tiểu luận ''''thiết kế một mạch đồng hồ số dùng ic74ls90''''

Tiểu luận
Thiết kế một mạch đồng hồ số
dùng IC74LS90
1
Contents
Tiểu luận 1
Thiết kế một mạch đồng hồ số dùng IC74LS90 1
Contents 2
A.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
2. Hệ Đếm 6
2.1Khái niệm: 6
2.2 Hệ đếm bất kỳ: 6
2.3 Ghép các hệ đếm: 7
B.THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH 8
2.1.IC 74LS90 9
2.1.1.Hình dạng 9
2.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái 10
3.1. IC 74LS47 11
3.1.1 Khái niệm 11
3.1.2 Hình dạng và sơ đồ chân: 11
3.1.3 Sơ đồ logic và Bảng trạng thái: 12
4. Khối hiển thị: 14
1 Sơ đồ nguyên lý: 15
2 Nguyên lý hoạt động: 16
2
LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, con người đã phát
minh ra nhiều công cụ phục vụ cuộc sống , từ những vật dụng hằng ngày cho đến
những sản phẩm công nghệ cao. Kỹ thuật số chắc hẳn là một công cụ hỗ trợ hết
sức quan trọng trong thời đại ngày nay.
Để có thể biết được những ứng dụng cụ thể của kỹ thuật số trong đời sống,

chúng ta hãy đi tìm hiểu về chiếc đồng hồ số một vật dụng hằng ngày đơn giản
nhưng rất cần thiết. Đồng hồ là một thiết bị mà hầu như bất cứ ai cũng phải dùng
tới nó. Một chiếc đồng hồ cơ, xem giờ bằng cách nhìn vào kim chỉ ở vạch chia
thời gian sẽ gây khó khăn cho người sử dụng. Nhưng đối với đồng hồ số, thời gian
được hiển thị rõ ràng bằng các chữ số sẽ dễ dàng sử dụng hơn.
Bởi vậy, sau đây em xin thiết kế một mạch đồng hồ số dùng IC74LS90 ,
đây là IC rất thông dụng trong kỹ thuật số.
Trong đề tài nàycũng còn nhiều thiếu sót rất mong sự góp ý của thầy giáo
và các bạn để đề tài được tốt hơn!!!

3
A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Hệ giải mã
Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung.
* Bảng chân lý:

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
Giải
mã

led
7 đoạn.
4
a
D
A
B
C
b
c
d
e
f
g
a
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
1 1 1 0 X X X X X X X
1 1 1 1 X X X X X X X
*Các hiển thị tương ứng của LED 7 đoạn với lần lượt các đầu vào:
*Sơ đồ logic
* Phương trình logic:
a DCBA CA= +
( )b CBA CBA C B A= + = ⊕
c CBA=
( )d CBA CBA CBA CBA C B A= + + = + ⊕

e CB A= +

f BA CB DCA= + +
5
g DCB CBA= +
Trong bài ta sẽ sử dụng IC7447 để giải mã cho LED 7 đoạn.
2. Hệ Đếm
2.1Khái 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 n FF thì thành lập
được hệ đếm có dung lượng tối đa là
2
n
.
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:

2.2 Hệ đếm bất kỳ:
Gọi: N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kỳ
n là số bit đếm.
Ta có:
1
2 2
n n
N
−
< <
VD: thành lập hệ đếm 6 đếm lên.

Ta có:
2 3
2 6 2< <
=> sử dụng 3FF.


* Bảng trạng thái:
6
Số
3
Q
2
Q
1
Q
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
2.3 Ghép các hệ đếm:
Nếu có hai hệ đếm N & M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm có 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 M làm xung clock cho
bộ đếm N.
VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60.

Trong bài ta sẽ sử dụng IC7490 để thực hiện các hệ đếm.
7
Xoá bit nhớ về
000
4
A
3
A
2
A
1
A
Đếm 10
3
B
2
B
1
B
Đếm 6
MSB
LSB
CK
CK
B.THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH

I. Sơ đồ khối:

Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị

* Nhiệm vụ các khối:
Khối tạo xung: tạo xung vuông với tần số 1Hz.
Khối đếm: Gồm các IC7490 được ghép nối với nhau để tạo thành các hệ
đếm phù hợp.
Khối giải mã: Gồm các IC7447 để giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị.
Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu sau giải mã qua LED 7 đoạn
II. Hoạt động của từng khối:
1. Khối tạo xung:
Ta dùng IC7400(cổng NAND) để tạo ra xung đầu vào cho bộ đếm.
Cấu tạo
8
Khối tạo
xung dùng
IC7400
Mạch đếm
giây dùng
IC74LS90
Mạch giải mã
BCD dùng
IC74LS47
Hiển thị
giây
qua led
7 đoạn
Mạch đếm
phút dùng
IC74LS90
Mạch giải mã
BCD dùng
IC74LS47

Hiển thị
phút
qua led
7 đoạn
Mạch đếm
giờ dùng
IC74LS90
Mạch giải mã
BCD dùng
IC74LS47
Hiển thị
giờ qua
led 7
đoạn
Chân vào Chân ra
1,2 3
4,5 6
9,10 8
12,13 11
Chân 7 nối đất, chân 14 nối nguồn
Mạch tạo xung
2. Khối đếm
2.1.IC 74LS90
2.1.1.Hình dạng

Bốn chân thiết lập: MR1, MR2, MS1, MS2.
Khi đặt MR1 = MR2 = 1 ( ở mức cao) thì bộ đếm được xoá về 0 và các đầu
ra ở mức thấp.
MS1, MS2 là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra:
1

A D
Q Q= =
,
0
B C
Q Q= =
.
NC chân bỏ trống.
IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:
- Bộ chia 2 do Input CKA điều khiển đầu ra
A
Q
.
- Bộ chia 5 do Input CKB điều khiển đầu ra
B
Q
,
C
Q
,
D
Q
.
9
- Đầu vào CKA, CKB tích cực ở sườn âm.
- Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra
A
Q
vào chân CKB để tạo xung kích
cho bộ đếm 5.

A
Q
,
B
Q
,
C
Q
,
D
Q
là các đầu ra.
2.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái
Hình: Bảng trạng thái của IC 7490.
10
Hình: Sơ dồ đầu ra
A
Q
,
B
Q
,
C
Q
,
D
Q
.
3. Khối giải mã
3.1. IC 74LS47

3.1.1 Khái niệm
Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá. 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 anode chung hay cathode 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 đưa vào trực tiếp
các đèn led 7 đoạn loại anod chung.
3.1.2 Hình dạng và sơ đồ chân:
11
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.
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.

3.1.3 Sơ đồ logic và Bảng trạng thái:
12
* 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 xoá BI được để không 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 xoá số 0 (số 0 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 xoá RBO xuống mức thấp.
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= 15
10
thì đèn led tắt.
13
4. 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 của đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn
dòng.
Chân 3, 8 là Vcc_được nối lại với nhau.
14

III. Thiết kế mạch
1 Sơ đồ nguyên lý:
15
2 Nguyên lý hoạt động:
16
Xung kích được tạo ra từ mạch tạo xung và xung này được đưa tới chân
CKA của IC 74LS90 đếm giây. Ngõ ra của IC7490 ở các chân
A
Q
,
B
Q
,
C
Q
,
D
Q
được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47.
Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): Ta nối chân Q
a
vào chân CKB
của IC1 để thành bộ đếm 10,xung CLK từ bộ tạo xung được cấp cho IC1
qua đầu vài CKA, 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, ta sẽ có số 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 thì khi đó 2 bit C ,B của IC2 sẽ ở mức 1 và ta sẽ cho 2
đầu ra này vào 2 chân MR1,MR2 của 2 IC 7490 để reset cả hai IC trở về 0.
Đồng thời đầu ra Q

c
của IC2 này được nối với chân CKA của IC đếm
phút.Khi Q
c
đang ở trạng thái 1 khi đếm số 5 sẽ reset về 0,như vậy xung này
sẽ kích vào đầu vào CKA của IC3 để đếm 1 đơn vị tương ứng với 1 phút.
Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): Khi IC3 nhận được xung từ nó lại
đếm giống như IC1 đếm giây , tương tự IC4 giống IC 2.Như vậy 2 IC 3 và 4
sẽ đếm 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 IC4 đếm phút cấp cho IC5 là 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 DCBA = 0010, của 4 là DCBA = 0100
nên ngõ ra B của IC đếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra C của IC đếm giờ
(đếm hàng đơn vị) được đưa vào 2 chân MR1,MR2 của 2 IC đếm giờ để
thực hiện reset về 0.Như vậy khi mạch đang ở trạng thái 23:59:59, nếu nhận
thêm 1 xung CLK từ bộ tạo xung thì ta có trạng thái tiếp theo sẽ là 00:00:00.
17