Đồ án số mạch điều khiển led chữ

BẢNG THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ Và Tên : Nguyễn Khắc Thành
Lớp :

51K1 _ ĐTVT

MSSV: 1051080522

KHOA: Điện Tử Viễn Thông
Tên đồ án: Thiết kế mạch điện tử bằng các phần tử logic cơ bản để điều

khiển các đèn LED nháy chữ “Điện Tử - Viễn Thông
Lần

Ngày

Nội dung

Nhận xét cho phép/

Chữ ký của

không cho phép thông

GVHD

qua đợt sau
1.

2.

3.

4.

5.

Nhận xét chung :………………………………………………........................... …..
…………………………………………………………………...…………...……….
……………………………………………………………………………
Ghi chú: ………………………………………………….………………..
Điều kiện để sinh viên được phép bảo vệ đồ án: phải thông qua đầy đủ và có chữ ký
của giáo viên hướng dẫn.
Bản này phải được đóng kèm vào đầu trang của quyền thuyết minh đồ án.

LỜI NÓI ĐẦU.
1


Ngày nay, Điện tử - Viễn thông đã trở thành một ngành cực kỳ quan
trọng, góp phần hỗ trợ cho các ngành khác cùng phát triển. Các vi mạch điện tử
(mạch tương tự, mạch số hay các mạch lập trình) được sản xuất ngày càng nhiều
với các công nghệ khác nhau. Đặc biệt, các vi mạch số đã có nhiều thay đổi lớn
và đang thâm nhập vào các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng nhất hiện
nay. Môn học điện tử số đã phần nào giúp cho chúng tôi, những sinh viên có
những hiểu biết đầu tiên vè các mạch số, cách xây dựng cũng như thiết kế một
mạch số, nắm được các vấn đề cốt lõi và tang khả năng làm việc thực tế.
Sauk hi được học qua môn Điện tử số cũng với sự hướng dẫn của giảng
viên Thạc Sỹ Nguyễn Mạnh Toàn, nhóm em đã chọn đề tài “thiết kế mạch chạy
chữ Điện Tử - Viễn Thông” làm đề tài cho đồ án Thiết kế mạch số. Với mục đích
vận dụng những kiến học của môn Điện tử số để phần nào hiểu rõ hơn quá trình

xây dựng và hoàn thiện những mạch số và hiẻu được phần nào hiểu rõ nguyên lý
hoạt động của chúng. Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi những
thiếu sót, em mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè để nhóm có
thể hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.
Em xin chân thành cảm ơn giảng viên Thạc Sỹ Nguyễn Mạnh Toàn đã
chỉ bảo tận tình nhóm thực hiện đề tài này, cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của các
thầy cô và bạn bè.

PHẦN I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
2


1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Thiết kế mạch điện tử bằng các phần tử logic cơ bản để điều khiển các
đèn LED nháy chữ “Điện Tử - Viễn Thông”,
Ý tưởng thiết kế: Mạch điều khiển các LED để chạy chữ “Điện Tử - Viễn
Thông” với 5 trạng thái khác nhau như sau:
Trạng thái 1: Đầu tiên chữ “ĐIỆN” sáng
Trạng thái 2: 5 giây tiếp theo, thêm số “TỬ” sáng
Trạng thái 3: 5 giây tiếp theo, thêm chữ “VIỄN” sáng
Trạng thái 4: 5 giây tiếp theo, thêm chữ “THÔNG” sáng
Trạng thái 5: 5 giây tiếp theo, tất cả các chữ đều tắt.
Sau đó lặp lại các trạng thái trên.
Trong đồ án này chúng em sử dụng IC 555 để tạo xung với chu kỳ T=5 giây, Để
làm tốt môn đồ án này chúng em phải có kiến thức về môn điện tử số, hiểu được
cấu trúc và chức năng của một số IC, mạch giải mã, các cổng logic và một số
kiến thức về các linh kiện điện tử như: Tụ điện, điên trở, led, transistor…
Trong đề tài này chúng em đi sâu nghiên cứu một số loại IC quan trọng, được
ứng trong dụng nhiều nhất đề tài này như: IC 74LS74, IC 4081 , IC tạo xung
vuông (IC 555)

1.2. TỔNG QUAN IC 555.
1.2.1. Hình dạng thực tế của IC 555.

Hình 1: Hình dạng thực của IC 555.
IC thời gian 555 được du nhập vào những năm 1971 bằng công ty
Signetics Corporation bằng 2 dòng sản phẩm SE555/NE555 và được gọi là máy
thời gian và cũng là loại có đầu tiên. Nó cung cấp cho các nhà thiết kế mạch
3


điện tử với chi phí tương đối rẻ, ổn định và những mạch tổ hợp cho những ứng
dụng cho đơn ổn và không ổn định.Từ đó thiết bị này được làm ra với tính
thương mại hóa. 10 năm qua một số nhà sản suất ngừng sản suất loại IC này bởi
vì sự cạnh tranh và những lý do khác. Tuy thế những công ty khác lại sản suất ra
những dòng này.IC 555 hiện nay được sử dụng khá phổ biến ở các mạch tạo
xung, đóng cắt hay là những mạch dao động khác.
1.2.2. Cấu tạo của IC 555..

Hình 2: Cấu trúc của IC 555.
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 Opamp 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
1.2.3. Các thông số.
+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555,
NE7555..)
+ Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V

+ Công suất tiêu thụ (max) 600mW
4


1.2.4. Chức năng của 555
+ Tạo xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
1.2.5. Bố trí chân và sơ đồ nguyên lý

Hình 3: Sơ đồ chân IC 555.
+ Chân số 1: (GND), cho nối GND để cấpcho IC hay còn được gọi là chân
chung
+ Chân sô 2: (TRIGGER), đây là chân đầu vào lớn hơn điện áp so sánh và được
dùng như một chân chốt hay ngõ vào của 1 tần sô so áp. Mạch so sáng ở đây
dùng các transistor PNP với mưc điện áp chuẩn là 2/3 Vcc.
+ Chân số 3: (OUTPUT), chân này là chân 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 không được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35-0.75V).
+ Chân số 4: (RESET), dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân 4 nối massethì
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 chân 6. Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động
thực hay nối chân này.
+ 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.

5

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 0.01uF đến 0.1 uF 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 2V18V (Tùy từng loại 555 nhé thấp nhất là con NE7555)
1.2.6. Nguyên lý hoạt động của IC 555
Ký hiệu 0 là ở mức logic thấp 0V, 1 là ở mức logic cao, gần bằng Vcc.
Khi S = 1 thì Q = 1 và Q =0. Sau đó, khi S=0 thì Q =0 và Q =1.
Khi R=1 thì Q =1 và Q =0.
Tóm lại, khi S=1 thì Q =1 và khi R= 1 thì Q =0, bởi vì R=1 thì Q =1, transistor
mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6
không vượt quá mức V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF Q không Reset.
+ Giai đoạn đầu 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 Op-amp 1 có V-=1 lớn
hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp ở mức 0, S=0, Q và Q không đổi. Trong khi
điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.
+ Giai đoạn đầu ra ở mức 0V: Khi tụ C nạp tiếp, 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

6

mở dẫn, Op-amp 2 có V+ = 0 bé hơn V -, ngõ ra của Op-amp 2 ở mức 0. Vì vậy
Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor.

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.
Đây là loại IC tạo xung vuông khá là phổ biến nó được ứng dụng nhiều trên các
mạch điện tử. Đối với bài này là nó chỉ có nhiệm vụ tạo xung vuông với tần số
xác định
● Cách mắc IC để tạo ra xung chuẩn:

Hình 4: Cánh mắc IC 555 để tạo xung chuẩn.

Công thức tính các tham số đầu ra của IC 555:
f = 1/ ln2 x (R1 + 2R2) x hay T = ln2. .(R1+2R2)
T = Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s)
f = Tần số dao động tính bằng (Hz)
R1 = Điện trở tính bằng ohm ( Ω)
R2 = Điện trở tính bằng ohm ( Ω )
7


C1 = Tụ điện tính bằng Fara ( F )
T = Tm + Ts : Chu kỳ toàn phần
Tm = ln2 x ( R1 + R2 ) x C1 : Thời gian điện mức cao

Ts = ln2 x R2 x C1 : Thời gian điện mức thấp

Hình 5: Dạng xung của IC 555.
Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện mức cao
thấp

và thời gian có điện mức

.

Từ các công thức trên ta có thể tạo ra một dao động xung vuông có độ rộng Tm và Ts
bất kỳ.
● Sơ đồ mạch nguyên lý như sau:

Hình 6: Sơ đồ nguyên lý IC 555.
1.3. TỔNG QUAN VỀ IC 74LS74.
1.3.1. IC 7474.

8


Hình 1.3.1. IC 74LS74
IC 74LS74 chứa 2 Flip-Flop D. Dữ liệu ở đầu vào D sẽ được lưu giữ và
ổn định ở đầu ra khi xung nhịp chuyển lên mức cao (mức 1).
1.3.2 Tìm hiểu về Flip-Flop D.
1.3.2.1. Khái niệm.
Trigger D còn có tên gọi khác là trigger trễ (delay) là một cấu trúc logic
có 2 trạng thái ổn định và 1 lối vào thông tin

, có chức năng thiết lập trạng

thái 0 theo tín hiệu đầu vào D = 0 và thiết lập trạng thái 1 theo tín hiệu đầu vào
D = 1 trong điều kiện định thời của CP.
Flip-Flop D là nơi để chuyển dữ liệu từ ngõ vào D đến ngõ ra Q cung
cấp cho mạch sau như: mạch cộng, mạch dịch… nên hơn nữa ngõ vào D phải
chờ một khoảng thời gian khi xung Ck kích
4 thì mới đưa ra ngõ ra Q, do đó FlipFlop D còn được xem như là mạch trì hoãn, ngõ D còn gọi là Delay.
5
2
3DS
CLK R

Hình 1.3.2. Ký hiệu của Flip-Flop D.

6

1

1.3.2.2. Bảngchuyển đổi trạng thái của Flip-Flop D.

0
0
0
0
1
0
1
0
1
1

1
1
Bảng 1.3.1.Bảng trạng thái tổng quát.

0
0
1
1
Bảng 1.3.2. Bảng chuyển đổi trạng thái thu gọn.
9


Từ bảng trạng thái của Flip-Flop D ta viết được phương trình logic của
nó là:

=
Phương trình logic của Flip-Flop D cho thấy trạng thái kế tiếp của Flip-

Flop D ở thời điểm

trùng với thời điểm tác động

tại thời điểm

. Điều

này giải thích sự đã tồn tại một sự trễ trong cấu trúc logic này.
• Dạng xung nhịp của Flip-Flop D.
CP
D

Hình 1.3.3. Dạng xung nhịp của Flip-Flop D
• Đồ hình trạng thái của trigger D.
D=1
0

1

D=0

D=1
D=0

Hình 1.3.4. Đồ hình trạng thái của Flip-Flop D

C
D

0

1

Q 0
10


Dạng xung nhịp và các mức logic của Flip-Flop D
1.3.2.3. Cách tạo Flip-Flop D.
Flip-Flop D có thể xây dựng từ Flip-Flop JK
Khi nối ngõ vào của FF RS hay JK thì sẽ được FF D: chỉ có một ngõ vào gọi

là ngõ vào data(dữ liệu) hay delay( trì hoãn). Hoạt động của FF D rất đơn giãn:
ngõ ra sẽ theo ngõ vào mỗi khi xung ck tác động cạnh lên hay xuống
J
Clk

D

D
Clk
=>

K

Hình 1.3.5.Ký hiệu của khối Flip-Flop D.
Flip-Flop D thường là nơi để chuyển dữ liệu từ ngõ vào D đến ngõ ra Q
cung cấp cho mạch sau như mạch cộng, ghi dịch ... nên hơn nữa ngõ vào D phải
chờ một khoảng thời gian khi xung ck kích thì mới đưa ra ngõ ra.
1.3.2.4. Sơ đồ chân của IC 74LS74.
14

13

12

11 10

9

Vcc 2CLR 2D 74LS74
2CK 2PR 2

1CLR 1D 1CK 1PR 1
1

2

3

4

2

1

5

8

GND

6

7

IC 74LS74 gồm có 14 chân, gồm 1 chân nguồn Vcc là chân 14, có 1 chân nối
đất, 2 chân cấp xung CK, 2 chân đầu vào tương ứng với 2 đầu vào của 2 trigger
D, cùng với 4 đầu ra (mỗi trigger D có 2 đầu ra Q và Q đảo), 2 chân xóa và 2
chân PR. IC 74LS74 đóng vai trò tương đương với 2 Flip-Flop D. Vỳ vậy, trong

11

các mạch số sử dụng Flip-Flop D chúng ta sử dụng IC 74LS74 (tương ứng với 2
Flip-Flop D).
Sơ đồ chân logic và các trạng thái vào ra.
Vcc
14

1
CLR1

CLR2
13

D2 CLK2 PR2 2
12
11
10

9

Clr
Ck

D
Pr
Ck

D Pr

Clr

2
D1

3
CLK1

2

8

4

5

6

7

PR1

1

1

GND

Hình 1.3.7. Sơ đồ chân logic của IC 74LS74
• Các trạng thái vào ra của Flip-Flop D.

Inputs
PR
L
H
L
H
H
H

CLR
H
L
L
H
H
H

Ouputs
CLK
X
X
X
↑
↑
L

D
X
X
X

H
L
X

H
L
H*
H
L

L
H
H*
L
H

1.4. TỔNG QUÁT VỀ IC 4081.
1.4.1. IC 4081.
IC 4081 là IC tích hợp 4 cổng AND

Hình 1.4.1. Hình dạng thực của IC 4081
1.4.2. Tìm hiểu về cổng logic AND.
12


1.4.2.1. Khái niệm cổng AND.

Cổng AND dùng thực hiện hàm AND 2 hay nhiều biến, cổng AND có
số ngõ vào tùy thuộc số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra của cổng là hàm AND
của các biến ngõ vào.

Ký hiệu của cổng AND.

Hình 1.4.2. Ký hiệu cổng AND có số ngõ vào lần lượt là 2,3,4.
Đặc điểm: Nếu tất cả các biến ngõ vào bằng 1 thì ngõ ra bằng 1.
Phương trình đầu ra:
● Loại 2 ngõ vào:
● Loại 3 ngõ vào:

Y = A·B

Y = A·B·C

Bảng chân lý của cổng AND có 2,3 ngõ vào
A
0
0
1
1

B
0
1
0
1

Y = A·B
0
0
0
1

A
0
0
0
0
1
1
1
1

B
0
0
1
1
0
0
1
1

C
0
1
0
1
0
1
0
1

Y = A·B·C
0
0
0
0
0
0
0
1

Bảng chân lý tổng quát.
A

B

Y=A*B
13


X
X

0
1

0
A

• Nhận xét:

- Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả ngõ vào lên cao.
- Khi có một ngõ vào = 0, ngõ ra = 0 bất chấp các ngõ vào còn lại
- Khi có một ngõ vào = 1, ngõ ra = AND của các ngõ vào còn lại
Vậy với cổng AND 2 ngõ vào, ta có thể dùng 1 ngõ vào làm ngõ kiểm
soát, khi ngõ kiểm soát = 1, cổng mở cho phép tín hiệu logic ở ngõ vào còn lại
qua cổng và khi ngõ còn lại qua cổng và khi ngõ kiểm soát = 0, cổng đóng, ngõ
ra luôn = 0 bất chấp các ngõ vào còn lại

Hình 1.4.3. Giản đồ thời gian của cổng AND 2 ngõ vào
Trên giản đồ ta thấy, ngõ ra Y chỉ lên mức 1 khi cả A và B đều ở mức 1.
1.5. DIODE PHÁT QUANG –LED.
1.5.1. Khái niệm.
LED (viết tắt của từ Light Emitting Diode) là cá diode có khả năng phát
ra ánh sáng hay tia hồng ngoại. Giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối
bán dẫn loại P ghép với một bán dẫn loại N. Tương tự như bóng đèn tròn bình
thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đèn LED tạo ra nhiều ánh sáng đơn, tỏa
nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác.

14


Hình 1.5.1. Diode phát quang
1.5.2. Cấu tạo.
Diode gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực Anốt (A) và Catốt
(K), Anốt nối vơi bán dẫn loại P và Katốt nối với bán dẫn loại N.

Hình 1.5.2. Cấu tạo cua LED.
Vật liệu chế tạo diode phát quang là các liên kết của các nguyên tố
nhóm 3 và nhóm 5 như GaAs hoặc liên kết 3 nguyên tố GaAsP, …Đây là các
vật liệu tái hợp trực tiếp, có nghĩa là sự tái hợp xảy ra giữa các điện tử ở sát đáy

dải.
1.5.3. Hiệu suất và thông số hoạt động.
LED dùng làm chỉ thị có công suất chỉ cỡ 30-60 mili oát.Năm 1999,
Philips Lumileds giới thiệu LED có thể hoạt động liên tục với công suất 1W. Nó
dùng 1 đế bán dẫn lớn hơn rất nhiều so với LED chỉ thị. Thêm nữa là có bộ phận
tản nhiệt bằng kim loại.
Một trong những ưu điểm của LED là có hiệu suất chiếu sáng cao. LED trắng
nhanh chóng bắt kịp và vượt qua hiệu suất của đèn dây tóc.
Năm 2002, Lumileds chế tạo thành công LED 5W với hiệu suất chiếu sáng từ
18-22 lumen/oát. Để so sánhđèn dây tóc 60-100W có hiệu suất cỡ 15lm/W,
còn đèn huỳnh quang tốt thì 100lm/W. Một vấn đề khá cũ là hiệu suất giảm
nhanh khi tăng dòng qua LED
15


Tháng 9 năm 2003, một loại LED xanh da trời được công ty Cree giới thiệu phát
ra 24mW với dòng điện là 20mA. Điều này có nghĩa là 1 bóng LED trắng sẽ có
65lm/W với dòng 20mA. Đây chính là LED trắng có hiệu suất cao nhất thời đó,
hơn 4 lần so với đèn dây tóc.
Năm 2006, họ giới thiệu sản phẩm mẫu đạt kỷ lục mới cho hiệu suất của LED
trắng là 131lm/W với dòng điện 20mA.Năm này, công ty Nichia Corporation
giới thiệu LED trắng với hiệu suất 150lm/W cũng với dòng điện 20mA.
Năm 2011, Xlamp XM-L , 1 dòng sản phẩm của hãng Cree phát ra 100lm/W với
công suất 10W, hiệu suất là 160lm/W nếu công suất là 2W.
Năm 2012, Cree giới thiệu LED trắng hiệu suất 254lm/W. Trong thực tế, LED
chiếu sáng có công suất từ 1W trở lên, dòng tiêu thụ điển hình là 350mA.
Chú ý là hiệu suất nói trên chỉ tính riêng cho LED và dưới môi trường nhiệt độ
thấp trong phòng thí nghiệm. Trên thực tế, nhiệt độ cao và mạch nguồn cho LED
cũng có thất thoát năng lượng nên hiệu suất thấp hơn nhiều.
Tháng 3 năm 2012, cree tuyên bố LED mẫu đã đạt được 208lm/W với nhiệt độ

phòng, nhiệt độ màu là 4579K.
1.5.4. Ứng dụng của LED.
Nhờ vào ưu điểm là nhỏ gọn, ít tỏa nhiệt và có nhiều màu sắc khác
nhau (với nhiều loại LED), các ứng dụng của LED hiện nay được sử dụng rộng
rãi như: đèn trong xe hơi, đèn giao thông, các màn hình quảng cáo, đèn chiếu
sáng trong sinh hoạt, trong máy tính (chuột quang, các nút báo tắt/mở điện
áp…), các thiết bị điều khiển từ xa, truyền tín hiệu trong sợi quang, làm đèn
chiếu sáng trong nhà kính (dùng trong Sinh học, Nông nghiệp…).
PHẦN II. THIẾT KẾ MẠCH.
2.1.
4.1.SƠ ĐỒ KHỐI.

Khối
nguồn

Khối tạo
xung

Mạch tạo
tín hiệu

Khối hiển
thị
16


2.2.THIẾT KẾ CỤ THỂ CHO TỪNG KHỐI.
2.2.1. Khối nguồn.
Trong hầu hết các mạch logic số nguồn nuôi thường duy trì ổn định ở mức
+5V. Do yêu cầu cao của hệ thống các nguồn nuôi thường được chế tạo một

cách đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả và tính ổn định cao.
Thông thường có 2 kiểu nguồn chính:
+ Dùng pin hoặc ắc quy cho điện áp tương đối ổn định, mặc dù trên thi
trường không có loại pin hoặc ắc quy 5V cho nên nếu dùng nó thì phải qua một
bộ phận ổn áp để đưa điện áp về dạng chuẩn hơn nữa trong quá trình sử dụng,
năng lượng trong pin hết đi hệ thống sẽ bị gián đoạn.
Trong thực tế hiện nay các mạch điều khiển, hiện thị ... người ta luôn
dùng mức tương thích TTL hơn CMOS. Mức TTL thì các IC TTL dùng được
(các họ dòng 74) và CMOS cũng dùng được ( các dòng thuộc CMOS có giải
điện áp từ 3V đến 8V). Mức TTL ở đây là điện áp chuẩn dương 5V và chuẩn âm
là 0V. Đối với các mạch dùng vi xử lý , các IC TLL, IC đòi hỏi cần phải có
nguồn cung cấp ổn định 5V (dao động từ 4.75V đến 5.25V) nếu điện áp không
nằm trong giải đó mà xuống mức giới hạn thì ICS không hoạt động (Reset) còn
trên mức giới hạn thì hỏng ICs. Do vậy trong các mạch thiết kế dùng ICs người
ta phải có một nguồn cung cấp ổn định để nuôi các IC đó và điện áp này không
được lên xuống theo điện áp nguồn. Nếu nguồn 5V không ổn định mà thay đổi
theo điện áp nguồn thì chip của bạn hoạt động cũng không ổn định (reset) hay
chết và LED của bạn sẽ lúc sáng lúc tối. Vậy việc cần ở đây là cấp cho nó nguồn
5V ổn định

17


Trên thực tế để có nguồn điện đáng tin cậy người ta hay dùng phương
pháp ổn áp dòng điện một chiều từ cuộn sơ cấp của biến áp khi đã chỉnh lưu
bằng cách sử dụng một IC loại 7805.
Sơ đồ nguyên lý khối nguồn dòng điện 1 chiều từ cuộn sơ cấp của biến
áp khi đã chỉnh lưu bằng cách sử dụng IC loại 7805.

Hình 2.1.1.Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.

2.2.2. Khối tạo xung.

Hình 20: Sơ đồ mạch tạo xung.
Có nhiều cách để tạo ra xung như dùng dao động đa hài, dùng mạch
khuyếch đại có hồi tiếp dương, dùng thạch anh, và IC tạo dao động chuyên dụng
555.Trong các cách đó thì dùng thạch anh là chính xác hơn cả bởi sai số của nó
rất nhỏ.Tuy nhiên khi dùng thạch anh chúng ta lại phải tạo ra một mạch tương
18


đối phức tạp đó là khuyếch đại dao động nội từ thạch anh sau đó phải tiến hành
chia tần nhiều lần rất phức tạp. Để có một mạch dao động tạo xung tương đối
chính xác người ta hay dùng IC 555 bởi giá thành rẻ, lắp ráp và vận hành tương
đối đơn giãn. Trong đồ án này chúng em sử đụng loai IC này để tạo dao động.

Tần số của xung được tính theo công thức:
f=
Hay t = ln(2)

(R1 + 2R2)

Trong quá trình thiết kế ta chọn C1 = 100uf = 100.

F=

F, R1 =

10k
Ta có:
T = ln(2)

R1 + 2R2 =

(R1 + 2R2) = 5s

=

 R2 = (

-

R1)

 R2 = (

-

10)

31 K.

Vậy ta có C1 = 100uf, R1 = 10k, R2 = 31K.
2.2.3. Khối mạch tạo tín hiệu.
Ta có 9 trạng thái như sau.
A: 0000
B: 1000
19


C: 1100

D: 1110
E: 1111
Giải thích các trạng thái:
-

Trạng thái A: Tất cả các chữ đều tắt
Trạng thái B: Chữ “Điện” sáng
Trạng thái C: Thêm chữ “Tử” sáng
Trạng thái D: Thêm chữ “Viễn” sáng
Trạng thái E: Thêm chữ “Thông” sáng.

Sau đó các trạng thái sẽ được lặp lại từ trạng thái A đến trạng thái E
Với Flip-Flop D, ta có

= D với điều kiện đã xuất hiện sườn dương

CP,
Bảng sau biểu diễn quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái của mạch
chạy chữ với trạng thái đầu tiên là tất cả các chữ đều tắt đến trạng thái cuối cùng
là tất cả các chữ đều sáng.

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

Từ bảng chuyển đổi trạng thái ở trên, ta tối thiểu hóa bằng bìa Karnaugh
để xác đính sự phụ thuộc của đầu vào D với đầu ra Q và Q đảo cùng với cổng
logic AND. Từ đó, xây dựng sơ đồ logic cho khối mạch.

00

01

11

10
20


00

1

x

x

x

01

x

x

x

x

11

1

x

10

1

x

1
x

x

=
00

01

00

11

10

x

x

x

x

x

01

x

x

11

1

x

10

1

x

1
x

x

=

00

01

00

10

x

x

x

x

x

01

x

x

11

1

x

10

11

1

x

x

x
=

00

01

11

10
21


00
01

x

x

x

x

x

x

x

11

x

10

x

1
x

x
=

Như vậy, ta có:
=
=
=
=

2.3.SƠ ĐỒ LOGIC VÀ KHỐI MẠCH NGUYÊN LÝ.
Từ các giá trị đầu vào D của Flip-Flop D mà chúng ta đã tỏ hợp được, sử

dụng Flip-Flop D và mạch logic AND, xây dựng được sơ đồ logic như hình vẽ
sau.
2.3.1. Sơ đồ mạch logic.
Nối LED

Nối LED

Nối LED

Nối LED

Hình 2.3.1.Sơ đồ mạch logic.
22


2.3.2. Sơ đồ mạch hoàn chỉnh bằng proteus.

Hình 2.3.2. Sơ đồ mạch nguyên lý bằng Proteus.
2.4.SƠ ĐỒ MẠCH IN.
2.4.1. Mạch in mặt dưới.

Hình 2.4.1.Mạch in bằng Proteus.
2.4.2. Mặt các linh kiện.

23


Hình 2.4.2.Mặt các linh kiện.
2.4.3. Hình mô phỏng 3D của mạch .

Hình 2.4.3.Mô phỏng 3D của mạch.

24


Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn giảng viên Thạc Sỹ Nguyễn Mạnh
Toàn đã chỉ bảo tận tình nhóm thực hiện đề tài này, cảm ơn mọi ý kiến đóng
góp của các thầy cô và bạn bè.

25