Tài liệu ĐỀ TÀI: Thiết Kế Mạch Đếm Thuận Từ 00 Đến 25 Hiển Thị Trên LED 7 Thanh pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
…… o 0 o……
Khoa Điện Tử
ĐỒ ÁN
Môn: Kĩ thuật xung số

Đề tài: Thiết Kế Mạch Đếm Thuận Từ 00 Đến 25 Hiển Thị Trên
LED 7 Thanh
Mục lục
Lời nói đầu……………………………………………………………………………… ………… 3
Phần I: ý tưởng thiết kế và chọn linh kiện………………………………………………………… 4
Phần II: sơ đồ khối và nhiệm vụ từng khối………………………………………………………… 4
2.1_ sơ đồ khối…………………………………………………………………………………… 4
2.2_ nhiệm vụ từng khối………………………………………………………………………… 4
2.2.1_ khối tạo xung……………………………………………………………………………… 4
2.2.1.1_ chọn mạch tạo xung vuông dùng IC NE555…………………………………… 4
2.2.1.2_ sơ đồ khối tạo xung của IC NE555……………………………………………… 4
2.2.1.3_ nguyên tắc hoạt động……………………………………………………………… 6
2.2.2_ khối đếm…………………………………………………………………………………… 8
2.2.2.1_ mạch đếm là gì……………………………………………………………………… 8
2.2.2.2_ nguyên tắc hoạt động……………………………………………………………… 9

2.2.3_ khối giải mã………………………………………………………………………………….9
2.2.3.1_ khối giải mã là gì…………………………………………………………………….10
2.2.3.2_ nguyên tắc hoạt động……………………………………………………………….10

2.2.4_ khối hiển thị…………………………………………………………………………………12
Phần III: sơ đồ mạch và nguyên lí hoạt động của mạch………………………………………… 14
3.1_ sơ đồ mạch……………………………………………………………………………………14
3.2_ nguyên lí hoạt động………………………………………………………………………… 14
Phần IV: đánh giá chung………………………………………………………………………………15
PHỤ LỤC
1_ sơ đồ và chức năng các chân IC LM555……………………………………………………16
1.1_ sơ đồ chân……………………………………………………………………………… 16
1.2_ chức năng……………………………………………………………………………… 16

2_ sơ đồ và chức năng các chân IC 74LS90………………………………………………… 17
1.1_ sơ đồ chân……………………………………………………………………………… 17
1.2_ chức năng……………………………………………………………………………… 17

3_ sơ đồ và chức năng các chân IC 74LS47………………………………………………… 18
1.1_ sơ đồ chân……………………………………………………………………………… 18
1.2_ chức năng……………………………………………………………………………… 18
Hết


2
2
Lời nói đầu
Cùng với môn học kĩ thuật điện tử, môn học kĩ thuật xung số là môn học kĩ thuật cơ sở quan
trọng của bộ môn kĩ thuật mạch và vi xử lý tín hiệu. nó đặc biệt quan trọng đối với học sinh, sinh viên
của tất cả ấc nghành trong trường nhất là nghành điện tử và điện xí nghiệp của trường ta. Vì vậy thông
qua việc làm đồ án sẽ giúp cho mỗi sinh viên sẽ có cái nhìn sâu hơn về môn học kĩ thuật xung số này, và
qua đây sẽ giúp cho mỗi học sinh – sinh viên đánh giá được khả năng tích luỹ kiến thức về môn học này
đồng thời biết cách vận dụng môn học vào thực tế.
Dù em đã cố gắng nhưng không tránh khỏi hạn chế thiếu xót vì thiếu kinh nghiệm cũng như kiến
thức chuyên môn. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của toàn thể các thầy cô cùng các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn !


Hà nội, ngày 11 tháng 11 năm 2012

Sinh viên thực hiện



3
3
Đề tài: Thiết kế mạch đếm thuận tử 00 đến 25

Phần I: Y tưởng thiết kế và chọn linh kiện
Như mọi người đã biết thì thiết kế mạch đếm từ 0 đến 99 là mạch khá là đơn giản không cần phải tính
toán reset mức nào cả cứ lắp mạch cho nó đếm là nó sẽ chạy. nhưng với đề tài này chỉ đếm tới 25 vì thế để
làm cho led hiển thị đến số 25 rồi reset về 0, để làm được điều này cần có thêm con AND nữa.
Do nguyên lý mạch đếm là mạch đếm xung dao động (xung vuông) và nó đếm xung sườn lên hiện
thị lên LED 7 vạch.nên sẽ chọn mạch tạo xung dùng IC555
ngoài ra còn có 2 con IC 74LS90 đếm số sườn xung từ IC 555 để mã hoá BCD tương ứng với các
mức logic sau đó đưa đến mạch giải mã để hiển thi ra LED
Ở đây cần hiển thị lên 2 LED 7 thanh nên sẽ cần 2 con 74LS90 và 2 con giải mã 74LS47.
sau khi đã chọn được những phần tử cần phục vụ cho ý tưởng thiết kế mạch ,ta có thể khái quát mạch
đếm dưới dạng sơ đồ khối như sau:
Phần II, Sơ đồ khối và nhiệm vụ từng khối

2.1, Sơ đồ khối
2.2, Nhiệm vụ từng khối
Khối tạo xung: Tạo xung vuông với tần số f=1HZ(f = 1/(ln2*C1*(R1+2R2))
Khối đếm: là các FF nhận xung dao động để xử lí đưa ra tín hiệu mã hoá BCD
Khối giải mã: giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị
Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã
2.2.1, khối tạo xung(ICNE 555N)
2.2.1.1, Lí do chọn mạch tạo xung vuông sử dụng ICNE 555N
- ICNE 555N rất phổ biến và dễ tìm
- Mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm, dễ giải thích và dễ hiểu nguyên lý làm việc của nó.

4
4
Khối tạo
xung
Khối đếm Khối giải
mã
Khối hiển
thị
Về bản chất thì IC 555 là bộ mạch kết hợp giữa 2 con OPAM, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 bộ FF RS.
* Chức năng:
+ 2 OPAM: so sánh điện áp
+ transitor: xả điện
+ 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp Ucc thành 3 phần, cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. điện áp
Ucc/3 nối vào chân dương của OP1 và điện áp 2Ucc/3 nối vào chân âm của OP2. khi điện áp ở chân 2
nhỏ hơn Ucc/3, chân S=[1] và FF được kích. Khi điện áp chân 6 lớn hơn 2Ucc/3, chân R=[1] và FF
được RESET.
2.2.1.2, Sơ đồ khối tạo xung của IC NE555N
Trong sơ đồ mạch trên tần số đầu ra của 555 được tính theo công thức :
f = 1/(ln2*C1*(R1+2R2))
5
5
Sơ đồ cấu tạo ICNE 555
2.2.1.3, nguyên tắc hoạt động:

Kí hiệu : 0 là mức thấp(L) lấy bằng 0V
1 là mức cao(H) lấy gần bằng Vcc




Giải thích sự dao động:
Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS Flip-flop,
Khi S = [1] thì Q = [1] và = [ 0].
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và = [0].
Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
6
6
Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối
đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2
ở mức 0, FF không reset.
Giai đoạn ngõ 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 =
[0]. Ngõ ra của IC ở mức 1.
Khi = [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 1 ở mức 0, S = [0], Q và vẫn không đổi. Trong
khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.
Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:
Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và = [1]. Ngõ ra của
IC ở mức 0.
Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 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.
quá trình lại được lặp lại

bảng chân lý
S R Qđảo
1 0 0 Tụ C bắt đầu nạp
0 0 Qo Tụ C nạp
0 1 1 Tụ C xả, đầu ra xuống thấp
0 0 Qo Tụ C xả
kết quả: ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định.
Nhận xét:
Vậy trong quá trình hoạt động bình thường của IC555, điện áp trên tụ C chi dao động trong khoảng
điện áp từ Vcc/32Vcc/3
- khi nạp điện, tụ C nạp với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở thời điểm điện áp trên tụ là
2Vcc/3, nạp điện với thời hằng là t=(Ra+Rb).C
- khi xả điện, tụ C xả với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở thời điểm điện áp trên tụ bằng
Vcc/3. xả điện với thời hằng là t=Rb.C
7
7
- thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện
2.2.2, khối đếm(IC SN74LS90N)

Sơ đồ logic IC 74LS90


2.2.2.1, mạch đếm là gì?
Mạch đếm sử dụng chip 74LS90 đây là chíp đếm thông dụng với 2 bộ đếm 5 và 2 tích hợp sẵn trong
chip . Từ 2 bộ đếm này kết hợp với bảng trạng thái chúng ta có thể reset bộ đếm trong khoảng từ 0 đến
10 . Kết hợp nhiều chip lại chúng ta có thể đếm đến các số lớn hơn.
- IC7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5
+ bộ chia 2 do input A điều khiển đầu ra QA
+ bộ chia 5 do input B điều khiển đầu ra QB,QC,QD (trong đó QD có trọng số lớn nhất).
Đầu vào bộ đếm lấy xung từ ic 555 hoặc từ cảm biến nếu là ứng dụng đếm sản phẩm .
- đầu A,B tích cực ở sườn âm.
- Để tạo bộ đếm 10 ta nối đầu ra QA vào chân B để tạo xung kích cho bộ đếm 5
- QA, QB, QC, QD : là các đầu ra.

8
8
Bảng trạng thái của IC 7490

* sơ đồ đầu ra QA,QB,QC,QD:
2.2.2, nguyên tắc hoạt động
Cứ mỗi 1 xung vào thì nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa ra 4 chân. Khi đếm đến 10 tự nó sẽ reset và
quay trở về ban đầu.

bảng trạng thái đếm BCD
9
9
2.2.3, khối giải mã(IC74LS47N)
Sơ đồ logic IC 74LS47
2.2.3.1, mạch giải mã là gì?
* Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá. Mục đích sử dụng phổ biến
nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả ở dạng chữ số. Do có nhiều
loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã số khác nhau nên có nhiều mạch giải mã khác nhau.
* IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn. Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn
là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp (tuỳ vào
loại đèn led là anod chung hay catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc
ký tự
2.2.3.1, nguyên tắc hoạt động
- IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 là sáng, tương ứng với các
thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập
phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới).
Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mã bình thường. Nếu
nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái ngõ ra.
- Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số 0 thừa phía sau số
thập phân hay số 0 trước số có nghĩa). Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng
ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp.
10
10
Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.
Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đèn led hiển
thị lên các số như ở hình bên dưới. Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111= 15
10
thì đèn led
tắt.
Bảng: giả trị logic giải mã của 7447, đầu vào từ 015,đầu ra 09
2.2.4, khối hiển thị
11
11
Hiển thị dùng led 7 đoạn loại anode chung do đầu ra của IC 7447 có mức tích cực là mức 0
( mức thấp).
Ở loại anode chung ( anode của đèn được nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode của
đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng.
Chân 3, 8: Vcc_được nối lại với nhau.
Hình 1.1

Led 7 thanh có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo Hình 1.1 trên và có thêm một led 
đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 thanh. 8 led đơn trên led 7 đoạn
có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài
để kết nối với mạch điện.
8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng:
• Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để
điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức
0.
• Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các
chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào
các chân này ở mức 1.
Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong
khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω
trước các chân nhận tín hiệu điều khiển.
12
12
Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Anode chung (các led đơn sáng ở mức 0):


13
13
Phần III, sơ đồ mạch nguyên lí và hoạt động của
mạch
3.1, Sơ đồ mạch

Nguyên lý mạch đếm là mạch đếm xung dao động (xung vuông) và nó đếm xung sườn lên hiện thị lên
LED 7 vạch.
Linh kiện gồm: 2 con 74ls90 , 2 con 74ls47, 1 con NE555, 2 LED 7 thanh có chung Anot, 2 con tụ, mấy
con điện trở và 1 con cổng AND. Ở đây dùng nguồn 5V
3.2, Nguyên lý hoạt động
- Xung kích được tạo ra từ mạch 555 và xung này được đưa tới chân 14 của IC 74LS90 một cách liên
tục để đếm, đếm nhanh hay đếm chậm ta có thể điều chỉnh được tần số đếm trên con IC555 bằng
14
14

Xem chi tiết: Tài liệu ĐỀ TÀI: Thiết Kế Mạch Đếm Thuận Từ 00 Đến 25 Hiển Thị Trên LED 7 Thanh pdf