Phương pháp nghiên cứu và sáng tạo mạch quang truyền dẫn định hướng Viba dùng IC giải đa hợp EPROM p5 ppt

Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 41

Cứ tiếp tục như thế, khi đến xung thứ 9 tác động thì chỉ có IC 74138 (III) mới
được phép hoạt động, các IC còn lại ở trạng thái cấm. Và tại thời điểm này chỉ có ngõ
ra đầu tiên của IC 74138 (III) ở mức logic [0], cho phép cột đèn ứng với nó được phép
hoạt động. Như vậy, mức logic [0] được chuyển từ IC 74138 (II) sang IC 74138 (III)
một cách liên tục và như vậy việc quét cột cũng được thực hiện liên tục.
Khi xung thứ 32 tác động thì mức logic [0] được dòch đến ngõ ra cuối cùng của
bộ quét cột, cho phép cột đèn ứng với ngõ ra này hoạt động. Và khi xung thứ 33 tiếp
theo tác động, IC 74138 (I) lại quay về trạng thái đầu tiên, chỉ cho phép IC đầu tiên
trong bộ quét cột hoạt động (IC 74138 (II)). Lúc này các đường đòa chỉ đặt vào IC
74138 (II) đều ở mức logic [0] nên ngõ ra đầu tiên của bộ quét cột cũng ở mức logic [0]
và mạch điện lại trở về trạng thái đầu tiên giống như khi vừa cấp điện.
Như vậy, mạch giải mã đòa chỉ dùng IC 74138 trên đã hoạt động đúng như yêu
cầu khi thiết kế là tại mỗi thời điểm nhất đònh chỉ có một tín hiệu cho phép duy nhất
và tín hiệu này được dòch chuyển theo vòng mỗi khi có xung điện tác động. Dòch
chuyển theo vòng: tín hiệu cho phép được di chuyển từ ngõ ra đầu tiên đến ngõ ra cuối
cùng, sau đó lại quay về ngõ ra đầu tiên và bắt đầu chu kỳ di chuyển mới.
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 42

CHƯƠNG 4: BỘ CHỐT DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN MÀU
Để chuyển đổi màu trên bảng đèn được dễ dàng thì việc sử dụng bộ chốt dữ liệu
là cần thiết. Có nhiều cách để chốt dữ liệu như dùng D Flip-Flop, các IC chốt chuyên
dùng (74373, 74563, 74573, 74241,…), các bộ đệm dữ liệu với chân điều khiển (74125,
74126,…). Tuy nhiên, việc sử dụng các IC chuyên dùng thì luôn luôn dễ dàng và hiệu
quả hơn so với cách ráp các IC rời lại với nhau để được một mạch tổ hợp có chức năng
tương tự . Ngoài ra, các IC chuyên dùng còn giúp làm giảm giá thành của mạch, giảm
độ phức tạp của mạch in giúp mạch dễ dàng đạt các tiêu chuẩn yêu cầu về kỹ thuật…
Phần sau đây sẽ đưa ra hai mạch chốt dữ liệu sử dụng các IC chuyên dùng.

1. Mạch chốt dữ liệu dùng IC 74241:
* Sơ đồ nguyên lý của mạch:
















* Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch:
Như đã giới thiệu từ trước, IC 74241 gồm 8 bộ chốt dữ liệu với ngõ ra 3 trạng
thái. 8 bộ chốt này được chia làm hai nhóm, mỗi nhóm có một chân điều khiển riêng
biệt để điều khiển việc xuất dữ liệu của nó. Mức logic cho phép của hai chân này đảo
nhau.
Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta nhận thấy các ngõ vào của hai nhóm trong IC 74241
được nối chung lại với nhau, hai chân điều khiển của hai nhóm cũng được nối chung
lại. Điều này có nghóa là dữ liệu từ IC 74138 đưa đến (tín hiệu quét cột) được cung cấp
BỘ CHỐT DỮ LIỆU DÙNG IC 74241
VCC
74241(II)
1A1

2
1 A 2
Đến
Cathode
LED xanh

Đến
Cathode
LED đỏ

Đến
Cathode
LED xanh

Đến
Cathode
LED đỏ

Tín hiệu
điều khiển
từ EPROM
đưa đến
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 43

đồng thời cho cả hai nhóm chốt dữ liệu, và chỉ nhóm nào có chân điều khiển ở mức
logic phù hợp với mức logic của tín hiệu điều khiển màu từ EPROM gởi đến mới được
phép xuất dữ liệu.
Theo cách kết nối như trên thì tại một thời điểm nhất đònh thì chỉ có duy nhất
một nhóm được phép truyền dữ liệu, nhóm còn lại sẽ có các ngõ ra ở trạng thái tổng trở

cao.
Khi tín hiệu điều khiển màu từ EPROM gởi đến ở mức logic thấp thì nhóm chốt
dữ liệu thứ nhất sẽ được phép hoạt động (truyền dữ liệu), nhóm thứ hai sẽ bò cấm (ngõ
ra ở trạng thái tổng trở cao bất chấp trạng thái ở ngõ vào). Tín hiệu từ bộ quét cột đưa
đến sẽ qua bộ chốt thứ nhất để đến Cathode của LED xanh, cho phép các LED này
sáng.
Ngược lại, khi tín hiệu điều khiển màu ở mức logic cao thì nhóm thứ nhất sẽ bò
cấm, chỉ có nhóm thứ hai là được phép hoạt động. Tín hiệu quét cột từ 74138 sẽ qua
nhóm này để đi đến Cathode của LED đỏ, cho phép các LED này sáng.
Như vậy, bộ chốt dữ liệu dùng IC 74241 trên đã thực hiện được nhiệm vụ đổi
màu cho bảng đèn một cách dễ dàng. Tuy nhiên, do IC 74241 có sơ đồ chân phức tạp
(các ngõ vào và ngõ ra của IC nằm xen kẽ nhau ở cả hai hàng chân) nên sẽ gây khó
khăn cho việc thiết kế mạch in (cho mạch điện của đồ án này). Vì vậy đồ án này sẽ sử
dụng IC 74573 để làm bộ chốt dữ liệu và điều khiển màu (IC 74573 có sơ đồ chân phù
hợp cho việc thiết kế mạch in hơn IC 74241: các ngõ vào và ngõ ra của IC nằm ở hai
hàng chân riêng biệt). Sau đây là sơ đồ nguyên lý của mạch chốt dữ liệu và điều khiển
màu dùng IC 74573.
2. Mạch chốt dữ liệu dùng IC 74573:
* Sơ đồ nguyên lý của mạch:

Tín hiệu điều
khiển màu từ
EPROM đưa đến

Đến Cathode
LED xanh
Đến Cathode
LED đỏ
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 44

* Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch:
Các đường dữ liệu ngõ vào của hai IC chốt được mắc song song với nhau và nối
đến các ngõ ra của IC 74138 (các IC quét cột). Chân điều khiển xuất dữ liệu (CE) được
nối với mạch điều khiển màu. Giữa hai chân CE của hai IC này được nối qua một cổng
NOT nên khi một IC được phép xuất dữ liệu thì ngõ ra của IC còn lại sẽ ở trạng thái
tổng trở cao (high Z), trạng thái này sẽ không gây ảnh hưởng gì đến các phần khác của
mạch.
Theo nguyên lý của mạch điện trên thì ngõ ra của mỗi IC chốt sẽ được nối đến
Cathode của hai LED có màu khác nhau. Việc kết nối này được quy đònh như sau: khi
tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển màu gởi đến ở mức logic [0] thì IC chốt nối với
Cathode của LED xanh (IC 74573(I)) được phép xuất dữ liệu, IC còn lại (74573 (II)) có
ngõ ra ở trạng thái tổng trở cao. Ngược lại, khi tín hiệu điều khiển màu ở mức logic [1]
thì ngõ ra của IC 74573 (I) sẽ ở trạng thái tổng trở cao còn IC 74573 (II) thì được phép
xuất dữ liệu và khi đó trên bảng đèn, LED đỏ sẽ được phép sáng.
Tóm lại, khi tín hiệu điều khiển màu ở mức logic [0] thì bảng đèn sẽ hiển thò
chữ màu xanh và khi tín hiệu này ở mức logic [1] thì bảng đèn sẽ hiển thò chữ màu đỏ.
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang

Svth: Vương Kiến Hưng 45

CHƯƠNG 5 : BỘ ĐỆM DỮ LIỆU
Bộ đệm dữ liệu rất thường được sử dụng trong các mạch điện tử, chẳng hạn như
bộ đệm dữ liệu ở ngõ ra của EPROM. Tác dụng của bộ đệm là để cách li các mạch
điện ở ngõ vào và ngõ ra của nó, ngoài ra bộ đệm cũng có thể làm tăng dòng điện ở
ngõ ra.
Có nhiều loại IC đệm chuyên dùng thuộc cả hai họ TTL và CMOS như: 7406,
7407, 7416, 7417,… (họ TTL), 4049, 4050,… (họ CMOS). Ngoài ra các IC cổng cũng có
thể dùng làm bộ đệm được.
Trong đề tài này, bộ đệm cột đi liền ngay sau bộ chốt dữ liệu là IC 74573 thuộc
họ TTL do đó nếu sử dụng các IC đệm thuộc họ CMOS (4049, 4050) thì phải tính đến
việc giao tiếp giữa TTL-CMOS. Vì mức logic [1] ở ngõ ra họ TTL thấp hơn mức logic
[1] ở ngõ vào họ CMOS nên để IC họ CMOS làm việc ổn đònh thì phải mắc thêm các
điện trở hồi tiếp như sau:





Do bảng đèn có đến 60 cột (30 cột LED xanh, 30 cột LED đỏ) nên nếu dùng IC
họ CMOS làm bộ đệm cột thì phải ráp thêm 60 điện trở hồi tiếp R
F
ở mỗi cột. Đây là
một việc làm tốn nhiều thời gian, công sức và không cần thiết vì trong thực tế cũng có
nhiều IC đệm chuyên dùng thuộc họ TTL (như đã giới thiệu ở trên).
Các IC đệm chuyên dùng thuộc họ TTL như: 7406, 7407, 7416, 7417 đều có ngõ
ra cực thu để hở (Open Collector). Ngõ ra cực thu để hở có dạng như sau (hình 1):

Để IC cực thu để hở hoạt động được bình thường thì thường phải mắc thêm điện
trở kéo lên như hình 2. Điện trở kéo lên này có tác dụng đònh điện áp ở ngõ ra, tạo
đường dẫn cho Transistor bên trong IC. Do đó, tùy từng loại IC mà ta có giá trò điện trở
kéo lên khác nhau. Giá trò điện trở kéo lên này được chọn tùy thuộc vào các yếu tố sau:
công suất của IC, số tầng mắc song song các IC, hệ số fan-out. Giá trò điện trở kéo lên
này cũng phải đủ lớn để không làm quá dòng qua Transistor bên trong IC (dòng chảy
R
F

VCC
VCC
hình 2
Output
R
kéo lên

Output
hình 1
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 46

vào IC khi ngõ ra ở mức logic thấp: I
OL
) và cũng phải đủ bé để không làm chậm đi tốc
độ làm việc của IC.
Nếu sử dụng IC loại cực thu để hở để thúc tải trực tiếp thì có thể mắc mạch điện

như sau:





Do tải ở mạch này là bảng đèn (ma trận LED 5x7: một ma trận LED thì gồm có
5 cột và 7 hàng) nên nếu dùng IC đệm để kéo tải trực tiếp như ở hình 3 thì tại mỗi ngõ
ra của một cổng đệm sẽ phải nối song song với 7 LED, thông thường thì một IC có 6
cổng đệm, như vậy tổng tất cả các LED mắc song song vào IC là 7x6 = 42 LED. Mạch
quang báo này sử dụng phương pháp quét để hiển thò nên dòng điện tức thời qua mỗi
LED có thể lên đến hàng trăm mA (trong một số trường hợp có thể lên đến đơn vò
Ampe). Như thế tại một thời điểm tức thời nếu có 7 LED cùng sáng thì dòng điện qua
IC đã lên đến vài Ampe. Nếu gặp trường hợp cả 8 cột LED đều sáng (trường hợp này
xảy ra khi bảng đèn hiển thò hình ảnh) thì dòng điện có giá trò lớn (vài Ampe) sẽ chảy
qua IC trong một khoảng thời gian dài và sẽ dẫn đến việc chết IC.
Nếu dùng cách mắc thêm điện trở kéo lên như hình 2 thì phải ráp thêm 60 điện
trở kéo lên, việc làm này cũng phức tạp tương tự như khi dùng IC đệm họ CMOS.
Chúng ta còn một trường hợp khả thi nữa là dùng IC cổng để làm bộ đệm. Do
sau bộ đệm còn có thêm một phần thúc công suất nữa nên không cần thiết dòng ra phải
lớn. Bộ đệm này chỉ có nhiệm vụ cách li giữa bộ chốt dữ liệu và phần thúc công suất.
Như vậy việc dùng IC cổng trong trường hợp này là phù hợp nhất.
IC 7404 được chọn vì: trong một IC có đến 6 cổng NOT (số lượng cổng nhiều
nhất so với các loại IC cổng khác), ngõ ra không phải là loại cực thu để hở, thuộc họ
TTL nên không phải quan tâm đến việc giao tiếp giữa TTL-CMOS.
Sau đây là vài sơ đồ điển hình cho việc sử dụng bộ đệm dùng IC 7404.

VCC

hình 3

tải

7404
7404
7404 DÙNG ĐỆM NGÕ RA EPROM
2764
A0
10
A1
9
A2
8
A3
7
A4
6
A5
5
A6
4
A7
3

A8
25
A9
24
A10
21
A11
23
A12
2
CE
20
OE
22
PGM
27
VPP
1
O0
11
O1
12
O2
13
O3
15
O4
16
O5
17

O6
18
O7
19


Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 47









Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 48

CHƯƠNG 6: BỘ THÚC CÔNG SUẤT
I. GIỚI THIỆU BỘ THÚC CÔNG SUẤT:
Để bảng đèn hiển thò được rõ ràng một câu văn bản, một hình ảnh, một ký
hiệu… thì bắt buộc các LED trong bảng phải sáng đủ mạnh, việc này được thực hiện
một cách dễ dàng khi dùng các Transistor hoạt động ở lớp D (chế độ Switching, tắt-bão
hòa, đóng -cắt).
Ngoài ra, ta cũng có thể dùng các IC chuyên dùng để thúc công suất như:7416,
7417… (thuộc họ TTL) hoặc 4049, 4050…( họ CMOS). Các IC này ngày nay đã được
chế tạo với dòng ngõ ra có thể lên đến hàng chục mA (có thể lên đến 50 mA), bảo đảm
kéo nổi hầu hết các tải trong các mạch điện tử số.

Tuy nhiên, nếu dùng các IC để thúc công suất thì ta sẽ có dòng ngõ ra cố đònh,
khi muốn dùng tải có công suất lớn hơn thì ta khó sửa đổi lại mạch thúc công suất được.
Và một điều nữa là theo tính toán, dòng điện ở một cột LED có thể lên đến gần
100mA, giá trò này cao hơn nhiều so với dòng ngõ ra cực đại của các IC thúc nên ở
mạch điện thuộc đồ án này thì không thể dùng các IC để thúc trực tiếp tải được.
Còn nhiều cách khác nữa để thúc tải như dùng SCR, triac, op-to, Solid State
Relay… Các cách này thường được dùng cho các tải có công suất lớn như các bảng đèn
ở quảng trường.
Do tải ở đây là bảng đèn có công suất không lớn lắm nên ta chỉ cần dùng các
Transistor công suất trung bình là đủ để thúc sáng nó.
Bảng đèn cần được thúc bởi hai bộ thúc hàng và cột khác nhau mới sáng được
nên ở đây cũng đưa ra hai bộ thúc hàng và thúc cột dùng Transistor.
1. Bộ thúc công suất hàng dùng Transistor:
Dữ liệu từ ngõ ra EPROM muốn hiển thò được thì phải ở mức logic [1] (do đề tài
này quy đònh), sau khi qua cổng đệm 7404 sẽ bò đảo lại thành mức logic[0]. Với mức
logic này, để bộ thúc công suất hoạt động (Transistor dẫn bão hòa) thì phải dùng
Transistor loại pnp, mạch được ráp như sau:







Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: khi cực B của Transistor ở mức
logic[0] thì mối nối BE được phân cực thuận làm Transistor dẫn, lúc này áp rơi trên CE
sẽ giảm (điện áp trên chân C là V
C
sẽ tăng về hướng V
CC

) làm BC cũng được phân cực
VCC
pnp
7404

R
B

R
C

Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 49

thuận luôn. Do BE, BC đều phân cực thuận nên Transistor sẽ dẫn bão hòa và có dòng
đủ mạnh để cung cấp cho LED. Khi dữ liệu ở ngõ ra của EPROM ở mức logic[0]
(không hiển thò trên bảng đèn) thì sau khi qua cổng NOT (7404), dữ liệu này sẽ được
chuyển thành mức logic[1] làm BE, BC không được phân cực thuận nữa nên Transistor
sẽ tắt, ngưng cung cấp dòng cho LED. Như vậy Transistor sẽ dẫn bão hòa khi dữ liệu ở
ngõ ra EPROM ở mức logic[1], tắt khi dữ liệu này ở mức logic[0].
2. Bộ thúc công suất cột:
Do bộ quét cột đưa tín hiệu điều khiển cho phép ở mức logic[0], sau khi qua bộ
đệm 7404 sẽ trở thành mức logic[1], vì vậy Transistor loại npn được sử dụng để làm bộ
thúc công suất cột, mạch được ráp như sau:





Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: khi tín hiệu cho phép gởi đến (ở mức

logic[0]), qua IC 7404 sẽ trở thành mức logic[1], phân cực thuận BE của Transistor làm
Transistor này dẫn. Lúc này, tương tự trường hợp trên, áp rơi trên CE giảm làm BC
cũng được phân cực thuận nên Transistor sẽ chuyển đến trạng thái dẫn bão hòa, cung
cấp dòng cho LED. Khi tín hiệu cho phép ở mức logic[1], BE sẽ không được phân cực
thuận nữa làm Transistor tắt, ngưng cấp dòng cho LED.
Trong đồ án, mạch thúc công suất ngang và dọc được kết nối lại với nhau như
sau:









Giải thích nguyên lý hoạt động: theo hình trên, LED chỉ được phép sáng khi cà
hai Transistor cùng dẫn. Để thỏa mãn yêu cầu này thì dữ liệu từ EPROM gởi ra phải ở
mức logic[1], đồng thời tín hiệu từ bộ quét cột cũng phải ở mức logic[0]. Lúc này, dựa
vào hai cách lý giải ở trên cho bộ thúc công suất hàng và cột, cả hai Transistor đều dẫn
bão hòa nên có dòng cung cấp cho LED.
npn
7404

R
B

VCC
npn
7404

pnp
7404


R
B

R
B

R
C

Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 50

II. TÍNH TOÁN CHO BỘ THÚC CÔNG SUẤT:









IC 7404 có áp ngõ ra ở mức cao  2,7V (chọn = 5V).
Do mạch quét cột gồm 32 cột, tại mỗi thời điểm chỉ có một cột được phép hiển
thò nên thời gian hoạt động của mỗi cột chỉ chiếm 1/3  33% thời gian quét hết 32 cột.
Do đó dòng điện trung bình qua mỗi LED cũng chỉ chiếm cỡ 33% so với dòng điện tức

thời qua nó.
Chọn dòng điện trung bình qua LED là I
tb
= 10 mA khi đó dòng điện tức thời
qua nó là:

I
tt
= = 333 mA = I
cbh


chọn 
bh
= 25 (chung cho T
1
và T
2
)
Điều kiện để Transistor bão hòa: 
bh
*I
B
 I
cbh


 I
BH
= I

BC
 = = 13,3 mA

do sụt áp trên LED đỏ (1,8V~2V) nhỏ hơn sụt áp trên LED xanh (3V) nên để an toàn
và đơn giản, ta chỉ tính toán đối với LED đỏ.
Tính R
E
: ta có I
cbh
*R
E
= 5V – (0,2V + 2V + 0,2V)

 R
E
= = 7,8   chọn R
E
= 6,8 

với R
E
= 6,8   I
cbh
= I
tt
=  382 mA

VCC

T2

7404

T1

7404





R
BH

R
BC

R
E

0V

4V


bh

I
cbh
25

333

3%

10mA

6,8


2,6V

333mA

2,6V