Nhom6 bao cao mach dem lui, bao dong KTDTUD (2)

BÁO CÁO

Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên Tp. HCM Khoa
Vật Lý – Vật Lý Kỹ Thuật

ĐỀ TÀI: MẠCH ĐẾM
XUỐNG GIÂY VÀ PHÚT,
ĐẾN THỜI GIAN ĐÃ CÀI
ĐẶT THÌ BÁO ĐỘNG

Môn: Kỹ Thuật Điện Tử Ứng Dụng

Tp. HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2013


2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ ĐIỆN TỬ
MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

BÁO CÁO ĐỀ TÀI SEMINAR CUỐI KÌ
ĐỀ TÀI:

MẠCH ĐẾM XUỐNG GIÂY
VÀ PHÚT, ĐẾN THỜI GIAN
ĐÃ CÀI ĐẶT THÌ BÁO
ĐỘNG

Nhóm 6:

Mai Nguyễn Thùy Trang
Trần Minh Thành
Nguyễn Hoàng Thắng
Nguyễn Văn Thương

MSSV:

1113440
1113383
1113392
1113418

Tp. HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2013

Nhóm trưởng
Thành viên
Thành viên
Thành viên


3

MỤC LỤC

PHẦN I - MỞ ĐẦU
I.1. LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại hiện nay, mạch đếm thời gian đã trở nên quen thuộc trong cuộc sống
hằng ngày của chúng ta. Từ mạch đếm vòng, đếm đồng bộ, đếm không đồng bộ, đến các kiểu
đếm lên, đếm xuống,… tất cả đều chiếm vị trí quan trọng và có nhiều ứng dụng trong các
lĩnh vực đời sống.

Ngày 28/09/2013, với sự phân công, hướng dẫn của giáo viên, nhóm 6 tiếp nhận
nghiên cứu lắp mạch với đề tài: “Mạch đếm xuống giây và phút, đến thời gian đã cài đặt thì
báo động”.

I.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề tài hướng đến các mục tiêu chính:
 Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của mạch đếm, nghiên cứu các nguyên tắc cơ bản kết

nối cổng logic báo động từ đó thiết kế mạch đếm lùi theo yêu cầu đề bài.
 Thông qua mạch nguyên lý cơ bản, nghiên cứu chế tạo chức năng nâng cao cho mạch
nhằm nâng cao ứng dụng của mạch trong đời sống.
 Thực hiện các thao tác mô phỏng mạch trên phần mềm Protues, từng bước tiếp cận
sâu hơn với các phần mềm chuyên dụng trong ngành điện tử.
 Tiến hành layout, chế tạo mạch từ đó nâng cao kỹ năng thực hành, chế tạo mạch điện
tử.

I.3. Ý NGHĨA
Nghiên cứu đề tài tạo điều kiện cho chúng tôi làm quen với các kiến thức và kỹ năng
cơ bản về mạch đếm; tạo cơ hội học hỏi, rèn luyện tư duy, nâng cao kỹ năng thực hành
chuyên môn. Bên cạnh đó, nghiên cứu đề tài yêu cầu sự hợp tác, phân công công việc giữa
các thành viên nhóm, từ đó nâng cao kỹ năng thực hành và giải quyết các vấn đề liên quan
đến tập thể.


4


5

PHẦN II – CƠ SỞ LÝ THUYẾT & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.1. CÁC GIAI ĐOẠN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Một trong những giai đoạn khó khăn nhất trong quá trình nghiên cứu chính là thời
gian tiếp nhận đề tài. Lượng thông tin, kiến thức chuyên môn về đề tài của chúng tôi còn rất
hạn chế. Nhằm làm rõ và giải quyết khó khăn phát sinh và giúp cho quá trình nghiên cứu trở
nên thuận lợi hơn, chúng tôi chia thời gian nghiên cứu thành các giai đoạn cụ thể:
Bảng II.1.1. Các giai đoạn thực hiện nghiên cứu đề tài mạch đếm
SST
1

2

3

4
5
6

TÊN GIAI
ĐOẠN

NỘI DUNG

_ Xác định nội dung đề tài, đưa ra phương án thực hiện, thiết kế
Nhận nhiệm đề tài
vụ
_ Liệt kê các công việc cần thực hiện
_ Phân chia nhiệm vụ cụ thể
_ Tìm kiếm thông tin, cơ sở lý thuyết, tổng hợp lý thuyết, thống
nhất dữ liệu
_ Thiết kế mạch hoàn thiện

_ Vẽ mạch trên phần mềm Protues
Tiến hành
_ Thử nghiệm trên phần mềm Protues
_ Mua linh kiện, lắp mạch thử nghiệm thực tế
_ Kiểm tra mạch thực tế
_ Rút ra kết luận
_ Lựa chọn mạch điện hoàn thiện
_ Nâng cấp chức năng mạch điện
_ Vẽ mạch in
_ Thử nghiệm lý thuyết và thực tế
Nâng cấp
_ Layout mạch
_ Lắp mạch
_ Tiến hành kiểm tra
_ Kết luận
_ Tổng kết quá trình thực hành, nội dung lý thuyết
Tăng tốc
_ Thiết kế báo cáo cuốn
_ Thiết kế powerpoint
_ Kiểm tra tất cả nội dung
Demo
_ Thuyết trình thử
_ Rút kinh nghiệm, hoàn thiện, chỉnh sửa lần cuối
Về đích
Báo cáo trên lớp


6

II.2. TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ MẠCH ĐẾM

Mạch đếm là loại mạch tuần tự, bao gồm nhiều loại:
1. Mạch đếm nhị phân không đồng bộ.
2. Mạch đếm không đồng bộ theo hệ nhị phân.
3. Mạch đếm không đồng bộ.
4. Mạch đếm đồng bộ.
5. Mạch đếm vòng.
Mạch đếm có nhiều ứng dụng: đếm xung, đếm sản phầm, đếm thời gian, đồng hồ số, đếm
tần số, … là một trong những chức năng mà mạch logic thực hiện rất tốt.
Dựa vào yêu cầu của đề bài và các chức năng của mạch đếm, chúng tôi nghiên cứu
cấu tạo và chức năng của mạch đếm đồng bộ.
II.2.1. Mạch đếm đồng bộ nhị phân [1]
Mạch đếm đồng bộ (Synchronous counter), hay còn gọi là mạch đếm song song, là
loại mạch có xung vào được nối thắng đến ngõ vào của đồng hồ của tất cả các FF (Flip Flop).
Chúng ta biết rằng những mạch đếm không đồng bộ khi có nhiều tầng FF sẽ tích luỹ nhiều trì
hoãn truyền của mỗi tầng làm cho nó lớn hơn cả chu kì đếm xung khiến toàn mạch có thể
hoạt động sai logic nhất là khi hoạt động ở tần số cao. Như ở mạch đếm bốn bit chia 2: khi số
đếm tăng từ 1110 lên 1111 chỉ cần chờ ngõ ra của FF 0 thay đổi nên chỉ mất 1tD. Khi số đếm
tăng từ 1011 lên 1100 đòi hỏi ba FF chuyển mạch liên tiếp nên sẽ phải mất 3tD. Trường hợp
nữa khi số đếm tự động reset về 0000 thì cả 4 FF đều chuyển trạng thái do đó trì hoãn truyền
sẽ là 4tD. Có thể khắc phục những giới hạn này bằng việc sử dụng bộ đếm đồng bộ bởi vì tất
cả các tầng đều được kích bởi cùng một xung nhịp Ck đầu vào. Khi đó các FF chuyển mạch
cùng một lúc khiến thời gian trì hoãn của mạch đếm bằng trì hoãn truyền của một FF bất kể
số tầng. Để đảm bảo hoạt động đúng, một số cổng logic được thêm vào để khống chế ngõ
vào J, K (T).
II.2.2. Mạch đếm đồng bộ không theo hệ nhị phân
Để thiết kế mạch đếm mod m bất kì từ mạch đếm mod 2n (m <= 2n) ta có thể dùng
ngõ clear để xoá mạch khi đếm đến số m, cách khác là nhìn vào giản đồ xung để thử nghiệm
việc nối các đầu vào J, K. Ở đây ta sẽ xét đến mạch đếm mod 10 hay dùng.
Ngoài xung ck được đưa vào tất cả 4 tầng FF thì cần phải giải quyết các ngõ J, K.
Để ý là khi mạch đếm đến số 10 thì Q0 = 0 và Q2 = 0 không đổi trạng thái khi reset về

0 nên FF 0 và FF 2 được kích bình thường như đã nói.

Hình
II.2.2.1. Mạch đếm mod 10 đồng bộ


7

Còn với FF 1, Q1 đổi trạng thái khi Q0 ở cao đồng thời Q1 phải được giữ luôn mức
thấp ở số đếm thứ 10, khi này có thể tận dụng đang ở cao cho tới khi reset, vậy J1 = K1 =
Q0.
Sau cùng với FF 3 Q3 sẽ được reset về 0 khi cả 3 Q0Q1Q2 đều về 0. Vậy J3 = K3 =
Q0Q1Q2.
Kiểm tra lại thấy rằng mạch đúng là hoạt động đếm chia 10.

Hình II.2.3.1. Mạch đếm lên đồng bộ mod 16
II.2.3. Mạch đếm đồng bộ lên/xuống
Ở hình II.2.3.1 ở trên là mạch đếm đồng bộ lên, ta có thể xây dựng mạch đếm đồng bộ
xuống giống như cách đã làm với mạch đếm không đồng bộ tức là dùng các đầu ra đảo của
FF để điều khiển các đầu vào T của tầng kế tiếp. Như vậy với mạch đếm xuống mod 16 thì
đầu ra Q sẽ được nối tới T1, T2, T3 và bộ đếm sẽ đếm xuống từ 15, 14, 13,… rồi về 0 để
reset trở lại 15.
Lúc này thêm 1 ngõ điều khiển chế độ đếm giống như bên mạch đếm lên xuống
không đồng bộ ta đã có mạch đếm lên xuống đồng bộ. K = 1(up) đếm lên, K = 0(down) đếm
xuống. Mạch được xây dựng như hình sau (lưu ý xung ck tác động cạnh lên).

Hình II.2.3.2. Mạch đếm đồng bộ lên/xuống


8

II.2.4. Mạch đếm đặt trước số đếm
Nhiều bộ đếm song song ở dạng IC tích hợp được thiết kế để có khả năng nạp trước số
cần đếm thay vì 0 như ta thường thấy. Số đặt trước là bất kì trong những số có thể ra của
mạch và mạch có thể đếm lên hay đếm xuống 1 cách đồng bộ hay không đồng bộ từ số
này.Việc này giống như là nạp song song ở ghi dịch vậy, bằng cách tận dụng ngõ Cl và Pr
(ngõ không đồng bộ độc lập với ck). Cấu trúc mạch với 3 tầng FF được minh hoạ như hình
và hoạt động nạp được thực hiện như sau:


9

Hình II.2.3.2.
Mạch đếm đặt trước 3 bit

Giả sử mạch đang đếm hay dừng ở 1 số đếm nào đó.
Đưa sẵn số đếm có trạng thái cần nạp vào ngõ A B C.
Đặt một xung mức thấp vào đầu LD (parallel load), xung này sẽ cho phép trạng thái
logic ABC qua cổng Nand để đưa vào 3 tầng FF qua 3 ngõ Pr hay Cl (tuỳ thuộc bit mức thấp
hay cao). Kết quả là Q0 = A, Q1 = B, Q2 = C.
Khi LD lên cao trở lại, lúc này nếu có xung nhịp Ck thì mạch sẽ tiếp tục đếm từ số
vừa nạp (trước đó ck và các ngõ T không có tác dụng).


10

II.2.5. IC đếm đồng bộ
1. Nhóm A: 74LS160/161/162/163
Cả 4 IC đều có cùng kiểu chân và các ngõ vào ra tương tự nhau; có xung ck nảy ở
cạnh xuống do trong cấu tạo có thêm mạch đệm sau ngõ đồng bộ; có khả năng nạp song

song; preset đồng bộ; có thể nối chồng nhiều IC để có số mod lớn hơn nhiều.
- LS160, LS161 là IC đếm chia 10 còn LS161 và LS163 là đếm chia 16.
- LS160 và LS161 có chân xoá Cl không đồng bộ còn LS161, LS163 có chân xoá Cl
đồng bộ.
Bốn mạch đếm thuộc nhóm A hoạt động đồng bộ do tất cả các FF được kích thích bởi
đồng hồ (xung đến) đồng thời nên các ngõ rat hay đổi trùng phùng nhau, nhó đó tránh được
các xung nhiễu nhọn ở các mạch đếm bất đồng bộ. Một mạch đệm được them vào sau ngõ
đồng hồ để các mạch đếm nảy ở cạnh lên của đồng hồ thay vì ở cảnh xuống như mạch đếm
bất đồng bộ.


11
2. Nhóm B: 74168, 74169

Các IC đếm đồng bộ nhóm B không có ngõ Clear. Nếu muốn kết thúc số đếm trước trị
tối đa (đếm lên) hoặc tối thiểu (đếm xuống), một cổng NAND được dùng để phát hiện số
đếm kết thúc mong muốn vào ngõ ra của cổng được nối đến ngõ Load để nạp vào số đếm ban
đầu từ các ngõ vào Preset (dữ liệu vào song song).
3. Nhóm 74LS192, LS193

LS192 là mạch đếm chia 10 còn LS193 là mạch đếm chia 16.
Cả 2 loại đều cấu trúc chân như nhau và đều có khả năng đếm lên hay xuống.
Khi đếm lên xung ck được đưa vào chân CKU còn khi đếm xuống xung ck được đưa
vào chân CKD.
Khi đếm lên hết số chân Carry xuống thấp, khi đếm xuống hết số chân Borrow xuống
thấp. 2 chân này dùng khi cần nối tầng nhiều IC.
Đặc biệt mạch có thể đặt trước số đếm ban đầu ở các chân ABCD và chân LD xuống
thấp để cho phép nạp số ban đầu.
4. Nhóm IC đếm đồng bộ CMOS 74HC/HCT4518 và 74HC/HCT4520
Đây là 2 IC đếm đồng bộ họ CMOS dùng FF D về hoạt động cũng tương tự như

những IC kể trên nhưng vì cấu tạo cơ bản từ các cổng logic CMOS nên tần số hoạt động thấp
hơn so với những IC cùng loại bù lại tiêu tán công suất thấp.
4518 là IC đếm chia 10 còn 4520 là IC đếm chia 16.
Cấu trúc chân và đặc tính của chúng như nhau.
Chân nhận xung ck và chân cho phép E có thể chuyển đổi chức năng cho nhau do đó
mạch có thể tác động cạnh xuống hay cạnh lên.
Mạch cũng cho phép nối tầng nhiều IC khi nối Q3 của tầng trước tới ngõ E của tầng
sau.
5. Nhóm C: 74190, 74191 [2]
Hai chân đếm thuộc nhóm C là mạch đếm thập giai 74190/LS190 và mạch đếm nhị
phân 4 biets 74191/LS191. Chỉ có một ngõ vào cho phép là Enable G (EnG) tác động thấp.
Ngõ điều khiển đếm là U/D ngược với nhóm B. Ngõ RC (Ripple carry hay còn gọi là Ripple
clock) bình thưởng ở cao và xuống thấp khi số đếm đạt đến giá trị tối đa Max hoặc trị tối
thiểu Min và đồng hồ CK ở thấp. Đặc biệt, nhóm C có ngõ ra Max/Min. Bình thường ngõ
này ở cao và sẽ xuống thấp khi số đếm đạt giá trị Max (đếm lên) hay Min (đếm xuống).
Bảng II.2.5.1. Bảng sự thật IC nhóm C
Load
X
0
1
1

EnG
1
0
0
0

U/D
X

X
0
1

CK
X
X
↑
↑

Chế độ
Dừng đếm
Preset
Đếm lên
Đếm xuống


12

Bằng cách nối ngõ ra RC đến ngõ vào Load thì tần số ra ở ngõ ra Max/Min là phần số
của tần số đồng hồ như sau:
_ Mạch đếm nhị phân 94191:
Đếm lên: fmax/min= fCK / (15-P)
• Đếm xuống: fmax/min= fCK / P
•

, 0 ≤ P ≤ 14
, 0 ≤ P ≤ 15

_ Mạch đếm thập giai 74190:

Đếm lên: fmax/min = fck / (9-P)
• Đếm xuống: fmax/min= fCK / P
•

0≤P≤8
,0≤P≤9
,

Trong đó, P là giá trị thập phân của Preset DCBA.
*Nối chồng mạch đếm nhóm C
Các IC đếm nhóm C có thể mắc nối tiếp theo nhiều cách để có số mod lớn hơn, cụ thể
có 3 cách:
_ IC đếm đồng bộ mắc chồng thành mạch đếm bất đồng bộ bằng cách sử dụng ngõ ra
RC: ngõ ra RC của tầng này được nối tiếp ngõ vào CK của tầng kế, và xung vào ở ngõ CK
của tầng đầu. Mỗi tầng vẫn là mạch đếm đồng bộ nhưng toàn thể là bất đồng bộ vì xung đồng
hồ được dợn sóng từ tầng này qua tầng khác.
_ IC đếm đồng bộ được mắc chồng thành mạch đếm đồng bộ bằng cách sử dụng ngõ
ra RC và ngõ vào Enable G: xung vào đồng thời ở các ngõ vào CK của các tầng. Ngõ ra RC
của mỗi tầng được nối đến ngõ Enable G của tầng kế. Toàn thể là mạch đếm đồng bộ.
_ IC đếm đồng bộ được mắc chồng thành mạch đếm đồng bộ bằng cách sử dụng ngõ
ra Max/Min và ngõ vào Enable G. Cách nối này sử dụng các cổng NAND với số ngõ vào
tăng dần cho phép tốc độ nhanh nhất. Các ngõ ra RC được để tự do để có thể dùng như các
ngõ ra song song.


13

II.3. IC ĐẾM 74190/LS190

Hình

II.3.1. Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân của IC 74190/LS190
Qua so sánh các kiểu nối giữa các nhóm IC với nhau, chúng tôi nhận thấy rằng IC
nhóm C, cụ thể là IC 74190 có nhiều ưu điểm. Vì thế, chúng thôi lựa chọn IC 74190 làm IC
đếm. Các thông số của IC như sau: [3]


14

Hình II.3.3.
Bảng sự thật của IC 74190/LS190

Hình
II.3.2. Cấu tạo logic của IC 74190/LS190


15

Hình II.3.4. Các đặc tính của IC 74190/LS190


16

Hình II.3.5. Các cách nối
chồng IC 74190/LS190


17

Hìn
h II.3.6. Các dạng sóng của IC 74190/LS190

II.4. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM ĐỒNG BỘ
II.4.1. Cơ bản về thiết kế
Ở mạch đếm đồng bộ tất cả các FF đều chuyển mạch đồng thời. Trước mỗi xung đồng
hồ hai ngõ vào JK của mỗi FF phải ở trạng thái đúng để khi có xung đồng hồ sẽ thay đổi
trạng thái mong muốn. Do đó, thiết kế mạch đếm đồng bộ chính là thiết kế mạch giải mã
trạng thái của mạch đếm (số đếm) hiện tại để cung cấp logic phù hợp cho các ngõ vào J, K để
mạch đếm đổi lên trạng thái (số đếm) kế tiếp.
Bảng II.4.1. Bảng kích thích của flip flop JK
Chuyển tiếp trạng
Trạng thái hiện tại
Trạng thái kế tiếp
Logic cần thiết ở ngõ
thái ở ngõ Q ra
Qn
Qn+1
vào
mong muốn
J
K
0→0
0
0
0
X
0→1
0
1
1
X

1→0
1
0
X
1
0→1
1
1
X
0


18

Chúng ta cần biết rõ sự thay đổi trạng thái ở các FF JK, cụ thể là từng trạng thái hiện
tại ở ngõ ra muốn đổi lên trạng thái kế tiếp khi có xung đồng hồ thì phải tạo logic cho ngõ
vào J,K như thế nào. Ví dụ ở chuyển tiếp 0→0 (trạng thái hiện tại của ngõ ra Q 0 là 0 và trạng
thái kế tiếp vẫn là 0) thì phải tạo logic cho ngõ J, K của FF trước khi có xung đồng hồ như
sau: hoặc là J, K=0, hoặc là J=0 và K=1, như vậy ngõ J phải là 0 và ngõ K tùy ý. Các trường
hợp còn lại cũng tương tự. [4]
II.4.2. Các bước trong thiết kế
Đối với một mạch đếm đồng bộ ta có số trạng thái ra (Modulus) và trình tự đếm cho
trước, việc thiết kế có thể tiến hành theo các bước sau:
1. Xác định số tầng FF cần thiết.
2. Lập bảng sự thật của mạch đếm (sự thay đổi trạng thái logic của các ngõ ra theo số
xung đồng hồ vào).
3. Xác định logic ở các ngõ vào J, K để khi có xung đồng hồ thì các FF đổi đến trạng
thái mong muốn.
4. Lập bản đồ K cho mỗi FF, viết các biểu thức đơn giản.
5. Thực hiện việc kết nối qua trung gian các cổng như biểu thị bởi các biểu thức logic.

[5]
Chúng tôi sử dụng IC 74190/LS190 – IC đã được thiết kế sẵn, sẽ tiết kiệm được thời
gian thiết kế lại một IC đếm khác, từ đó đáp ứng được thời gian nghiên cứu của đề tài.
II.4.3. Các khối trong thiết kế mạch đếm [6]
Một mạch đếm cơ bản thường được chia thành các khối có chức năng riêng biệt. Cụ
thể:
SƠ ĐỒ KHỐI:
Khối nguồn

Khối tạo
xung

Khối đếm

Khối mã hoá

Hình II.4.3. Sơ đồ khối của mạch đếm cơ bản

II.4.3.1. Khối nguồn
Theo yêu cầu mạch dùng nguồn 1 chiều điện áp 5V nên khối nguồn này chúng tôi
dùng biến áp, cầu chỉnh lưu và ic 7805 có tác dụng ổn định điện áp ra.
Khối chỉnh lưu:
Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành một chiều thong qua
mạch cầu 4 diode.
Khối lọc:
Có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thành dòng điện một chiều U4
ít nhấp nhô.
Tụ có điện dung càng lớn có điện áp ở đầu ra càng phẳng.
Tụ gốm có tác dụng lọc xung đột biến.
II.4.3.2. Khối tạo xung

1. Giới thiệu IC 555


19

Hình II.4.3.2.1. IC555
IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung
vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ rộng
xung.
+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..)
+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
+ Công suất lớn nhất là : 600mW

Hình II.4.3.2.2. Cấu
tạo bên trong của IC 555
2. Các chức năng của 555

+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
*Chức năng của từng chân của 555
IC NE555 N gồm có 8 chân.


20

Hình II.4.3.2.3. Sơ đồ chân của IC 555

+ Chân số 1 (GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân
chung.
+ Chân số 2 (TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được
dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sánh ở đây dùng các transitor
PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
+ Chân số 3 (OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái
của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần
bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0
này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .
+ Chân số 4 (RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì
ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp
trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên
VCC.
+ Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC
555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có thể
không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND
thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn
định.
+ Chân số 6 (THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác
và cũng được dùng như 1 chân chốt.
+ Chân số 7 (DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều
khiển bỡi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì
nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .
+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC
hoạt động. Không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V -->18V (Tùy từng
loại 555 nhé thấp nhất là con NE7555)
3. Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động
a. Cấu tạo:
Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm: 2 con OPAM, 3 con điện
trở, 1 transitor, 1 FF (ở đây là FF RS):

- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp
- Transistor để xả điện.
- 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]


21

và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được
reset.
b. Nguyên tắc hoạt động:
Trong quá trình hoạt động bình thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ dao động quanh
điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3. (Xem dường đặc tính tụ điện phóng nạp ở trên)
- Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở thời
điểm điện áp trên C bằng 2Vcc/3.Nạp điện với thời hằng là (Ra+Rb)C.
- Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở thời điểm
điện áp trên C bằng Vcc/3. Xả điện với thời hằng là Rb.C.
- Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện.

Hình II.4.3.2.5. Thử nghiệm mạch
nguồn và mạch tạo xung trên test board

Hình II.4.3.2.4. Thử
nghiệm mạch tạo xung trên phần mềm Protues


22

4. Mạch tạo xung sử dụng 555

Dựa vào các thông số và dữ liệu của IC 555, chúng tôi tiến hành vẽ thử nghiệm
mạch tạo xung trên Protues. Sau đó lắp thử mạch nguồn và mạch tạo xung nối tiếp trên test
board. Kết quả cho thấy rằng:
_ Giá trị biến trở trong mô phỏng Protues không sát với thực tế, nguyên nhân tùy
phiên bản của phần mềm.
_ Mạch xung thực tế cho xung ổn định, biến trở cho phép thay đổi tốc độ đếm nhanh hoặc
chậm. Tuy nhiên mạch nguồn có hiện tượng nhiễu gây ảnh hưởng đến mạch xung và mạch
đếm. Để khắc phục vấn đề này, chúng tôi đặt một tụ 2200uf nối từ nguồn xuống mass
nhằm lọc các xung nhiễu, bảo vệ mạch ổn định hơn.
II.4.3.3. Khối đếm
74LS190 là IC dòng TTL dùng để đếm lên và đếm xuống chia 10 hay gọi là vi mạch
thuận nghịch thập phân (MOD10). Khi có xung vào chân đếm của 74LS190 thì tùy vào điều
kiện mà chúng ta cấu hình đếm lên hay đếm xuống thì IC này cứ mỗi sườn lên của xung đầu
vào thì nó giải mã ra mã BCD. Nếu mà đếm xuống thì nó sẽ đếm và giải mã kiểu này : Xung
vào thứ 1 nó giải mã BCD ra (0001) tức là số 9, tương tự như vậy thì xung thứ 2 nó giải mã
BCD ra (1000) tức là số 8 cứ thế cho đến xung thứ 9 và BCD là số 0. Còn đếm lên thì ngược
lại. (Thông số, đặc tính và sơ đồ chân của IC 74190 được trình bày trong phần II.3.)
Chức năng của từng chân như sau:
+ Vcc là chân cấp nguồn 5V
+ GND là chân cấp nguồn Mass
+ Q0 đến Q3 là đầu ra của bộ đếm mã BCD
+ CP là ngõ vào cấp xung Clock cho mạch đếm
+ CE là ngõ cho vào tích cực luôn đặt ở mức logic 0
+ U/D : Chân cấu hình cho đếm lên hay đếm xuống. Nếu đếm lên thì mức 0 và đếm
lùi là 1
+ PL là ngõ đầu vào thiết lập trạng thái đầu cho mạch đếm : PL = 0 ; Qi = Ai
( i=0,1,2,3)
+ A0 đến A3 là các đầu vào dữ liệu
+ TC và RC là hai ngõ ra dùng để kết nối liên tầng giữa hai con 74LS190
Để IC này đếm đúng và chạy đúng thì các pác cần chú ý đặt mức logic đúng cho các

chân đầu vào.
II.4.3.4. Khối giải mã

Hình II.4.3.4.1. Kí hiệu khối và
chân ra 74LS47
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


23

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.
Khảo sát 74LS47
Với mạch giải mã ở trên ta có thể dùng 74LS47. Đây là IC giải mã đồng thời thúc
trực tiếp led 7 đoạn loại Anode chung luôn vì nó có các ngõ ra cực thu để hở và khả năng
nhận dòng đủ lớn.
Trong đó
•

A, B, C, D là các ngõ vào mã BCD

•

RBI là ngõ vào xoá dợn sóng

•

LT là ngõ thử đèn

•

BI/RBO là ngõ vào xoá hay ngõ ra xoá rợn

•

a tới g là các ngõ ra (cực thu để hở)

Hình II.4.3.4.2. Cấu trúc bên trong của 74LS47 và dạng số hiển thị


24

Hì
nh II.4.3.4.3. Cấu trúc bên trong của 74LS47 và dạng số hiển thị


25

Hoạt động của IC được tóm tắt theo bảng dưới đây:
Nhận thấy các ngõ ra mạch giải mã tác động ở mức thấp (0) thì led tương ứng sáng.
Ngoài 10 số từ 0 đến 9 được giải mã, mạch cũng còn giải mã được 6 trạng thái khác, ở
đây không dùng đến (ghi chú 2).
• Để hoạt động giải mã xảy ra bình thường thì chân LT và BI/RBO phải ở mức cao.
• Muốn thử đèn led để các led đều sáng hết thì kéo chân LT xuống thấp (ghi chú 5).
• Muốn xoá các số (tắt hết led) thì kéo chân BI xuống thấp (ghi chú 3).
Khi cần giải mã nhiều led 7 đoạn ta cũng có thể ghép nhiều tầng IC, muốn xoá số 0 vô
nghĩa ở trước thì nối chân RBI của tầng đầu xuống thấp, khi này chân ra RBO cũng xuống
thấp và được nối tới tầng sau nếu muốn xoá tiếp số 0 vô nghĩa của tầng đó (ghi chú 4). Riêng

tầng cuối cũng thì RBI để trống hay để mức cao để vẫn hiển thị số 0 cuối cùng.
II.4.3.5. Khối hiển thị
LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện rất phổ dụng,
được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất.
Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau, vì vậy mà có tên là LED
7 đoạn là vậy, 7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thị được các số từ 0 - 9, và 1 vài
chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còn dùng thêm 1 led đơn để hiển thị dấu chấm
(dot).
Các led đơn lần lượt được gọi tên theo chữ cái A- B -C-D-E-F-G, và dấu chấm dot.
Như vậy nếu như muốn hiển thị ký tự nào thì ta chỉ cần cấp nguồn vào chân đó là led
sẽ sáng như mong muốn.
•
•

Hình II.4.3.5.1. LED 7 đoạn
LED 7 thanh dù có nhiều biến thể nhưng tựu chung thì cũng chỉ vẫn có 2 loại đó là:
+ Chân Anode chung (chân + các led mắc chung lại với nhau).
+ Chân Catode chung (Chân - các led được mắc chung với nhau).
* Đối với loại Anode chung:
+ Chân 3 và 8 là 2 chân Vcc (nối ngắn mạch lại với nhau, sau đó nối chung với chân
anode của 8 led đơn), vậy muốn led nào đó sáng thì chỉ việc nối chân catot xuống mass.