Bài tập lớn ĐTS Mạch Đếm Tần

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Môn: Điện tử số
GV: Nguyễn Trung Hiếu
Nhóm: 08
Sinh viên:
1. Lê Thị Đính
2. Nguyễn Thị Như Quỳnh
3. Nguyễn Kiều Oanh
Bài 7: Mạch đếm tần
• Đưa tần số vào
• Phát hiện 0 hoặc 1, mỗi lần có 1 xung vào thì tăng số đếm
• Hiển thị kết quả đếm được
I, PHÂN TÍCH BÀI TOÁN
Giả sử nếu đưa một sóng xung tới đầu vào của 1 bộ đếm xung trong thời gian ∆t xác định
N
và bộ đếm đếm được số xung là Nx thì: ∆t = Nx.Tx ⇒ f x = x
∆t
Như vậy nếu giải mã đầu ra của bộ đếm ta có thể tính được tần số của xung tới. Dựa vào
nguyên lý này ta có thể xây dựng mạch đếm tần.
II. XÂY DỰNG MÔ HÌNH
1.Mô tả hoạt động của hệ thống
Mạch tạo xung bằng mạch IC 555
Các Led 7 đoạn sẽ sáng tại ra các số từ 1 đến 9, nhằm hiển thị số đếm lên
Mạch đếm từ 0-9999
2.Phương án thiết kế
Sử dụng các mạch số tạo xung với ic 555 và ic 7490 tạo mod đếm, ic 7447 giải mã
led 7 đoạn
III. SƠ ĐỒ KHỐI


Ic 555

XUNG
CLOCK

Ic 7490
Đơn vị

Ic 7447

Ic 7490
Chục

Ic 7447

Ic 7490
Trăm

Ic 7490
Nghìn

Led 7 Đoạn
Hiển thị

Led 7 Đoạn
Hiển thị

Ic 7447
Led 7 Đoạn
Hiển thị
Ic 7447

Led 7 Đoạn
Hiển thị

IV. THỰC HIỆN MẠCH ĐIỆN
1. Khối tạo xung
Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của mạch. Đặc biệt là đối với bộ đếm, nó
quyết định các trạng thái ngõ ra của bộ đếm
Có rất nhiều mạch dùng tạo dao động, nhưng thông dụng nhất vẫn là mạch dao động
dùng IC 555
Bộ tạo xung clock tạo ở lối ra các xung có tần số (cứ một giây tạo ra một xung).
Sơ đồ chân:


Sơ đồ chân của IC NE555.
Trong đó:
1: Nối đất
2: Điện áp ngưỡng để trigger nhớ trạng thái
3: Đầu ra xung clock
4: Thiết lập lại trạng thái cho trigger
5: Điện áp điều khiển
6: Điện áp ngưỡng điều khiển reset trigger
7: Điện áp đầu vào phân cực cho transistor
8: Cấp nguồn
a. Cấu trúc bên trong và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của NE555 gồm OP-AMP so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả
điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối
tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3
VCC nối vào chân dương của OP-AMP 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của OP-

AMP 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = “1” và FF được kích. Khi điện
áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = “1” và FF được reset.
Giải thích sự dao động:

NE555 đươợc nối với mạch ngoài.
Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:
Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0. Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1
_

(V+), ngõ ra của OP-AMP 1 ở mức 1 nên S = “1”, Q = “1” và Q = “0”. Ngõ ra của IC
_

ở mức 1. Khi Q = “0”, transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi
nhấn công tắc lần nữa OPAMP1 có V- = “1” lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở
_

mức “0”, S = “0”, Q và Q vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn
giữ nguyên trạng thái đó.
Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:
Khi tụ C nạp điện, OP-AMP 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = “1” nên Q = “0” và
_

_

Q = [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0. Vì Q = “1”, transistor mở dẫn, OP-AMP 2 có V+ =
_

“0” bé hơn V-, ngõ ra của OP-AMP 2 ở mức 0. Vì vậy Q và Q không đổi giá trị, tụ C

xả điện thông qua transistor.
Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn
định.
b. Thiết kế dao động xung vuông có tần số và độ rộng bất kỳ:
Nội dung : IC tạo dao động họ XX555, thiết kế mạch dao động tạo ra xung vuông có
tần số và độ rộng bất kỳ.


Mạch dao động tạo xung bằng IC 555
Nguồn Vcc có thể sử dụng từ 4,5V đến 15V, tụ 103 (10nF) từ chân 5 xuống mass là cố
định, có thể bỏ qua ( không lắp cũng được ), tụ này có tác dụng chống nhiễu. Khi thay
đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có tần số và độ rộng
xung theo ý muốn
Thực tế:


-Tạo ra tần số mong muốn nhờ biến trở RV2, khi thay đổi giá trị RV2 thì ta được tần
số dựa vào công thức:
(T = 0.693(R1 + 2R2)C1 và f = 1.443 / ( (R1 + 2R2)C1)).
-Ví dụ:
Tạo ra xung 1s
(T = 0.693(R1 + 2R2)C1 và f = 1.443 / ( (R1 + 2R2)C1)).
Chọn C1 = 10u, C2=0.1u, R1=10kΩ ,R2 = 2.2kΩ
2.Khối tạo mod đếm (IC 7490)
IC 7490 là IC đếm bất đồng bộ cơ bản và thông dụng . Để được tiện lợi , mỗi mạch
đếm được chia làm 2 phần: phần đầu là một FF với ngõ xung vào là A để chia đôi tần số (
mạch đếm 1 bit), tần tiếp theo là 3 bộ FF với ngõ xung vào là B để thực hiện việc chia 5
tần số.

Muốn thực hiện mạch đếm đầy đủ ta áp can đếm ở ngõ ra và nối (ngoài IC) ngõ ra QA
đến ngõ vào B, lúc này số đếm nhị phân là QDQCQBQA(0001). Xung vào phải tương
thích TTL và có độ rộng xung ít nhất là vài nano giây.
Mỗi mạch đếm có 2 ngõ Reset (đặt lại) gọi R01 và R02. Vì 2 ngõ này đựơc nối AND
với nhau nên để xoá mạch đếm (QA = QB =QC =QD =0) cả 2 ngõ Reset được đưa lên
cao và để mạch đếm có thể đếm lên phải đưa ít nhất 1 ngõ Reset xuống thấp. Thường 2
ngõ này được nối chung với nhau và giữ ở mức thấp, khi muốn xoá mạch ta phải đưa 2
ngõ này lên cao trong chốc lát (ít nhất là vài chục nano=giây) rồi đưa xuống thấp để cho
phép mạch đếm lên. 2 ngõ này là 2 ngõ bất đồng bộ vì tác động độc lập với đồng hồ
(xung vào).
Hai thông số quan trọng để thiết kế mạch đếm này là: Bảng chân lý mã hóa ra BCD
và điều kiện để Reset.
*Cấu tạo bên trong:

*Sơ đồ chân:


* IC 7490 là IC 14 chân, trongđó :
Chân 14 nhận xung vào.
Chân 12,11,9,8 dữ liệu ngõ ra.
Chân 10 nối GND.
Chân 5 nối VCC.
Chân 13,4 không được sử dụng.
Chân 2,3,6,7 RESET.
Chân 1 nhận xung clock báo tràn,led hiển thị từ số 9 về số 0 .
•

Bảng chân lý mã hóa ra BCD

.

* Mức Reset cho LS7490.
Nó có 4 chân Reset dùng để reset hệ thống với các chân: MR1, MR2, MS1, MS2.
Đưa các mức thích hợp vào các chân này thì nó sẽ tự động Reset. Bảng mức Reset:


3.Khối giải mã IC 7447
Chức năng: Một trong những IC phổ biến trong điện tử số. Có rất nhiều kí hiệu khác
nhau tùy thuộc vào hãng và khả năng đáp ứng như: 74HC47, 74HCT47,74LS47,.
Ứng dụng: Đây là IC giải mã kí giành riêng cho LED 7 thanh Anot chung. Ứng dụng
khi ta cần hiện thị số trên led 7 thanh trong mạch số mà không cần dùng vi xử lý hoặc
muốn tiết kiệm chân.

Sơ đồ nguyên lý: Như sơ đồ trên, trong đó A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số
counter,...), BI/RBO,RBI,LT ( chân điều khiển của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ
nối khác nhau), Chân QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối lần lượt với chân a,b,c,d,e,f,g
của led 7 thanh anot chung.
- Mô tả cách thức hoạt động như sau:

PORT A,B,C,D : đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân (BCD) từ 0 tới 15,
tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng. PORT QAQG : Nối trực tiếp LED 7 thanh với QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị
hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORTA,B,C,D theo bảng sau;


4. Khối Chạy
a. Khối đơn vị và hàng chục


Có nhiệm vụ đếm từ 0->99 và sau đó cấp xung cho khối trăm, đến trạng thái 99 thì reset

về 00
Tần số Hz sẽ cấp xung đếm cho 2 ic 7490


+ Với 1 ic 7490 sẽ đếm hàng đơn vị từ 1->9 và reset, đồng thời cấp xung cho hàng chục
đếm lên
+ Với 1 ic 7490 sẽ đếm hàng chục từ 1->9 và reset, đồng thời cấp xung cho hàng trăm
đếm lên
b. Khối Trăm, nghìn


Xung từ khối chục sẽ cấp xung đếm cho 2 ic 7490
+ Với 1 ic 7490 sẽ đếm hàng đơn vị từ 1->9 và reset, đồng thời cấp xung cho nghìn đếm
lên
+ Với 1 ic 7490 sẽ đếm hàng chục từ 1->9 và reset
c. Khối Tổng thể:


Có nhiệm vụ đếm từ 0 -> 9, cấp xung cho hàng chục chạy từ 0->9, cấp xung cho hàng
trăm chạy từ 0->9, cấp xung cho hàng nghìn chạy từ 0->9
Đếm đến 9999 thì reset về 0

Cách nối mạch theo nguyên tắc:

V. KẾT QUẢ


Kết quả thu được :
- Tạo tần số bằng mạch Ic 555
- Đếm xung 1 bằng 74ls90 (Ic 7447 giải mã và hiển thị bằng Led 7 đoạn)

VI. ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH
1.Ưu điểm:
- Mạch dễ hiểu, đơn giản
- Các linh kiện dễ mua trên thị trường.
- Mạch chạy ổn định.
2. Nhược điểm:
- Có sự sai số của các linh kiện nên thời gian thực có thể sai số
- Còn nhiều hạn chế trong thiết kế.