báo cáo thực tập cơ bản tín hiệu số

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.26 MB, 21 trang )

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

<b>ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI</b>

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

<b>TÍN HIỆU SỐ</b>

Tín hiệu số cịn được biết thơng dụng với tên gọi tín hiệu digital có biên độ rời rạc, khơng liên tục nhau theo từng thời điểm. Dạng tín hiệu này vận hành theo hệ nhị phân - tại bất kỳ một thời điểm nào, tín hiệu chỉ được thể hiện thông qua chữ số 0 và 1. Với 1 thể hiện mức điện thế cao (ở ạng thái ON) và 0 biểu diễn mức điệtr n thế thấp (ở ạng thái OFF). Tín hiệu số được hình thành từ cơng nghệ do đó thuậtr n tiện hơn trong việc xử lý và lưu ữ dữ ệu. tr li

Tín hiệu số có nhiều hơn hai trạng thái đôi khi được sử dụng; mạch sử dụng các

tín hiệu như vậy được gọi là logic đa trị. Ví dụ, các tín hiệu có thể giả sử ba trạng

thái có thể được gọi là logic ba giá trị.

Tín hiệu sốlà tín hiệu khơng có thật trong tự nhiên

,được con người tạo ra bằng công nghệ nên có thể thay đổi điều chỉnh theo mục đích của mình. Ví dụ: điều chỉnh âm thanh trong loa máy tính, điều chỉnh âm thanh ti vi; có thể tăng âm lượng lớn lên hoặc nhỏ đi trong máy nghe nhạc….; nói chung là khơng có sẵn mà phải nhờ tác động của con người thơng qua cơng nghệ.

Tín hiệu Digital được áp dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống chủ yếu là các thiết bị điện tử viễn thơng…

<b>2.</b>

<b>Ưu, nhược điểm của tín hiệu số</b>

Tín hiệu số digital được dùng trong nhiều thiết bị âm thanh giúp lưu trữ và xử lý thơng tin.

Tín hiệu số có khả năng loại bỏ các tạp âm khi truyền tải tín hiệu digital.Sao chép thơng tin dữ ệu hạn chế giảm chất lượng và có thể sao chép vơ số lilần khơng giới hạn.

Tín hiệu số không bị tác động bởi dao động nhiệt và điện áp.Dù là tuyến tính hay khơng thì tín hiệu số vẫn khơng bị biến dạng.Có thể truyền đi ở khoảng cách xa.

Tất cả các thông tin dạng kỹ thuật số đều được mã hóa dễ dàng.Nhiều cơng cụ hỗ ợ ỉnh sửa có sẵtr ch n.

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

<b>CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN</b>

Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra. Cổng NOT dùng để thực hiện NOT hay phép phủ định trong đại số Boole. Cổng NOT còn được gọi là cổng ĐẢO (Inverter).

Ngõ vào Ngõ ra

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

Ký hiệu cổng AND

<small>Bảng trạng thái cổng AND</small>

Nhận xét:

<small>o</small> Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao.

<small>o</small> Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại. Biểu thức logic: Q = A.B

Cổng NAND là kết hợp của cổng AND và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NAND là đảo với ngõ ra cổng AND.

Ký hiệu cổng NAND

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<small>Bảng trạng thái cổng NAND</small>

Nhận xét:

o Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0. o Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1. Bi u thể ức logic: Y = 𝐴. 𝐵

Cổng EX OR dùng để thực hiện hàm EX OR. Cổng EX OR chỉ có 2 ngõ vào

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

Ký hiệu cổng EX

<small>ảng trạng thái cổng </small>

Nhận xét:

<small>o</small> Ngõ ra của cổng EX OR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau.

<small>o</small> Ngõ ra của cổng EX OR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau. Bi u thể ức logic: Y = 𝐴 B + AB = A ⊕ B

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

<small>Mạch logic và bảng trạng thái</small>

Đầu tiên, chúng ta tạo ra một bảng hiển thị tất cả các trạng thái có thể có ở các ngõ vào A, B, C với các cột bổ sung cho mỗi ngõ ra trung gian (D và E) cũng như ngõ ra cuối cùng (Q). Sau đó, tính ra tất cả các trạng thái ngõ ra trung gian, điền vào bảng như bạn thấy trên hình. Các ngõ ra trung gian này tạo thành các ngõ vào cho cổng tiếp theo để bạn có thể sử dụng chúng để xác định trạng thái logic của ngõ ra tiếp theo, trong ví dụ này là ngõ ra cuối cùng (Q)

Bảng trạng thái hay bảng chân trị ở trên cho thấy trạng thái hay mức logic của các ngõ ra trung gian D và E cũng như ngõ ra cuối cùng Q tương ứng với mức logic ở các ngõ vào A, B, C.

Tất cả các biểu thức logic đều có thể được xây dựng thơng qua các cổng OR. Tuy nhiên, để thực hiện các biểu thức mà chỉ dùng một loại cổng NAND (hay cổng NOR), chúng ta sẽ biến đổi cổng NAND (hay cổng NOR) để thực hiện các cổng logic cơ bản AND, OR, NOT tương đương như

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

<small>Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND</small>

<small>Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng </small>

Để minh họa cho vấn đề vừa trình bày ở trên, chúng ta xem ví dụ sau đây.Biến đổi mạch logic bên dưới về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND.

<small>Mạch logic ban đầu</small>

Chúng ta thấy rằng mạch này có 3 cổng khác nhau (NOR, AND và OR) đểcơng mạch này thì cần phải có ba IC khác nhau cho mỗi loại cổng.

Để thiết kế lại mạch logic này bằng cách sử dụng cổng NAND, chúng ta sẽ thế mỗi cổng bằng các cổng NAND tương đương của nó, như hình dưới đây.

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

Sau đó, chúng ta đơn giản mạch bằng cách xóa các cặp cổng NOT liền kề (được đánh dấu X ở hình trên). Điều này có thể được thực hiện vì khi hai cổng NOT mắc nối tiếp nhau thì trạng thái logic ở ngõ vào và ngõ ra là giống nhau. Hình dưới đây cho thấy mạch logic sau khi đơn giản.

<small>Mạch logic sau khi đơn giản</small>

Mạch logic cuối cùng có năm cổng NAND và chỉ dùng hai IC (với bốn cổng cho mỗi IC). Rõ ràng, mạch này tốt hơn so với mạch ban đầu vì số lượng IC sử dụng ít hơn. Điều này dẫn đến việc thi công mạch sẽ dễ dàng và tiết kiệm được chi phí hơn.

Tất nhiên, mạch logic ở trên cũng có thể biến đổi về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NOR. Các bạn hãy suy nghĩ cách thực hiện nhé.

Như vậy, chúng ta thấy rằng bất kỳ một mạch logic nào cũng có thể chuyển về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND hay cổng NOR. Chính vì điều này mà cổng NAND và cổng NOR được gọi là hai cổng đa năng.

<b>Ứng dụng của cổng logic</b>

Các ứng dụng của cổng logic chủ yếu được xác định dựa trên bảng trạng thái của chúng, tức là phương thức hoạt động của chúng. Các cổng logic cơ bản được sử dụng trong nhiều mạch điện như khóa nút nhấn, kích hoạt báo trộm bằng ánh sáng, bộ điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống tưới nước tự động, v.v.

Ngoài ra, cổng logic cũng chính là các phần tử cấu thành nên các mạch tổ hợp chẳng hạn như mạch giải mã, mạch mã hóa, mạch đa hợp, mạch giải đa hợp,…

<b>CÁC LOẠI IC CƠ BẢN</b>

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

IC 7400 tên đầy đủ là: 74LS00 Quad 2Đây là IC 4 cổng NAND

<small>Bảng trạng thái IC</small>

Sơ đồ chân của IC và hình dạng thực tế:

<small>Sơ đồ chân của IC 7400</small>Chức năng của các

74LS00 là thiết bị 14 PIN. Chip có sẵn trong các gói khác nhau và được lựa chọn tùy theo yêu cầu. Mô tả cho mỗi pin được đưa ra bên dưới.

CỔNG NAND 1

INPUT1 của GATE 1 INPUT2 của GATE 1 OUTPUT của GATE1CỔNG NAND 2

INPUT1 của GATE 2 INPUT2 của GATE 2 OUTPUT của GATE2 CỔNG NAND 3

INPUT1 của GATE 3

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

INPUT2 của GATE 3 OUTPUT của GATE3 CỔNG NAND 4

INPUT1 của GATE 4 INPUT2 của GATE 4 OUTPUT của GATE4 CHÂN NGUỒN

o Đầu ra có thể được giao tiếp với TTL, NMOS, CMOS. o Phạm vi điện áp hoạt động sẽ lớn

o Điều kiện hoạt động rộng rãi

o Không phù hợp với các thiết kế mới sử dụng 74LS00 Một số ứng dụng của IC 7400 bao gồm những điều sau đây.

o Các IC này được sử dụng để thiết kế một hệ thống như báo trộm hoặc báo trộm.

o Chúng được sử dụng trong cịi cảnh báo tủ đơng.

o Chúng được sử dụng trong báo động trộm được kích hoạt bằng ánh o Chúng được sử dụng trong hệ thống tưới nước tự động.

IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn. Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp (tuỳ vào loại đèn

catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự. IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao đểthúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anode chung.

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

Sơ đồ chân IC 74

ứng vớisố

đầu nhữngsẽ được nối vớiđể điều khiển

số nối đấtsố cấp nguồn

cấp nguồnđể hoạt động

để kiểm đoạn. Nếu

Bộ chuyển đổi đoạn để hiển thị từ –Nguồncấphoạt động tốt nhất khoảng đếnCác tính năng của IC 74

thuộc họ rất phổ biến sử dụng cổng –bộ đếm. năng của đó

dải điện rộng hơnBạn cần lắp vớiđiện trở

đầu nhưng tới đầuđầu bộ mở

kẹp đầu cần tốc độ cuối

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

Hoạt động khi kết nối với led 7 thanh:

Ở đây ta dùng cơng tắc K1,K2,K3,K4 đểtạo mức logic,như đã nói ở phần trên thì loạiAnot chung sẽ tích cực ở mức cao (mức 1)nghĩa là có điện áp thì led 7 thanh sẽ sáng,cịn mức thấp(mức 0) thì led 7 thanh sẽ

Ở hình tất cả mức logic ở

mức thấp nghia là khóa K hở mạch khi đó trạng thái của led sẽ hiển thị số 0 muốn hiển thị số nào thì ta sẽ sẽ dựa vào bảng chuyển đổi BCD ra

số thập phân như sau:

Coi công tắc K1,K2,K3,K4 ứng với 4 số bên dãy BCD như hình. Dựa vào bảng trên coi 4 công tắc hở mạch trên ứng với 0000 ở bên BCD khi đó sẽ ứng với số 0 bên số thập phân,muốn hiển thị số 1 ứng với 0001 thì ta chỉ cần đóng công tắc K4 xuống để tạo mức logic 1 như hình sau:

1 ứng với cơng tắc K3 nên ta chỉ việc đóng K3 xuống là sẽ hiển thị được số 2. Cứ tiếp tục như vậy và dưa vào bảng chuyển đổi BCD sang số thập phân vậy là các bạn có thể làm hiển thị từ 0 đến 9 rồi.

Trong các mạch số ứng dụng, ứng dụng đếm chiếm một phần tương đối lớn. IC 7490 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số ứng dụng đếm 10 và trong các mạch chia tần số. Chức năng của các chân:

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

Ngõ vào xung đồng hồ 2 (xung kích cạnh xuống)Reset 1 (R0(1)) Chân Reset 1 (Reset về 0) – Tích cực mức 1Reset 1 (R0(2)) Chân Reset 2 (Reset về 0) – Tích cực mức 1Not connected (NC) Không sử dụng

Supply voltage Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 5.25V)Reset 3 (R9(1)) Chân Reset 3 (Reset về 9) – Tích cực mức 1Reset 4 (R9(2)) Chân Reset 4 (Reset về 9) – Tích cực mức 1

Output 3 (QC) Ngõ ra 3Output 2 (QB) Ngõ ra 2Ground (0V) Chân nối đấtOutput 4 (QD) Ngõ ra 4Output 1 (QA) Ngõ ra 1

Not connected Không sử dụng

Clock input 1 (CLKA) Ngõ vào xung đồng hồ 1 (xung kích cạnh xuống)

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Cấu tạo bên trong IC 74LS90

o Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD. Thứ tự đếm của 74LS90 được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức là khi tín hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng hồ tác động vào mạch đếm.o ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET. Khi các

RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000) còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm được RESET về số 9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại.

<b>LED hiển thị 7 đoạn (7-segment Display / 7SEG)</b>

LED hiển thị 7 đoạn là thiết bị hiển thị chữ số và ký hiệu khác, có thể là một số chữ Latin, trong các thiết bị điện tử bằng các module chữ số hiển thị (digit) có 7

(hay 7 đoạn), có thể kèm thêm dấu chấm ("."). Các thanh này được điều khiển mức độ hiện ánh sáng để tạo hình ra chữ số cần hiện.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Có hiệu suất rất cao, vì nó chuyển thẳng điện năng ra quang năng

Có qn tính nhỏ, nghĩa là tắt là tắt ngay và cho sáng là sáng ngay, nhấp nháy nhịp rất nhanh.

Có thể làm việc ở mức volt DC thấp và dòng nhỏ, chỉ vài Volt và vài mA. Kích thước của điểm sáng có thể làm rất nhỏ, lại có nhiều màu.

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. Đơi khi có LED số 8 để hiển thị dấu thập phân khi có nhiều hơn 1 LED 7 thanh được nối với nhau để có thể hiển thị được các số lớn hơn 2 chữ số.

<small>Một số ký tự LED 7SEG có thể biểu diễn (trong hệ HEX)</small>

Với các đoạn LED trong màn hình đều được nối với các chân kết nối để đưa ra ngoài. Các chân này được gán các ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho từng LED riêng lẻ. Các chân được kết nối với nhau để có thể tạo thành một chân chung.

Chân Pin chung hiển thị thường được sử dụng để có thể xác định loại màn hình LED 7 thanh đó là loại nào. Có 2 loại LED 7 thanh được sử dụng đó là Cathode

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<small>Sơ đồ mắc bên trong của LED 7SEG</small>

Trong màn hình Cathode chung thì tất cả các cực Cathode cả các đèn LED được nối chung với nhau với mức logic “0” hoặc nối Mass (Ground). Các chân còn lại là chân Anode sẽ được nối với tín hiệu logic mức cao (HIGHT) hay mức logic 1 thông qua 1 điện trở giới hạn dịng điện để có thể đưa điện áp vào phân cực ở Anode từ a đến G để có thể hiển thị tùy ý.

Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kếtnối Anode của LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức thấp “LOW” thông qua một điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với các cực Cathode với các đoạn LED cụ thể từ a đến g.

LED 7 thanh Anode chung thường phổ biến hơn vì các mạch điệnthường sử dụng nối với nguồn chung. Với một số lưu ý rằng LED 7 thanh Cathode chung thông thường các mạch đều nối cực dương chung và ngược lại vì thế nếu nối với dương nguồn của mạch thì LED 7 đoạn Cathode chung sẽ không thể phát sáng.

Tùy thuộc vào các chữ số thập phân mà LED hiển thị. LED sẽ nên được phân cực thuận. Chẳng hạn, nếu hiển thị chữ số 0 thì chúng ta bắt buộc cần phải làm sáng 6 đoạn LED tương ứng đó là a, b, c, d, f. Do đó, các con số khác nhau sẽ đượcthể hiện từ 0 –

Đối với LED 7 thanh để hiển thị chính xác các ký tự mong muốn thì chúng ta có một bảng chân lý để giúp chúng ta nắm bắt và hiển thị những con số, ký tự một

chóng và dễ dàng hơn

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

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

Khi dùng Ohm kế để kiểm tra Led Bạn nhớ các điểm sau:

(1) Lấy thang đo Rx1 để có dịng chảy ra trên dây đo lớn, lúc này dòng ngắn mạch (chập 2 dây đo lại) , dòng chảy trên dây đo sẽ lớn nhật và thường ở thang Rx1 là 150mA (con số này có ghi trên máy đo).

(2) Do dây đo màu đỏ nối vào cực âm của pin (pin 3V trong máy đo), nên dòng điện tử chảy ra từ dây đen và do dây màu đỏ nối vào cực dương của

điện tử sẽ bị hút vào ở dây đỏ.

(3) Khi đo Led (hay nói chung là khi Bạn đo các linh kiện có tính phi tuyến như diode, transistor, IC) Bạn nên xem kết quả trên vạch chia LV, vạch LV cho Bạn biết mức volt hiện có trên vật đo và khi đọc kết quả trên vạch chia LI, vạch LI cho Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua vật đo. Vậy với Led, khi dây đen đặt trên chân Cathode và dây đỏ trên chân Anode, Led sẽ sáng. Đọc kết quả trên vạch chia LV Bạn biết điện áp có trên 2 chân của Led và đọc trên vạch chia LI, Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ khơng sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nối bán dẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ khơng cho dịng chảy qua

<b>KẾT LUẬN</b>

Qua bài thực hành này, nhóm em đã biết cách sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản, cách sắp xếp linh kiện, đến cách đi dây sao cho đẹp mà vẫn đúng quy tắc.

Do thời gian không nhiều, nên khơng thể tránh được những sai sót khi thiết kế mạch cũng như làm báo cáo, mong thầy chỉ bảo để nhóm em có thể thiện bài thực hành của mình.

Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Tào Văn Cường đã tận tình giúp đỡ chúng em trong q trình học tập và thực hành. Nhóm em xin kinh chúc thầy mạnh khoẻ và công tác tốt.

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