ĐỒ ÁN VI MẠCH SỐ - VI MẠCH TƯƠNG TỰ, ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH - ĐO TẦN SỐ 2018

Trường ĐHCN Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
*********

ĐỒ ÁN
MÔN: VI MẠCH SỐ- VI MẠCH TƯƠNG TỰ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH- ĐO TẦN SỐ
Giáo viên hướng dẫn

: Phạm Văn Hùng

Sinh viên thực hiện

: Mạc Thành Trung

Lớp

: ĐH Điện 1-K11

Mã sinh viên

: 1134040066
Tháng 12 năm 2016

NHÓM 3

TRANG 1


GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN
Đề Tài:
Thiết Kế Mạch Đo Tần Số

Mô Tả :
Mạch dùng để đo và hiển thị tần số xung vuông hoặc tín hiệu
xoay chiều.
Khuyến Khich :
Cho phép chọn các chế độ đo khác nhau (Hz,KHz,MHz....).


LỜI MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết, khoa học công nghệ đang phát triển một cách nhanh
chóng trong những năm gần đây, đặc biệt là ngành kỹ thuật điện-điện tử. Sự xuất
hiện của các vi mạch, IC số tổng hợp đã giúp cho kích thước mạch nhỏ gọn, tiện
lợi hơn.
Trải qua sự phát triển của khoa học công nghệ, giờ đây chúng ta đã chế tạo
ra rất nhiều loại tần số, phục vụ trong ngành điện tử viễn thông, công nghệ thông
tin, tự động hóa....
Máy đo tần số là 1 thiết bị cho phép chúng ta biết được tần só của tín hiệu 1
cách chính xác, góp phần vào việc đo và điều khiển tín hiệu.Với những kiến thức
được học trên lớp và tìm hiểu thực tế. Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn
thành đồ án môn học với nội dung “Mạch Đo Tần Số” . Do kiến thức chuyên
ngành còn thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các
thầy cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phạm Văn Hùng đã giúp đỡ nhóm em hoàn

thành đồ án này!


Mục Lục
Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao dộng
I. Mạch tổ hợp…........................................................................................6
1.Mã hóa....................................................................................................6
2.Mạch giải mã…......................................................................................7
2.1.Giải mã BCD sang led 7 đoạn.............................................................7
3. Mạch dãy.................................................................................................8
3.1 Thanh ghi và thanh ghi dịch............................................................9
3.2 Bộ đếm.............................................................................................9
4. Mạch dao động.....................................................................................10
Chương 2: Thiết kế hệ thống đo và hiển thị tần số


I. Linh kiện trong mạch.....................................................................10
II. Tìm hiểu về các linh kiện.....................................................................11
1.IC 555..................................................................................................11
2. IC 4017...............................................................................................14
3. IC đếm BCD 74ls190....................................................................16
4. IC giải mã 74hc4511.....................................................................20
5. Hiển thị( Led 7 thanh)..................................................................22
III. Tính toán thiết kế mạch mô phỏng.....................................................23
1. Sơ đồ khối hệ thống..............................................................................23
2. Khối mạch tạo xung đến giây dùng IC 555:.........................................23
3. Khối đếm xung hay đo tốc độ động cơ..................................................24
4. Khối tín hiệu cho phép đếm và dừng đếm.............................................25
5. Cổng NOT.............................................................................................25
6. Cổng AND.............................................................................................25

7. Khối tín hiệu cần đo..............................................................................26
8. Lắp ghép các sơ đồ ta được mạch hoàn chỉnh......................................26
9.Thuyết minh nguyên lý hoạt động........................................................27
Chương 3 : Mạch mô phỏng.....................................................................28
1....................................................................................................Khối
mạch khi chưa chạy:.....................................................................28
2. Khối mạch khi đang chạy....................................................................29
3. Khối mạch khi dừng đếm sau khi đếm xong kết quả tần số đo được:..30
Kết luận....................................................................................................31


Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao dộng

I.

Mạch tổ hợp
1.

Mã hóa

Mã hóa và giải mã không có gì xa lạ và là tất yếu trong đời sống chúng ta.
Nó được dùng để dễ nhớ, dễ đặt, dễ làm,….là quy ước chung cũng có thể phổ biến
cũng có thể bí mật. Chẳng hạn dùng chữ để đặt tên cho 1 con đường, cho 1 con
người, dùng số trong mã số sinh viên, trong thi đấu thể thao, quy ước đèn xanh, đỏ,
vàng tương ứng là cho phép đi,đứng, dừng trong giao thông, rồi viết bức thư sử
dụng chữ viết tắt, kí hiệu riêng để giữ bí mật hay phức tạp hơn là phải mã hoá các
thông tin dùng trong tình báo,..…
Trong các hệ thống số kể cả viễn thông, máy tính, các đường điều khiển tuỳ
chọn hay dữ liệu được truyền đi hay xử lí đều phải ở dạng số hệ 2 chỉ gồm 1 và 0,
có nhiều đường tín hiệu chỉ có 1 bit như đường điều khiển mở nguồn cho mạch ở

mức 1, rồi có nhiều đường địa chỉ nhiều bit chẳng hạn 110100 để CPU xác định
địa chỉ trong bộ nhớ, rồi dữ liệu dạng hex gửi xuống máy in cho in ra kí tự. Tất cả
các tổ hợp bit đó được gọi là các mã số (code) hay mã. Và mạch tạo ra các mã số
gọi là mạch mã hoá (lập mã: encoder).
1.1.1 Bộ mã hóa nhị phân – thập phân ( bộ mã hoa BCD)
Bộ mã hóa nhị-thập phân là mạch điện có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số hệ thập phân
thành mã hệ nhị phân. Dạng mã này còn được gọi là mã BCD .

-Bảng chân lí bộ mã hóa BCD :


Mạch giải mã
Mạch giải mã là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1
mã số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1 ngõ ra được tác động, mã ngõ vào
thường ít hơn mã ngõ ra. Tất nhiên ngõ vào cho phép phải được bật lên cho chức
năng giải mã. Mạch giải mã được ứng dụng chính trong ghép kênh dữ liệu, hiển thị
led 7 đoạn, giải mã địa chỉ bộ nhớ.
2.

2.1.

Giải mã BCD sang led 7 đoạn

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 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.

Trước hết hãy xem qua cấu trúc và loại đèn led 7 đoạn của một số đèn được cấu
tạo bởi 7 đoạn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); được sắp xếp hình số 8
vuông (như hình trên) ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy thập phân
cho số hiện thị; nó được điều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã. Các chân


ra của led được sắp xếp thành 2 hàng chân ở giữa mỗi hàng chân là A chung hay K
chung. Thứ tự sắp xếp cho 2 loại như trình bày ở dưới đây :

Hình 2.3 Cấu trúc và chân ra của 1 dạng led 7 đoạn

Để đèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó, các
thanh led đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180 đến 390 ohm với
nguồn cấp chuẩn thường là 5V. IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b,.. g của
led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung).

Mạch dãy
Mạch dãy là mạch logic có các phần tử nhớ được tạo bởi các mạch lật và các
mạch logic cơ bản và các biến ra của mạch không chỉ phụ thuộc vào tổ hợp biến
vào mà còn phụ thuộc vào cả trạng thái hiện tại của mạch.
3.


3.1.

Thanh ghi và thanh ghi dịch
Thanh ghi là dãy mạch nhớ có chức năng lưu giữ dưc liệu hoặc biến đổi
dữ liệu số từ nối tiếp sang song song và ngược lại. mỗi mạch lật chỉ lưu
giữ được 1 bit, vậy thanh ghi dài bao nhiêu bit phải tạo từ bấy nhiêu
mạch lật.

Thanh ghi nhận dữ liệu song song
Mạch chốt dữ liệu :

Bộ ghi dịch :

3.2.

Bộ đếm

Bộ đếm là thiết bị đếm được số xung cửa vào, đầu ra của bộ đếm là số lượng xung
đếm được.

NHÓM 3

TRANG 10


-

Bộ đếm nhị phân đồng bộ
Bộ đếm thập phân đồng bộ
4.

Mạch dao động.

Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch
dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo
xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v
v...

Mạch dao động hình Sin.
Mạch dao động đa hài.
Mạch dao động nghẹt.
Mạch dao động dùng IC.
Chương 2: Thiết kế hệ thống đo và hiển thị tần số
I. Linh kiện trong mạch :
- IC NE 5555 : Dùng tạo dao động đếm thời gian.
- Điện trở 1k,217.0475 k
- Tụ điện (0.01 uF. tụ thường) ,(0.001 .ph
- IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân
- Nguồn tín hiệu cần đo : Cho 1500H
- SEG 7Vạch cathode chung,
- Ic 74ls190 và Ic 74hc4511,7408
- Cổng NOT, AND
- Điện trở băng rx8(180)
- Switch (Chuyển mạch 2 cổng )


II. Tìm hiểu về các linh kiện
1.

IC 555

Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây


Sơ đồ khối 555 :

-

Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn gọi là
chân chung.


-

-

-

-

-

-

Chân 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 sanh ở đây dùng
các transitor
PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc.
Chân 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 cáo nó
tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V
nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35>0.75V).
Chân 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 cao thì trạng thái
ngõ ra phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6. Nhưng mà trong mạch để
tạo được dao động thường nối chân này lên Vcc.
Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC
555 theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND. Chân

này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường
nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF->0.1uF các tụ này
lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp
khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu.
Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu
điều khiển bởi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thì khóa
này đóng lại , ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho mạch R_C
lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động.
Chan 8 (VCC): đây 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 2->18V.

Mạch tạo xung :


Có tần số dao động có công thức : f=1/T=1/0.69(R1+2R2)C.
2. IC 4017
IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân
- Sơ đồ chân:


-

-

Hoạt động :
Chân 14( CLK) nhận xung.
Chân (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 10, 9) (Q 0-Q9) đưa dữ liệu ra ngoài, mỗi lần kích
một xung vào, một chân sé được đưa lên mức cao một cách tuần tự, các
chân còn lại ở mức thấp.

Chân 13(E): Tích cực mức thấp.
Chân 15(MR): Chân reset, mỗi khi kích lên mức cao, IC được reset.
Chân 12 (CO): Trong 5 xung đầu ( từ Q0 - Q4 lần lượt lên mức cao) CO ở
mức cao, 5 xung tiếp theo (từ Q5 – Q9 lần lượt lên mức cao) CO ở mức
thấp.

Sơ đồ xung ra ở các chân:


Mạch dùng IC 4017 tạo ra bộ đếm :


IC đếm BCD 74ls190
Là IC tích hợ bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song. Nó có chức năng
đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều
khiển giá nạp giá trị.
5.


Chức năng các chân:

- Chân cấp nguồn : 16 (VCC) và chân 8(GND).
- Nhóm chân dữ liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9)
- Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa (3) Qb(2) Qc(6) Qd(7)
- Chân cấp xung clock CLK :14
- Chân chọn chế độ đếm thuận nghịch D/U :5
- Chân cho phép đếm Enable :4
- Chân nạp giá trị load :11
- Chân xung đếm ra RCO :13

Bảng trạng thái các chân chức năng đặc biệt :

Giản đồ xung của 74ls190 :

NHÓM 3

TRANG 20


4.

IC giải mã 74hc4511


- Đây là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logíc (dạng
0,1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch .về cấu tạo nó là một tập
hợp các mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and , or ,..việc
thiết kế một mạch như vậy không hẳn là quá khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ
hợp lả chúng ta hoàn toàn có thể làm được ,nhưng điều đó khiến chúng ta mất
thời gian ,không đảm bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện .
- Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau :
-Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathot chung có nghĩa là tất cả
cathot của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ
tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sang.
- 4511 Có 16 chân .
- Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số 8 nối với đất .
- Chân 1,2,7,6 là chân đưa dữ liệu đầu vào ,chúng ta có thể chọn dữ liệu loại
này là dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…
- 7 chân đầu ra là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7 vạch .

- Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ ,chần này = 0 thì IC hoạt động
bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho đến khi
nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động .(nếu hiểu
sâu sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân phiên
nhau được nhớ trong tế bào 4 bít ,vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả sự gọi là
đóng cửa thì IC hoạt động bình thường không vấn đề gì ,nhưng khi nó = 1 tức là
mở cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên giữ tại
đầu ra một mức dữ liệu cố định ).
- Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất .


- Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.(dùng kiểm tra led 7
đoạn ,bất chấp đầu vào là thế nào .)
- Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3.
Bảng chân lí


5.

Hiển thị( Led 7 thanh)

Led 7 thanh: là 7 con led xếp với nhau thành một hình, nhằm thể hiện các con số.
Một chân của các con led được nối với nhau ( Katot chung hoặc Anot chung), các
chân còn lại được đưa ra nhằm phân cực các con led.

Với yêu cầu đề tài ta chọn led cathode chung.


III. Tính toán thiết kế mạch mô phỏng

1.

Sơ đồ khối hệ thống :
Bộ tạo
xung 1Hz

Bộ đếm 4
chỉ số
BCD

Nguồn t/h cần đo

Start
Stop

2.

Khối mạch tạo xung đến giây dùng IC 555:

Ta có công thức tính toán đó là f=1/T=1/0.69(R2+2R1)C2

4 bô giải mã 7Seg

Hiển Thị
Led 7Seg