Thiết kế và thi công mạch nguyên lý chuyển mã nhị phân 4 bit sang mã gray

Phạm Việt Nghĩa
I. Dữ kiện cho trước:
+ Các linh kiện điện tử có bán trên thị trường.
+ Mạch điện một chiều 5v
+ Tài liệu tham khảo: điện tử công suất,điện tử căn bản,linh kiện
điện tử
II. Nội dung cần hoàn thành:
Phần I. Cơ sở lý thuyết.
1. Giới thiệu về mã nhị phân ,gray,dư 3
2. mạch hạ áp 220ac về 5v dc
Phần II . Phương án thiết kế.
Thiết kế sơ đồ nguyên lý (mạch chuyển mã nhị phân 4 bit sang mã gray
và dư 3).
Yêu cầu:
+ Sản phẩm hoạt động tốt, đảm bảo kỹ thuật.
+ Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các giải pháp
thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thực hiện đồ án, khả năng ứng dụng
của đồ án).
+ Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy
định.
1
Phạm Việt Nghĩa
2
Phạm Việt Nghĩa
LỜI NÓI ĐẦU
Từ khi ra đời cho tới nay , kĩ thuật số đã được ứng dụng rất nhiều
vào thực tế từ tivi số , máy ảnh số truyền hình số… và nhiều lĩnh vực
khác
Kĩ thuật số có những ưu điểm như:dễ sử lí , lưu trữ , ít bị méo dạng tín
hiệu khi truyền ,thiết bị đơn giản do vậy nó được sử dụng rất phổ biến .
Trải qua quá trình học tập nghiên cứu nhóm chúng em đã chọn đề tài :”

thiết kế mạch mạch chuyển mã từ nhị phân sang gray và dư 3 sử dụng
công tắc điều khiển” làm đồ án.
Chúng em hi vọng sau khi hoàn thành đồ án này , nó sẽ giúp
chúng em củng cố lại kiến thức mà chúng em đã tích lũy được trong suốt
thời gian học tập và là một nền tảng kiến thức vững chắc để chúng em sau
khi ra trường.
Do trình độ kỹ thuật còn có nhiều hạn chế nên đồ án không thể
tránh khỏi những sai sót, chúng em mong được sự thông cảm và chỉ bảo
thêm của thầy cô.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy
Lý Văn Đạt cùng sự giúp đỡ của các bạn
3
Phạm Việt Nghĩa
Xin chân thành cảm ơn!


KẾ HOẠCH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN TỪNG TUẦN
STT Công việc thực hiện Người
thực
hiện
1
- - Sắp xếp công việc cho từng tuần (phân chia công việc
cho từng thành viên).
Cả nhóm
Tìm hiểu đề tài.
+ Tìm kiếm tài liệu liên quan: Linh kiện điện tử, điện tử
căn bản, điện tử công suất…
Cả nhóm
+ Tìm hiểu nguyên lý các mạch có liên quan đến đề tài. Cả nhóm
+ Tham khảo ý kiến của những người có chuyên môn. Cả nhóm

2
- Sau khi đã tìm hiểu đề tài sẽ đưa ra cơ sở lý thuyết chung
của đề tài.
- Từ đó xây dựng được sơ đồ khối.
- Đưa ra nguyên tắc hoạt động của các khối và các linh
kiện sẽ sử dụng để thiết kế mạch phù hợp với yêu cầu từng
Cả nhóm.
4
Phạm Việt Nghĩa
khối.
3
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch eagle 6.10
- Tính toán thông số rồi tiến hành chạy mô phỏng
proteus7.10
Cả nhóm.
4
- Ráp mạch và khảo sát trên bo mạch (nếu gặp lỗi chỉnh
sửa lại).
Cả nhóm
-Đo đạc kiểm tra xem trên board chạy có đạt yêu cầu hay
không?
Cả nhóm
-Tiến hành làm sản phẩm Cả nhóm
- Lắp ráp hoàn tất sản phẩm. Cả Nhóm
5
- Chuẩn hóa nội dung, làm quyển thuyết minh. Cả nhóm
- Hoàn tất sản phẩm, kiểm tra lại toàn bộ nội dung. Cả nhóm
5
Phạm Việt Nghĩa
CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐÈ TÀI

1.1. Mã nhị phân,gray và dư 3.
1.1.1. Mã nhị phân.
1.1.1.1. Tổng quan
Một mã nhị phân là một cách để đại diện cho văn bản hoặc hướng
dẫn xử lý máy tính bằng cách sử dụng của hệ thống số nhị phân của
hai chữ số nhị phân 0 và 1. Điều này được thực hiện bằng cách gán một
chuỗi bit cho mỗi biểu tượng cụ thể hoặc hướng dẫn. Ví dụ, một chuỗi
nhị phân của tám chữ số nhị phân ( bit ) có thể đại diện cho bất kỳ của
256 giá trị có thể và do đó có thể tương ứng với một loạt các biểu tượng,
chữ cái hoặc chỉ dẫn khác nhau.Một mã nhị phân là một cách để đại diện
cho văn bản hoặc hướng dẫn xử lý máy tính bằng cách sử dụng của hệ
thống số nhị phân của hai chữ số nhị phân 0 và 1. Điều này được thực
hiện bằng cách gán một chuỗi bit cho mỗi biểu tượng cụ thể hoặc hướng
dẫn. Ví dụ, một chuỗi nhị phân của tám chữ số nhị phân ( bit ) có thể đại
diện cho bất kỳ của 256 giá trị có thể và do đó có thể tương ứng với một
loạt các biểu tượng, chữ cái hoặc chỉ dẫn khác nhau.
Trong máy tính và viễn thông, mã nhị phân được sử dụng cho bất
kỳ một loạt các phương pháp mã hóadữ liệu, chẳng hạn như các chuỗi ký
tự vào chuỗi bit. Những phương pháp này có thể được cố định chiều rộng
6
Phạm Việt Nghĩa
hoặc chiều rộng biến . Trong một mã nhị phân có chiều rộng cố định, mỗi
chữ cái, chữ số hoặc ký tự khác, được đại diện bởi một chuỗi bit của
chiều dài tương tự, rằng chuỗi bit, giải thích như là một số nhị phân ,
thường được hiển thị trong bảng mã trong bát phân , thập phân hoặc thập
lục phân ký hiệu. Có rất nhiều các bộ ký tự và nhiều bảng mã ký tự cho
họ.
Một chuỗi bit, được hiểu là một số nhị phân, có thể được dịch
thành một số thập phân . Ví dụ, chữ thường "một" như đại diện bởi chuỗi
bit 01100001, cũng có thể được đại diện là số thập phân 97.

1.1.1.2.Lịch sử của mã nhị phân
Số nhị phân được mô tả lần đầu tiên trong Chandashutram bằng
văn bản của Pingala trong 100 trước công nguyên. Mã nhị phân lần đầu
tiên được giới thiệu bởi các nhà toán học và triết học Đức Gottfried
Wilhelm Leibniz trong thế kỷ 17. Leibniz đã cố gắng để tìm thấy một hệ
thống chuyển đổi báo cáo bằng lời nói logic vào một toán học tinh
khiết. Sau khi ý tưởng của ông đã được bỏ qua, ông đi qua một văn bản
cổ điển Trung Quốc gọi là "Kinh Dịch hay Sách Thay đổi ', mà sử dụng
một loại mã nhị phân. Cuốn sách đã khẳng định lý thuyết của ông rằng sự
sống có thể được đơn giản hóa, giảm xuống đến một loạt các mệnh đề
7
Phạm Việt Nghĩa
đơn giản. Ông đã tạo ra một hệ thống bao gồm các hàng của số không và
những người thân. Trong khoảng thời gian này, Leibiniz chưa tìm thấy
một sử dụng cho hệ thống này.
Một nhà toán học và triết học bằng tên của George Boole xuất bản
một bài báo năm 1847 được gọi là "phân tích toán học của Logic mô tả
một hệ thống đại số logic, bây giờ được gọi là đại số Boolean . Hệ thống
của Boole đã được dựa trên hệ nhị phân, 1 có, không, on-off phương pháp
tiếp cận đó bao gồm các 3 hoạt động cơ bản nhất AND, OR, và
NOT.
[ 2 ]
Hệ thống này đã không đưa vào sử dụng cho đến khi 1 sinh viên
tốt nghiệp từ Viện Công nghệ Massachusetts theo tên Claude
Shannon nhận thấy rằng các đại số Boolean ông đã học được là tương tự
như một mạch điện. Shannon đã viết luận án của mình vào năm 1937,
thực hiện phát hiện của mình. Shannon của luận án đã trở thành một điểm
khởi đầu cho việc sử dụng các mã nhị phân trong ứng dụng thực tế như
máy tính,
1.1.2 Mã gray

1.1.2.1. Mã nhị phân phản xạ
Cũng được biết đến với tên gọi là mã Gray – đặt theo tên của Frank
Gray, là một hệ thống ký số nhị phân, trong đó hai giá trị liên tiếp chỉ
khác nhau một chữ số. Lúc đầu, mã nhị phân phản xạ được phát minh
với mục đích ngăn ngừa tín hiệu ngõ ra không chính xác của các bộ
8
Phạm Việt Nghĩa
chuyển mạch cơ điện. Ngày nay, mã Gray được sử dụng rộng rãi để sửa
lỗi trong những phương tiện liên lạc bằng số, ví dụ như truyền hình kỹ
thuật số mặt đất và một vài hệ thống truyền hình cáp
1.1.2.2.Tên gọi
Tên gốc “mã nhị phân phản xạ” được đưa ra dựa vào một tính chất
của bảng mã Gray : các giá trị ở nửa sau của bảng mã có sự đối xứng với
các giá trị ở nửa đầu của bảng mã theo thứ tự ngược lại, ngoại trừ bit cao
nhất bị đảo giá trị. Tính chất đối xứng này vẫn đúng cho các bit thấp hơn
trong mỗi nửa của
bảng mã, trong mỗi phần tư của bảng mã, v.v Cách gọi thông dụng hiện
nay -mã Gray - được đặt theo tên của nhà nghiên cứu Frank Graylàm việc
ở phòng thí nghiệm Bell. Gray đã dùng mã này trong hệ thống thông tin
mã xung của ông, trong một bằng sáng chế xin cấp vào năm 1947 (được
cấp vào năm 1953). Thực ra, Gray không phát minh ra mã này, mà trong
bằng sáng chế của mình,ông ta chỉ trích dẫn và gọi đó là “mã nhị phân
phản xạ”. Lịch sử và các ứng dụng thực tiễn
Mã nhị phân phản xạ đã được ứng dụng trong những câu đố toán
học trước khi trở nên phổ biến trong lĩnh vực kỹ thuật. Kỹ sư người
Pháp Émile Baudot đã dùng mã Gray trong hệ thống điện báo vào năm
1878. Ông ta đã được nhận huân chương Bắc đẩu bội tinh cho công trình
9
Phạm Việt Nghĩa
này. Mã Gray đôi khi bị gán nhầm là được đặt tên theo Elisha Gray,

chẳng hạn trong một cuốn sách giáo khoa bàn về điều chế mã xung.
Frank Gray, nhà vật lý thuộc phòng thí nghiệm Bell, người nổi
tiếng với việc phát minh ra phương pháp tín hiệu hoá được dùng cho tivi
màu tương thích, đã phát minh một phương pháp để chuyển đổi tín hiệu
tương tự sang những nhóm mã nhị phân phản xạ bằng cách dùng thiết bị
dựa trên đèn chân không. .
[3]
. Phương pháp và các thiết bị này được cấp
bằng sáng chế năm 1953 và kể từ đó Gray được lấy tên để đặt cho loại mã
này. Loại thiết bị “đèn PCM” mà Gray mô tả trong bằng sáng chế của
mình đã được chế tạo thực sự bởi Raymond W. Sears của phòng thí
nghiệm Bell, cùng làm việc với Gray và William M. Goodall, là người đã
gợi ý cho Gray về việc dùng mã nhị phân phản xạ.
Trong thời kỳ đó, Gray đã hết sức thích thú với việc dùng mã này
để tối thiểu hóa sai số trong việc chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín
hiệu số; và cho đến tận bây giờ, mã mang tên ông vẫn còn được dùng với
mục đích này cùng với một số mục đích khác nữa
Để mã hóa một con số như 127, sau đó, người ta chỉ đơn giản là mã
hóa của các chữ số thập phân như trên, đưa ra (0100, 0101, 1010).
Ưu điểm chính của mã hóa XS-3 trên BCD mã hóa là một số thập
phân có thể được nines 'bổ sung (cho phép trừ) là một cách dễ dàng như
là một số nhị phân có thể là bổ sung , chỉ cần đảo ngược tất cả các
bit. Ngoài ra, khi tổng của hai XS-3 chữ số lớn hơn 9, mang theo chút của
10
Phạm Việt Nghĩa
một bộ cộng bốn bit sẽ được thiết lập cao. Điều này làm việc bởi vì, khi
bổ sung thêm hai con số lớn hơn hoặc bằng số không, một giá trị "dư
thừa" của sáu kết quả tiền. Kể từ khi bốn bit số nguyên chỉ có thể chứa
giá trị 0 tới 15, vượt quá sáu cách mà bất kỳ một khoản hơn chín tràn ý
chí.

Thêm vượt quá 3 công trình trên một thuật toán khác nhau hơn so
với mã hóa BCD hoặc các số nhị phân thường xuyên. Khi bạn thêm hai
XS-3 con số với nhau, kết quả là không XS-số 3. Ví dụ, khi bạn thêm 1
và 0 trong XS-3 câu trả lời có vẻ là 4 thay vì của 1. Để khắc phục vấn đề
này, khi bạn hoàn tất việc thêm mỗi chữ số, bạn có trừ 3 (nhị phân 11)
nếu chữ số thập phân 10 và thêm ba nếu số lớn hơn hoặc bằng số thập
phân 10.
11
Phạm Việt Nghĩa
CHUƠNG 2 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
2.1.IC 7805
2.1.1. Đặc điểm
- 78XX là dùng họ điện tử dùng để biến đổi hiệu điện thế từ cao đến thấp
tùy thuộc vào đặc tín của từng loại họ 78
Ví dụ họ :7805,7808,7812…
Trong sơ đồ nguyên lí nó được kí hiệu như hình vẽ dưới 78XX được
ứng dụng trong nhiều mạch điện tử điều khiển
- Ta thấy họ 78 có 3 chân :có hai chân vào và 1 chân ra (chung nhau
dây âm
chân ra ) khi đó tại chân sẽ cho ta hiệu điện thế mà chúng ta cần theo
từng loại chức năng của họ 78
2.1.2. Cách đọc chân của họ 78xx
Ví dụ
7805 là ic ổn định điện điện áp đầu ra luôn là 5v
7812 là điện áp ở cửa ra là 12v (điện áp đưa vào >12v)
7812 đầu vào nằm trong khoảng (12v-36v) nếu các bạn cho cao thì
78 sẽ không hoạt động lâu nên bạn cần phải lắp tản nhiệt cho nó
Đọc chân :nếu ta đặt 78 như hình vẽ dưới đây :
12
Phạm Việt Nghĩa

2.1.3. Hình dạng thực tế


Chân số 1 gọi là chân vào (in)
Chân số 2 gọi là chân mát (GND)
Chân số 3 gọi là chân ra ( 0UT)
13
Phạm Việt Nghĩa
Pin No-thứ tự Function-hàm số Name-tên
1 Input voltage (5V-18V) Input
2 Ground (0V) Ground
3 Regulated output; 5V (4.8V-5.2V) Output
2.2 IC 7486
Ic 2 đầu vào,ic 7486 là ic tích hơp 4 hàm xor
Đầu vào là 2 chân A và B.
Đầu ra là chân Y
Chân 7 nối mát
Chân 14 với dương nguồn
2.3.IC 7408
14
Phạm Việt Nghĩa

Đầu vào là 2 chân A và B.
Đầu ra là chân Y
Chân 7 nối mát
Chân 14 với dương nguồn
2.4. IC 7432
Đầu vào là 2 chân A và B.
15
Phạm Việt Nghĩa

Đầu ra là chân Y
Chân 7 nối mát. Chân 14 với dương nguồn


16
Phạm Việt Nghĩa
2.5 IC 7404
Đầu vào là 2 chân A và B.
Đầu ra là chân Y
Chân 7 nối mát
Chân 14 với dương nguồn
17
Phạm Việt Nghĩa
2.6 Tụ điện.
Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong
các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu
mạch truyền tín hiệu, mạch dao động…
a) Khái niệm.
Tụ điện là linh kiện dung để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và
được đặc trưng bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp.

Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lý là:
Tụ không phân cực là tụ có hai cực như nhau và giá trị thường nhỏ
(pF).
Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn
lộn nhau được. Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực.
b) Cấu tạo.
18
Phạm Việt Nghĩa
Hình 1.10. Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực song song, ở giữa có một lớp cách
điện gọi là điện môi như tụ hóa, tụ gốm, tụ giấy…Hình dạng tụ trong
thực tế.

Hình 1.11 Tụ gốm
Hình 1.12 Tụ hóa.
2.7. LED
LED là viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát
quang) là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại , tử
19
Phạm Việt Nghĩa
ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại
P ghép với một khối bán dẫn loại N
2.7.1.Tính chất.
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng
ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức
năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng
lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông
thường, trong khoảng 1,5V đến 3V. Nhưng điện thế
phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất
dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra
`

20

Khối nguồn
Khối
Chuyển mã
1

Khối
Nhị phân
Khối
Chuyển mã
2
Phạm Việt Nghĩa



CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH.
3.1. Bảng trạng thái chân lí của mạch

21
Khối Dư 3
Khối
gray
Hệ thập
phân
Hệ nhị phân
A1A2A3A4
gray Mã dư 3
D1 D2 D3 D4
0 0000 0000 0 0 1 1
1 0001 0001 0 1 0 0
2 0010 0011 0 1 0 1
3 0011 0010 0 1 1 0
4 0100 0110 0 1 1 1
5 0101 0111 1 0 0 0
6 0110 0101 1 0 0 1
7 0111 0100 1 0 1 0

8 1000 1100 1 0 1 1
9 1001 1101 1 1 0 0
10 1010 1111 1 1 0 1
11 1011 1110 1 1 1 0
12 1100 1010 1 1 1 1
13 1101 1011 x x x x
14 1110 1001 x x x x
15 1111 1000 x x x x
Phạm Việt Nghĩa
3.2. Sơ đồ nhóm các trạng thái .
3. 2.1.Sơ đồ nhóm từ hệ nhị phân sang mã gray
00 01 11 10 00 01 11 10
G1 G2

00 01 11 10 00 01 11 10



22
00
1 1
01 1 1
11 1 1
10 1 1
00 1 1
01 1 1
11 1 1
10 1 1
00
01 1 1 1 1

11
10 1 1 1 1
00 1 1
01 1 1
11 1 1
10 1 1
Phạm Việt Nghĩa
G3 G4
3.2.2 .Sơ đồ nhóm chuyển từ hệ nhị phân sang mã dư 3.
D1 00 01 11 10 D3 00 01 11 10

00
01
11
10

D2 00 01 11 10 D4 00 01 11 10
3.3. Kết quả đạt được tư nhóm các sơ đồ trên.
3.3.1.Gray:
G1= B1
G2= B1 + B2
G3= B2 + B3
23
00 1 1 1 1
01 X
11 1 1 X 1
10 X X
X 1
1 X 1
1 X X

1 X X
00 1 1 1 1
01 X
11 X X
10 1 1 X 1
00 1 1
01 1 X 1
11 1 X 1
10 1 X 1
Phạm Việt Nghĩa
G4= B3 + B4
3.3.2.Dư 3
T1= B1 + B2(B3+ B4)
T2= B2 + (B3+B4)
T3= B3B4 + B3B4
T4= B4
3.4. Sơ đồ nguyên lí của mạch chuyển đổi từ nhị phân sang gray và dư 3.
24
Phạm Việt Nghĩa
25