng thái tổng quát của hệ thống...8

Hình 2.6. Mạch logic đèn led đơn tại K đ= 2...18

Hình 2.7. Mạch logic đèn led đơn tại K đ = 5...18

Hình 2.8. Mạch tạo dao động sử dụng IC555...19

Hình 2.9. Dạng xung đầu ra của mạch dao động...19

Hình 2.10. Cấu tạo led 7 đoạn...20

Hình 2.11. Sơ đồ khối giải mã led 7 đoạn...20

Hình 2.12. Phần mềm proteus mơ phỏng mạch...21

Hình 2.13. Sơ đồ các khối mơ phỏng trên proteus...22

Hình 2.14. Kết quả mơ phỏng mạch đếm trên proteus...23

Hình 3.1. Phần mềm thiết kế mạch in Altium designer...24

Hình 3.2.Sơ đồ mạch Schematic trong Altium...25

Hình 3.3. Mạch PCB trong Altium designer...25

Hình 3.4. Mạch PCB trong file PDF...26

Hình 3.5. Mạch sau khi hàn linh kiện...26

Hình 3.6. Mạch thực tế...27

Hình 3.7. Kết quả chạy mạch đếm...275

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

CHƯƠNG 1.TỔNG

1.1. Giới thiệu chung

Kỹ thuật điện tử là một ngành kỹ thuật điện sử dụng các phần tử điện phituyến và hoạt động tích cực như các linh kiện bán dẫn, đặc biệt là mạch tíchhợp, diot, transistor… để thiết kế các vi điều khiển, vi xử lý, thiết bị, mạch điệnvà các hệ thống điện tử khác. Kỹ thuật điện tử thường cũng thiết kế các phần tửđiện thụ động, thường là dựa trên bảng mạch in.

Kỹ thuật điện tử nói chung và mạch điện tử nói riêng đang ngày càng pháttriển trong đời sống và các ngành kỹ thuật. Ngày nay, hầu hết các thiết bị liênquan đến điện tử và mạch điện tử. Điều đó cho thấy tầm quan trong của điện tửtrong đời sống của chúng ta.

Trong pham vi môn học “Kỹ thuật xung số”, nhằm ứng dụng kiến thức củamôn học, cũng như nhận thấy sự phát triển của mạch điện tử trong đời sống,nhóm chúng em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ

khi gặp số đếm 2, 5”. Nội dung chính của đề tài nhằm thiết kế bộ đếm có thểđếm thuận theo mục đích của người dùng. Đó là một vài giới thiệu chung vềđiện tử nói chung và đề tài của chúng em nói riêng, các vấn đề chi tiết sẽ đượcnhóm chúng em trình bày ở các mục sau.

1.2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích: Tìm hiểu và thiết kế mạch đếm nhị phân, thuận, đồng bộ và hiểnthị số đếm trên led 7 thanh

Nhiệm vụ:

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

 Tìm hiểu lý thuyết mạch đếm

1.3. Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu:

thầy cô.

Các mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số chúng được sửdụng để đếm thời gian, bộ chia tần số, điều khiển các mạch khác. Dưới tác độngcủa tín hiệu vào mạch sẽ chuyển từ trạng thái này đến một trạng thái khác, và

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

1.4.2. Đồ hình trạng thái

Đồ hình trạng thái mô tả các trạng thái biến đổi của mạch theo sự tác độngcủa đầu vào.

Hình 1.2. Đồ hình trạng thái tổng qt của hệ thống

Khi khơng có tín hiệu vào mạch giữ ngun trạng thái, khi có tín hiệu mạchsẽ chuyển đến trạng thái kế tiếp.

1.4.3. Các loại mạch đếm

Phân loại theo cách làm việc:

Bộ đếm đồng bộ: bộ đếm mà sự chuyển đổi trạng thái trong các FF diễn rađồng thời khi có tác động của xung đếm (tác động đồng thời tới các phần tử

Bộ đếm không đồng bộ: là bộ đếm tồn tại cặp chuyển biến trạng tháitrung

gian, các phần tử nhớ không thay đổi trạng thái đồng thời: Si→ S'i→ S' 'i→ Sj

Phân loại theo hệ số đếm:

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Quá trình đếm là thay đổi từ trạng thái này đến trạng thái khác và trong mỗitrạng thái được mã hóa bởi một mã cụ thể. Cùng một bộ đếm có thể có nhiềucách mã hóa cụ thể: mã nhị phân, mã gray, mã BCD, mã Johnson…

Phân loại theo hướng đếm:

Bộ đếm thuận: khi có tín hiệu vào bộ đếm sẽ tăng lên 1 giá trị trạng tháiBộ đếm nghịch: khi có tín hiệu vào bộ đếm sẽ giảm đi 1 giá trị trạng tháiBộ đếm thuận nghịch: bộ đếm vừa có khả năng đếm thuận vừa có khả năngđếm nghịch

Ở trong phạm vi bài báo cáo này, chúng em lựa chọn mạch đếm thuận, nhịphân, đồng bộ Kđ = 10.

1.4.4. Ứng dụng của mạch đếm

Mạch đếm được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế. Việc ứng dụngmạch đếm giúp nâng cao sản xuất với ứng dụng đếm sản phẩm thông qua kếthợp sử dụng một số loại cảm biến.

Ngồi ra mạch đếm cịn ứng dụng đếm thời gian trong đời sống hay còn gọi

là đồng hồ điện tử, hoặc trong các bộ hẹn giờ sử dụng trong thể thao.

Hình 1.3. Ứng dụng đếm sản phẩm của mạchđếm

Hình 1.4. Ứng dụng đồng hồ thời gian của mạch đếm

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI, TÍNH TỐN,MƠ PHỎNG VÀ THIẾT KẾT SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Sơ đồ logic của JK-FF:

Sơ đồ logic của phần tử JK-FF cho ta phương trình đặc trưng của hệ:

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Bảng 2.2. Bảng karnaugh biến đổi từ bảng trạng thái của JK - FF

Thông qua bảng Karnaugh xây dựng bảng kích (bảng kích giúp xây dựnglên mạch đếm):

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Bước 3: Xác định số phần tử nhớ sử dụng, mã hóa các trạng thái của bộ

Bước 4: Xác định hàm kích của các FF và hàm ra (dựa vào bảng trạng thái)Bước 5: Vẽ sơ đồ thực hiện

2.2.2. Xây dựng tính tốn cụ thể

Bước 1: Phân tích u cầu đầu bài và tìm ra số trạng thái

Yêu cầu bài toán: Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ Kđ = 10, sửdụng JK-FF

Bước 2: Lập đồ hình trạng thái – căn cứ vào yêu cầu đặt ra

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 2.8. Đồ hình trạng thái của mạch đếm thuận Kđ =10

Bước 3: Xác định số phần tử nhớ JK-FF cần sử dụngDo Kđ=10 → n ≥ log210 → n=4

Số phần tử JK-FF cần sử dụng là 4

Bước 4: Xác định hàm kích của các FF và hàm ra (dựa vào bảng trạng thái)Dựa vào đồ hình trạng thái xây dựng ở bước 2 và bảng kích đối với phần tửJK-FF mà ta xây dựng ở mục trên, ta có bảng biến đổi trạng thái và hàm kíchtrong mạch đếm này như sau:

11→12 1011 XXXX XX XX XX XX

9 → 10 1001 0000 X1 0X 0X X115

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

J1= ´Q3Q0J0=K0=1

Sơ đồ mạch logic:

Hình 2.9. Mạch logic bộ đếm

2.3. Mạch logic LED đơn

Tại thời điểm mạch đếm trả về giá trị 010 (Q0=0, Q1=1, Q2=0) ta có mạch19

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

logic được thiết lập:

Hình 2.10. Mạch logic đèn led đơn tại Kđ= 2

Tại thời điểm mạch đếm trả về giá trị 101 (Q0=1, Q1=0, Q2=1) ta có mạchlogic được thiết lập:

Hình 2.11. Mạch logic đèn led đơn tại Kđ = 5

Trong đề tài này chúng em sử dụng 2 đèn để trả về giá trị tại Kđ=2 và Kđ=5.

2.4. Mạch tạo xung và bộ giải mã led 7 thanh

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Đầu vào điện áp 3-15V, đầu ra là xung vng có dạng:

2.4.2. Bộ giải mã led 7 thanh

Led 7 đoạn là thiết bị hiển thị ánh sáng, đầu ra hiển thị thông tin dưới dạnghình ảnh hoặc văn bản hoặc số thập phân. Dựa vào tên gọi, chúng ta cũng có thểbiết được nó cấu tạo từ 7 đèn LED nhỏ hợp thành. Led 7 thanh thường có loạiAnot (cực dương) chung hoặc Katot (cực âm) chung. Nó được sử dụng rộng rãitrong đồng hồ kỹ thuật số, máy tính cơ bản, đồng hồ đo điện tử và các thiết bịđiện tử khác hiển thị thơng tin số.

Hình 2.13. Dạng xung đầu ra của mạch dao động

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Hình 2.14. Cấu tạo led 7 đoạn

Bộ giải mã led được sử dụng để chuyển đổi số nhị phân từ đầu ra của mạchđếm sang hệ số thập phân.

2.5. Mô phỏng trên proteus

2.5.1. Giới thiệu về phần mềm proteus

Phần mềm proteus là phần mềm chuyên dụng trong việc mơ phỏng các loại

Hình 2.15. Sơ đồ khối giải mã led 7 đoạn

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

mạch, vi điều khiển. Phần mềm được sử dụng phổ biến trong trường học và cáccông ty.

Bài nghiên cứu này chúng em đã lựa chọn phần mềm proteus để thực hiệnmơ phỏng do nó có nhiều ưu điểm như sau:

lại phần báo lỗi.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Hình 2.17. Sơ đồ các khối mơ phỏng trên proteus

Các khối được xây dựng:1. Khối tạo xung clock 2. Khối mạch đếm

3. Khối mạch hiển thị led đơn4. Khối hiển thị led 7 đoạn5. Khối nguồn

Kết quả mô phỏng trển proteus:

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Hình 2.18. Kết quả mô phỏng mạch đếm trên proteus

Đánh giá kết quả mô phỏng:

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀHIỆU CHỈNH

3.1. Vẽ mạch bằng Altium designer

Sau khi chọn xong các thiết bị, linh kiện điện tử ta tiến hành chế tạo mạchthực tế. Để làm mạch trước hết cần thiết kế mạch nguyên lí và vẽ mạch PCBtrên một số phần mềm chuyên dụng như: Altium Designer, Eagle, Autocadelectrical…Altium là một phần mềm thiết kế PCB được nhiều công ty Việt Namvà trên thế giới tin dùng.

Hình 3.19. Phần mềm thiết kế mạch in Altium designer

Ưu điểm:

thơng minh.

Nhược điểm:

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 3.20.Sơ đồ mạch Schematic trong Altium

Sau khi mô phỏng thành công với phần mềm proteus để cho thầy mạchnguyên lý hoạt động là chính xác với u cầu bài tốn, mạch ngun lí được tiếptục sử dụng trong phần mềm Altium designer, mạch nguyên lí được thiết kế giúphỗ trợ đi dây khi thiết kế mạch PCB.

Tiếp theo mạch PCB sẽ được thiết kế:

Hình 3.21. Mạch PCB trong Altium designer

Bước tiếp theo, xuất file PDF để in mạch:27

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 3.22. Mạch PCB trong file PDF

3.2. Tiến hành làm mạch in

Thông qua mạch in đã được thiết kế trên phần mềm Altium designer, mạchin được phủ đồng và loại bỏ lớp đồng dư thừa bằng dung dịch FeCl3, đồng thờiđục lỗ cho các chân linh kiện và hàn các linh kiện vào:

Hình 3.23. Mạch sau khi hàn linh kiện

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 3.24. Mạch thực tế

Hình 3.25. Kết quả chạy mạch đếm

3.3. Đánh giá kết quả

Kết quả đạt được, theo nhóm tự đánh giá:

được chính xác.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

 Led đơn đã sáng tại vị trí đếm mong muốn 𝐾đ = 2, 𝐾đ= 5.

TỔNG KẾT

Ngày nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, cùng với đó các thiếtbị sử dụng mạch điện tử đang ngày càng phổ biến và đóng vai trị khơng thểthiếu trong đời sống. Qua bài báo cáo chúng em đã đạt được nhiều kết quả, tíchlũy được các kiến thức về điện tử. Chúng em đã biết cách phân tích và thiết kếmột mạch điện tử, cách lựa chọn các linh kiện và hiểu hơn về các linh kiện điệntử. Khơng chỉ vậy trong q trình thiết kế mạch cũng gặp khơng ít khó khăn,việc thiết kế mạch in cũng giúp nhóm có những kinh nghiệm trong thực tế.

Từ những kết quả đạt được có thể giúp chúng em áp dụng các kiến thức đóvào thực tế cũng như các môn học tiếp theo. Đề xuất phương hướng phát triểncủa bài báo cáo trong thời gian tới của chúng em là tiếp tục hoàn thiện sản phẩmtrong việc thiết kế mạch in ở vấn đề tối ưu hóa và thành thạo hơn sử dụng phầnmềm thiết kế và kỹ năng chế tạo mạch in.

Trong quá trình nghiên cứu và viết bài báo cáo, ngoài việc tham khảo tàiliệu và nguồn kiến thức vơ hạn trên Internet thì cịn nhận được sự hướng dẫn tậntình của cơ ThS. Hà Thị Phương. Bên cạnh đó, do kiến thức cịn hạn chế nênkhơng thể tránh khỏi sai sót, một lần nữa nhóm rất mong nhận được sự đóng gópcủa thầy cơ và người đọc để bài báo cáo và sản phẩm của chúng em được hoànthiện hơn trong thời gian tới.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Thị Thu Hà, Giáo trình kỹ thuật xung - số,NXB Giáo Dục.

[2] N. N. Anh, Giáo trình thực hành kĩ thuật xung - số, 2014. [3] N. T. T. Hà, Giáo trình điện tử số, 2013.

[4] N. T. Vân, Kỹ thuật số, 2006.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

PHỤ LỤC

Các linh kiện sử dụngIC NE555

IC NE555 được dùng trong mạch tạo xung, khi hoạt động định thời gian trìhỗn từ us đến hàng giờ được chỉnh bằng một tụ điện trở và một tụ điện bênngoài Ic. Khi hoạt động tạo xung tần số và hệ số độ rộng xung (duty cycle) đượcchỉnh bằng hai điện trở và một tụ điện bên ngồi IC.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

IC 7408 có sơ đồ chân kết nối:

Cũng giống như một số loại IC khác, IC 7408 có chân 14 và chân 7 là VCCvà GND, các chân còn lại là các chân vào ra được biểu diễn như sơ đồ hình trên.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

 Bốn đầu vào dữ liệu J và K

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

thập phân được mã hóa nhị phân làm đầu vào và chuyển đổi nó thành một mẫuđể điều khiển 7 đoạn để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9. Số thập phân được mãhóa nhị phân (BCD) là một kiểu mã hóa trong đó mỗi chữ số của một số đượcbiểu diễn bằng chuỗi nhị phân của chính nó (thường là bốn bit).

IC7447 có các các chân 1,2,6,7 là chân input, chân 9 đến 15 là chân output.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

LED đơn

Led đơn là một dạng bóng đèn phát sáng được sử dụng phổ biến trong cácthiết bị điện tử sử dụng trong đời sống. Về bản chất led là một đi-ốt, nó chứamột chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗtrống, kênh N chứa điện tử.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kếtnối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điềuchỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủđộng như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rấtnhiều ứng dụng khác.

Các loại điện trở sử dụng trong sản phẩm mạch đếm:

Điện trở 10k

Điện trở 100k

Trong đó điện trở 10K Ohm được sử dụng trong mạch dao động với sốlượng là 1, điện trở sử 100K Ohm được sử dụng trong mạch dao động với sốlượng là 1, và điện trở sử 330 Ohm được sử dụng trong mạch dao động với sốlượng là 3

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Tụ điện

ngăn cách nhau bởi một lớp cách điện. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt,tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượngđiện trường của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoaychiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụđiện trong mạch điện xoay chiều.

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Nguồn được sử dụng trong mạch đếm là loại nguồn 5V, vậy nên nhómquyết định sử dụng nguồn từ adapter hạ từ 220V xuống 5V-1A.

Adapter 5V-1

</div>