“Tìm hiểu, thiết kế mạch đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 7490, hiển thị kết quả trên LED 7 thanh”

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó
khoa học cơng nghệ nói chung và ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói
riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện
đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt
những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ
linh hoạt và hoạt động ổn định. Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng
suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được
giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Tìm hiểu, thiết kế mạch
đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 7490, hiển thị kết quả trên LED 7 thanh”

được sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số và
điều khiển các mạch khác……
Đồ án gồm có 3 Chương:
Chương 1: Tổng quan về đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Thiết kế mạch thực tế.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên vẫn khơng thể
tránh sót mong q Thầy, cơ và bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án có thể hồn
thiện hơn.
Cuối cùng em xin cảm ơn ThS. XXX đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ
em trong suốt quá trình làm đồ án này để em được hoàn thành với thời gian
sớm nhất và hoàn chỉnh nhất.


CHƯƠNG 1:
1.1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài:

Đây là đề tài rất hay và được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng
như trong công nghiệp. Nhằm tăng năng suất, hiệu quả trong công việc và
giảm sức lao động của con người, mạch đếm được đưa vào sử dụng thay thế
con người trong công việc như đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông,
chia tần số và điều khiển các mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, chính xác
cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt,mạch đếm nhanh chóng được biết
đến và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực.
Xuất phát từ thực tế và ứng dụng rộng rãi của mạch đếm, nên em chọn
đề tài “Tìm hiểu, thiết kế mạch đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 7490, hiển
thị kết quả trên LED 7 thanh” cho đồ án môn học Đồ án Điện tử cơ bản.
1.2.

Mô tả sản phẩm:

- Khi được cấp nguồn, mạch đếm sẽ đếm tiến/thuận liên tục 0000 đến
9999 ( mod 10000) và tuần hoàn lặp lại.
- Khi ngừng cấp nguồn, mạch ngừng đếm, khơng hoạt động.
- Có thể điều chỉnh biến trở để thay đổi tốc độ đếm của mạch.
- Điện áp hoạt động của hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử
dụng.
- Giao diện dễ sử dụng, nhỏ gọn, tiện dụng.
1.3.

Tìm hiểu về mạch đếm

1.3.1. Khái niệm
Mạch đếm là một mạch dãy đơn giản được xây dựng từ các phần tử nhớ
và các phần tử tổ hợp, mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số.
Bộ đếm là một mạch dãy tuần hồn có một đầu vào đếm và một đầu ra,

mạch có số trạng thái trong chính hệ số đếm (Kđ).
Dưới tác động của tín hiệu vào đếm mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong
này đến một trạng thái trong khác theo một thứ tự nhất định. Cứ sau Kđ lần
tín hiệu vào đếm, mạch sẽ trở về trạng thái xuất phát ban đầu.


Bộ đếm thực hiện việc đếm các dãy xung khi có xung điều khiển và nó
chỉ có một đầu vào. Do đó, nếu xung đồng bộ (CLK) xuất hiện khác thời điểm
xung đếm (Xđ) xuất hiện thì việc đếm xung khơng thực hiện được nên mạch
đếm phải có xung đếm đưa vào chính là dãy xung đồng bộ hay mạch đếm chỉ
có một đầu vào.

Đồ hình là mơ hình mơ tả sự chuyển đổi các trạng thái trong hay chính là
mơ tả hoạt động của bộ đếm.

Khi khơng có tín hiệu vào đếm ( ) mạch giữ nguyên trạng thái ban đầu
(i  i) khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch sẽ chuyển đến trạng thái kế tiếp( i
i+1).

Hình 1. 1. Sơ đồ khối của bộ đếm
Khi bộ đếm ở trạng thái nếu tác động một tín hiệu vào đếm thì bộ đếm

sẽ trở về trạng thái ban đầu và khi đó đồng thời xuất hiện tín hiệu ra một lần
duy nhất.
Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái của bộ đếm thì phải dùng thêm
mạch giải mã.
1.3.2. Phân loại

Hình 1. 2. Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm

 Phân loại theo cách làm việc:
+ Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter): là bộ đếm mà sự chuyển đổi
trạng thái trong các FF diễn ra đồng thời khi có tác động của xung đếm. Mọi
sự chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái mới Sj) đều không thông qua
trạng thái trung gian .(SiSj)
Xung đồng bộ tác động đồng thời tới các phần tử nhớ.
+ Bộ đếm không đồng bộ (Asynchronous counter): là bộ đếm tồn tại ít
nhất một cặp chuyển biến trạng thái Si  Sj mà trong đó các FF khơng thay
đổi trạng thái đồng thời. (Si  Si’ Si’’ Sj)
Xung đồng bộ tác động không đồng thời tới các FF.
 Phân loại theo hệ số đếm.
+ Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, khi sử
dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm thì khả năng mã hố tối
đa là .(Kđ = 2, 4, 8, 16...)
+ Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái
trong cho bộ đếm, sẽ có ( - Kđ) trạng thái không được sử dụng đến. Do vậy
khi thiết kế bộ đếm cần phải lưu ý đến các trạng thái khơng sử dụng tức là cần
phải có biện pháp làm cho bộ đếm thoát khỏi các trạng thái đó một cách hợp
lý để trở về chu trình đúng mà vẫn phải đảm bảo bộ đếm được thiết kế là đơn
giản. (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10...)
 Phân loại theo mã:
Quá trình đếm của bộ đếm là quá trình thay đổi từ trạng thái trong này
đến trạng thái trong khác và mỗi trạng thái trong của bộ đếm được mã hoá bởi
một mã cụ thể. Cùng một bộ đếm có thể có nhiều cách mã hố trạng thái trong
khác nhau, các cách mã hoá khác nhau sẽ tương ứng với các mạch thực hiện
khác nhau.
- Mã nhị phân, Mã Gray
- Mã BCD, Mã Johnson
- Mã vòng...

 Phân loại theo hướng đếm:
+ Bộ đếm thuận (Up counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm
(Xđ) thì trạng thái trong của bộ đếm tăng lên 1.(Si  Si+1)
+ Bộ đếm nghịch (Down counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm
(Xđ) thì trạng thái trong của bộ đếm giảm đi 1.(Si Si-1)
Chú ý: Khái niệm thuận nghịch chỉ là tương đối chủ yếu là do vấn đề mã
hoá các trạng thái trong của bộ đếm.
+ Bộ đếm thuận nghịch: là bộ đếm vừa có khả năng đếm thuận vừa có
khả năng đếm nghịch.
 Phân loại theo khả năng lập trình:
+ Bộ đếm có khả năng lập trình: Kđ có thể thay đổi phụ thuộc vào tín
hiệu điều khiển.
+ Bộ đếm khơng có khả năng lập trình: Kđ cố định, khơng thay đổi được


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Tìm hiểu về khối tạo xung – IC 555:

IC 555 là một Ic tạo xung rất đa năng, tạo xung vuông rất đơn giản.
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 một chân chốt hay ngõ vào của một tần so áp. Mạch so sánh ở
đây dùng các transistor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3 Vcc.
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. Mức 1 ở đây là mức

cao, nó tương đương 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 0.35-0.75V.
Chân 4 (RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối
mass thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức điện áp cao thì trạng
thái ngõ ra tùy theo mức điện áp trên chân 2 và chân 6. Nhưng mà trong mạch
để tạo được dao động thường hay nối chân này lên Vcc.
Chân 5(CONTROL VOLTAGE) Dùng làm thay đồi 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 khơng 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 một chân chốt.
Chân số 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như một khóa điện tử
và chịu điều khiển bởi 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 một
mạch R-C lúc IC 555 dùng như một tầng dao động.


Chân số 8(Vcc) là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Khơng
có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V-18V.
Tần số được tính như sau:
F=
C2 là tụ nối với chân số 5
R2 là chân giữa chân 7 và chân R1 là biến trở.

Thơng số kỹ thuật:







2.2.

Điện áp đầu vào: 4.5-16V.
Dịng điện cung cấp: 10mA - 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.
Nhiệt độ hoạt động: 0 – 70oC.

Tìm hiểu về khối điều khiển đếm-IC 7490

IC 74LS90 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số đếm lên và
trong các mạch chia tần số.

Hình 2. 1. IC tạo xung NE555


Bảng 2. 1.Chức năng của các chân IC 7490
Số
chân

Tên chân

Mô tả

1

Clock input 2
(CLKA)

Ngõ vào xung đồng hồ 2 (xung kích cạnh
xuống)

2

Reset 1 (R0(1))

Chân Reset 1 (Reset về 0) – Tích cực mức 1

3

Reset 2 (R0(2))

Chân Reset 2 (Reset về 0) – Tích cực mức 1

4

Not connected
(NC)

Khơng sử dụng

5

Supply voltage

Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 5.25V)

6

Reset 3 (R9(1))

Chân Reset 3 (Reset về 9) – Tích cực mức 1

7

Reset 4 (R9(2))

Chân Reset 4 (Reset về 9) – Tích cực mức 1

8

Output 3 (QC)

Ngõ ra 3

9

Output 2 (QB)

Ngõ ra 2

10

Ground (0V)

Chân nối đất

11

Output 4 (QD)

Ngõ ra 4

12

Output 1 (QA)

Ngõ ra 1

13

Not connected

Không sử dụng

14

Clock input 1
(CLKA)

Ngõ vào xung đồng hồ 1 (xung kích cạnh
xuống)


2.3.

Tìm hiểu về khối giải mã- IC 74LS47

Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, nếu quá 5V thì IC này sẽ bị chết.
Chân 8 là chân nối GND (mass).
Các chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào ứng với A,B,C,D.
Các chân 15,14,13,12,11,10,9 là các chân ra, các chân này sẽ được nối
với led bảy thanh và được nối như hình trong mạch nguyên lí.
Chân thứ 3 LT(Lamp Test) như tên gọi của nó, chân 3 này là chân kiểm
tra led bảy đoạn, nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng
lúc với bảy đoạn. Chân này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏng
hay không và trong thực tế không sử dụng nó.
Chân 4 (BI/RB0) ln ln được kết nối với mức cao, nếu kết nối với
mức thấp thì tồn bộ led sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là mức gì.
Chân 5 (RBI) kết nối với mức cao.

Hình 2. 2. Sơ đồ chân IC giải mã 74LS47


2.4.

Tìm hiểu về khối hiển thị- led 7 thanh

Led 7 thanh (7-segment Display) hay còn được gọi là led 7 đoạn
được thiết kế để hiển thị số và một số ký hiệu khác. Với các đoạn LED trong
màn hình đều được nối với các chân kết nối để đưa ra ngoài. Các chân này
được gán các ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho từng LED riêng lẻ. Các
chân được kết nối với nhau để có thể tạo thành một chân chung.
Chân Pin chung hiển thị thường được sử dụng để có thể xác định loại
màn hình LED 7 thanh đó là loại nào. Có 2 loại LED 7 thanh được sử dụng đó

là Cathode chung (CC) và Anode chung (CA).
Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối Anode của
LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng
lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức thấp
“LOW” thơng qua một điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với các
cực Cathode với các đoạn LED cụ thể từ a đến g.

Thông số kĩ thuật:






Màu đỏ, A chung (A anode), 1 Dot, 10 chân
Điện áp rơi trên LED là 2.2V
Kích thước (19mm x 12.6mm x 8mm)
Dịng tối đa chạy qua mỗi LED là 25mA
Dịng chạy bình thường: 10mA. Nếu nguồn 5V thì mỗi Led phải nối
với 1 điện trở 220R (dịng chạy qua mỗi led 13mA).

Hình 2. 4.Led 7 thanh hiển thị giá trị đếm


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH THỰC TẾ
3.1.

Sơ đồ khối của tồn mạch

3.2.

Thiết kế mạch đếm

Hình 3. 1 Sơ đồ khối của toàn mạch


Hình 3. 2 Mạch ngun lý mơ phỏng trên phần mềm Proteus


Hình 3. 3 Mạch in PCB 2D được thiết kế trên phần mềm Proteus

Hình 3. 4 Mạch in PCB 3D được thiết kế trên phần mềm Proteus


Mặt sau của mạch in

Hình 3. 6 Mạch in PCB thực tế
Hình 3. 5


Nguyên lý hoạt động: Mạch đếm từ 0000 đến 9999 là mạch đếm mod 10000,
sử dụng IC NE555 để tạo xung, sử dụng 4 IC đếm 74LS90, 4 IC giải mã
74LS47 và 4 LED 7 thanh Command Anode, tương ứng với hàng đơn vị,
hàng chục, hàng trăm và hàng nghìn hiển thị giá trị đếm.
Mạch đếm sử dụng IC NE555 để tạo xung, cấp xung vng CLK cho tồn
mạch hoạt động với đầu ra là chân 3. Chân 3 của IC NE555 cấp xung vuông
được nối với chân 14 (CKA) của IC 74LS90 hàng đơn vị. Các chân 1 (CKB)
của IC 74LS90 được nối với chân 12 tương ứng. Các chân 2, 3, 6, 7 (R0(1),
R0(2), R9(1), R9(2) ) của IC 74LS90 được nối mass GND. Chân 11 (Q3) của
IC 74LS90 này, được nối với chân 14 (CKA) của IC khác.

Các đầu ra của IC 74LS90 là các chân 12, 9, 8, 11 (Q0, Q1, Q2, Q3) được nối
với các chân đầu vào tương ứng 7, 1, 2, 6( A, B, C, D) của IC giải mã
74LS47. Các chân 4, 5, 3( BI/RBO, RBI, LT) của IC 74LS47 được nối với
nguồn VCC.
Các đầu ra của IC giải mã 74LS47 là các chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 (QA,
QB, QC, QD, QE, QF, QG) được nối với điện trở R có giá trị 330 Ω có tác
dụng hạn dịng, và được nối với LED 7 thanh Command Anode để hiển thị giá
trị đếm.


KẾT QUẢ- KẾT LUẬN
Ưu điểm: mạch chạy đúng yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh
hoạt, chi phí phù hợp.
Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng
nghiệp.
Hướng phát triển: Có thể thay thế các linh kiện, IC tạo xung, IC điều
khiển, IC giải mã… bằng các linh kiện khác trên thị trường mà vẫn đáp ứng
được nhu cầu của đề tài.
Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, thêm nút điều khiển RESET
để dễ dàng tùy chỉnh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
www.alldatasheet.com