Thiết kế mạch đo và hiển thị tốc độ

Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 1


 TÀI :

MÔ T :
H th  dng encoder 100 xung/vòng. Hin th


PHN THUYT MINH :
Yêu cu v b cc ni dung :
 Tìm hiu chung v mch t hp, mch dãy và mng.
 Thit k mn th t .
 Xây dng.

Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 2

NHN XÉT CNG DN

























ng dn
GVC.Th.S: NGUY
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 3



Vi s phát trin không ngng ca khoa hc k thuc bin
t ng dng rt nhiu trong công nghiu khin, t khi công
ngh ch to loi vi mch lp trình phát trin các k thuu khin
hii có nhii vic s dng các mu khin lp ráp
bng các linh kin rc nh, giá thành r làm vic tin cy, công
sut tiêu th nh, d dàng bng, sa cha khi gp s c.
Mt trong nhng máy móc thông dc s dng rt rng rãi

c, chính vì th vi 
tính toán s d  t thi gian làm vic, nghiên cu, tham kho
  a nhiu
 lý thuyt, vì vn và thc hin trong thc t.
 xin chân thành cy cô
trong b  án này.
Thc hi án

NHÓM 7


Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 4

MỤC LỤC
 
 6
 6
1.Khái nim và mô hình toán hc ca mch t hp 6
1.1.Khái nim 6
1.2.Mô hình toán hc 6
1.3.Phân tích mch t hp 6
1.4.Tng hp mch t hp 7
1.5. Mt s mch t hng gp trong h thng 7
2. Tìm hiu v mt s mch t hp 7
2.1.Mch mã hóa 7
2.1.1.Mch mã hóa 2
n
ng 7

2.1.2.Mch to mã BCD cho s thp phân. 8
2.1.3.Mch chuyn mã. 9
2.2.Mch gii mã. 10
 13
1. Khái quát chung v mch dãy
13
1.1. Khái nim 13
1.2. Mô hình toán hc 13
1.3 Phân loi mch dãy 13
2. ng dng ca mch dãy 18
 20
1.Khái quát v mng 20
1.1. Khái nim 20
u kim ca mng 20
2. Mt s mng 22
2.1. Mch ng dùng cu Viên 22
2.2 Mch to xung dùng IC 555 24
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 5

 25
 25
1.H chuyn mã: 25
 28
2.1: Khái nim: 28
2.2: H m bt k: 29
2.3: Ghép các h m: 30
 30
I.S 30

 30
 31
II. H 32
1.Khi to xung: 32
2. Khm 37
3. Khi gii mã 38
4. Khi hin th: 42
5.Khi cng. 43
6.Khi to xung m cng và khi reset. 43
7. Khi reset. 46
 47
III. T. 48
 nguyên lí. 48
2.Nguyên lí làm vic. 49
 53
 53
 56

Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 6




1.Khái nim và mô hình toán hc ca mch t hp
1.1.Khái niệm
Mch t hp là mch mà s nh ca tín hiu ra  thm
bt k ch ph thuc vào t hp các tín hiu vào  th
1.2.Mô hình toán học

Mch t hng có nhiu tín hiu vào (x
1
,x
2
,x
3
, ) và nhiu tín hiu
u ra (y
1
,y
2
,y
3
).Mt cách tng quát có th mô t mô hình toán hc ca
mch t h

Vi: y
1
=f(x
1
,x
2

n
)
y
2
=f(x
1
,x

2

n
)
.
.
y
m
=f(x
1
,x
2

n
)

 i dng véc- 
)(XFY 

1.3.Phân tích mạch tổ hợp
Khi phân tích mch t hp ta cn tuân th 
 c 1: Phân tích yêu cnh bin vào bin ra và mi quan h gia
chúng
 c 2: Lp bng chân lý:
 Lit kê thành bng v mi quan h ng vi nhau gia trng thái
tín hiu vào và trng thái hàm s u ra. Bng này gi là bng
chân lý
 Tin hành thay giá tr (0,1) cho trng thc bng chân lý.
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 7

1.4.Tổng hợp mạch tổ hợp
Khi tng hp mch t hp ta cn tuân th 
 c 1: Lp bng cha m  ng chân lý hay
bng trng thái, là bng giá tr các bing vi tng t hp ca
các bin vào
 c 2: T bng trnh biu thc hàm logic hoc bng Các-
nô
 c 3: Tin hành ti thi dng thun l
trin khai hàm thông qua các mn t 
mn
1.5. Một số mạch tổ hợp thường gặp trong hệ thống
Các mch t hp hing gp là:
 Mch mã hóa( mã hóa nh phân, mã hóa BCD) th
 Mch gii mã( gii mã nh phân, gin) b gii mã
hin th ký t
 Mch cng, mch so sánh
 Mch kim/phát chn l
 Mp và gip
2. Tìm hiu v mt s mch t hp
2.1.Mạch mã hóa
 Khái nim: Mã hóa là gán các ký hing trong mt tp hp
 thun tin cho vic thc hin mt yêu cu c th  mã BCD
gán s nh phân 4 bit cho tng s mã ca s thp phân (t  thun
tic mt s có nhiu s mã; mã Gray dùng tin li trong vic
ti gin các hàm logic . . Mch chuyn t mã này sang mã khác gi là
mch chuy   c xp vào loi mch mã hóa. Thí d mch
chuyn s nh phân 4 bit sang s Gray là mt mch chuyn mã.
2.1.1.Mạch mã hóa 2

n
đường sang n đường
Mt s nh phân n bit cho 2
n
t hp s khác nhau. Vy ta có th dùng s n
 mã cho 2
n
ngã vào khác nhau, khi có mc chn bng
ên mng,  ngã ra s ch báo s nh ng.
ch mã hóa 2
n
ng.
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 8


Mch mã hóa 2
n
ng
2.1.2.Mạch tạo mã BCD cho số thập phân.
 Mch g thp phân và 4 ngã ra là 4 bit
ca s BCD. Khi mt s thc tác
ng bc cao các ngã ra s cho s ng.
 Bng s tht ca mch:


Không cn bng Karnaugh ta có th vinh các ngã ra:
A
0

= 1 + 3 + 5 + 7 + 9 ; A
1
= 2 + 3 + 6 + 7 ; A
2
= 4 + 5 + 6 + 7; A
3
= 8 + 9
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 9



 t ln, ta vit li bng s th
i s  nh các ngã ra A
3
, A
2
, A
1
, A
0


2.1.3.Mạch chuyển mã.
Mch chuyn t mt mã này sang m    c loi mã hóa.
Mch chuyn mã nh phân sang Gray. Th thit k mch chuyn t mã nh
phân sang mã Gray ca s c tiên vit bng s tht ca s nh phân
và s ng. Các s nh phân là các bin và các s Gray s là hàm
ca các bi.

Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 10

Bng s tht:
A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
B
0
0
0
0

1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
C
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
D

0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1


















X
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
Y
0
0
0
0
1
1
1
1
1

1
1
1
0
0
0
0
Z
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
T
0
1
1
0
0

1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
Dùng b nh X, Y, Z, T theo A, B, C, D. Quan sát bng s
tht ta thy ngay: X = A, Vy ch cn lp 3 bng Karnaugh cho các bin Y, Z, T
và kt qu cho  

2.2.Mạch giải mã.
2.2.1.Mạch giải mã 2 đường sang 2
n
đường
2.2.1.1.Ging.
Thit k mch Gic
 ni m n, ta xét mch ging ng có các
ng cao .


Bng s th mch:
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 11

Y0 = G. 




 





Y1 = G. 




 A
0
Y2 = G.A
1
 





Y3 = G.A
1
.A

0





2.2.2.Giải mã BCD sang led 7 đoạn.
n.
n th các s t an a, b, c, d, e, f, g,
i man là m) hoc mt nhóm led m
lan cho bi:

Khi mt t han cháy sáng s tc mt con s thp phân t 0  9:


n th c mt s ch cái và mt s ký hic bit.
Có hai lon:
- Loi catod chung (a), dùng cho mch gii mã có ngã ng cao.
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 12

- Loi anod chung (b), dùng cho mch ging thp.

a) b)
2.2.2.2.Mạch giải mã BCD sang 7 đoạn.
Mch có 4 ngã vào cho s BCD và 7 ngã ra thích ng vi các ngã vào a, b, c, d,
e, f, g can, sao cho an cháy sáng tc s th
vi mã BCD  ngã vào.
Bng s tht ca mch ging thp:

Dùng Bng Karnaugh hoc có th n trc tip vi các hàm cha ít t hp ta
có kt qu:
a =  A) b = C  
c = d =    
e = A+ C f =     
g =   
T các kt qu ta có th v mch gin dùng các cng logic.
Hai IC thông d gian là:
- CD 4511 (lom)
- 7447 (long thp, c h)
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 13


1. Khái quát chung v mch dãy
1.1. Khái niệm
 Mch dãy là mch mà tín hiu ra không ch ph thuc vào tín hiu vào ti
thm hin ti mà còn ph thuc vào quá kh ca tín hiu vào.

Mch

dãy

còn

c

gi

là mch

có

nh.

  thc hic mch dãy, nht thit phi có phn t nh. Ngoài ra
còn có th có các phn t n
1.2. Mô hình toán học
Mô hình ca mch  mô t mch dãy thông qua tín hiu
vào, tín hiu ra và trng thái ca mch n cu trúc bên
trong ca mch



1.3 Phân loại mạch dãy
Mch dãy có 2 loi:
 Mng b: là mch dãy mà khi làm vic cn có 1 tín hing
b  gi nhp cho toàn b mch hong.
 Mng b: không cn tín hi gi nhp chung cho
toàn b mch hong.
Mng b chia làm 2 loi:
 Kiu xung: tín hiu vào là các xung.
 Kin th: tín hin th.
Mng b ng b tuy nhiên li có thit
k phc ti vì phi chun b các c 
1.4 Các phần tử nhớ cơ bản (Flip – Flop):
Phn t n ca h dãy chính là các phn t nh hay còn g
u ra cng thái ca nó.

M làm vic theo 2 kiu:
 ng bu ra ci ch ph thuc vào tín
hiu u vào.
Mch
dãy
Vào Ra
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 14

 ng bu ra ci ph thuc vào tín hiu vào và
tín hing b.
Có 4 lo
 RS Reset-Set Xóa - Thit lp
 D Delay Tr
 JK Jordan và Kelly Tên 2 nhà phát minh ra lo
 T Toggle Bp bênh, bt tt
1.4.1 Trigơ SR (Set - Reset)
Nh vào vòng phn hi (hi tip) làm cho h có tính cht nh.
n t n ca h dãy. H c chia thành 2 long b
ng b hong theo 2 king b và
ng bc  c hai ch  ng b và không
ng b.





ng b ng b
Bi thi gian khng theo ch  ng b:

S Q
S 𝑄



SET
CLR

R Q
S Q
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 15

Bi thi gian khng theo ch  ng b:

1.4.2 Trigơ D (Delay)
u vào là D và hong  2 ch  ng b và không
ng b.   ng  ch  ng b






ng b ng b theo mc (Cht D)





ng b n)




D Q

𝑄


D Q
CLK 𝑄


D Q
𝑄



Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 16

Bi thi gian ca cht D (kích hot mc cao








Bi thi gian kho sát hong cn


1.4.3 Trigơ JK (Jordan và Kelly)
 hong  ch  ng b.
 kht mn âm







mc cao  n âm


Copy D Ngh gi nguyên Copy D
trng thái
Copy D Copy D Copy D
ngh ngh ngh ngh
J Q
K 𝑄



SET
CLR
J Q
K Q

SET
CLR
J Q

K
𝑄


CLK
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 17


Bng chuyn tr:

Vy ta có: Q =  J + q 


1.4.4 Trigơ T (Toggle)
 hong  ch  ng b






Bng chuyn tr

Vy Q =  T + q 


T Q
CLK 𝑄



Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 18


2. ng dng ca mch dãy
 B m và chia tn s
B  m xung. B c gi là module n nu nó có
th c n-1 xung: t n n-1.
Có 2 loi b m:
 B ng b: b ng thu
u vào ca cá
 B ng b: b ng thng
h t c a b m
 Thanh ghi: Thanh ghi có cu to gi vi nhau
Ch
   tm thi thông tin
 Dch chuyn thông tin
 Thanh ghi và thanh ghi dch
Thanh ghi là dãy mch nh có ch d liu hoc bii d liu

s t ni tic li. Mi mch lt ch  c 1 bit,
vy thanh ghi dài bao nhiêu bit phc to t by nhiêu mch lt.
Thanh ghi nhn d liu song song

Mch có 4 mch lt kiu D. Bn bit d lin ngõ vào D cua 4 mch l
ng là D
0
÷D
3
, còn Q
0
÷Q
3
là ngõ ra ca 4 mch la thanh ghi.
B ghi dch
M dng 4 mch lt kiu D kí hiu theo th t F
0
÷F
3
. Ca vào ca
mch lt F
0
là ca vào d liu ni tip. Ca ra Q ca mch lt F
3
là ca ra d
liu ni tip. Q
0
÷Q
3
là các ngõ ra ca 4 mch l liu song

song ca b ghi dch.
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 19


 b ghi dch nhn d liu ni tip dài 4 bit.
B m.
B m là thit b c s n cu ra ca b m là s
c. B m rng. B m có th phân loi theo cách
thc hong làm b ng b hay b ng b, hoc phân loi
theo h s m ca nó làm b m nh phân, b m thp phân và b m N
phân.
B m nh ng b.

 b m thun nh ng b 4 bit.
Mch có 4 mch lt kiu JK, s dng 4 mch NAND to mch logic t hu
khin.
B m thng b.
B m thng b là b m 4 bit ch m 10 xung CP. Nm
là mã nh phân ca 10 ch s thp phân 0÷9, gi là mã BCD. Vy, mch to bi
4 mch lt và các mch cng logic.
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 20


 b m thun thng b theo mã BCD8421
Mch có 4 mch lt kiu JK,và 1 mng thi cn c 4
mch lt. ca vào J,K ca mch lt th nhu có m

0
÷Q
3
là các ngõ
ra ca 4 mch lt, cùng là ngõ ra d liu ca b m.

1.Khái quát v mng
1.1. Khái niệm
Mng là mn t to ra tín hiu bii theo chu kì. Da vào dng
tín hiu do mng ti ta chia mng ra làm: mch dao
u hoà ) và mng to xung. Mng
tc tín hiu có tn s t n hàng nghìn MHz.
Các mch tng s dng các phn t tích cc là, tranzito (long
cc ho- t tuy-nen, mch tích hc các mch tích hp vi
các ch
Các tham s n ca mng gm: tn s tín hi tín
hi nh ca tn s tín hiu ra, công sut ra và hiu sut ca mch.
ng gp các nguyên tc tng bng hi
ting bng hp mch
2.2. u kim ca mch ng
2.2.1. Điều kiện mạch dao động
 khi mng mô t   ta
kí hiu và gi,

I
X
-Tín hiu vào dng phc,
O
X


 Tín hiu ra dng phc và
F
X


Tín hiu phn hi dng phc.
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 21







Khi 1-Khi khui có hàm truyt dang phc:

K
=K



Vi, K là mô   t khi khu i và 

   u hàm
truyt khi khui. Khi 2-Khi hi tii có hàm truyt dng phc.
F
j
F

F
eKK




Vi, 

t khi phn hi và 

u hàm truyn
t khi phn hi.
Gi nh có, tín hiu vào dng phc là 

, tích các h s khui vòng
1

F
KK
,thì tín hiu phn hi và tín hiu vào bng nhau c v  và góc



=


m a và 

có th nc vi nhau mà tín hiu ra




i. Vy mch tc tín hiu ra mà không cn có kích thích ca
u ki ng là,tích các h s khui dng phc
vòng kín bng 1 (
1

F
KK
)
Hay có th vit :
)(
FK
j
F
F
eKKKK






Có th u kin trên ra làm 2 biu thc :
u kin cân b: K

= 1
u kin cân bng góc pha: 

+ 


=2n
Vi n=0,


1
2


a


Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 22

2. Mt s mng
2.1. Mng dùng cu Viên
2.1.1. Bộ dao động hàm sin dùng cầu Viên trong mạ
ch hồi tiếp

B ng dùng cu Viên
u ki  ng tích cc là tích hê s khui và h s
hi tip to thành mch kín KK
F
=0. Vy h s khui mu
kic bm nh cu Viên là mch phn h tn s riêng,
cu có góc 

 , vy tín hiu phn hi U

F
và tín hiu ra U
O
ca mch lch nhau
mt góc   

. Vm bu ki mu
hòa.
H s khui mch chính:
3
1
0
0




F
KK
K
K


0
-h s khui mch h c

F
K
- h s phn hi ca mch
phn hi âm to bi R

1
,R
2
. Hay ta có:
3
)/1(
0
0




F
KK
K
K

0
rt
ln, vy
3/1 

F
KK
.
Suy ra, h s phn hi âm

F
K
=1/3.

Mà
3
1
21
2




RR
R
U
U
K
O
F
F

Vy ta có quan h: R
1
=2R
2
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 23

Nhn xét: u kin cân bn áp vi sai gia 2 li ca

D
=0, vu không th ng phi có R

2
<R
1
/2 mt
ng nh nh li phi bm R
2
=R
1
/2.
Trong mng dùng phn t tích cc có h s khui K
0
càng
ln, thì s nh tn s t
Thc t ng chn R
1
và R
2
theo biu thc:



2
1
2
R
R

-ng nh cn la ch khó thc hin. Vy trong b dao
ng phi có mch t u cha R
1

và R
2.
2.1.2. Bộ tạo dao động dùng cầu Viên và mạch tự động điều chỉnh

 nguyên lý trên hình là B ng dùng cu Viên và mch t u
chnh. Các nhóm RC ca c ng chnh cho phép
chn tn s ng trong khong t tn s n 1MHz. Ni ti
Tranzito T mà ni tr RDS (gia cc máng D và cc ngun S) ca nó ph thuc
n áp ra uO(t). Nhóm R3,R4,R5,C1,C2,D1,D2 có nhim v ch
phn xoay chiu ca uO(t) thành UG cn cc cng G tranzito T.
Khi mnh, s u kin cân bng:
R2+RDS=R1/2
Khi mi cp ngun, tín hiu ra uO(t)=0V. Vn áp cc G ca tranzito T là UG
n tr tip giáp D-S nh nht (RDS=
n áp vi sai (U
D
n, u
O
(t) và c tn s c
U
G

DS
n. Ti tn s riêng ca cng u
O
(t) xác lp,
bu kin cân bng. ng hiu ch R
3


Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 24

2.2 Mạch tạo xung dùng IC 555
2.3

Vcc cung cp cho IC có th s dng t ng mch m là
n, mch mi cùng là âm ngun.
T 103 (10nF) t chân 5 xung mass là c nh và bn có th b qua ( không lp
c )
n tr R1, R2 và giá tr t C1 bn s ng có tn
s  rng xung theo ý mun theo công thc:
T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 và f = 1.4
(R1 + 2R2) × C1
T = Thi gian ca mt chu k toàn phn tính bng (s)
f = Tn s dang tính bng (Hz)
n tr tính bng ohm (W )
n tr tính bng ohm ( W )
C1 = T n tính bng Fara ( W )
T = Tm + Ts
T : chu k toàn phn
Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 Tm : thn mc cao
Ts = 0,7 x R2 x C1
Ts : thn mc thp

Chu k toàn phn T bao gm thn mc cao Tm và thn
mc thp Ts

T các công thc trên ta có th to ra m rng Tm và
Ts bt k.
o ra xung có Tm và Ts ta có: T = Tm + Ts và f = 1/ T
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

 án Môn VMTT&VMS Page 25

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN
TỐC ĐỘ



1.H chuyn mã:

H chuyn mã
H chuyn mã là h t hp có nhim v làm cho 2 h th
nhau, mc dù 2 h thng s dng 2 mã nh phân khác nhau. H chuyn mã có s
ng ngõ vào và ngõ ra bng nhau.
 H gii mã:
H gii mã là h chuyn mã có nhim v chuyn t s nh  bn n bit 
ngõ vào sang mã nh phan 1 trong m  ngõ ra.

Vi các giá tr i  t hp ngõ vào thì ngõ ra Yi s tích ci
không tích cc. Có 2 dng: tích cc mc mc thp.