Phương pháp nghiên cứu và sáng tạo mạch quang truyền dẫn định hướng Viba dùng IC giải đa hợp EPROM p1 ppsx

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (270.14 KB, 9 trang )

Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 2

PHẦN II: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH QUANG
BÁO VÀ CÁC IC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN MẠCH
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU MẠCH QUANG BÁO
Có nhiều cách để làm một mạch quang báo: dùng IC rời, dùng EPROM, dùng vi
xử lý hoặc dùng máy vi tính để điều khiển mạch.
Nếu dùng IC rời thì ta sử dụng các IC giải đa hợp (Demultiplexer) kết hợp với
các Diode để làm thành mạch ROM (kiểu ROM này được gọi là Made Home). Chương
trình cho loại ROM này được tạo ra bằng cách sắp xếp vò trí các Diode trong ma trận,
mỗi khi cần thay đổi chương trình thì phải thay đổi lại vò trí các Diode này (thay đổi về
phần cứng). Dung lượng bộ nhớ kiểu này thay đổi theo kích thước mạch, kích thước
càng lớn thì dung lượng càng lớn (vì khi tăng dung lượng thì phải thêm IC giải đa hợp,
thêm các Diode nên kích thước của mạch tăng lên). Nếu muốn đủ bộ nhớ để chạy một
mạch quang báo bình thường thì kích thước mạch phải rất lớn nên giá thành sẽ lên cao,
độ phức tạp tăng lên. Do đó, dạng ROM này không đáp ứng được yêu cầu của mạch
quang báo này.
Khi thay các IC rời ở trên bằng EPROM thì kích thước mạch và giá thành sẽ
giảm đáng kể. Kích thước của EPROM hầu như không tăng theo dung lượng bộ nhớ của
nó. Ngoài ra, khi muốn thay đổi chương trình hiển thò thì ta chỉ việc viết chương trình
mới (thay đổi về phần mềm) nạp vào EPROM hoặc thay EPROM cũ bằng một EPROM
mới có chứa chương trình cần thay đổi. Việc thay đổi chương trình kiểu này thực hiện
đơn giản hơn rất nhiều so với cách dùng IC rời ở trên. Đặc biệt, khi có yêu cầu hiển thò
hình ảnh thì việc sử dụng EPROM để điều khiển là hợp lý nhất, nó đơn giản hơn nhiều
so với việc dùng vi xử lý hoặc máy vi tính để điều khiển. Điều này được giải thích như
sau: do vi xử lý và máy vi tính muốn giao tiếp với bên ngoài đều phải thông qua
chương trình và các IC ngoại vi còn EPROM thì giao tiếp trực tiếp và không cần
chương trình điều khiển nó. Vì phải dùng chương trình nên tín hiệu điều khiển đưa ra
ngoài tuần tự, không được liên tục như EPROM nên khi muốn hiển thò hình ảnh thì sẽ
gặp nhiều khó khăn (do hiển thò hình ảnh thì cần quét cả hàng lẫn cột, và vì tín hiệu

điều khiển xuất hiện tuần tự nên sẽ khó đồng bộ giữa quét hàng và cột, từ đó sẽ gây
khó khăn cho việc hiển thò hình ảnh trên bảng đèn).
Khi vi xử lý tham gia vào thì mạch quang báo sẽ có được nhiều chức năng hơn,
tiện lợi hơn nhưng cũng đắt tiền hơn. Với kit vi xử lý điều khiển quang báo ta có thể
thay đổi chương trình hiển thò một cách dễ dàng bằng cách nhập chương trình mới vào
RAM (thay đổi chương trình ngay trên kit, không cần phải tháo IC nhớ ra đem nạp
chương trình như EPROM). Do vi xử lý có nhiều chức năng nên việc đổi màu cho bảng
đèn cũng được thực hiện một cách dễ dàng. Tuy nhiên, khi sử dụng vi xử lý để làm
mạch quang báo thì giá thành của mạch lại tăng lên nhiều so với khi sử dụng EPROM
vì kit vi xử lý cần phải có EPROM lưu chương trình điều khiển cho vi xử lý, các IC
ngoại vi (giao tiếp bàn phím, hiển thò,…), các RAM để nhớ chương trình, các phím nhập
dữ liệu (do có phím nên kích thước mạch tăng lên nhiều)… Ngoài ra, do vi xử lý phải
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Phương pháp nghiên cứu và sáng tạo
mạch quang truyền dẫn định hướng Viba
dùng IC giải đa hợp EPROM
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang

Svth: Vương Kiến Hưng 3

gởi dữ liệu ra IC ngoại vi (thường là 8255A) rồi mới điều khiển việc hiển thò trên bảng
đèn nên khi cần hiển thò hình ảnh thì cách dùng vi xử lý sẽ phức tạp hơn nhiều so với
khi dùng EPROM (như đã giải thích ở trên).
Ngoài ra, mạch quang báo còn có thể được điều khiển bằng máy vi tính. Tuy
nhiên, khi dùng máy tính để điều khiển quang báo thì rất đắt tiền, chiếm diện tích lớn
mà chất lượng hiển thò cũng không hơn so với khi dùng EPROM.
Qua các phương án được nêu ra ở trên thì cách sử dụng EPROM được chọn vì
đáp ứng được yêu cầu của một mạch quang báo bình thường, giá thành lại rẻ hơn và
mạch điện đơn giản hơn so với khi dùng kit vi xử lý hoặc dùng máy vi tính, việc thay
đổi chương trình cũng dễ dàng hơn nhiều so với việc can thiệp vào phần cứng như cách
dùng các IC rời.
Dưới đây là sơ đồ khối của một mạch quang báo dùng EPROM với màu của chữ
thay đổi được tuỳ theo chương trình nạp vào EPROM.

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 4

SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH QUANG BÁO DÙNG EPROM

DAO ĐỘNG -
TẠO ĐỊA CHỈ
GIẢI MÃ

ĐỊA CHỈ

GIẢI MÃ
HIỂN THỊ
(EPROM)
ĐIỀU
KHIỂN
MÀU
CHỐT DỮ
LIỆU (I)
CHỐT DỮ
LIỆU (II)
ĐỆM NGÕ RA
(HÀNG)
THÚC CÔNG
SUẤT
(HÀNG)
ĐỆM NGÕ RA
CỘT (I)
ĐỆM NGÕ RA
CỘT (II)
THÚC CÔNG
SUẤT CỘT (I)
THÚC CÔNG
SUẤTCỘT (II)

BẢNG ĐÈN
(MA TRẬN LED)

NGUỒN

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r

a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 5

* CHỨC NĂNG CÁC KHỐI
- Dao động – tạo đòa chỉ: tạo ra xung vuông đưa vào bộ đếm để tạo đòa chỉ cho bộ
giải mã hiển thò (EPROM) đồng thời đưa các xung điều khiển đến bộ giải mã đòa
chỉ.
- Giải mã đòa chỉ: nhận xung điều khiển từ bộ dao động – tạo đòa chỉ, từ đó đưa ra tín
hiệu cho phép cột LED nào trên bảng đèn (ma trận LED) được phép sáng. Tại mỗi
thời điểm chỉ đưa ra một xung cho phép duy nhất và chỉ có một cột LED tương ứng
với vò trí xung đó được phép sáng. Tín hiệu cho phép này được đưa đến hai bộ chốt
dữ liệu.
- Các bộ chốt dữ liệu (I), (II): nhận dữ liệu ở ngõ vào từ bộ giải mã đòa chỉ, nhận tín
hiệu cho phép từ bộ giải mã màu. Hai bộ chốt này có ngõ vào điều khiển đảo nhau
nên tại mỗi thời điểm chỉ có một bộ chốt được phép xuất dữ liệu. Quy đònh: bộ chốt
(I) ứng với các cột LED xanh, bộ chốt (II) ứng với các cột LED đỏ.

- Các bộ đệm ngõ ra (cột, hàng): cách li tải và các mạch ở trước nó. Bộ đệm cũng có
tác dụng làm tăng dòng điện ở ngõ ra.
- Các bộ thúc công suất (cột, hàng): khuếch đại dòng điện, bảo đảm cung cấp đủ
dòng điện cho các mạch ở phía sau nó và không làm quá dòng của các mạch phía
trước nó.
- Giải mã hiển thò (EPROM): nhận đòa chỉ từ bộ dao động – tạo đòa chỉ, đưa dữ liệu ra
để hiển thò trên bảng đèn đồng thời đưa tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển màu.
- Bộ điều khiển màu: nhận tín hiệu từ EPROM và từ đó đưa ra tín hiệu cho phép bộ
chốt nào làm việc, bộ chốt nào ngưng làm việc.
- Bảng đèn (ma trận LED): nhận đồng thời hai tín hiệu từ các bộ thúc hàng và cột để
từ đó cho phép LED nào trên bảng được phép sáng, LED nào không được phép
sáng.
- Khối nguồn: bảo đảm cung cấp đủ dòng cho toàn bộ mạch nhưng bản thân nó
không bò quá dòng.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 6

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU CÁC IC SỐ LIÊN QUAN ĐẾN
MẠCH ĐIỆN
I. IC 4060:
IC 4060 là một bộ đếm/bộ chia (Counter/Divider) nhò phân không đồng bộ với
14 tầng Flip-Flop. Mạch dao động của nó gồm 3 chân được nối ra ngoài là: RS, R
TC
,
C
TC
; tất cả các ngõ ra (10 ngõ ra từ O
3
~O
9
, O
11
~O
13
) đều được đệm sẵn từ bên trong
trước khi đưa ra ngoài. Quan trọng hơn hết là chân Master Reset (MR) dùng để cấm
mạch dao động làm việc và reset mạch đếm. Khi chân MR ở mức logic cao, nó sẽ reset
mạch đếm làm tất cả các ngõ ra của bộ đếm đều ở mức logic thấp, việc reset này hoàn
toàn độc lập với các ngõ vào khác (bất chấp trạng thái logic ở các ngõ vào còn lại).
IC 4060 có sơ đồ chân và sơ đồ chức năng như sau:

SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA IC 4060

SƠ ĐỒ CHÂN IC 4060
Chức năng các chân như sau:
V
DD
, V
SS
: cung cấp nguồn cho IC (ở mạch này V
DD
được nối đến +5V, V
SS
nối
đến 0V).
MR: master reset, dùng khóa mạch dao động bên trong IC và reset các bộ đếm.
Khi chân này tác động thì tất cả các ngõ ra của IC đều bò kéo về mức logic thấp.
RS: clock input/oscillator pin, chân này có hai chức năng: khi dùng mạch dao
động từ bên ngoài IC thì nó có nhiệm vụ nhận xung, khi dùng mạch dao động bên trong
IC thì nó là một thành phần của mạch dao động (kết hợp với các chân R
TC
, C
TC
).
14 – STAGE BINARY

COUNTER
O
3

O
4

O
5

O
6

O
7

O
8

O
9

O
11

O
12

O
13

CP

C
D

R
TC

C
TC

RS

MR

7

5

4

6

14

13

15

1

2

3

11

12

10

9

16

1

2

3

4

5

6

7

8

15

14

13

12

11

9

10

V
DD

V
SS

O
11

O
5

O
13

O
12

O
4

O
6

O
3

O
9

O
7
O
8

MR
RS

R
TC

C
TC

4060
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t

r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 7

R
TC
: oscillator pin, chân tạo dao động (kết hợp với các chân khác). Khi dùng
mạch dao động R-C thì một đầu điện trở được nối với chân này.
C
TC
: external capacitor connection, chân tạo dao động (kết hợp với các chân
khác). Khi IC 4060 dao động với mạch R-C (dùng dao động bên trong IC) thì chân này
được nối với một đầu của tụ điện.
O
3
- O

9
, O
11
- O
13
: counter outputs, các ngõ ra của IC. Các ngõ ra này không liên
tục mà bò nhảy cấp hai lần: ngõ ra đầu tiên của nó là O
3
chứ không phải O
0
(nhảy bỏ 3
tầng Flip-Flop đầu tiên, không đưa các tầng này ra ngoài), ngõ ra từ O
9
rồi đến O
11

(không có chân O
10
).
Sơ đồ mô tả hoạt động bên trong của 4060 được vẽ như sau:

Do xung Ck khi lấy ra ở ngõ ra đầu tiên (O
3

) của IC 4060 thì đã được chia qua 3
tầng Flip-Flop một cách tự động nên giản đồ thời gian ở đây chỉ vẽ bắt đầu khi có xung
Ck thứ 3 tác động vào IC.
Giản đồ thời gian của IC 4060 như sau:

CP

FF4

FF10
FF12

FF14

O

C
D

FF1

MR

O
3

O
9

O
11

O
13

C
TC

3

RS

Ck

MR

O
3

O
4

O
12

O
13

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 8

Cấu trúc các phần tử trong mạch dao động của 4060 cho phép thiết kế mạch dao

động hoặc làm việc với tụ-điện trở (mạch dao động R-C) hoặc làm việc với thạch anh.
Ngoài ra, ta cũng có thể thay thế mạch dao động bên trong bằng một tín hiệu xung
đồng hồ từ bên ngoài đưa vào chân RS, khi dùng xung Ck từ bên ngoài thì bộ đếm sẽ
hoạt động khi có cạnh xuống của xung tác động.
* Mạch dao động của 4060 khi dùng tụ-điện trở được ráp như sau:

Giải thích nguyên lý hoạt động: đây là loại mạch dao động của CMOS. Mạch
chỉ dao động được khi chân MR ở mức cao (chỉ đúng với hình vẽ này, ở cacù hình trên
thì chân MR tác động ở mức cao). Nếu chân MR ở mức thấp thì ngõ ra của cổng NAND
sẽ bò khóa chết ở mức logic [1] nên mạch không dao động được. Khi chân MR ở mức
logic [1] thì cổng NAND sẽ hoạt động như một cổng NOT. Ta nhận thấy trạng thái
logic tại điểm 2 và 3 luôn luôn ngược nhau (ngõ vào và ra của cổng NOT). Tần số dao
động của mạch này phụ thuộc vào trò số của tụ và điện trở.
Bây giờ, giả sử ngõ vào 1 ở mức logic [0] thì ngõ ra 2 của cổng NAND (đồng
thời là ngõ vào của cổng NOT) ở mức logic [1], ngõ ra 3 của cổng NOT sẽ ở mức logic
[0]. Lúc này tụ C
t
sẽ nạp điện qua R
t
theo đường như sau: dòng điện từ cực dương của
nguồn  ngõ ra cổng NAND  R
t
 C
t
 vào cổng NOT  cực âm của nguồn.

Khi tụ C
t
nạp đến giá trò > V
T
một chút (V
T
: điện thế mà tại đó trạng thái logic
chuyển từ thấp lên cao) thì ngõ vào của cổng NAND sẽ chuyển lên mức logic [1], ngõ
ra của nó sẽ thành mức logic [0] và làm cho ngõ ra của cổng NOT trở thành mức logic
[1]. Do có sự thay đổi mức logic tại hai điểm 2 và 3 nên tụ C
t
sẽ xả điện (cũng qua điện
trở R
t
). Khi C
t
xả thì điện thế tại ngõ vào cổng NAND (V
1
) giảm dần, khi V
1
giảm đến
giá trò  V
T
một chút thì ngõ ra cổng NAND sẽ chuyển lên trạng thái logic [1] và ngõ ra
cổng NOT sẽ về lại mức logic [0]. Lúc này trạng thái logic tại các điểm 1, 2, 3 lại trở
về trạng thái ban đầu và tụ C
t
lại tiếp tục nạp điện, bắt đầu lại quá trình nạp-xả kế tiếp.
Và cứ như thế tiếp tục mãi mãi, ta sẽ có được mạch dao động tạo xung vuông với tần
số phụ thuộc giá trò R

t
, C
t
và được tính theo công thức sau:

f =

với : Ct  100pF
10KΩ ≤ Rt ≤ 1MΩ
C
t

R
t

.

.

3

,

2

1

MR\
RC Rt Ct
1

2 3
Rt << R
R.C << Rt.Ct
Với

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 9

* Mạch dao động 4060 dùng thạch anh được ráp như sau:

Mạch này có tần số dao động là tần số riêng của thạch anh, điện trở R
2
dùng
giới hạn dòng điện qua IC. Tụ biến dung C
1
dùng lọc bớt tần số cộng hưởng hưởng của
thạch anh (do thạch anh vừa có dao động cộng hưởng nối tiếp, vừa có cộng hưởng song
song)
II.
IC 4040 là bộ đếm nhò phân không đồng bộ gồm 12 tầng Flip-Flop, cả 12 ngõ ra
này (O
0
~O
11
) đều đã được đệm trước khi đưa ra ngoài.
Chân MR (Master Reset) tác động ở mức cao, khi MR tác động thì toàn bộ các
ngõ ra của IC bò kéo xuống mức thấp bất chấp trạng thái của chân CP lúc đó.
IC 4040 thường được dùng làm bộ chia tần số, được sử dụng trong các mạch làm
trễ hoặc để điều khiển sự hoạt động của các bộ đếm khác.
IC 4040 có sơ đồ chân và sơ đồ cấu tạo bên trong như sau:

SƠ ĐỒ NỘI BỘ CỦA IC 4040

SƠ ĐỒ CHÂN IC 4040
16

1

2

3

4

5

6

7

8
15

14

13

12

11

9

10

V
DD

V
SS

O
11

O
6

O
4

O
5

O
3

O
2

O

1

O
10

O
9

O
7

O
8

MR

CP
\

O
0

4040
10

C
D

MR

CP
\

T

O
0

O
1

O
2

O
3

O
4

O
5

O
6

O
7

O
8

O
9

O
10

O
11

11

9

7

6

5

3

2

4

13

12

14

15

1

12
–
STAGE COUNTER

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang
Svth: Vương Kiến Hưng 10

Chức năng các chân của IC 4060 như sau:

V
DD
, V
SS
: hai chân cấp nguồn của IC. V
DD
nối với nguồn dương, V
SS
nối với
nguồn âm. Ở mạch này V
DD
được nối đến +5V, V
SS
được nối với mass (0V).
CP: clock input, chân nhận xung của IC. Để IC hoạt động được thì phải có xung
đưa vào nó (vì bộ đếm thực chất là các bộ chia tần số nên bắt buộc phải có tần số ngõ
vào mới lấy được tần số cần chia ở ngõ ra). IC 4040 hoạt động với cạnh xuống của
xung tác động: khi xung đưa vào IC chuyển từ trạng thái logic cao về trạng thái logic
thấp thì bộ đếm sẽ đếm lên một xung (hoặc tần số ở ngõ ra được chia đôi thêm một lần
nữa).
MR: master reset input, chân này dùng để reset IC, tác động ở mức cao. Khi
chân MR được đưa lên mức logic cao thì IC 4040 bò reset làm toàn bộ các ngõ ra của nó
bò kéo xuống mức logic thấp.
O
0
~ O
11
: parallel outputs, các ngõ ra song song của IC. Không như IC 4060, các
ngõ ra của IC 4040 được lấy ra một cách liên tục (không nhảy cấp), điều này sẽ tạo
điều kiện thuận lợi cho người thiết kế mạch khi sử dụng nó.