báo cáo thực hành môn thiết kế mạch điện tử

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Đồ Án Môn OrCAD:
THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TỪ 00-99 SỬ DỤNG IC SỐ
Giáo viên hướng dẫn:
Dương Thị Hằng
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Thành Lâm
Đinh Văn Thiệp
Lời nói đầu .
Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa
học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện
tử . ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống
hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ. cùng với
sự phát triển của rất nhiều các phần mềm thuộc các ngành khác
nhau thì các phần mềm điện tử cũng phát triển rất nhanh.chẳng hạn
như : phần mềm orcad , phần mềm proteus , phần mềm multisim ,
phần mềm altium designer ….các phần mềm này dùng để mô
phỏng và thiết kế mạch điện. chúng được thiết kế sẵn các bộ thư
viện linh kiện và chân cắm và một số thiết bị đo lường trong mô
phỏng cho nên có rất nhiều sự lựa chọn để thiết kế ra một mạch
điện. và tùy vào thiết kế mà ta có thể sử dụng vào các thư viện để
lấy linh kiện và chân cắm cho phù hợp.
Trên đây tôi xin giới thiệu về phần mềm vẽ mạch in Orcad , các
tính năng và các bước thiết kế một mạch điện trên nó . Ở đây tôi
xin trình bầy cách thiết kế một mạch đếm sử dụng IC giải mã
74ls47 , IC đếm 74ls90 , hiển thị qua led 7 thanh bằng phần mềm
Orcad 9.2 .
Qua đây cho em được gửi lời cảm ơn tới cô Dương Thị Hằng đã
tận tình chỉ dẫn, giúp chúng em hoàn thành tốt đề tài này.

Đề tài này hoàn thành không những giúp em có được thêm nhiều
kiến thức hơn về môn học mà còn giúp em được tiếp xúc với một
phương pháp làm việc mới chủ động hơn,linh hoạt hơn và đặc biệt
là sự quan trọng của phương pháp làm việc theo nhóm.Quá trình
thực hiện đề tài là một thời gian thực sự bổ ích cho bản thân em về
nhiều mặt.

I / Giới thiệu về phần mềm vẽ mạch in Orcad 9.2
Phần mềm Orcad 9.2 là phần mềm điện tử chuyên dụng rất mạnh
và dễ sử dụng với giao diện rất thân thiện với nhiều người ,đặc
biệt là sinh viên của ngành điện tử . Với phần mềm này chúng ta
có thể vẽ sơ đồ mạch nguyên lý với Capture CIS , chạy mô phỏng
với Pspice , đặc biệt là chức năng vẽ mạch in rất mạnh với Layout
plus . cung với một thư viện linh kiện và chân cắm khổng lồ hầu
hết các nhà sản xuất linh kiện điện tử cung cấp cho phiên bản 9.2.
Mạch đếm số này gồm 4 khối chính : khối tạo xung vuông , khối
đếm , khối giải mã va khối hiển thị. Mạch điên này hiển thị từ 00
đến 99 cho nên tôi sử dụng 2 led 7 thanh, 2 IC đếm 74ls90 , 2 IC
giải mã 74ls47, IC NE555 để tạo ra xung vuông cung cấp cho IC
đếm va một số linh kiện khác như điện trở, tụ điện , biến trở
II/ Giới thiệu các khối mạch điện, nhiệm vụ của các linh kiện dùng
trong mạch điện.
1/ khối tao xung vuông sử dụng IC Ne555
R 1
1 K V C C
R 2
1 0 K
N E 5 5 5
U 1
1

2
3
45
6
7
8
C 1
1 0 4C 2
1 0 0 u F
a)Giới thiệu về IC Ne555.
Vi mạch định thì LM555 là mạch tích hợp Analog- digital. Do có
ngõ vào là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số. Vi mạch định
thì LM555 được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong
lĩnh vực điều khiển, vì nếu kết hợp với các linh kiện R, C thì nó có
thể thực hiện nhiều chức năng như: định thì, tạo xung chuẩn, tạo
tín hiệu kích, hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất như
Transistor, SCR, Triac…
b) Hình dáng và sơ đồ chân.
Chân 1: Nối mass.
Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy).
Chân 3: Output ( ngõ ra).
Chân 4: Reset (đặt lại).
Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển).
Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng).
Chân 7: Discharge ( xả điện).
Chân 8: Nối Vcc.
c) Cấu trúc và nguyên lý.
Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 transistor và nhiều điện trở thực
hiện các chức năng như hình 2.2 gồm có:
Cầu phân áp gồm 3 điện trở 5knối từ nguồn +Vcc xuống Mass cho

ra hai điện áp chuẩn 1/3Vcc và 2/3Vcc.
Op-Amp(1) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In- nhận điện áp
chuẩn 2/3Vcc, còn ngõ In+ thì nối ra ngoài chân 6. Tuỳ thuộc điện
áp của chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3Vcc Op-Amp(1) có điện áp
ra ở mức High( cao) hay mức Low( thấp) để làm tín hiệu R
(Reset), điều khiển Flip-Flop.
Op-Amp(2) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In+ nhận điện áp
chuẩn 1/3Vcc, còn ngõ In- thì nối ra ngoài chân 2. Tuỳ thuộc điện
áp của chân 2 so với điện áp chẩn 1/3Vcc Op-Amp(2) có điện áp ra
ở mức High hay mức Low để làm tín hiệu S (Set), điều khiển Flip-
Flop.
Mạch Flip – Flop là loại mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân
Set có điện áp cao thi điện áp này kích đổi trạng thái của Flip-Flop
ở ngõ Q lên mức cao và ngõ xuống mức thấp. Khi chân Set đang ở
mức cao xuống mức thấp thì mạch Flip-Flop không đổi trạng thái.
Khi chân Reset có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái
của Flip-Flop làm ngõ lên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp. Khi
ngõ Reset mức cao xuống thấp thì mạch Flip- Flop không đổi trạng
thái.
Mạch Output là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuếch đại
dòng cấp cho tải. Đây là mạch khuếch đại đảo, có ngõ vào là chân
của Flip-Flop, nên khi ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có
điện áp thấp (0V), và ngược lại,khi ở mức thấp thì ngõ ra chân 3
của IC sẽ có điện áp cao (Vcc).
Transistor T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4V, là
loại transistor NPN. Khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4 có điện áp
cao hơn 1,4V, thì T1 ngưng dẫn, nên T1 không ảnh hưởng tới
mạch. Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass thì T1
dẫn bão hoà đồng thời làm mạch Output cũng dẫn bão hoà và ngõ
ra mức thấp. Chân 4 gọi là chân Reset có nghĩa là nó reset IC 555

bất chấp tình trạng ở các ngõ vào khác. Do đó , chân Reset dùng để
kết thúc xung ra sớm khi cần thiết. Nếu không dùng chức năng
Reset thì nối chân 4 lên Vcc để tránh bị Reset do nhiễu.
Transistor T2 là transistor có cực C để hở, nối ra chân 7. Do cực B
được phân cực bởi mức điện áp ra của F/F, nên khi ở mức cao thì
T2 bão hoà và cực C của T2 coi như nối mass. Lúc đó, ngõ ra chân
3 cũng ở mức thấp .Khi ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn , cực C của
T2 để hở, lúc đó, ngõ ra ở chân 3 có mức điện áp cao. Theo
nguyên lý trên, cực C của T2 ra chân 7 có thể làm ngõ ra phụ thuộc
có mức điện áp giống như mức điện áp của ngõ ra chân 4.
d) Giao tiếp với tải.
IC 555 có thể giao tiếp với nhiều loại tải khác nhau và tuỳ trường
hợp mỗi loại tải có thể mắc theo hai cách.
Tải được cấp điện khi ngõ ra có điện áp thấp. Lúc đó, IC 555 sẽ
nhận dòng điện tải theo chiều từ nguồn qua tải rồi vào IC. Dòng
điện tải trường hợp này gọi là nhận .
Tải được cấp điện khi ngõ ra có điện ấp cao. Lúc đó, IC 555 sẽ cấp
dòng điện cho tải theo chiều từ nguồn qua IC rồi ra tải. Dòng điện
trong trường hợp này gọi là nguồn
2/ khối đếm ( IC 74ls90 ).
a/ Giới thiệu về 74ls90 .
Khối này làm nhiệm vụ đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa ra BCD.
Cứ mỗi 1 xung vào thì nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa ra 4 chân.
Khi đếm đến 10 tự nó sẽ reset và quay trở về ban đầu.
b/ hình dáng và sơ đồ chân của IC 74ls90.

Chân 1 : nối tắt với chân 12.
Chân 2,3 : làm nhiệm vụ reset bộ đếm.
Chân 4 :
Chân 5 :nối dương nguồn Vcc .

CHân 6,7 nối đất .
Chân 8,9,11,12 là các ngõ ra .
Chân 10 : nối mát.
Chân 13 :
Chân 14 : chân để lấy xung vào.
Khi chân 12 nối với chân 1 ta sẽ thu được bảng trạng thái của bộ
đếm 4 bit modul 10 như sau :
3/ Khối giải mã ( IC 74ls47 ).
74LS47 IC giải mã led 7 đoạn, có nghĩa đầu vào của Ic là mã BCD
và đầu ra là mã điều khiển led 7 đoạn. 74LS47 dùng để giải mã led
7 đoạn anode chung. Còn 74LS247 để giải mã led 7 đoạn cathode
chung.
a/hình dạng và sơ đồ chân cua IC 74ls47 .
+ Chân 1, 2, 6, 7: Chân dử liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ
IC đếm.
+ Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động mức thấp (0)
và được nối với LED 7.
+ Chân 8: Chân nối GND.
+ Chân 16: Chân nối Vcc = 5V.
+ Chân 4: Chân này không cần biết theo datasheet thì cho nó lên
Vcc
+ Chân 5: Ngõ vào xoá dợn sóng RBI được để không hay nối lên
cao khi không được dùng để xoá số 0( số 0 ở trước số có nghĩa hay
số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân).
+Chân 3: Chân này cũng thế cho nó lên Vcc = 5V
* Bảng chân lý các giá trị IO của 74LS47
Nhìn trên bảng chân lý trên ta thấy với 4 đầu vào sau khi giải mã
nó cho ra 15 giá trị của mã LED 7 vạch và hiện thị được lên LED 7
vạch.
Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng chân lý, trong đó đối

với các ngõ ra H là tắt và L là sáng, nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn
led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tuỳ
vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 là L hay H nên do đó ta phải
dùng LED anot chung!
4/Khối hiển thị ( led 7 thanh ).làm nhiệm vụ hiển thị các số từ 0
đến 9
Hình dáng và sơ đồ chân .
.

Đây là mạch nghuyên lý mạch đếm từ 00 đến 99
J 1
N G U O N 5 V
1
2
V C C
C 2
C A P N P
U 3
7 4 9 0
1 4
1
1 2
9
8
1 1
5
1 0
2
3
6

7
C L K A
C L K B
Q A
Q B
Q C
Q D
V C C
G N D
R 0 1
R 0 2
R 9 1
R 9 2
V C C
C 1
1 0 0 u F
R 1
1 0 K
V C C
D 1
L E D
R 3
1 0 0
U 7
L E D 7 T
1
2
3
4
5

6
7
8
9
1 0
U 6
L E D 7 T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
R 5
1 K
V C C
V C C
U 1
L M 5 5 5
3
4
8
1
52
6
7

O U T
R S T
V C C
G N D
C VT R G
T H R
D S C H G
U 4
7 4 4 7
7
1
2
6
4
5
3
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 68
D 0
D 1
D 2
D 3
B I / R B O
R B I

L T
A
B
C
D
E
F
G
V C CG N D
V C C
U 2
7 4 9 0
1 4
1
1 2
9
8
1 1
5
1 0
2
3
6
7
C L K A
C L K B
Q A
Q B
Q C
Q D

V C C
G N D
R 0 1
R 0 2
R 9 1
R 9 2
V C C
R 4
2 O K
V C C
R 2
1 0 0
U 5
7 4 4 7
7
1
2
6
4
5
3
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 68
D 0

D 1
D 2
D 3
B I / R B O
R B I
L T
A
B
C
D
E
F
G
V C CG N D
III / Nguyên lý hoạt động của mạch đếm từ 00 đến 99
- Nhìn bảng chân lý trên ta thấy với 4 đầu vào sau khi giải mã nó
cho ra 15 giá trị của LED 7 đoạn và hiển thị lên được LED 7 đoạn.
Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng chân lý, trong đó đối
với các ngõ ra H là tắt và L là sáng . Nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn
led 7 đoạn thì các đoạn a,b,c,d,e,f,g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy vào
ngõ ra tương ứng của 74LS47 la L hay H nên nó phải dùng LED
anod chung.
Ngõ vào xóa RBI được để 0 hay nối lên mức 1 dùng để xóa số 0
(số 0 thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa). Khi
RBI vá các ngõ vào A,B,C,D ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1
thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xóa dạng sóng 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 0-15

đèn led hiển thị các số như ở hình bên dưới
Chú ý: Khi mã số nhị phân vào là 1111=(15)
10
thì led tắt.
IC 555 có tác dụng tạo ra các xung đếm lien tục cấp cho U2 để
đếm đếm nhanh hay châm ta có thể điều chỉnh tần số đếm trên con
IC 555 bằng biến trở R4.
Khi có xung đếm vào chân 14 của U2 thì U2 bắt đầu đếm với số
lượng xung vào nó. Xung đầu vào la 0 cho đến 9, thì U2 giải mã
BCD từ 0 đến 9 đồng thời cấp cho U4 mã hóa LED7T. Trên hàng
đơn vị sẽ chạy từ 0 đến 9. Khi hết chu kỳ thì U2 tụ động reset và
xuất một xung ra chân số 13 của U2 và U2 lại đếm laih từ đầu như
trên.
Khi quá trình bắt đầu thì U3 chưa nhận đươc xung nào thì vị trí
của LED hàng chục là số 0, khi chân 13 của U2 dược dưa lên 1 thì
chân số 14 của U3 nhận dược một xung và U3 dếm như U2 . Quá
trình cứ như vậy. Khi U2 hết chu kì thì lại cấp cho U1 1 xung. Cứ
như thế nó sẽ đếm từ 00 đến 99.
.
IV / Các thao tác cơ bản để vẽ một mạch điện bằng phần mềm
Orcad 9.2 .
1/ Vào chương trình vẽ mạch nguyên lý .
Chọn Start  program Orcad 9.2 Capture CIS .
Sau khi cửa sổ Orcad Capture CIS xuất hiện chúng ta chọn File
 New  project .
Hộp thoại New project xuất hiện ta làm như sau:
Tại mục name ta đặt tên cho mạch cần thiết kế .Và tại mục
Location ta chọn nơi để lưu mạch cần thiết kế.ỏ đây tôi đăt tên cho
mạch là “ mạch đếm từ 00 đến 99” . và lưu tại ổ” E /bài tập lớn
môn Orcad” .Sau đó chọn OK.

Hộp thoại Orcad Capture xuất hiện. đây là màn hình để ta vẽ
mạch .
Tiếp theo ta sử dụng các công cụ trên thanh công cụ để vẽ mạch.
Thanh này ở bên phải màn hình.
Dùng để chọn các đối tượng.
Dùng để chọn linh kiện.
Dùng để nối dây
Dùng để lấy nguồn .
Dùng để lấy đất
Dùng để thêm các dòng văn bản vào bản vẽ.
Và còn một số các công cụ khác nữa.
Tiếp tục ta vào biểu tượng để lấy linh kiện cho mạch. Sau đó
chọn add libraryvà bôi đen toàn bộ các thư viện và chọn Open.
Hộp thoại place part xuất hiện
Tại mục Libraries ta bôi đen toàn bộ để chọn thư viện chứa các
linh kiện.tại mục part ta viết tên linh kiện và nhấp OK và di chuyển
ra màn hình vá nhấp chuôt trái là dược .Ở đây tôi chọn linh kiện
Ne555.ta cú tiếp tục như vậy cho đến khi lấy hết các linh kiện thì
thôi . Để lấy điện trở thí tại Part ta viết R và nhấp OK là được.để
chọn biến trở tai mục Part ta chọn resistor var.
Tiếp theo ta lấy IC 74ls90 . cũng tương tự như vậy Tại mục Part
ta viết 74LS90 và nhấp OK là được.
Tiếp tục ta lấy linh kiện 74ls47 như hình vẽ dưới .
Tiếp tục ta lấy linh kiện led 7 thanh nhưng trong thư viện của Orcad 9.2 không có led 7
thanh nên ta phải tạo mới.để tạo mới linh kiện ta vào file  new library .tại hộp thoại
add to project chọn new project và nhấp OK .
Khi cửa sổ Newpart Propreties xuất hiện, tại mục name, gõ tên linh kiện
muốn tạo (ví dụ LED 7 thanh) và nhấp OK
Cửa sổ ORCAD Capture xuất hiện, dùng các công cụ trên thanh công cụ
bên phải để vẽ linh kiện trong khu vực tạo linh kiện, điều chỉnh độ rộng của

đường bao này bằng cách chọn đường bao sau đó giữ và nhấp chuột tới kích
thước tùy ý.
Sử dụng công cụ Place Pin để vẽ chân linh kiện, khi cửa sổ place pin xuất
hiện , mục Name nhập tên linh kiện , mục Number để đánh số chân, mục
Shape để chọn dạng chân, mục Type chọn kiểu chân, chọn xong các mục
này thì nhấp OK. Khi đó sẽ xuất hiện chân linh kiện di chuyển theo con trỏ
chuột , để đặt chân vào vị chí nào thì nhấp chuột trái vào vị trí đó, chuyển
sang vị trí tiếp theo số thứ tự chân sẽ tự động tăng thêm một ( chỉnh sửa tên
và số thứ tự chân bằng cách nháy đúp chuột trái vào chân đó).
Để tạo được linh kiện ta phải sử dụng các công cụ trên .trong đó
để chọn chân linh kiện
dùng để viết văn bản .
dùng để vẽ khung hình chữ nhật.
Khi hoàn thành ta lưu lại.
Cuối cùng ta lấy tụ điện như hình dưới đây .
Ta được các linh kiện sắp xếp như hình dưới.
R 3
1 0 0
D 1
L E D
U 7
L E D 7 T
1
2
3
4
5
6
7
8

9
1 0
R 5
1 K
U 6
L E D 7 T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
U 1
L M 5 5 5
3
4
8
1
52
6
7
O U T
R S T
V C C
G N D
C VT R G

T H R
D S C H G
U 4
7 4 4 7
7
1
2
6
4
5
3
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 68
D 0
D 1
D 2
D 3
B I / R B O
R B I
L T
A
B
C
D

E
F
G
V C CG N D
U 2
7 4 9 0
1 4
1
1 2
9
8
1 1
5
1 0
2
3
6
7
C L K A
C L K B
Q A
Q B
Q C
Q D
V C C
G N D
R 0 1
R 0 2
R 9 1
R 9 2

R 4
2 O K
R 2
1 0 0
J 1
N G U O N 5 V
1
2
U 5
7 4 4 7
7
1
2
6
4
5
3
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 68
D 0
D 1
D 2
D 3
B I / R B O

R B I
L T
A
B
C
D
E
F
G
V C CG N D
C 2
C A P N P
U 3
7 4 9 0
1 4
1
1 2
9
8
1 1
5
1 0
2
3
6
7
C L K A
C L K B
Q A
Q B

Q C
Q D
V C C
G N D
R 0 1
R 0 2
R 9 1
R 9 2
C 1
1 0 0 u F
R 1
1 0 K
Sau khi sắp xếp linh kiện như hình trên ta bắt đầu tiến hành nối
dây.như tôi đã giới thiệu thì ta chọn biểu tượng Dùng để nối
dây. Ta được sơ đồ nguyên lý mạch đồng hồ số như sau :
V C C
R 3
1 0 0
D 1
L E D
U 7
L E D 7 T
1
2
3
4
5
6
7
8

9
1 0
V C C
R 5
1 K
U 6
L E D 7 T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
V C C
U 1
L M 5 5 5
3
4
8
1
52
6
7
O U T
R S T
V C C

G N D
C VT R G
T H R
D S C H G
U 4
7 4 4 7
7
1
2
6
4
5
3
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 68
D 0
D 1
D 2
D 3
B I / R B O
R B I
L T
A
B

C
D
E
F
G
V C CG N D
U 2
7 4 9 0
1 4
1
1 2
9
8
1 1
5
1 0
2
3
6
7
C L K A
C L K B
Q A
Q B
Q C
Q D
V C C
G N D
R 0 1
R 0 2

R 9 1
R 9 2
V C C
V C C
R 4
2 O K
R 2
1 0 0
J 1
N G U O N 5 V
1
2
U 5
7 4 4 7
7
1
2
6
4
5
3
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 68
D 0

D 1
D 2
D 3
B I / R B O
R B I
L T
A
B
C
D
E
F
G
V C CG N D
V C C
V C C
C 2
C A P N P
U 3
7 4 9 0
1 4
1
1 2
9
8
1 1
5
1 0
2
3

6
7
C L K A
C L K B
Q A
Q B
Q C
Q D
V C C
G N D
R 0 1
R 0 2
R 9 1
R 9 2
C 1
1 0 0 u F
V C C
R 1
1 0 K
V / thiêt kế mạch in trong orcad 9.2 .
Bây giời ta bắt đầu vẽ mạch in cho mạch điện:
TRước tiên ta kiểm tra lỗi cho mạch nguyên lý như sau :
Tại khung này trên thanh công cụ chọn sau đó làm các bước như
sau :chon OK là được .
Sau đó ta chọn biểu tượng trên thanh công cụ và nhấp chọn
layout và nhấp chọn OK là được
Bây giời ta vào chương trình vẽ mạch in.ta thực hiện các bướ sau :
Tiếp theo ta chọn File  New
Hộp thoại load template file ta nhấp chọn file có tên
DEFAULT.TCH và chọn open