báo cáo thực tập ''''mạch đồng hồ số'''' - vuson.tk

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện Tử Viễn Thông
====o0o====

TRUNG TÂM THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THỰC TẬP
MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ
Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Anh Tuấn

20073168

DT9

Tạ Anh Tú

20073385

DT9

Trần Văn Tiến

20072899

DT9

HÀ NỘI – 9/2010

1

Giáo viên hướng dẫn : ...............................................................................................1
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Anh Tuấn 20073168 DT9 .....................................1
Trần Văn Tiến
20072899
DT9...............................................1
Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN..................................................................3
I. Flip Flop:..........................................................................................................................3
1.1 Khái niệm:......................................................................................................................3
1.2 Hoạt động của FF:..........................................................................................................3
1.3 Phân loại FF:..................................................................................................................3
II. Hệ chuyển mã:.................................................................................................................4
2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal).................................................................................4
2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD:.....................................................................4
III. Hệ mã hoá và giải mã:...................................................................................................5
3.1 Hệ mã hoá:.....................................................................................................................5
3.2. Hệ giải mã:....................................................................................................................6
IV. Hệ tuần tự: ( hệ đếm).....................................................................................................8
4.1 Khái niệm:......................................................................................................................8
4.2 Hệ đếm bất kỳ:...............................................................................................................8
4.3 Ghép các hệ đếm:...........................................................................................................9
Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH.............................................................................10
I. Sơ đồ khối:......................................................................................................................10
II. khối tạo xung-IC 7400 (NAND) ..................................................................................11
III. Khối đếm:.....................................................................................................................11
3.1 IC 74LS90:...................................................................................................................11
IV. Khối giải mã:...............................................................................................................14
4.1 IC 74LS47:...................................................................................................................14
V. Khối hiển thị:................................................................................................................17
VI. Mạch đồng hồ số:........................................................................................................18

6.1 Sơ đồ nguyên lý:..........................................................................................................18
6.2 Nguyên lý hoạt động:...................................................................................................19

2


Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
I. Flip Flop:
1.1 Khái niệm:
Flip Flop được cấu tạo từ các cổng logic, có thể nói FF là tổ hợp các
cổng logic hoạt động theo một quy luật định trước.
FF bao gồm:
- Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck).
- Hai ngõ ra dữ liệu (data) là Q và Q .
- Có 1 hoặc 2 ngõ chức năng quy định hoạt động của FF: S, R, D, J, K.
- Ngoài ra FF cịn có hai chân: Clr ( clear) và chân Pre ( Preset). Khi tác
động vào chân Clr sẽ xoá FF làm Q = 0, Q = 1. Khi tác động vào chân
Pre sẽ đặt FF làm Q = 1, Q = 0.
1.2 Hoạt động của FF:

J
CP
K

S

Q
_
Q

R

JK- FF

Khi nhận một xong clock tại chân Ck, FF sẽ thay đổi trạng thái một
lần. Trạng thái mới sẽ tuỳ thuộc vào mức logiccủa các chân chức năng, và
tuỳ thuộc theo bảng sự thật của mỗi loại FF.
1.3 Phân loại FF:
Theo chức năng: có 4 loại: SK- FF, D- FF, T- FF, JK- FF.
Theo trạng thái tác động của xung clock: có 5 loại:
- FF tác đọng mức 0.
- FF tác động mức 1.
- FF tác động cạnh lên.
- FF tác động cạnh xuống.
- FF tác động chủ - tớ.

3


II. Hệ chuyển mã:
2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal).
Được tạo nên khi ta mã hoá mỗi đecac của một số thập phân dưới
dạng một số nhị phân 4 bit.
BCD
18  0001 1000
→
* Lưu ý: các phép cộng và trừ số BCD được thực hiện giống như số nhị
phân. Tuy nhiên nếu phép tính có nhớ thì sau khi được kết quả ta phải hiệu
đính bằng cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D).
Thông thừờng sau mỗi lệnh cộng hoặc trừ số BCD ta kèm theo lệnh

hiệu đính.
2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD:
* Bảng sự thật:
Nhị phân

BCD

X4 X3 X2 X1 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1
0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

.
.
.
.
.

.
.
.
.

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

0

0

0

1

0

1

1

1

0

0

0

1

4


1

1

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

III. Hệ mã hoá và giải mã:
3.1 Hệ mã hoá:
Mã hoá thập phân thành nhị phân:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

A

( LSB)

B
C
D

( MSB)

* Bảng sự thật:
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D

C

B

A

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

5


0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

* Phương trình logic:
D=8+9
C=4+5+6+7
B=2+3+6+7
A=1+3+5+7+9
* Sơ đồ mạch logic:
1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

3.2. Hệ giải mã:
Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung.
6


a
b
c
d
e
f
g

D
C

Giải
mã
led
7 đoạn.

B
A

* Bảng sự thật:
Input

Output

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

X

X

X

X

X

X

X

1

0

1

1

X

X

X

X

X

X

X

1

1

0

0

X

X

X

X

X

X

X

1

1

0

1

X

X

X

X

X

X

X

7


1

1

1

0

X

X

X

X

X

X

X

1

1

1

1

X

X

X

X

X

X

X

* Phương trình logic:
a = DC BA + CA
b = C BA + CB A = C ( B ⊕ A)
c = CB A
d = C BA + C B A + CBA = C BA + C ( B ⊕ A)
e = CB + A
f = BA + CB + DCA
g = DC B + CBA

Thực tế thường sử dụng IC 7447.
IV. Hệ tuần tự: ( hệ đếm).
4.1 Khái niệm:
Hệ đếm nối tiếp: xung đếm chỉ đưa vào một FF.
Hệ đếm song song: xung đếm được đưa vào tất cả các phần tử đếm.
Để thành lập một hệ đếm ta sử dụng JK- FF. Nếu có nFF thì thành lập
được hệ đếm có dung lượng tối đa là 2n .
VD: 2FF thành lập hệ đếm 4.
3FF thành lập hệ dếm 8.
4FF thành lập hệ đếm 16.
Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song.
* Xét hệ đếm nối tiếp 3bit:
Q1
1
CK

Q2
1

J
CP
K

Q
_
Q
R

Q3
1

J
CP
K

Q
_
Q
R

J
CP
K

Q
_
Q
R

4.2 Hệ đếm bất kỳ:
Gọi: N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kỳ

8


n là số bit đếm.
Ta có: 2n−1 < N < 2n .
VD: thành lập hệ đếm 6_ đếm lên.
Ta có: 22 < 6 < 23 => sử dụng 3FF.
Q1
1

Q2
1

J
Q
CP
K QN
R

1
J
Q
CP
K QN
R

Q3
J
Q
CP
K QN
R

* Bảng trạng thái:
Số Q3

Q2

Q1

0

0

0

0

1

0

0

1

2

0

1

0

3

0

1

1

4

1

0

0

5

1

0

1

1

1

0

Xoá bit nhớ về
000

4.3 Ghép các hệ đếm:
Nếu có hai hệ đếm N & M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm có
hung lượng N*M thạng thái.
* Nguyên tắc ghép:
- Đặt xung clock vào bộ đếm M.
- Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm Mlàm xung clock
cho bộ đếm N.
VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60.

9


MSB

CK

LSB

A4 A3 A2 A1

CK

Đếm 10

B3 B2 B1
Đếm 6

Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH

I. Sơ đồ khối:
Khối tạo xung
Khối tạo
xung dung
ic7400

Khối đếm

Khối giải mã

Khối hiển thị

Mạch đếm
giây dùng
IC74LS90

Mạch giải mã
BCD dùng
IC74LS47

Hiển thị
led 7
đoạn

Mạch đếm
phút dùng
IC74LS90

Mạch giải mã
BCD dùng
IC74LS47

Hiển thị
led 7
đoạn

Mạch đếm
giờ dùng
IC74LS90

Mạch giải mã
BCD dùng
IC74LS47

Hiển thị
led 7
đoạn

10

* Nhiệm vụ các khối:
Khối tạo xung: tạo xung vuông với tần số 1Hz.
Khối đếm: là các FF nhận xung dao động để xử lý đưa ra tín hiệu mã
hố BCD.
Khối giải mã: giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị.
Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã.
II. khối tạo xung-IC 7400 (NAND)
Cấu tạo IC7400:

*Mạch clock:

Xung ra có chu kì tỉ lệ với tích của RC

III. Khối đếm:
3.1 IC 74LS90:
3.1.1 Hình dạng:

11


Bốn chân thiết lập: R1 (1), R1 (2), R9 (1), R9 (2).
Khi đặt R1 (1) = R1 (2) = H ( ở mức cao) thì bộ đếm được xố về 0 và
các đầu ra ở mức thấp.
R9 (1), R9 (2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra: QA = QD = 1 ,
QB = QC = 0 .
NC chân bỏ trống.
IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:
- Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra QA .
- Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra QB , QC , QD .

Đầu vào A, B tích cực ở sườn âm.
Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra QA vào chân B để tạo xung kích
cho bộ đếm 5.
QA , QB , QC , QD là các đầu ra.

3.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

12


Hình: Sơ đồ cổng logic IC7490

Hình: Bảng trạng thái của IC 7490.

13


Hình: Sơ dồ đầu ra QA , QB , QC , QD .
IV. Khối giải mã:
4.1 IC 74LS47:
4.1.1 Đại cương:
Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hố. Mục
đích sử dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển
thị kết quả ở dạng chữ số. Do có nhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã
số khác nhau nên có nhiều mạch giải mã khác nhau.
Ví dụ: giải mã 4 đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập
phân…
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 led là anod chung hay 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 để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung.
4.1.2 Hình dạng và sơ đồ chân:

14


Chân 1: BCD B Input.
Chân 2: BCD C Input.
Chân 3: Lamp Test.
Chân 4: RB Output.
Chân 5: RB Input.
Chân 6: BCD D Input.
Chân 7: BCD A Input.
Chân 8: GND.
4.1.3 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

Chân 9: 7-Segment e Output.
Chân 10: 7-Segment d Output.
Chân 11: 7-Segment c Output.
Chân 12: 7-Segment b Output.
Chân 13: 7-Segment f Output.
Chân 14: 7-Segment g Output.
Chân 15: 7-Segment a Output.
Chân 16: Vcc.

15

Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47
* Nguyên lý hoạt động:
IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức
0 là sáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode
chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10
đến 15 không được dùng tới).
Ngõ vào xố BI được để khơng hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải
mã bình thường. Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái
ngõ ra.
Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xố số 0 (số o
thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa). Khi RBI và các ngõ
vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và
ngõ vào xố dợn sóng RBO xuống mức thấp.

16


Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều
sáng.
Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến
15 đèn led hiển thị lên các số như ở hình bên dưới. Chú ý là khi mã số nhị
phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt.

V. Khối hiển thị:
Hiển thị dùng led 7 đoạn loại anode chung do đầu ra của IC 7447 có
mức tích cực là mức 0 ( mức thấp).
Ở loại anode chung ( anode của đèn được nối lên +5V, đoạn náo sáng
ta nối đầu cathode ủa đoạn đó xuống mức thấp thơng qua điện trở để hạn
dịng.

Chân 3, 8: Vcc_được nối lại với nhau.

17


VI. Mạch đồng hồ số:
6.1 Sơ đồ nguyên lý:
V+

V+

V+

V+

V+

V+

abcdefg.

abcdefg.

abcdefg.

abcdefg.

abcdefg.

abcdefg.

74LS47

74LS90

MS1
MS2
MR1
MR2
CP1 Q1
CP2 Q2

CP0
CP1

Q3
Q2

A3
A2
A1
A0

Q1
Q0

g
f
e
d

c
b
a

test
RBI RBO

74LS47

74LS90

MS1
MS2
MR1
MR2
CP0
CP1

Q3
Q2

A3
A2
A1
A0

Q1
Q0

g

f
e
d
c
b
a

test
RBI RBO

74LS47

74LS90

MS1
MS2
MR1
MR2
CP0
CP1

Q3
Q2

A3
A2
A1
A0

Q1

Q0

g
f
e
d
c
b
a

test
RBI RBO

74LS47

74LS90

MS1
MS2
MR1
MR2
CP0
CP1

Q3
Q2

A3
A2
A1

A0

Q1
Q0

g
f
e
d
c
b
a

test
RBI RBO

74LS47

74LS90

MS1
MS2
MR1
MR2
CP0
CP1

Q3
Q2

A3
A2
A1
A0

Q1
Q0

g
f
e
d
c
b
a

test
RBI RBO

74LS47

74LS90

MS1
MS2
MR1
MR2
CP0
CP1

Q3
Q2
Q1
Q0

A3
A2
A1
A0

g
f
e
d
c
b
a

test
RBI RBO

18


6.2 Nguyên lý hoạt động:
Xung kích được tạo ra từ mạch tạo xung và xung này được đưa tới
chân 14 của IC 74LS90. Ngõ ra xung của 7490 ở các chân QA , QB , QC , QD
được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47.
Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung được cấp cho IC1, IC1
này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trị của 9

xung thì cấp cho IC 2 một xung đếm. Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên
1, tức ta có giá trị là 10. Sau đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp
xung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển
sang 6 ta dùng IC 7408 để reset cả hai IC trở về 0. Lúc này, chân reset sẽ
cùng trạng thái với đầu ra cổng AND dùng để reset( mức 1), đầu ra này được
nối với chân CP0 của IC đếm phút, một xung được kích và được đếm lên
một đơn vị.
Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): khi IC3 nhận được xung nó lại
đếm như IC đếm giây đến giá trị 59. Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi
mạch đếm giây đếm đến 59 thì mạch đếm phút mới nhận được một xung.
Khi cả IC đếm giây và đếm phút đều đếm đến giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng
được reset về 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 của IC đếm giờ một
xung.
Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nó
cũng bắt đầu đếm lên. Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai
IC đếm giờ đếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset.
Vì số nhị phân tương ứng của 2 là Q3Q2Q1Q0 = 0010, của 4 là Q3Q2Q1Q0
= 0100 nên ngõ ra Q1 của IC đếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra Q2 của IC
đếm giờ (đếm hàng đơn vị) được đưa vào IC7408 để thực hiện reset về 0.
Vậy ta có trạng thái tiếp theo sẽ là 00:00:00.

19