Thiết kế đồng hồ số hiển thị trên 6 led 7 đoạn

Hà Như Quỳnh
LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành
điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển,
từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ
thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các
mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành
rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi
trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của
con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ đã giúp cho đời sống cuả chúng
ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn.
Đề tài “Đồng Hồ Số” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình
khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp. Do tài liệu tham khảo bằng
Tiếng Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn
non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như
của các bạn sinh viên.
Người thực hiện đề tài.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 1
Hà Như Quỳnh
Hà Như Quỳnh
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 2
Hà Như Quỳnh
Chương I
GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN, THIẾT KẾ MẠCH
I. KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4071:
Vi mạch HEF4071 có 4 cổng OR, thực hiện hàm logic OR có sơ đồ logic, sơ đồ
chân như hình 1.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 3
Hà Như Quỳnh

Hình 1: Sơ đồ logic và so đồ chân IC HEF4071.
II. KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4081:
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 4
Hà Như Quỳnh
Vi mạch HEF4081 có 4 cổng AND, thực hiện hàm logic AND có sơ đồ logic, sơ
đồ chân như hình 2.
Hình 2: Sơ đồ logic và so đồ chân IC HEF4081.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 5
Hà Như Quỳnh
III. KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4511:
Vi mạch HEF4511 có chức năng giải mã số BCD sang mã 7 đoạn điều khiển led
loại cathode chung có sơ đồ logic, sơ đồ chân như hình 3.
Hình 3: Sơ đồ logic và so đồ chân IC HEF4511.
IC HEF4511 có 4 ngõ vào D
D
D
C
D
B
D
A
nối với mạch đếm BCD, có 7 ngõ ra
O
G
O
F
O
E
O
D

O
C
O
B
O
A
nối với led 7 đoạn, có tín hiệu chốt EL tích cực mức thấp, có tín hiệu
xóa số 0, có tín hiệu kiểm tra đèn 7 đoạn LT tích cực mức thấp.
Chức năng của các chân được thể hiện qua bảng trạng thái
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 6
Hà Như Quỳnh
Bảng 1: Bảng sự thật của HEF4511
Giải thích bảng trạng thái: nhìn vào BTT ta thấy để giải mã hiển thị thì tín hiệu EL
phải nối mức logic 0 (0V), tín hiệu BI và LT phải nối mức 1 (5V). Các trạng thái còn lại
không sử dụng.
Kết quả giải mã hiển thị trên led 7 đoạn như hình 4:
Hình 4: Số thập phân hiển thị trên led 7 đoạn.
IV. KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4060:
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 7
Hà Như Quỳnh
Vi mạch HEF4060 có chức năng dao động và chia tần số 14 bit có sơ đồ logic, sơ
đồ chân như hình 5.
Hình 5: Sơ đồ logic và so đồ chân IC HEF4060.
IC này có chức năng đếm hay chia tần 14 bit và có thể tạo dao động.
Có 2 mạch dao động: mạch dao động RC xem hình 6 và mạch dao động thạch anh
xem hình 7.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 8
Hà Như Quỳnh
Hình 6: Sơ đồ mạch dao động RC dùnhg IC HEF4060.
Hình 7: Sơ đồ mạch dao động thạch anh dùnhg IC HEF4060.

GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 9
Hà Như Quỳnh
V. KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4518:
Vi mạch HEF4518 có chức năng đếm BCD và có 2 mạch đếm tích hợp bên trong
có sơ đồ logic, sơ đồ chân như hình 8.
Hình 8: Sơ đồ logic và so đồ chân IC HEF4518.
Bảng 2: Bảng sự thật của IC HEF4518:
VI. KHẢO SÁT LED 7 ĐOẠN:
Bộ hiển thị có chức năng thể hiện số thập phân và linh kiện sử dụng là led 7 đoạn.
Cấu tạo:
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 10
Hà Như Quỳnh
Sơ đồ chân
Bảng mã hiển thị các số thập phân:
Led 7 đoạn là chỉ thị trong đó mỗi đoạn là một diode phát quang (Light Emiting
Diode) được ký hiệu lần lượt là: a, b, c, d, e, f, g.
Có hai loại đèn 7 đoạn:
- Loại cathode chung, dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động cao.
- Loại anode chung, dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động thấp.
Sơ đồ chân của LED 7 đoạn:

Hình 9: Sơ đồ cấu tạo của led anode chung và cathode chung.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 11
Hà Như Quỳnh
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 12
Hà Như Quỳnh
Chương II
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI, SƠ ĐỒ MẠCH ĐỒNG HỒ
SỐ.
I. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Với mạch đồng hồ số thì sơ đồ khối được thiết kế như sau:
Hình 11: Sơ đồ khối mạch đồng hồ số.
Chức năng từng khối:
• Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động.
• Khối dao động: có chức năng tạo xung có tần số 1Hz chính xác để cung cấp
cho mạch đếm thời gian và quyết định độ chính xác của đồng hồ.
• Khối đếm giây: có chức năng đếm đơn vị giây, chục giây từ 00 đến 59, sau
khi kết thúc 1 chu kỳ đếm thì kích 1 xung cho mạch đếm phút.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 13
Hà Như Quỳnh
• Khối giải mã giây: có chức năng giải mã số BCD đơn vị giây, chục giây
sang mã 7 đoạn.
• Khối hiển thị giây: có chức hiển thị số thập phân của giây.
• Tương tự cho khối đếm phút – đếm từ 00 đến 59 và kết thúc 1 chu kỳ thì
kích xung đếm cho hàng giờ.
• Tương tự cho khối đếm giờ: chỉ đếm từ 00 đến 23 giờ.
II. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH CHO CÁC KHỐI
Phần này sẽ thiết kế sơ đồ mạch điện cho từng khối.
1. Khối dao động tạo xung 1 Hz:
Chức năng là tạo xung 1 Hz chính xác.
Có nhiều mạch dao động:
• Mạch dao động dùng RC: gồm có IC, điện trở R và tụ điện C
• Mạch dao động dùng tinh thể thạch anh: gồm có IC, điện trở R, tụ điện C,
thạch anh
Ưu điểm của mạch dao động thạch anh là tần số ổn định, chính xác nhưng chỉ hoạt
động ở tần số cao, muốn có xung 1Hz thì phải dùng thêm chia tần số.
Ưu điểm của mạch dao động RC là có thể hoạt động ở tần số thấp nhưng khuyết
điểm thì không ổn định về tần số nên gây ra sai số.
Để đếm chính xác về thời gian thì mạch dao động sử dụng vi mạch HEF4060 vừa
tạo dao động dùng thạch anh vừa chia tần số.

Sơ đồ mạch điện như sau:
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 14
Hà Như Quỳnh
Hình 12: Sơ đồ mạch dao động dùng IC HEF4060 và HEF40193.
Giải thích hoạt động của mạch:
IC HEF4060 có chức năng tạo dao động thạch anh sử dụng thạch anh có tần số
32768Hz. Tín hiệu từ bộ dao động được đưa qua các mạch chi tần số ta được tần số của
từng ngõ ra như trong hình, tín hiệu có tần số thấp nhất là 2Hz. Để có xung tần số 1Hz thì
phải dùng thêm mạch chia 2, có thể sử dụng Flip Flop hoạt mạch đếm, … ở đây sử dụng
IC đếm HEF40193.
Kết quả ta được xung 1Hz.
2. Khối đếm giây:
Chức năng đếm đơn vị giây và đếm chục giây, đếm đơn vị giây từ 0 đến 9 và chục
giây từ 0 đến 5, hay kết hợp lại là đếm từ 00 đến 59. Xung đếm giây lấy từ mạch dao
động, sau khi đếm xong 1 chu kỳ thì phải tạo xung kích cho mạch đếm phút, đồng thời
chịu sự tác động của mạch reset hệ thống.
Sơ đồ khối của mạch đếm giây như sau:
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 15
Hà Như Quỳnh
Hình 13: Sơ đồ khối mạch đếm giây.
Mạch đếm được thiết kế sử dụng IC đếm HEF4518 và mạch giải mã sử dụng IC
HEF4511, led 7 đoạn sử dụng loại cathode chung, sơ đồ mạch toàn bộ như hình 1-9.
Giải thích hoạt động của mạch: xung ck 1hz lấy từ mạch dao động đưa đến ngõ vào
CK2 tích cực cạnh xuống của IC3A, ngõ vào CK1 tích cực cạnh lên không sử dụng nên
nối mass, ngõ vào RES được nối với mạch “RESET_ALL” của toàn bộ mạch.
Ngõ ra BCD của IC3A nối với IC giải mã HEF4511 để điều khiển led 7 đoạn hiển
thị số đếm.
Ngõ ra Q3 (XUNG_CHUC_GIAY) của IC3A làm xung ck kích cho mạch đếm
hàng chục giây IC3B – nối với ngõ vào CK2.
Do hàng chục giây chỉ đếm từ 0 đến 5 nên lấy trạng thái thứ 6 = 0110 làm trạng thái

reset IC3B: sử dụng 2 tín hiệu Q1 và Q2 của IC3B qua cổng AND và qua cổng OR để kết
hợp với tín hiệu reset toàn mạch “RESET_ALL”.
Ngõ ra Q2 của IC3B được dùng là xung CK để kích cho mạch đếm phút.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 16
Hà Như Quỳnh
Hình 14: Sơ đồ mạch đếm giây – giải mã – hiển thị.
3. Khối đếm phút:
Chức năng đếm đơn vị phút và đếm chục phút, đếm đơn vị phút từ 0 đến 9 và chục
phút từ 0 đến 5, hay kết hợp lại là đếm từ 00 đến 59. Xung đếm phút lấy từ mạch đếm
giây “CK_PHUT”, sau khi đếm xong 1 chu kỳ 60 phút thì phải tạo xung kích cho mạch
đếm giờ, đồng thời chịu sự tác động của mạch reset hệ thống.
Sơ đồ khối của mạch đếm phút như sau:
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 17
Hà Như Quỳnh
Hình 15: Sơ đồ khối mạch đếm phút.
Mạch đếm được thiết kế sử dụng IC đếm HEF4518 và mạch giải mã sử dụng IC
HEF4511, led 7 đoạn sử dụng loại cathode chung, sơ đồ mạch toàn bộ như hình 16.
Giải thích hoạt động của mạch: xung lấy từ mạch đếm giây “CK_PHUT” đưa đến
ngõ vào CK2 tích cực cạnh xuống của IC8A, ngõ vào CK1 tích cực cạnh lên không sử
dụng nên nối mass, ngõ vào RES được nối với mạch “RESET_ALL” của toàn bộ mạch.
Ngõ ra BCD của IC3A nối với IC giải mã HEF4511 để điều khiển led 7 đoạn hiển
thị số đếm.
Ngõ ra Q3 (XUNG_CHUC_PHUT) của IC8A làm xung ck kích cho mạch đếm
hàng chục phút IC8B – nối với ngõ vào CK2.
Do hàng chục phút chỉ đếm từ 0 đến 5 nên lấy trạng thái thứ 6 = 0110 làm trạng
thái reset IC8B: sử dụng 2 tín hiệu Q1 và Q2 của IC8B qua cổng AND và qua cổng OR
để kết hợp với tín hiệu reset toàn mạch “RESET_ALL”.
Ngõ ra Q2 của IC8B được dùng là xung CK để kích cho mạch đếm giờ.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 18
Hà Như Quỳnh

Hình 16: Sơ đồ mạch đếm phút – giải mã – hiển thị.
4. Khối đếm giờ:
Chức năng đếm đơn vị giờ và đếm chục giờ, đếm từ 00 đến 23. Xung đếm giờ lấy
từ mạch đếm phút “CK_GIO”, sau khi đếm xong 1 chu kỳ 24 giờ thì phải tạo xung kích
cho mạch đếm ngày nếu có, đồng thời chịu sự tác động của mạch reset hệ thống.
Sơ đồ khối của mạch đếm giờ như sau:
Hình 17: Sơ đồ khối mạch đếm giờ.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 19
Hà Như Quỳnh
Mạch đếm được thiết kế sử dụng IC đếm HEF4518 và mạch giải mã sử dụng IC
HEF4511, led 7 đoạn sử dụng loại cathode chung, sơ đồ mạch toàn bộ như hình 18.
Giải thích hoạt động của mạch: xung lấy từ mạch đếm giây “CK_GIO” đưa đến
ngõ vào CK2 tích cực cạnh xuống của IC13A, ngõ vào CK1 tích cực cạnh lên không sử
dụng nên nối mass.
Ngõ ra BCD của IC13A nối với IC giải mã HEF4511 để điều khiển led 7 đoạn hiển
thị số đếm.
Ngõ ra Q3 (XUNG_CHUC_GIO) của IC13A làm xung ck kích cho mạch đếm hàng
chục giờ IC13B – nối với ngõ vào CK2.
Do giờ chỉ đếm từ 00 đến 23 nên lấy trạng thái thứ 24 = 0010 0100 làm trạng thái
reset hai IC13A và IC13B: sử dụng 2 tín hiệu Q2 của IC13A và Q1 của IC13B qua cổng
AND và qua cổng OR để kết hợp với tín hiệu reset toàn mạch “RESET_ALL”.
Ngõ ra Q2 của IC8B được dùng là xung CK để kích cho mạch đếm ngày.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 20
Hà Như Quỳnh
Hình 18: Sơ đồ mạch đếm giờ – giải mã – hiển thị.
5. Khối nguồn:
Các vi mạch sử dụng nguồn 5V.
Tra cứu datasheet các IC có công suất tiêu thụ khoảng hàng µW đến mW.
Thiết bị tiêu thụ công suất nhiều nhất là led 7 đoạn do đó cần phải tính toán nguồn.
Có 6 led 7 đoạn, mỗi led có 7 đoạn, led sáng hết thì 7 đoạn đều sáng, lấy trung bình

là 5 đoạn sáng.
Mỗi đoạn tương đương 1 led đơn có dòng là 10mA
Dòng tổng là
mAI
T
3001056 =××=
Chọn IC ổn áp 7805 loại 1A thì đủ dòng cấp cho mạch hoạt động.
Sử dụng nguồn ổn áp 12VDC qua IC ổn áp 7805 để được nguồn 5V. Sơ đồ mạch
như sau:
Hình 19: Sơ đồ mạch nguồn.
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 21
Hà Như Quỳnh
Mạch nguồn sử dụng IC
Chương III
THI CÔNG
1) Các bước vẽ sơ đồ mạch in và kiểm tra

2) Các bước tiến hành lắp ráp
3) Các bước kiểm tra và chạy thử
4) Đánh giá kết quả chạy thực – tính toán sai số
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 22
Hà Như Quỳnh
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 23
Hà Như Quỳnh
Chương IV
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1) Kết luận
2) Hướng phát triển
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 24
Hà Như Quỳnh

Tài liệu tham khảo
GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 25