Đồ án kỹ thuật xung số thiết kế mạch đếm xung từ 00 - 45

Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng ĐHSp kỹ thuật Nam Định
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập Tự do hạnh phúc
o0o
Họ và tên: Nguyễn Đức Thiện MSSV: 07HC720049

Lớp: CSĐĐT 36
Ngành: kỹ thuật điện - điện tử
Tên đồ án:
Thiết kế mạch đếm xung
1. Các số liệu ban đầu
Hiển thị 00- 45
Có phím Start/Stop, Up/ Down.
Dùng Flip Flop JK
Có mạch hiển thị số đếm trên led 7 đoạn
2. Nội dung các phần thi công và tính toán
Tính toán và chọn linh kiện cho bộ nguồn (gồm cả phần AC và DC).
Tính toán và chọn linh kiện cho phần tạo xung chủ.
Tính toán và chọn linh kiện cho phần hiển thị.
3. Các bản vẽ: Các bản vẽ cần thiết để thuyết minh
GVHD Trần Văn Hạnh
Nam Định, ngày tháng năm 2009
SV: - Nguyễn Đức Thiện 1 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Lời Nói Đầu

Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ,các thiết bị điện tử đang
và sẽ đợc ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết
các lĩnh vực kinh tế kĩ thuật cũng nh trong đời sống xã hội. Việc sử lý tín hiệu

trong các thiết bị điện tử hiện đại đều dựa trên nguyên lí số. Bởi vậy việc hiểu
sâu sắc về điện tử số là điều không thể thiếu đối với kỹ s điện tử hiện nay. Nhu
cầu hiểu biết về kỹ thuật số không phải chỉ riêng đối với các kĩ s điện tử mà còn
đối với tất cả những ai yêu thích môn học này.
Bởi vậy thông qua việc làm đồ án sẽ giúp cho mỗi sinh viên sẽ có cái
nhìn sâu hơn về môn học kĩ thuật xung số này, và qua đây sẽ giúp cho học sinh
sinh viên đánh giá đợc khả năng tích luỹ kiến thức về môn này đồng thời
biết cách vận dụng môn học vào thực tế.
Xuất phát từ những nhận định thực tế trong quá trình học môn Kỹ Thuật
Số, nhóm em đợc giáo viên bộ môn giao cho hoàn thành đồ án: Thiết kế mạch
đếm xung giải mã hiển thị dạng LED 7 đoạn, hiển thị kết quả đếm thập phân từ
00 đến 45,sử dụng FF JK.
Qua bài thiết kế mạch chúng em đã đợc trang bị thêm kiến thức về
chuyên môn cũng nh về thực tế để tích luỹ thêm kinh nghiệm cho sau này.
Dù chúng em đã cố gắng nhng vẫn không tránh khỏi hạn chế thiếu
xót vì thiếu kinh nghiệm cũng nh kiến thức chuyên môn, rất mong đợc sự
đóng góp ý kiến của toàn thể thầy cô cùng các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Hạnh đã tận tình hớng
dẫn chúng em hoàn thành bài thiết kế này
Nam định,ngày tháng năm2009
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Thiện
SV: - Nguyễn Đức Thiện 2 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Mục lục
Trang
Lời Nói Đầu 2
Phần 1: Sơ đồ khối và nhiệm vụ các khối 4
1. Khối nguồn 4
2. Khối dao động (khối tạo xung) 4
3 .Khối đếm BCD 4

4.Khối giải mã 5
5.Khối hiển thị 5
Phần 2: Cơ Sở Lý Thuyêt 5
1. Tổng quan về môn học 5
1.1: Giới thiệu về môn học kỹ thuật số 5
1.2: Đại số Boolean 7
1.3 : Hàm logic 7
2.Mạch nguồn 7
2.1. Khái niệm về mạch cung cấp nguồn 7
2.2. Mạch chỉnh lu cầu 8
2.3. Lọc thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải 9
2.4. ổn định điện áp 11
3. Khối Tạo Xung (Khối Tạo Dao Động) 12
3.1.mạch dạo động tạo xung sử dụng IC 555 12
3.2.Lý do chọn mạch tạo xung sử dụng sử dụng IC NE 555N ? 12
3.3. Tổng quan về IC NE 555 N 14
3. 4.Cấu tạo bên trong và hoạt động của IC555 14
3.5. Sơ đồ mạch điện 17
4.Khối đếm 19
4.1 Cổng logic và mạch tổ hợp 19
4.2. Các mạch FF và ứng dụng 23
4.5.Flip Flop D 30
5.Khối Giải Mã 31
5.1.Khảo sát IC 74LS47 32
5.2, Nguyên lý hoạt động của IC 74LS47 32
5.3, Những IC giải mã led 7 đoạn khác 33
6. Khối Hiển Thị 34
Phần 3. Thiết Kế Mạch Và Tính Toán Linh Kiện 36
1.Tinh toán linh kiện cho bộ nguồn 36
2.Tính toán và lựa chọn cho phần tạo xung 38

3.Tính Toán Và Lựa Chọn Cho Phần Hiển Thị 39
4.Thiết Kế Mạch 40
4.1. Phím Start/Stop 40
Phân 4: Kết Luận 45
1.Kết Luận 45
2.Kiến nghị 45
Tài liệu tham khảo 47
SV: - Nguyễn Đức Thiện 3 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Phần 1: Sơ đồ khối và nhiệm vụ các khối

1. Khối nguồn
Nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn cấp cho các IC số hoạt động và mạch hoạt
động với nguồn DC có độ ổn định:
2. Khối dao động (khối tạo xung)
_Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của hệ thống,đặc biệt là đối với bộ
đếm,nó quyết định các trạng thái ngõ ra.
_có rất nhiều mạch tạo dao động,nhng do sự thông dụng,chúng em đã quan
tâm đến mạch tạo dao động sự dụng IC 555-đây là vi mạch định thời chuyên
dùng,có thể mắc thành mạch phi ổn hay đơn ổn.
3 .Khối đếm BCD
*Đếm là việc sắp xếp các hệ thống số đếm theo một trình tự nhất định đối với
động cơ bớc cần sắp xếp sao cho đúng trật tự để động cơ quay đúng theo yêu
cầu thiết kế bài ra
- Mạch đếm là loại mạch điện sử dụng các FF ghép lại với nhau để thực hiện
các thao tác đếm khi có tín hiệu xung ở đầu vào. Nh vậy mạch đếm đã thực hiện
thao tác nhờ tín hiệu xung ở đầu vào sau mỗi xung đầu vào thì đầu ra của bộ
đếm có thể tăng lên hoặc giảm đi 1 đơn vị hoặc thay đổi theo một trình tự logic
nhất định
* Có hai loại mạch đếm là đếm không đồng bộ và mạch đếm đồng bộ

Mạch đếm không đồng bộ
- Xung đếm chỉ đợc đa đến FF đầu tiên ở hàng đơn vị ( đó là xung CK của FF
đơn vị)
- CK của FF phía đằng sau đợc xác định thông qua trạng thái của các FF tr-
ớc.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 4 Lớp: CS - ĐĐT 36
Dao
Động
Đếm
BCD
Giải
Mã
Hiển
thị
led
Khối Nguồn
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
- Tất cả các FF đợc mắc nối tiếp nhau nên thời gian trễ lớn, quá trình chuyển
mạch chậm.
Mạch đếm đồng bộ
- Để khắc phục nhợc điểm của mạch đếm không đồng bộ là thời gian trễ lớn ng-
ời ta đuă ra mạch đếm đồng bộ
- Mạch đếm đồng bộ là mạch đếm sử dụng FF JK mà ở đó CK của tất cả các FF
đều giống nhau chính là tín hiệu xung đến ở đầu vào
- Nh vậy với mạch đếm đồng bộ ta chỉ xét các tín hiệu vào JK.Không cần quan
tâm đến CK vì chúng có CK giống nhau
=>Trong mạch sử dụng mạch đếm đồng bộ để có thể tùy ý vị trí đếm của
mạch
4.Khối giải mã
Mạch giải mã là mạch có chức năng ngợc lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1

mã số tác động vào ngõ vào thì tơng ứng sẽ có 1 ngõ ra đợc tác động, mã ngõ
vào thờng ít hơn mã ngõ ra. Mạch giải mã đợc ứng dụng chính trong ghép
kênh dữ liệu, hiển thị led 7 đoạn, giải mã địa chỉ bộ nhớ
5.Khối hiển thị
- Hệ thống hiển thị là 1 hệ thống điều khiển logic nhằm làm hiển thị các kí tự
hoặc hình ảnh mong muốn (chữ số, chữ cái ) 1 hệ thống hiển thị bao gồm các
phần tử hiển thị và vi mạch điều khiển chúng.
- Trong các thiết bị để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó ngời ta sử
dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, theo yêu cầu của đề bài chúng
em, hiển thị ra led 7 đoạn.
Phần 2: Cơ Sở Lý Thuyêt
1. Tổng quan về môn học
1.1: Giới thiệu về môn học kỹ thuật số
1.1.2: Mạch tơng tự
- Mạch tơng tự là mạch điện xử lý các tín hiệu tơng tự là những tín hiệu t-
ơng tự về thời gian và biên độ.
1.1.3: Mạch số
- Định nghĩa: Mạch số là mạch điện xử lý các tín hiệu số goin là logic số
- Tín hiệu số là tín hiệu chỉ có 2 mức logic là mức cao và mức thấp
- Logic số quy định: + Mức cao từ 2.4 5V
SV: - Nguyễn Đức Thiện 5 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
+ Mức thấp từ 0 4V
+ Mức cao > mức thấp thì logic dơng, mức thấp > mức
cao thi la logic âm
.Đặc điểm của mạch logic
- Chỉ phát sinh bởi các mạch thích hợp
- Gián đoạn về biên độ, sự chuyển tiếp giữa 2 mức nhanh chóng
- Gián đoạn về thời gian
- Nhng nó có u điểm hơn mạch tơng tự

+ Khả năng chống nhiễu cao
+ Thiết kế và phân tích mạch đơn giản
+ Thuận tiện cho việc điều khiển và tính toán
1.1.4: Các hệ thống số đếm
a) Hệ thập phân
- Công thức tổng quát: X= an 1.10
X : là giá trị thập phân
an : giá trị của bít ở vị trí thứ n
n : các bít có mặt trong số thập phân đó
b)Hệ nhị phân
- Cấu tạo: chỉ dùng 2 chữ số 0 và 1 để biểu diễn và tính toán
- Công thức tổng quát :
c) Hệ thập lục phân
- Cấu tạo: có cơ số 16, dùng 16 chữ số từ 0- 9 và A, B, C, D, E, F để biểu diễn
các số đếm và tính toán.
- Công thức tổng quát :
1.1.5.Các mã số thông dụng
a)Mã BCD
- Thành lập dựa trên cơ sở 4 bít của số nhị phân ghép lại với nhau
- Một tổ hợp mã BCD biểu diễn đợc 16 trạng thái (0000 - 1111)
- Quy ớc của mã BCD là mã số thuộc 10 ký tự cơ bản của số thập phân
b): Mã HEXA
- Thành lập dựa trên cơ số đếm thập lục phân
c)Mã ASC II:
- Là hệ thống số mà cơ bản dùng để mã hoá phần cứng máy tính
d) Mã Gray
- Là loại mã viết theo quy luật vòng tròn liên tiếp nhau chỉ sai khác nhau 1 bit
e) Mã thừa -3:- Là loại mã sử dụng số thập phân +3
SV: - Nguyễn Đức Thiện 6 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh

1.2: Đại số Boolean
- Đại số Boolean là phép tính toán dựa trên cơ sở của số nhị phân với 2 giá trị
cơ bản là 0 và 1
- Các định lý cơ bản
+ Phủ định của 1 tổng bằng tích các phủ định của các biến
(A+B +C)= A.B.C
+ Phủ định của 1 tích bằng tổng phủ định của các biến
(A.B.C)=A+B+C
1.3 : Hàm logic
1.3.1: Định nghĩa hàm logic
Hàm logic là 1 trong những hàm số dùng để biểu diễn mối quan hệ logic của
tín hiệu ra tín hiệu vào
1.3.2: Các dạng biểu diễn hàm logic
- Dạng chuẩn tắc hội Bảng trạng thái
- Dạng chuẩn tắc tuyển Bìa kanaugh
2.Mạch nguồn
2.1. Khái niệm về mạch cung cấp nguồn .
Nhiệm vụ của mạch cung cấp nguồn là tạo ra năng lợng cần thiết để cung cấp
cho các thiết bị điện và điện tử làm việc.
Thông thờng nguồn năng lợng do bộ nguồn tạo ra là nguồn một chiều lấy từ
nguồn điện xoay chiều hoặc từ pin acquy.
Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh:
Hình 2-4.a)Sơ đồ khối mạch ổn áp
- Biến áp :để biến đổi điện áp xoay chiều U
1
thành điện áp xoay chiều U
2
có giá
trị phù hợp với tải.
-

Mạch chỉnh lu: có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp
một chiều nhấp nhô Ut (điện áp một chiều có độ lớn thay đổi theo thời gian).
-
Bộ lọc: san bằng điện áp một chiều nhấp nhô thành điện áp một chiều
bằng phẳng U
01
.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 7 Lớp: CS - ĐĐT 36
R
1

Biến
áp
Mạch
chỉnh
l u
Bộ
Lọc
ổn áp
dòng
U
1

U
2

U
t

U

01

U
r

I
t

Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
-
Bộ ổn áp (ổn dòng ): có nhiệm vụ tạo ra điện áp một chiều (dòng điện
một chiều) ổn định Ut (It) cung cấp cho tải khi điện áp vào U
01
hoặc trị số tải
thay đổi. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà bộ nguồn có thể có đầy đủ hoặc không
đầy đủ các khối trên.
2.2. Mạch chỉnh lu cầu
Sơ đồ nguyên lý

Hình2.4.2)Mạch chỉnh lu cầu


Hình 4.2.3)Đồ thị mạch chỉnh lu cầu
-
Mạch chỉnh lu dùng 4 điôt D
1
, D
2
, D
3

, D
4
-
Biến áp nguồn không có điểm giữa
* Nguyên lý làm việc
-
ở 1/2 chu kỳ đầu của điện áp vào ,U
2
có chiều dơng trên âm dới D
1
và D
3
dẫn D
2
và D
4
khoá có dòng qua tải: +U
2
D
1
Rt D
3
-U
2
-
ở 1/2 chu kỳ sau điện áp U
2
có chiều âm trên dơng dới D
1
và D

3
khoá D
2
và D
4
dẫn có dòng qua tải :+U
2
D
2
Rt D
4
-U
2
nh vậy trong mỗi nửa
chu kỳ có 2 diode dẫn dòng qua tải xuất hiện cả trong 2 nửa chu kỳ và đi theo
một chiều nhất định.
Tacó U
0
là điện áp trung bình trên tải đợc xác định
SV: - Nguyễn Đức Thiện 8 Lớp: CS - ĐĐT 36
U
2
U
n
g
U
ngm

2
3

U
t
3
2

t
t
t
U
2m
U
21
0
0
0
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
U
0
=
29,02
22
2
2
sin2
1
0
UUmUtdtmU ===

I
0
=
ItItI
tm
9,0
222
==

I
Dmax
=
0
2
II
tm

=
Ung max =U
2m
=
0
2
U

Sơ đồ chỉnh lu cầu diode đợc dùng rộng rãi trong thực tế nó có u sđiểm là tận
dụng đợc công suất của biến áp tần số
U

cao hơn do đó yêu cầu lọc
U
thấp
hơn điện áp ngợcđặt lên diode thấp hơn.
2.3. Lọc thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải
Trong các mạch điện chỉnh lu dòng điện ra tải tuy có cực tính không đổi (dòng
một chiều ) nhng giá trị (độ lớn ) của chúng thay đổi theo thời gian một cách có
chu kỳ đợc gọi là sự đập mạch củadòng điện hay điện áp sau chỉnh lu.
Dùng chuỗi Fourier để phân tích dòng điện đập mạch ta có:
tdt
T
nt
T
Bn
tdt
T
nt
T
An
tdt
T
I
tnBtnAIi
tt
t
tt
t
tt
t
n

n
n
nt




+
+
+

=

=
=
=
=
++=
0
0
0
0
0
0
2
sin.sin
2
2
cos.sin
2

sin
1
sincos
0
11
0






I
0
là thành phần một chiều

tnBtnA
n
n
n
n

sincos
11


=

=
+

là tổng các sóng hài xoay chiều có độ lớn pha và tần số phụ thuộc vào loại
mạch chỉnh lu.
-
Thành phần xoay chiều có tần số - hài bậc 1.
-
Thành phần xoay chiều có tần số 2 - hài bậc 2.
-
Để cung cấp năng lợng cho các thiết bị điện tử làm việc phải lọc bỏ các
thành phần hài.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 9 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Để đặc trng cho chất lợng điện áp (hay dòng điện) sau chỉnh lu ngời ta đa ra hệ
số đập mạch Kp

Nếu K
P

càng nhỏ thì chất lợng của bộ nguồn càng cao.
-
Với mạch chỉnh lu 2 nửa chu kỳ Kp=0,667
-
Với mạch chỉnh lu 1/2 chu kỳ Kp=1,58
Thờng dùng dùng tụ điện, điện cảm của mạch lọc tích cực để lọc bỏ các thành
phần sóng hài.
+ Lọc bằng tụ điện.
Sơ đồ nguyên lý

Hình 2-3 lọc thành phần xoay chiều
-
Tụ C mắc song song với tải R

t
thờng có trị số vài trăm àF đến vài nghìn
àF. Khi điôt thông thì tụ C nạp điện và tích trữa năng lợng khi điôt khoá thì tụ C
phóng điện qua R
t
bằng cách đó có thể giảm độ gợn sóng của điện áp ra.
-
Nguyên lý: Khi không có tụ C điện áp trên tải có độ nhấp nhô lớn.
Khi mắc tụ C // Rt trong mạch xảy ra quá trình phóng nạp:
+ Từ 0
ữ
t
1
điện áp sau chỉnh lu tăng tụ C đợc nạp điện từ : + nguồn tụ
Cmass.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 10 Lớp: CS - ĐĐT 36
Biên độ sóng hài lớn nhất của I
t
(hay U
t
)
Giá trị trung bình của I
0
(hoặc U
0
)
K
P
=
U

t
t
U
t
(có tụ C)
t
3
t
2
t
1
t
0
0
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
+ Từ t
1
ữ
t
2
điện áp sau chỉnh lu giảm tụ c phóng điện qua tải: + C
Rtmass-c
+ Từ t
2
ữ
t
3
điện áp ra lớn hơn điện áp trên tụ, tụ C lại đợc nạp điện kết quả điện
áp ra trên tụ có dạng tơng đối bằng phẳng.
Mạch lọc bằng tụ phù hợp với tải tiêu thụ dòng điện nhỏ (trị số R

t
lớn).
2.4. ổn định điện áp
Các mạch ổn định có nhiện vụ giữ cho điện áp ra hoặc dòng điện ra của một
thiết bị cung cấp không đổi khi điện áp vào thay đổi cũng nh khi tải hoặc nhiệt
độ thay đổi .Thông thờng các mạch ổn định có tác dụng giảm
U
~
và giảm tạp
âm do đó dùng mạch ổn định có thể giảm nhỏ kích thớc của thiết bị cung cấp
nhờ tiết kiệm đợc các tụ điện và điện cảm lọc.
+ ổn áp bù tuyến tính dùng IC ổn áp:
-
Để thu nhỏ kích thớc cũng nh chuẩn hoá các tham số của các bộ ổn áp
một chiều kiểu bù tuyến tính ngời ta chế tạo chúng dới dạng vi mạch do vậy
thuận tiện cho việc sử dụng.
-
IC ổn áp có dòng ra khoảng 100mA đến vài A thậm chí vài chục A, điện
áp ra có thể cố định hoặc điều chỉnh đợc ,công suất tiêu tán vài w đến vài chục
w tuỳ từng loại IC sử dụng ta sẽ có những thông số cần thiết.
-
Các IC ổn áp thông dụng hiện nay là họ 78xx,79xx LM105, LM309,
LM317.
-
Các IC ổn áp đợc cấu trúc bao gồm các khối tạo điện áp chuẩn lấy mẫu,
khuyếch đại so sánh, phần tử điều chỉnh, phần tử bảo vệ quá tải.
+ Sơ đồ ổn áp có điện áp ra cố định dùng IC 7805.
IC 7805 cho ra điện áp ổn định 5v có cực tính dơng

Hình 2-4 IC 7805

Tụ C
2
= 0,1 àF để cải thiện quá trình quá độ và giữ cho điện trở ra của mạch đủ
nhỏ ở tần số cao.
7805 có I
out
= 1A, U
out
= +5v
SV: - Nguyễn Đức Thiện 11 Lớp: CS - ĐĐT 36
7805
+ U
v
7 ữ 35v
+ U
r
+5v
C
2
0,1àF
C
1
0,33àF
1
2
3
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
3. Khối Tạo Xung (Khối Tạo Dao Động)
_Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của hệ thống,đặc biệt là đối với bộ
đếm,nó quyết định các trạng thái ngõ ra.

_có rất nhiều mạch tạo dao động,nhng do sự thông dụng,chúng em đã quan
tâm đến mạch tạo dao động sự dụng IC 555-đây là vi mạch định thời chuyên
dùng,có thể mắc thành mạch phi ổn hay đơn ổn.
3.1.mạch dạo động tạo xung sử dụng IC 555.
3.1.1. Mạch dao động
Mạch dao động là mạch dao động sử dụng các linh kiện để phát ra tín hiệu
xung dao động cụ thể để điều khiển thiết bị,có nhiều dạng tín hiệu xung đợc
phát ra từ mạch dao động nh :xung sine,xung vuông,xung tam giác
3.1.2.Mạch dao động tạo xung vuông
Có nhiều cách thiết kế mạch để tao xung vuông nh mach đa hài sử dụng
transistor , dùng Opam
Mach dao động tạo xung vuông sử dụng IC NE555 theo sơ đồ khối (h2.1.3a).
Dựa vào sơ đồ ta nhận thấy để tạo đợc xung vuông ta chỉ cần IC 555 và 1số linh
kiện phổ biến nh R,C
3.2.Lý do chọn mạch tạo xung sử dụng sử dụng IC NE 555N ?
_IC NE 555N rất phổ biến,dễ tìm
SV: - Nguyễn Đức Thiện 12 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
_mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm,dễ d\giải thích,dễ hiểu nguyên lí lam
viêc.
_Độ ổn định nhiệt làm việc cao
_Khả năng cho dòng ra lớn, có khả năng cung cấp dòng đến 200 mA. Điện thế
nguồn nuôi cho phép biến đổi rộng từ 4,5v ữ 16v, đầu ra tơng thích TTL, độ ổn
định làm việc cao (biến đổi 0,005% trong mỗi
0
C).
chu trình làm việc có thể thay đổi đợc,
SV: - Nguyễn Đức Thiện 13 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
3.3. Tổng quan về IC NE 555 N

Sơ đồ chân IC NE555N
Chân số 1(GND): Chân nối mass để lấy dòng cấp cho ic
Chân số 2(TRIGGER) : ngõ vào của 1 tần so sánh điện áp , mạch so sánh điện
áp dùng Transistor PNP . Mức áp chuẩn là 2/3Vcc
Chân số 3(OUTPUT) : Trạng tháI ngõ ra chỉ xác định theo mức điện thế cao
(điện thế chân số 8) và thấp (điện thế chân số 1)
Chân số 4(RESET) : Dùng xá lập định mức trạng thái ra .Khi chân số 4 nối
mass thì ngõ ra ở mức thấp . Còn khi chân số 4 nối vào Vcc thì trạng thai ngõ ra
tuỳ vào chân số 2 và 6
Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn cua
IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mass
.Tuy nhiên trong hầu hết các mạch điện ứng dụng chân số 5 nối mass qua tụ C
=(0.0uF ->0.1uF), Các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn cố
định
Chân số 6(THRESHOLD) Là ngõ vào của tầng so sánh điện áp khác. Mạch
so sánh dùng ttransistor NPN .Mức điện áp chuẩn là 1/3 Vcc
Chân số 7 (DISCHAGER) : Có thể xem nh khoá điệnvà chịu điều khiển bởi
tầng logic .Khi chân số 3 ở mức áp thấp thì khoá này đóng lại , ngợc lại thì nó
mở ra .Chân 7 tự nạp xả cho 1 mạch R- C lúc IC 555 dùng nh một tầng dao
động
Chân số 8 (VCC) : Cấp nguồn nuôi cho IC . Nguồn nuôi cấp cho IC 55 trong
khoang + 5v -> +15v , và mức tối đa là +18v
3. 4.Cấu tạo bên trong và hoạt động của IC555
Cấu tạo
Về bản chất thì IC 555 là 1 bộ mạch kết hợp giữa 2 con Opam , 3 điện trở, 1
transistor va 1 bộ Flip Flop (Flip Flop RS)
- 2 Opam có tác dụng so sánh điện áp
SV: - Nguyễn Đức Thiện 14 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
- Transistor để xả điện

Cấu tạo bên trong bên trong của IC 555
Bên trong vi mạch 555 có hơn 20triệu transistor và nhiều điện trở thực hiện các
chức năng khác nhau gồm có :
Cầu phân áp gồm 3điện trở nối từ nguồn +Vcc xuống mass cho ra 2 điện áp
chuẩn 1/3Vcc và 2/3Vcc
Opam 1 là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In-nhận điện áp chuẩn 2/3Vcc,còn
ngõ In+ thì nối ra ngoài chân 6.Tuỳ thuộc điện áp chân 6 so với điện áp chuẩn
2/3 Vcc,Opam 1 có điện áp ra là mức High (cao) hay Low (mức thấp) để làm
tín hiệu R (Reset),điều khiển FF
Opam 2 là mạch khuyếch đại có ngõ In+ nhận điện áp chuẩn 1/3Vcc,còn ngõ
In- thì nối với chân 2.Tuỳ thuộc điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn
1/3Vcc,Opam 2 có điện áp ở mức cao (High) hay mức thấp (Low) để làm tín
hiệu S (Set),điều khiển FF.
Mạch FF là loại mạch lỡng ổn kích 1 bên.Khi chân Set có điện áp cao thì điện
áp này kích đổi trạng thái của FF ở ngõ Q lên mức cao và ngõ xuống mức
thấp.Khi chân Set đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch FF không đổi trạng
thái.Khi chân Reset có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của FF
làm ngõ lên cao và ngõ Q xuống thấp.Khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống
mức thấp thì mạch FF không đổi trạng thái.
Mạch Out-put là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại dòng cấp
cho tải.Đây là mạch khuyếch đại đảo,có ngõ vào là chân của FF nên khi ở mức
cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp thấp (0V),và ngợc lại khi ở mức thấp
thì ngõ ra của chân 3 sẽ có điện áp cao (Vcc)
Transistor T1 có chân E nối v o điện áp chuẩn khoảng 1,4V, l loại transistor
NPN. Khi cực B nối ra ngo i bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4V, thì T1 ngng
dẫn, nên T1 không ảnh hởng tới mạch.Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp
SV: - Nguyễn Đức Thiện 15 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
nối mass thì T1 dẫn bão ho đồng thời l m mạch Output cũng dẫn bão ho v ngõ
ra mức thấp.Chân 4 gọi l chân Reset có nghĩa l nó reset IC 555 bất ch ấp tình

trạng các ngõ v o khác. Do đó, chân Reset dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần
thiết.Nu không dùng chức năng Reset thì nối chân 4 lên Vcc để tránh bị Reset
do nhiễu.
Transistor 2 là Transistor có cực C để hở,nối ra chân 7.Do cực B đợc phân cực bởi
mức điện áp ra của FF,nên khi ở mức cao thì Transistor 2 coi nh bão hoà và cực C
coi nh nối Mass.Lúc đó ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp.Khi ở mức thấp thì
transistor 2 ngng dẫn,cực C của Transistor để hở,lúc đó ngõ ra của chân 3 ở mức
điện áp cao.Theo nguyên lý trên,cực C của Transistor 2 ra chân 7 có thể làm ngõ ra
phụ thuộc có mức điện áp giống với ngõ ra chân 4.
Ta nói khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 Vcc . Khi điện áp chân 2 nhỏ hơn 1/3
Vcc thì chân S =1 , FF đợc kích . Khi điện áp chân 6 lớn hơn 2/3 Vcc thì chân
R =1 , FF đợc Reset
SV: - Nguyễn Đức Thiện 16 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
3.5. Sơ đồ mạch điện
-
Tác dụng linh kiện: IC 555 dùng để tạo dao động.
R
1
, VR
1
, C
1
: định tần số .
C
2
chống nhiễu.
3.5.1.Nguyên tắc họat động:
Chân ngơng (threshold) số 6 đợc nối với chân nảy (trigger) số 2 ,nên hai chân
này có cùng điện áp là điện áp trên tụ C1, để so sánh với điện áp chuẩn 2/3 Vcc

và 1/3 Vcc bởi OP-AMP(1) và OP-AMP (2). Chân 5 có tụ nhỏ 0.01 wicroF nối
mass để lọc nhiểu tần số cao có thể làm ảnh hởng điện áp chuẩn 2/3 Vcc.
Khi Cấp Điện cho mạch:
- Giai đọan 1 : điên áp trên tu nhỏ hon 1/3 Vcc nên OP-AMP (1) ngõ ra mức 0,
OP-AMP (2) ngõ ra ở mức 1. Mạch Flipflop đợc kích , ngõ ra mức 0 ở chân Q-
qua cổng "not" chân OUTPUT (3) ra ở mức 1. Transistor T1 không đợc kích
nên ngng dẩn, điên áp trên tụ C1 đợc tiếp tực nap .
-Giai đọan 2 : sau khoang thời gian tụ C1 đợc nạp qua điện trở R1 và R2, điện
áp trên tang lên lớn hơn 1/3 Vcc. OP-AMP (2) có ngõ ra mức 0 ,OP-AMP (1)
ngõ ra tiếp tục giử mức 0. Mach Flipflop giử trang thái mức 1 nh ban đầu, chân
OUTPUT(3) mức 1. Transistor T1 không đợc kích nên ngng dẩn. Tự C1 tiếp tục
dợc nap.
-Giai đọan 3 : tụ C1 đợc nạp điện áp lớn hơn 2/3 Vcc , lúc nay OP-AMP(1) có
ngõ ra ở mức 1.Chận reset của mạch Flipflop đợc kích ,nên Q- ở mức 1, chân
OUTPUT lức này trở về mức 0.Trasistor T1 đợc Q- kích nên dẩn, tụ C1 bắt đầu
xả qua điện trở R2 vào chân 7 của IC 555 rồi xuống mass.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 17 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
-Giai đọan 4: tụ C1 xả điện áp và nhỏ hơn 2/3 Vcc , OP-AMP (1) có ngõ ra
bằng 0, OP-AMP (2) có ngõ ra mức 0, mạch Flipflop giử nguyên trang thái mức
1, ngõ ra vẩn ở mức không .Transistor T1 tiêp tc dẩn ,tụ C1 tiếp tụ xả qua R2.
-Giai đọan 5: tụ C1 xả điện áp đến lức nhỏ hon 1/3Vcc, lúc này OP-AMP(2) có
ngõ ra mức 1, OP-AMP (1) có ngõ ra bằng 0, nên mạch Flipflop đợc set lên
mức 1.Chân Q- ra mức 0 ,OUTPUT ra mức 1.Transistor ngng dẫn, tụ C1 bắt đầu
nạp và quai lai giai đọan 1.
Bảng Trạng Thái Của FF

S R
Q
1 0 0 Tụ C bắt đầu nạp

0 0 Q
0
Tụ C nạp
0 1 1 Tụ C xả đầu ra xuống thấp
0 0 Q
0
Tụ C xả


Giản đồ xung thể hiên tín hiệu đợc biến đổi khi đi qua IC 555
3.5.2.Chu kì tạo từ xung vuông IC 555 là:
SV: - Nguyễn Đức Thiện 18 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Thông thờng trong các mạch dao động,ta có công thức tính thời gian ngng dẫn
của Transistor là:
T = RCln2 =0.693 RC
Thời gian ngng dẫn ở mức cao cũng là lúc tụ C nạpdòng qua (R1+R2)
Ton=0.693 * ( R1+R2 )* C1
Thời gian ngng dẫn ở mức áp thấp cũng là lúc tu. C xả dòng qua R2:
Toff=0.693* R2*C1
Vậy : T= Ton + Toff
3.6.Giao Tiếp Với Tải
IC 555 có thể giao tiếp với nhiều loại tải khác nhau và tuỳ trờn hợp mỗi loại tải
có thể mắc theo 2 cách sau:
.Tải đợc cấp điện khi ngõ ra có điện áp thấp.Lúc đó IC 555 sẽ nhận dòng điện
tải theo chiều từ nguồn qua tải rồi vào IC. Dòng điện trờng hợp này gọi là I
nhận
.Tải đợc cấp điện khi ngõ ra có điện áp cao.Lúc đó IC 555 sẽ cấp dòng điện qua
tải theo chiều từ nguồn qua IC rồiai ra tải. Dòng điện trong trờng hợp này là I
nhận.

4.Khối đếm
4.1 Cổng logic và mạch tổ hợp
4.1.1 Số Cổng logic
i s logic ch cú 3 h m c b n nh t, ó l h m "V ", hàm Hoặc,và
hàm Đảo : L c h m l n bi n ch l y hai gía tr ho c 1 ho c 0.
4.1.1.1)Cổng OR
a, Định nghĩa: Cổng hoặc ( OR ) là 1 cổng logic cơ bản nó thực hiện phép
tính tổng các biến số đầu vào tức là
Y = A+B+ +N
Y: Đầu ra
A, B, N: các biến số đầu vào
b, Ký hiệu
c, Bảng chân lý
SV: - Nguyễn Đức Thiện 19 Lớp: CS - ĐĐT 36
A
B
Y
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
A
B Y Điện áp V
Y

0 0
0 0.14V
0 1
1 3.69V
1 0
1 3.69V
1 1
1 3.69V

ý nghĩa: Nếu gọi A,B là các công tắc: Công tắc kín

A=B=1
Công tắc hở

A=B=0
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
SV: - Nguyễn Đức Thiện 20 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
d, Biểu diễn cổng OR bằng mạch điện đơn giản
A kín đèn sáng
B kín đèn sáng
A,B kín đèn sáng
A,B hở đèn không sáng

ý nghĩa: Cổng OR là cổng logic có đầu ra ở mức thấp

Tất cả các đầu vào
cùng ở mức thấp
e, Dạng sóng của cổng OR
C
4.1.1.2: Cổng và (AND gate)
a, Định nghĩa:
Cổng và là cổng logic cơ bản nó thực hiện phép logic của các biến số ở đầu
vào tức là:
Y = A.B N
Với A, B, N là các biến đầu vào
Y là đầu ra
b, Ký hiệu

Cổng AND 2 đầu vào Cổng AND 3 đầu vào
SV: - Nguyễn Đức Thiện 21 Lớp: CS - ĐĐT 36
A
B
220V
B
A
5V
0V
5V
0V
5V
0V
Y
C
Y
A
B
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
d, Biểu diễn cổng AND bằng mạch điện, bán dẫn đơn giản

c, Bảng chân lý



- ý nghĩa:Nếu coi A,B là 2 công tắc: A=B=1 Công tắc kín
A=B=0 Công tắc hở
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
Đèn Y chỉ sáng

cả 2 công tắc A,B cùng kín , Có 1 công tắc hở đèn tắt

Cổng AND là cổng logic có đầu ra ở mức cao

tất cả đầu vào cùng ở mức
cao

SV: - Nguyễn Đức Thiện 22 Lớp: CS - ĐĐT 36
A
B Y = A.B Điện áp V
Y

0 0
0 0.1V
0 1
0 0.1V
1 0
0 0.1V
1 1
1 3.97V
A B
L1
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
e, Dạng xung của cổng AND


4.1.1.3: Cổng đảo

a, Định nghĩa: Nó đợc thực hiện thuật toán logic phủ định biến số ở đầu tức là

Y = A
c, Bảng chân lý
A Y
0 1
1 0

d, Biểu diễn cổng NOT bằng mạch điện và mạch bán dẫn
e , Dạng sóng của cổng NOT
4.2. Các mạch FF và ứng dụng
Mạch Flip Flop (FF) là mạch đa hài lỡng ổn tức mạch tạo ra sóng xung vuông
và có 2 trạng thái ổn định.Trạng thái của FF chỉ thay đổi khi có xung đồng hồ
tác động.
1 FF thờng có:
-1 hoặc 2 ngõ vào dữ liệu,1 ngõ vào xung CK và có thể có ngõ vào với các
SV: - Nguyễn Đức Thiện 23 Lớp: CS - ĐĐT 36
A Y
A
L1
Uv
A
B
Y
Y
1
0
1
0
1
0
1

0A
Y
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
chức năng khác
-2 ngõ ra thờng kí hiệu là Q (ngõ ra chính) và /Q (ngõ ra phụ).Ngời ta thờng
dùng trạn thái của các ngõ ra để chỉ trạng thái của FF.Nếu trạng thái của ngõ ra
giống nhau ta nói FF ở trạng thái Cấm
FF có thể đợc tạo ra từ mạch chốt (latch)
Điểm khác biệt giữa 1 mạch chốt với FF là :FF chịu tác động của xung
đồng hồ Ck còn mạch chốt thì không
Ngời ta gọi tên các FF khác nhau dựa vào tên các ngõ vào dữ liệu của
chúng
4.2.1.Chốt RS
a)Chốt Rs tác động mức cao




H7a. Các trạng thái logic của chót Rs
Khi R=S=0 (cả 2 ngõ vào đèu không tác động), ngõ ra không đổi trạng thái
Khi R=0 v S=1 (ngõ vào S tác động), chốt đ ợc Set (tức là Q
+
=1).
Khi R=1 v S=0 (ngõ vào R tác động), chốt d ợc Reset (túc là Q
+
=0).
- Khi R=S=1 (cả 2 ngõ vào tác động), chốt rơi vào trạng thái Cấm
SV: - Nguyễn Đức Thiện 24 Lớp: CS - ĐĐT 36
R S Q
+

0 0 Q
0 1 1
1 0 0
1 1 Cấm
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
b)Chốt RS tác động mức thấp

Để chốt Rs ở mức cao ngời ta dùng cổng
NAND bằng cách thêm 2 cổng đảo ở các ngõ vào của mạch
Q
/Q
4.2.2.Flip Flop RS
Trong các phần dới đây ta luôn sử dụng chốt Rs tác động mức cao dùng cổng
Nand.Khi thêm ngõ vào xung Ck cho chốt Rs ta đợc FF RS (các ngõ vào R,S
đều tác động mức cao) (hình 7.2.a)

Hình 7.2.a
Nhận xét: Với FFRS dùng 2 cổng NAND có 1 trạng thái là cấm, trạng thái đó là
trạng thái mà cả 2 đầu ra
Q
và
Q
bằng nhau. Để FF hoạt động đợc ta phải tìm
cách loại bỏ trạng thái này.
- Đa thêm một cổng đảo ở phía trớc:
QRRRQ
QSSSQ


21

21
==
==

QQQORS ==== .1,0

QQQ == .1
0.11,0 ===== QQQRS

1.0 == QQ

0.10,1 ==== QQRS
SV: - Nguyễn Đức Thiện 25 Lớp: CS - ĐĐT 36
R S Q
+
0 0 Cấm
0 1 0
1 0 1
1 1 Q