Sử dụng MUX thiết kế mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode ( ca tốt ) chung

Trường Đại Học Công Nghê
Giao Thông Vận Tải

Đồ án môn: Điên Tử Sô
Đề Tài:
Sử dụng MUX thiết kế mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn
cathode chung.

Giáo viên hướng dẫn: Phạm Trường Giang
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Hoan
Trần Anh Khoa
Hoàng Việt Vương
Lớp: 65DCDT22


Mục lục
Trang
Danh mục hình ảnh.................................................................................................3
Danh mục bảng biểu................................................................................................4
LỜI MỞ ĐẦU..........................................................................................................5
PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................................6
1.1 Sơ đồ khôi.......................................................................................................6
1.2 MUX( Multiplexer)........................................................................................6
1.2.1 IC-74LS157............................................................................................7
1.3 Bộ giải mã BCD.............................................................................................8
1.3.1 IC-74LS248............................................................................................8
1.4 LED 7 đoạn....................................................................................................9
1.4.1 LED 7 đoạn cathode chung...................................................................9
1.5 Các linh kiên khác sử dụng trong mạch......................................................10
1.5.1 Bộ công tắc 4 bit.....................................................................................10
1.5.2 Điên trở...................................................................................................11

1.5.3 Công tắc..................................................................................................13
PHẦN 2: XÂY DỰNG MẠCH...............................................................................14
2.1 Thiết kế mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode chung..................14
2.2 Sơ đồ nguyên lý MUX giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode chung.....17
2.3 Ứng dụng mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode chung................19
Kết luận.................................................................................................................... 20
Lời cảm ơn...............................................................................................................20

2


Danh mục hình ảnh
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ khối mạch giải mã BCD thành Led 7 đoạn sử dụng MUX...............6
Hình 1.4: Cấu tạo IC 74LS157..................................................................................7
Hình 1.5: Cấu tạo IC 74LS248..................................................................................8
Hình 1.6: Cấu tạo LED 7 đoạn cathode chung.........................................................9
Hình 1.7: Các số được biểu diễn trên LED 7 đoạn...................................................9
Hình 1.8: Ảnh thực tế công tắc 4 bit..........................................................................10
Hình 1.9: Cơ chế hoạt động của công tắc 4 bit.........................................................10
Hình 1.10: Ký hiệu điện trở.......................................................................................11
Hình 1.11: Hình ảnh thực tế điện trở........................................................................11
Hình 1.12: Hình ảnh và cách đọc trị số điện trở.......................................................11
Hình 1.13 Hình ảnh thực tế điện trở băng.................................................................12
Hình 1.14: Hình ảnh thực tế công tắc gạt 3 chân......................................................13
Hình 2.1: Sơ đồ mạch logic.......................................................................................16
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý dùng MUX giải mã BCD thành LED 7 đoạn
cathode............................................................................................17
Hình 2.3: Đi dây trên mạch in...................................................................................18
Hình 2.4: Các linh kiện trên mạch in........................................................................18

3


Danh mục bảng biểu
Trang
Bảng 2.1: Bảng chân lý.............................................................................................14
Bảng 2.2: Bìa kagnaugh để tìm hàm đầu vào cho LED 7 đoạn.................................15
Bảng 2.3: Các linh kiện sử dụng trong mạch............................................................19

4


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đã, đang và
sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các
lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như đời sống xã hội.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi mạch số cỡ lớn
với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong ngành
điện tử. Mạch số ở những mức độ khác nhau đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện
tử thông dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chóng. Một trong những bài toán
thường gặp trong kỹ thuật là mạch dồn kênh, việc này ngày nay có thể thực hiện dễ
dàng bằng các loại vi mạch điều khiển.
Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn học
chúng em sau một thời gian học tập được các thầy cô giáo trong khoa giảng dạy về các
kiến thức chuyên ngành, đồng thời nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy Phạm
Trường Giang chúng em đã chọn “Thiết kế mạch sử dụng MUX giải mã BCD sang
LED 7 đoạn cathode chung” để làm đề tài làm đồ án cho môn học điện tử số, nhưng
do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em có hạn nên sẽ không thể tránh
những sai sót. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ, tham khảo ý kiến thầy cô và các

bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.
Xin trân trọng cảm ơn!

5


PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Sơ đồ khôi.
Sử dụng MUX giải mã BCD thành Led 7 đoạn cathode chung:
MUX

GIẢI MÃ BCD

LED 7 ĐOẠN

Hình 1.1: Sơ đồ khối mạch giải mã BCD thành Led 7 đoạn sử dụng MUX.

1.2 MUX (Multiplexer).
Mạch dồn kênh hay còn gọi là mạch ghép kênh, đa hợp (Multiplexer-MUX) là 1
dạng mạch tổ hợp cho phép chọn 1 trong nhiều đường ngõ vào song song để đưa tới 1
ngõ ra. Việc chọn đường nào trong các đường ngõ vào do các ngõ chọn quyết định. Ta
thấy MUX hoạt động như 1 công tắc nhiều vị trí được điều khiển bởi mã số. Mã số này
là dạng số nhị phân, tuỳ tổ hợp số nhị phân này mà ở bất kì thời điểm nào chỉ có 1 ngõ
vào được chọn và cho phép đưa tới ngõ ra.
Các linh kiên sử dụng trong bộ MUX : IC-74LS157, bộ công tắc 4 bit , điện trở,
công tắc gạt 3 chân.

6

1.2.1 IC-74LS157:
IC gồm 4 bộ MUX 2→1 để chọn đầu vào từ 1 trong 2 bộ công tắc 4 bit.

7


4: Đầu ra A
5: Đầu vào B(1)
6: Đầu vào B(2)
7: Đầu ra B
8: Nối đất
9: Đầu ra C
10: Đầu vào C(2)
11: Đầu vào C(1)
12: Đầu ra D
1: Chân điều khiển đầu vào

13: Đầu vào D(2)

2: Đầu vào A(1)

14: Đầu vào D(1)

3: Đầu vào A(2)

15: Chân điều khiển IC
16: Nối nguồn

8

Nguyên lý hoạt động:
TH1: Chân điều khiển đầu vào ở mức thấp
IC sẽ nhận tín hiệu đầu vào từ các đầu vào vào số (1).
TH2: Chân điều khiển đầu vào ở mức cao
IC sẽ nhận tín hiệu đầu vào từ các đầu vào số (2).

8


1.3: Bộ giải mã BCD.
1.3.1 IC-74LS248:
IC 74LS248 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn loại cathode chung.

1. Đầu vào B

7. Đầu vào A

13. Đầu ra a

2. Đầu vào C

8. Nối đất

14. Đầu ra g

3. Chân thử đèn

9. Đầu ra e

15. Đầu ra f

4. Chân điều khiển

10. Đầu ra d

16. Nguồn

5. Chân điều khiển

11. Đầu ra c

6. Đầu vào D

12. Đầu ra b

8


Hoạt động:
IC-74LS248 thường được sử dụng ở 4 chế độ hoạt động:
1.

Sáng bình thường đủ các trạng thái từ 0 → 9 (thường dùng
nhất). Chân BI/RBO, RBI, LT phải bỏ trống hoặc nối nguồn.

2.

Chân BI/RBO nối xuống đất thì tất các các đoạn của LED đều
không sáng.

3.

Khi chân RBI nối xuống đất LED sẽ không hiển thị chữ số 0.

Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối nguồn và chân LT phải nối xuống
đất. Tất cả các thanh của LED 7 đoạn đều sáng (dùng để kiểm tra
LED).

12


1.4 LED 7 đoạn.
1.4.1 LED 7 đoạn cathode chung:

Hình 1.6: Cấu tạo LED 7 đoạn cathode chung.
- Đây là loại đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đoạn a, b, c, d, e, f, g, bên
dưới mỗi đoạn là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn).

Hình 1.7: Các số được biểu diễn trên LED 7 đoạn.

9


1.5 Các linh kiên khác sử dụng trong mạch.
1.5.1 Bộ công tắc 4 bit:
Gồm 4 công tắc thông thường gắn với nhau tương ứng với 4 bit nhị phân từ
0000→1111 để nhập đầu vào.

Hình 1.8: Ảnh thực tế công tắc 4 bit.

Hình 1.9: Cơ chế hoạt động của công tắc 4 bit.

10


1.5.2 Điện trở.
 Điên trở thường:
- Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng khác
tùy vào vị trí điện trở trong mạch điện.
- Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng
than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn. Để biểu thị giá trị điện trở. Người
ta dùng các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở.

Hình 1.10: Ký hiệu điện trở.

Hình 1.11: Hình ảnh thực tế điện trở.
- Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua các
vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số. Màu đen: số 0, màu nâu: số
1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số 4, màu lục: số 5, màu lam số 6, màu tím
số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số 9.

Hình 1.12: Hình ảnh và cách đọc trị số điện trở.

11


- Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất, vạch
màu đó và vạch màu thứ hai, kế nó được dùng để xác định trị số của màu.
- Vạch thứ ba là vạch để xác định nhân tử lũy thừa: 10( giá trị của màu) . Giá

trị của điện trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với nhân tử lũy thừa.
Giá trị điện trở = trị số x nhân tử lũy thừa.
- Phần cuối cùng: (không cần quan tâm nhiều)là vạch màu nằm tách biệt với ba
vạch màu trước, thường có màu hoàng kim hoặc màu bạc, dùng để xác định sai số của
giá trị điện trở, hoàng kim là 5%, bạc là 10%.
* Trong bài: Sử dụng 1 con điện trở 10KΩ để bảo vệ IC khi cấp nguồn.
Sử dụng 7 con điện trở 220Ω để bảo vệ 7 đoạn LED của LED 7 đoạn.
 Điên trở băng:
- Là loại điện trở được sản xuất nhằm đáp ứng cho các ứng dụng cần một loạt các
điện trở cùng giá trị mắc song song với nhau (ví dụ như cần hạn dòng cho dãy hoặc ma
trận các LED). Loại điện trở này có thể chế tạo rời sau đó hàn chung 1 chân.

Hình 1.13 Hình ảnh thực tế điện trở băng.
* Trong bài: Sử dụng điện trở băng 10KΩ để hạ dòng điện áp từ 2 bộ công tắc 4 bit
vào các chân đầu vào của IC 74LS157.

12


1.5.3 Công tắc.
- Công tắc là tên của một thiết bị (xét trong mạch điện), hoặc một linh kiện (xét
trong một thiết bị điện, sử dụng với mục đích để đóng/bật - ngắt/mở/tắt dòng điện hoặc
chuyển hướng trạng thái đóng-ngắt trong tổ hợp mạch điện có sử dụng chung một
công tắc. Hay rõ hơn, trong mạng điện, một công tắc có thể cùng lúc chuyển trạng thái
đóng-ngắt cho 1 hoặc nhiều mạch điện thành phần. Cầu dao, khóa điện, relay (rơ
le), ...; là những dạng công-tắc đặc biệt, được người Việt đặt tên riêng để phân biệt do
cách chế tạo, công năng sử dụng.
- Một công tắc được cấu tạo từ 2 điểm của đường dây tải điện và cầu nối giữa chúng
(giúp 2 điểm “tiếp xúc” với nhau). Công tắc có thể là công tắc đơn (2 điểm, kết nối 11) hoặc đa điểm (kết nối 1-n hoặc n-1 hoặc n-n hoặc n-m, trong đó n, m>1).
- Công tắc có 2 loại:

+ Công tắc điện: Hoạt động nhờ tác động cơ học di chuyển cầu nối để nối-không
nối 2 tiếp điểm của mạch điện, tác động này có thể là tác động chủ động từ con người
hoặc tự động nhờ cảm biến nhiệt hoặc điện. Công tắc điện có nhiều loại như: Công tắc
gạt, công tắc AC, công tắc hành trình, công tắc vô cấp,…
+ Công tắc từ: Hoạt động nhờ một mạch điều khiển khác sẽ hút/nhả 2 tiếp điểm
với nhau.
* Trong bài: Sử dụng công tắc gạt 3 chân để lựa chọn đầu vào cho IC-74LS157.

Hình 1.14: Hình ảnh thực tế công tắc gạt 3 chân.

13


PHẦN 2: XÂY DỰNG MẠCH
2.1 Thiết kế mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode chung.
Như đã nói trong phần giới thiệu LED 7 đoạn việc hiển thị cho đúng vị trí đèn từ 0
đến 9, ta sẽ thiết kế một mạch giải mã với 4 đầu vào A, B, C, D là mã BCD trong đó 6
trạng thái 1010 đến 1111 không được sử dụng, nhưng ta cần phải nhớ để xử lý tối
thiểu hóa hàm và 7 đầu ra tương ứng với các ngã vào a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn,
sao cho các đoạn sáng tạo được số thập phân đúng với mã BCD ở ngõ vào.
* Bước 1:
- Tại sao lại có 4 đầu vào?
Vì các chữ số từ 0 đến 9, ta cần ít nhất 4 bit để biểu thị chúng trong hệ nhị phân.
* Bước 2: Dựa vào số đèn và vị trí sáng ta lập bảng chân lý của mạch giải mã
led 7 đoạn, có ngõ ra tác động cao (Khảo sát IC 74LS248 dùng cho giải mã Led 7
đoạn Cathode chung).
Bảng chân lý:
A

B

C

D

a

b

c

d

e

f

g

0
0
0
0
0
0
0
0
1
1

0
0
0
0
1
1
1
1
0
0

0
0
1
1
0
0
1
1
0
0

0
1
0
1
0
1
0
1

0
1

1
0
1
1
0
1
0
1
1
1

1
1
1
1
1
0
0
1
1
1

1
1
0
1
1

1
1
1
1
1

1
0
1
1
0
1
1
0
1
0

1
0
1
0
0
0
1
0
1
0

1
0

0
0
1
1
1
0
1
1

0
0
1
1
1
1
1
0
1
1

Bảng 2.1: Bảng chân lý.

14

Số hiển
thị
0
1
2
3

4
5
6
7
8
9


* Bước 3: Lập bìa kagnaugh để tìm hàm đầu vào cho LED 7 đoạn.
- Tìm a:
- Tìm b:
CD
AB
00
01
11
10
a=

00 01 11
1
0
1
0
1
1
X X X
1
1
X

+ BD + C + A

CD
AB
00
01
11
10

10
1
1
X
X

00
1
1
X
1

01
1
1
X
1

11
1
1

X
X

D
AB 00
01
00
1
0
01
0
1
11
X X
10
1
1

10
0
1
X
X

10
1
0
X
X

11
1
0
X
X

10
1
1
X
X

d = + BD + C + C + A

- Tìm e:
- Tìm f:

CD
AB
00
01
11
10

CD
00
1
0
X
1

11
1
1
X
X

C

c= +D+B

AB
00
01
11
10

01
1
0
X
1

b = + CD +

- Tìm c:
CD- Tìm d:
AB
00
01

11
10

00
1
1
X
1

01
0
0
X
0

11
0
0
X
X

10
1
1
X
X

e= +C

00

1
1
X
1

f= +B+B+A
- Tìm g:

CD
AB
00
01
11
10

00
0
1
X
1

01
0
1
X
1

11
1
0

X
X

10
1
1
X
X

g=B+B+C+A
Bảng 2.2: Bìa kagnaugh để tìm hàm đầu vào cho LED 7 đoạn.
15

01
0
1
X
1

11
0
0
X
X

10
0
1
X
X

* Bước 4: Từ các biểu thức rút gọn ta vẽ sơ đồ mạch logic:

Hình 2.1: Sơ đồ mạch logic.

16


2.2 Sơ đồ nguyên lý dùng MUX (IC 74LS157) giải mã BCD thành LED 7 đoạn
cathode chung (IC 74LS248) .

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý dùng MUX giải mã BCD thành LED 7 đoạn
cathode chung.
Nguyên lý hoạt động:
- TH1: Khi SW1 nối chân điều khiển của IC-74LS157 với nguồn. Khi đo
IC-74LS157 sẽ lấy đầu vào từ cổng 1B,2B,3B,4B để cho đầu ra
1Y,2Y,3Y,4Y tương ứng sau đo truyền tín hiệu cho IC giải mã 74LS248
xuất tín hiệu ra LED 7 đoạn và hiển thị số tương ứng với mã BCD đầu
vào.
- TH2: Khi SW1 nối chân điều khiển của IC-74LS157 với đất. Khi đo
IC-74LS157 sẽ lấy đầu vào từ cổng 1A,2A,3A,4A để cho đầu ra
1Y,2Y,3Y,4Y tương ứng sau đo truyền tín hiệu cho IC giải mã 74LS248
xuất tín hiệu ra LED 7 đoạn và hiển thị số tương ứng với mã BCD đầu
vào.

17


Hình 2.3: Đi dây trên mạch in.

Hình 2.4: Các linh kiện trên mạch in.

18


Linh kiện

Thông số

Led 7 đoạn
Điện trở

Điện trở băng

Số lượng
1

10KΩ

1

220Ω

7

10KΩ

1

IC 74LS157

1

IC 74LS248

1

Công tắc gạt 3 chân

1

Công tắc 4 bit

2

Bảng 2.3: Các linh kiện sử dụng trong mạch.

2.3 Ứng dụng mạch giải mã BCD thành Led 7 đoạn cathode chung
- Làm đồng hồ điện tử.
- Hiển thị thông tin dạng số liệu.
- Biển quảng cáo …..

19


Kết luận
- Qua quá trình thực hiện đề tài "Thiết kế mạch MUX giải mã BCD sang LED 7
đoạn" đã giúp chúng em củng cố lại kiến thức, rút ra những kinh nghiệm và rèn luyện
kỹ năng làm mạch. Thời gian thực hiện đề tài đã giúp mỗi người trong nhóm chúng em

có được những kỹ năng hoạt động độc lập cũng như làm việc theo nhóm, tổ chức sắp
xếp công việc cho thật hợp lý. Chúng em thấy tuy đây không phải là một đề tài mới
nhưng vẫn còn rất nhiều kiến thức cho chúng em học hỏi và biết cách vận dụng những
kiến thức đó vào thực tế, từ đó rút ra được nhiều kinh nghiệm trong thực tế và nâng
thêm hiểu biết.

Lời cảm ơn
Để đề tài được hoàn thành theo đúng thời gian yêu cầu của nhà trường cũng như của
khoa và đạt được kết quả trên không chỉ là sự nỗ lực của bản thân chúng em mà còn có
sự giúp đỡ của gia đình, sự chỉ bảo của thầy cô giáo và các bạn trong lớp.
Chúng em xin chân thành cảm ơn:
- Sự chỉ dẫn và góp ý của thầy Phạm Trường Giang. Cảm ơn thầy đã nhiệt tình
cung cấp thông tin hướng dẫn và hỗ trợ chúng em kiểm tra mạch, chỉ dẫn về tài liệu
tham khảo cho chúng em.
- Xin cảm ơn các bạn trong lớp đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều mặt như linh kiện,
sách vở, ý kiến, …
Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù chúng em đã cố gắng, xong sẽ không
tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý, phê bình, chỉ dẫn của các thầy cô,
các bạn sinh viên và bạn đọc.
Nhóm sinh viên thực hiên: - Nguyễn Hữu Hoan
- Trần Anh Khoa

20


- Hoàng Viêt Vương

20