Thiết kế đồng hồ số



 !"!#$!
%&'!#
(((((((((
)*+"
VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
,$!!-%-+ ))./
Sinh viên thực hiện : NHÓM 5
1 Lê Anh Tuấn MSV 0874040089
2 Nguyễn Văn Tuấn MSV 0874040087
3 Cao Văn Vinh MSV 0874040085
4 Trần Đình Luân MSV 0874040091
5 Đoàn Thanh Hướng MSV 0874040086
Lớp : LT CĐĐH Điện 2_K8
Giáo viên hướng dẫn : Phạm Văn Hùng
Hà Nội, Năm 2014
0 1234567897
Nhóm 5 Trang 1
Mẫu: MC - 11)

08: 4;<:=>?1=:@4
!-A!'&)*+"+B+.
Số: 04
Họ và tên HS-SV: Nhóm 5
Lớp: LT CĐĐH ĐIỆN 2 – K8 Khoá: 8 Khoa: Điện
?C
Đề tài: Thiết kế mạch đồng hồ số.
Mô tả: Mạch dùng để hiển thị thời gian hh:mm:ss .
Khuyến khích: - Cho phép chọn các chế độ hiển thị 24 h hoặc 12 AM:PM
D9CEF9

Yêu cầu về bố cục nội dung:
Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hơp, mạch dãy và mạch dao động.
Chương 2: Thiết kế mạch đồng hồ số.
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng.
@G
Trước khi bảo vệ đồ án sinh viên phải nộp:
- File mềm gồm file trình bày đồ án và file mô phỏng
- Quyển in khổ A4.
Nhóm 5 Trang 2

HIJK'!*&!LMN
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Nhóm 5 Trang 3

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
O!+PQA
Cùng với sự phát triển của khoa hoc và công nghệ các thiết bị điện tử đã, đang
và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết
các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống con người.
Việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần nào giảm bớt được giá thành sản phẩm
bằng các linh kiện rời. Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế các bộ phận thiết thực
hằng ngày giúp chúng ta hiểu được môn kỹ thuật số làm gì và được ứng dụng vào
đâu.
Đồng hồ là một thiết bị rất cần thiết 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 mới bắt đầu 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.
Trải qua quá trình học tập và nghiên cứu môn học Vi Mạch Tương Tự và Vi Mạch
Số, nhóm chúng em đã chọn đề tài “ F9%F+4RR.S” để làm đồ án.
Trong quá trình làm đồ án, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy 
. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng vẫn còn nhiều thiếu xót về nội dung và phương
pháp trình bày. Em rất mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn của thầy cô và ý kiến đóng

góp của các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy  đã hướng dẫn chúng em
hoàn thành đồ án này.
Nhóm 5 Trang 4

Hà Nội, ngày 12 tháng 02 năm 2014
Sinh viên
TU
+CV4OW4
X!YZC4C[\49]^:_4?3E[4?71?
1.1. Mạch tổ hợp………………………………….……………… ……… 6
1.2. Mã hóa………………………………………………….….….……… 6
1.3. Mạch giải mã………………………………………….……… ………7
1.4. Giải mã BCD sang led 7 đoạn………………………… ….………… 7
1.5 Mạch dãy…………………………………………………… ….…… 8
1.6 Thanh ghi và thanh ghi dịch ………………………………………… 8
1.7 Bộ đếm…………………………………………………… … …… 8
1.8. Mạch dao động.…………………………………….…………… ……9
X!!F9`F4aRRbS
cdedYZC[\4f4;`8914ggggdggggg …… 10
2.2. Khối tạo xung IC 555…… ……………………………………… 10
2.3. Khối đếm BCD 74LS190 ………….……………… ………………12
2.4. Khối giải mã IC 74LS47 …………………………………… …… 14
2.5. Khối hiển thị ( Led 7 thanh)…………………………… ……………19
2.6. Cổng NOT ………………………………………………………… 21
2.7. Cổng NAND……………………………………………………… 21
Nhóm 5 Trang 5

X!!!IhE?>4X9Y0:i……………… ….… 23
3.1. Sơ đồ khối hệ thống :……………………………………………… 23

3.2. Nhiệm vụ của từng khôi………………………………………………23
3.3. Sơ đồ nguyên lý và mô hình mô phỏng………………………… … 24
3.4. Nguyên lý làm việc………………………………………….….…….25
X!%F9;C<gggggggggggggggggddggddcj
4.1. Khả năng và ứng dụng……………………………………… ………27
4.2. Đặc tính kỹ thuật…………………………………………… ….……27
X!YZC4C[\49]^:_4?3E[4?71
?
1.1 d+49]^:
edcd+3T7
Mã hóa và giải mã không có gì xa lạ và là tất yếu trong đời sống chúng ta. Nó được
dùng để dễ nhớ, dễ đặt, dễ làm,….là quy ước chung cũng có thể phổ biến cũng có thể
bí mật. Chẳng hạn dùng chữ để đặt tên cho 1 con đường, cho 1 con người, dùng số
trong mã số sinh viên, trong thi đấu thể thao, quy ước đèn xanh, đỏ, vàng tương ứng
là cho phép đi,đứng, dừng trong giao thông, rồi viết bức thư sử dụng chữ viết tắt, kí
hiệu riêng để giữ bí mật hay phức tạp hơn là phải mã hoá các thông tin dùng trong
tình báo, …
Trong các hệ thống số kể cả viễn thông, máy tính, các đường điều khiển tuỳ chọn
hay dữ liệu được truyền đi hay xử lí đều phải ở dạng số hệ 2 chỉ gồm 1 và 0, có nhiều
đường tín hiệu chỉ có 1 bit như đường điều khiển mở nguồn cho mạch ở mức 1, rồi
có nhiều đường địa chỉ nhiều bit chẳng hạn 110100 để CPU xác định địa chỉ trong bộ
nhớ, rồi dữ liệu dạng hex gửi xuống máy in cho in ra kí tự. Tất cả các tổ hợp bit đó
được gọi là các mã số (code) hay mã. Và mạch tạo ra các mã số gọi là mạch mã hoá
(lập mã: encoder).
Bộ mã hóa nhị phân – thập phân ( bộ mã hoa BCD)
Bộ mã hóa nhị-thập phân là mạch điện có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số hệ thập
phân thành mã hệ nhị phân. Dạng mã này còn được gọi là mã BCD .
Nhóm 5 Trang 6

-Bảng chân lí bộ mã hóa BCD :

edk+4l3
Mạch giải mã là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1 mã
số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1 ngõ ra được tác động, mã ngõ vào thường ít
hơn mã ngõ ra. Tất nhiên ngõ vào cho phép phải được bật lên cho chức năng giải mã.
Mạch giải mã được ứng dụng chính trong ghép kênh dữ liệu, hiển thị led 7 đoạn, giải
mã địa chỉ bộ nhớ.
edmdl3b7;n?ja1
Một dạng mạch giải mã khác rất hay sử dụng trong hiển thị led 7 đoạn đó là mạch
giải mã BCD sang led 7 đoạn. Mạch này phức tạp hơn nhiều so với mạch giải mã
BCD sang thập phân đã nói ở phần trước bởi vì mạch khi này phải cho ra tổ hợp có
nhiều ngõ ra lên cao xuống thấp hơn (tuỳ loại đèn led anode chung hay cathode
chung) để làm các đoạn led cần thiết sáng tạo nên các số hay kí tự.
Trước hết hãy xem qua cấu trúc và loại đèn led 7 đoạn của một số đèn được cấu tạo
bởi 7 đoạn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); được sắp xếp hình số 8
vuông (như hình trên) ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy thập phân
cho số hiện thị; nó được điều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã. Các chân ra
của led được sắp xếp thành 2 hàng chân ở giữa mỗi hàng chân là A chung hay K
chung. Thứ tự sắp xếp cho 2 loại như trình bày ở dưới đây :
Nhóm 5 Trang 7

YedeoC9@4[4h7457e?;n?ja1
Để đèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó, các
thanh led đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180 đến 390 ohm với
nguồn cấp chuẩn thường là 5V. IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b, g của
led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung).
edUd+4?3E
Mạch dãy là mạch logic có các phần tử nhớ được tạo bởi các mạch lật và các mạch
logic cơ bản và các biến ra của mạch không chỉ phụ thuộc vào tổ hợp biến vào mà
còn phụ thuộc vào cả trạng thái hiện tại của mạch.
edpd7[97?q4

Thanh ghi là dãy mạch nhớ có chức năng lưu giữ dưc liệu hoặc biến đổi dữ liệu số từ
nối tiếp sang song song và ngược lại. mỗi mạch lật chỉ lưu giữ được 1 bit, vậy thanh
ghi dài bao nhiêu bit phải tạo từ bấy nhiêu mạch lật.
Thanh ghi nhận dữ liệu song song
Mạch chốt dữ liệu :
Nhóm 5 Trang 8

Bộ ghi dịch :
edjdaF
Bộ đếm là thiết bị đếm được số xung cửa vào, đầu ra của bộ đếm là số lượng xung
đếm được.
- Bộ đếm nhị phân đồng bộ
- Bộ đếm thập phân đồng bộ
edrd+4?71a.
Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao
động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung
dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v
Mạch dao động hình Sin.
Mạch dao động đa hài.
Mạch dao động nghẹt.
Mạch dao động dùng IC.
Nhóm 5 Trang 9

X!!F9`F4aRRbS
cdedYZC[\4f4 linh kiện trong mạch :
cdcd%S912Cs!tUUUu
Hình dạng và sơ đồ chân: Hình dạng thực tế
Nhóm 5 Trang 10

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.
Sơ đồ cấu trúc bên trong:
Nhóm 5 Trang 11

Khi mới cấp nguốn Vcc, tụ bắt đầu nạp từ 0V lên:
OP_AMP 1 có:
in in
V V
+ −
<
=> R = 0
OP_AMP 2 có:
in in
V V
+ −
>
=> S = 1
=> Q = 1,
0Q
=

0
1V→ =
: led sáng.

Transistor
2
Q
có
0
B
U =
làm
2
Q
tắt, tụ C tiếp tục được nạp điện, tụ ap điện qua
1
R
và
2
R
với hằng số thời gian là:
Tnạp = (
1 2
R R+
).C
Khi điện áp Vc tăng > 1/3Vcc, thì:
OP_AMP 1 có:
in in
V V
+ −
<
=> R = 0
OP_AMP 2 có:
in in

V V
+ −
<
=> S = 0
=> Q = 1,
0Q
=

0
1V→ =
: led sáng, FF không thay đổi trạng thái.
Nhóm 5 Trang 12

Khi điện áp trên Vc tăng > 2/3Vcc, thì:
OP_AMP 1 có:
in in
V V
+ −
>
=> R = 1
OP_AMP 2 có:
in in
V V
+ −
<
=>S = 0
=> Q = 0,
1Q
=

0
0V→ =
: led tắt.
Do
Q
= 1 nên
2
Q
dẫn bão hoà làm chân 7
≈
0V, làm tụ C không được nạp mà
xả điện qua
2
R
, qua tiếp giáp CE của
2
Q
và xuống mass.
Tụ xả với hằng số thời gian là:
Txả =
2
.R C
Khi Vc < 2/3Vcc: R = 0, S = 0 : giữ nguyên trạng thái.
Khi Vc < 1/3Vcc: R = 0, S = 1: => Q = 1,
0Q
=

0
1V→ =
: led sáng.

Khi
0Q
=
,
2
Q
tắt, chấm dứt thời gian xả điện của tụ C. Như vậy, mạch trở lại
trạng thái ban đầu và tụ lại nạp điện trở lại. Hiện tượng này diễn ra liên tục và tuần
hoàn.
cdk%SaFs!jmO.evwu
Là IC tích hợp bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song. Nó có chức năng
đếm thuận hoặc nghịch. Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển
nạp giá trị.
Nhóm 5 Trang 13


Sơ đồ chân IC 74LS190 Hình ảnh thực tế IC 74LS190
Chức năng các chân:
- Chân cấp nguồn : 16 (VCC) và chân 8(GND).
- Nhóm chân dữ liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9)
- Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa (3) Qb(2) Qc(6) Qd(7)
- Chân cấp xung clock CLK :14
- Chân chọn chế độ đếm thuận nghịch D/U :5
- Chân cho phép đếm Enable :4
- Chân nạp giá trị load :11
- Chân xung đếm ra RCO :13
Bảng trạng thái các chân chức năng đặc biệt :
Nhóm 5 Trang 14

Giản đồ xung của 74LS190 :

cdmd%Sl3s!jmO.mju
Nhóm 5 Trang 15

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 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…
IC 74LS47 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.
Hình dạng và sơ đồ chân:
Hình ảnh thực tế:
Nhóm 5 Trang 16


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.
Nhóm 5 Trang 17

Sơ đồ logic
TU7er

Bảng trạng thái:
Phương trình ngõ ra:
a = A.
B
.
C
.
D
+
A
.
B
.C.
D
+
A
.B.C.
D
b = A.
B

.C.
D
+
A
.B.C .
D
c =
A
.B.
C
.
D
d = A.
B
.
C
.
D
+
A
.
B
.C.
D
+ A.B.C.
D
+A.
B
.
C

.D
e = A.
B
.
C
.
D
+ A.B
C
.
D
+
A
.
B
.C.
D
+ A.B.C.
D
+ A.
B
.C.
D
+ A.
B
.
C
. D
f = A.
B

.
C
.
D
+
A
.B.
C
.
D
+ A.B.
C
.
D
+ A.B.C.
D
g =
A
.
B
.
C
.
D
+A.
B
.
C
.
D

+ A.B.C.
D
TU7ev

Ở trạng thái mã BCD sang 7 vạch tác động ở mức thấp gồm các lại IC74LS47,
IC74LS46,… được dùng cho loại có Anode chung.
ở trong mạch đồng hồ số này sử dụng IC74LS47.
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 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 xoá dợn 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 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.
Bảng chân lí
TU7cw

2.5. %SZ9qsOn?j97u
Led 7 thanh: là 7 con led xếp với nhau thành một hình, nhằm thể hiện các con
số. Một chân của các con led được nối với nhau ( Katot chung hoặc Anot
chung), các chân còn lại được đưa ra nhằm phân cực các con led.
Sơ đồ khối :
TU7ce
A


A
B
C
D

Khảo sát mạch giải mã led 7 đoạn loại anode chung:
Chân anode nối lên mức cao
Đoạn nào sáng tương ứng mức L
Đoạn nào tối tương ứng mức H
Bảng trang thái:
DEC INPUT OUTPUT
D C B A a B c d e f g
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1
2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0
3 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0
4 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0
5 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0
6 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0
TU7cc
H
G
F
E
D
C
B

7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1
8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
Phương trình ngõ ra
a = A.
B
.
C
.
D
+
A
.
B
.C.
D
b = A.
B
.C.
D
+
A
.B.C .
D
c =
A
.B.
C
.
D
d = A.
B

.
C
.
D
+
A
.
B
.C.
D
+ A.B.C.
D
e = A.
B
.
C
.
D
+ A.B
C
.
D
+
A
.
B
.C.
D
+ A.B.C.
D

+ A.
B
.C.
D
+ A.
B
.
C
. D
f = A.
B
.
C
.
D
+
A
.B.
C
.
D
+ A.B.
C
.
D
+ A.B.C.
D
g =
A
.

B
.
C
.
D
+A.
B
.
C
.
D
+ A.B.C.
D
cdp. ]&
Kí hiệu :
Hàm Logic : Y=
A
Bảng trạng thái :
TU7ck
A Y
0 1
1 0

cdjd]'
- Kết hợp từ cổng NOT và cổng AND tính hiệu ra của NAND là cổng đảo AND
Kí hiệu:
Hàm Logic: Y=
BA.
Bảng trạng thái:
TU7cm

A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

X!!!IhE?>4X9Y0:i
kded.XaR`S

TU7cU
Khối Đếm
IC 74LS190
Khối Hiển Thị
LED 7 Thanh
Khối Tạo Xung
IC HE555
Khối Giải Mã
IC 74LS47
Khối Nguồn
5V