Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT KẾ MẠCH TRỪ 2 SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT HIỂN THỊ KẾT QUẢ TRÊN LED 7 THANH Đối tượng nghiên cứu là mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Đầu vào là hai số nhị phân 4 bit, giá trị của các bit được điều khiển thông qua các switch. Kết quả đầu ra được hiển thị trên led 7 thanh và 1 đèn led báo giá trị âm hay dương của phép trừ. Tính toán, thiết kế sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Chế tạo sản phẩm mạch in, chạy thử nghiệm sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Đánh giá sản phẩm và đề xuất hướng cải tiến và hướng phát triển sản phẩm.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN MƠN HỌC KĨ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH TRỪ SỐ NHỊ PHÂN BIT HIỂN THỊ KẾT QUẢ TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn: Hà Thị Phương Sinh viên thực hiện: Hà Nội : 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung đề tài 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu 1.1.2 Nội dung nghiên cứu 1.1.3 Mục đích nghiên cứu 1.1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2 Tổng quan mạch logic 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Các bước thiết kế mạch CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 10 2.1 Tính tốn hệ thống 10 2.1.1 Mạch trừ bán phần 10 2.1.2 Mạch trừ toàn phần 11 2.2 Mô thiết kế 12 2.2.1 Mô proteus 12 2.3 Chọn linh kiện 14 2.3.1 IC 7483 14 2.3.2 IC CD4077 15 2.3.3 IC 7404 16 2.3.4 IC 7408 17 2.3.5 IC 7432 19 2.3.6 IC 7447 20 2.3.7 Led 22 2.3.8 Một số linh kiện khác 23 2.3.9 Vẽ mạch in 24 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 26 3.1.1 Làm mạch 26 3.1.2 Chạy thử nghiệm 28 TỔNG KẾT 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ mạch trừ bán phần 10 Hình 2.2 Sơ đồ mạch trừ tồn phần 12 Hình 2.3 Mô mạch trừ bán phần 12 Hình 2.4 Mơ mạch trừ toàn phần 13 Hình 2.5 Mạch trừ hai số nhị phân bit sử dụng cổng logic 13 Hình 2.6: IC 7483 14 Hình 2.7 Sơ đồ chân IC 7483 15 Hình 2.8 IC CD4077 15 Hình 2.9 Sơ đồ chân IC CD4077 16 Hình 2.10 IC 7404 16 Hình 2.11 Sơ đồ chân IC 7404 17 Hình 2.12 IC 7408 17 Hình 2.13 Sơ đồ chân IC 7408 18 Hình 2.14 IC 7432 19 Hình 2.15 Sơ đồ chân IC 7432 19 Hình 2.16 IC 7474 20 Hình 2.17 Sơ đồ chân IC 7447 20 Hình 2.18 Led 22 Hình 2.19 Sơ đồ chân led 22 Hình 2.20 Cơng tắc bit số 23 Hình 2.21 điện trở 220 ohm 23 Hình 2.22 Mạch trừ số nhị phân bit sử dụng IC tích hợp 24 Hình 2.23 Sơ đồ mạch nguyên lí phần mềm proteus 24 Hình 2.24 Mạch in 2D phần mềm proteus 25 Hình 2.25 Mạch in 3D phần mềm proteus 25 Hình 3.1 Là mạch in 26 Hình 3.2 Phíp đồng sau 26 Hình 3.3 Ăn mịn mạch 27 Hình 3.4 Khoan lỗ mạch 27 Hình 3.5 Mạch hồn chỉnh sau hàn linh kiện 28 Hình 3.6 Kết chạy thực nghiệm 28 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng chân lí mạch trừ bán phần 10 Bảng 2.2: Bảng chân lí mạch trừ tồn phần 11 Bảng 2.3: Các linh kiện sử dụng 14 Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật IC 7483 15 Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật IC 4077 16 Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật IC 7404 17 Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật IC 7408 18 Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật IC 7432 19 Bảng 2.9: Bảng chân lí IC 7447 21 Bảng 2.10: Thông số kĩ thuật led 22 Bảng 2.11: Bảng chân lí led 23 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quên thuộc với nhiều người, phát triển nghành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến nghành kinh tế tồn cầu có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế thời đại “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” gần vượt khỏi ranh giới thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm xử lỹ số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều linh vực kỹ thuật kinh tế khác Không lĩnh vực thông tin liên lạc tin học Kỹ thuật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát truyền hình, Y tế, Nơng nghiệp tong dụng cụ sinh hoạt gia đình Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng linh kiện bán dẫn phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào lĩnh vực điện tử thông dụng chuyên nghiệp Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài: Thiết kế mạch trừ số nhị phân bit hiển thị led CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung đề tài Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, tiến khoa học kĩ thuật tiên tiến ngày ứng dụng rộng rãi vào sống ngày người Làm cho sống ngày thay đổi, văn minh đại Trong ngành điện tử đóng vai trị quan trọng tiên phong tạo hàng loạt thiết bị công nghiệp, dân dụng, y tế, quân … với tốc độ xử lí nhanh, độ xác cao, gọn nhẹ Một mạch kỹ thuật sô sử dụng để thực trừ số gọi trừ lĩnh vực điện điện tử Thông thường, lĩnh vực điện tử, kỹ thuật số số biểu thị dạng nhị phân đại diện cho mức logic thấp đại diện cho mức logic cao Để thực chức phức tạp kỹ thuật số, số đơn giản xử lý phép toán học cộng, trừ, nhân chia Bây xét việc trừ số nhị phân mạch sử dụng để thực chức gọi trừ 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Đầu vào hai số nhị phân bit, giá trị bit điều khiển thông qua switch Kết đầu hiển thị led đèn led báo giá trị âm hay dương phép trừ 1.1.2 Nội dung nghiên cứu Tính toán, thiết kế sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Chế tạo sản phẩm mạch in, chạy thử nghiệm sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Đánh giá sản phẩm đề xuất hướng cải tiến hướng phát triển sản phẩm 1.1.3 Mục đích nghiên cứu Chế tạo mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt, dễ sữa rẻ tiền 1.1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hệ thống ứng dụng việc: Thực phép tính Bộ đếm nhị phân digital Các dự án thiết kế logic kỹ thuật số Báo thức đồng hồ kĩ thuật số 1.2 Tổng quan mạch logic 1.2.1 Khái niệm Mạch logic mạch gồm phần tử logic AND, OR, NOR, NOT, NAND, XOR, XNOR để thực yêu cầu toán đưa Một mạch logic dù đơn giản hay phức tạp kết đầu mạch nhận hai mức logic “1” “0” Biến logic đại lượng biểu diễn biểu diễn kí hiệu lấy giá trị “1” “0” Hàm logic: biểu diễn nhóm biến logic liên hệ với thơng qua phép tốn logic, hàm logic nhận giá trị “1” “0” 1.2.2 Các bước thiết kế mạch Các bước thiết kế mạch logic: Lập bảng chân lí Xây dựng phương trình logic theo chuẩn tắc tuyển chuẩn tắc hội Sử dụng bảng karnaugh phương pháp đại số để tối thiểu hóa hàm logic Mô mạch phần mềm mô Proteus,… Lựa chọn linh kiện thiết kế mạch Cấu tạo bên ic số CD4077 có cổng logic XNOR, cổng có ngõ vào ngõ Hình 2.9 Sơ đồ chân IC CD4077 Thông số kĩ thuật IC CD4077 Điện áp hoạt động IC Từ +4,75V đến +5,25V Dòng điện tối đa đầu 8mA Dãy bảo vệ ESD tối đa cho IC 3,5kV Thời gian tăng giảm phổ biến cho IC 15nS Nhiệt độ hoạt động 0°C đến 70°C Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật IC 4077 2.3.3 IC 7404 Hình 2.10 IC 7404 16 IC 7404 có sáu cổng NOT Các cổng NOT thực chức đảo ngược tín hiệu Hình 2.11 Sơ đồ chân IC 7404 Thông số kĩ thuật IC 7404 Điện áp hoạt động 3V đến 15V Dòng điện 10mA Nhiệt độ hoạt động -40°C đến 85°C Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật IC 7404 2.3.4 IC 7408 Hình 2.12 IC 7408 17 IC 7408 có bốn cổng AND , cổng có hai đầu vào Hình 2.13 Sơ đồ chân IC 7408 Thơng số kĩ thuật IC 7408 Dải điện áp hoạt động +4,75V đến +5,25V Điện áp hoạt động đề xuất +5V Điện áp nguồn tối đa 7V Dòng điện tối đa đầu 8mA Thời gian tăng điển hình 18ns Thời gian giảm điển hình 18ns Nhiệt độ hoạt động ° C đến 70 ° C Nhiệt độ bảo quản -65 ° C đến 150 ° C Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật IC 7408 18 2.3.5 IC 7432 Hình 2.14 IC 7432 Cấu tạo bên ic số 7432 có bốn cổng logic OR, cổng có ngõ vào ngõ Hình 2.15 Sơ đồ chân IC 7432 Thông số kĩ thuật IC 7432 Số chân 14 Điện áp hoạt động 2V – 6V DC Dòng ngõ 5,2mA Nhiệt độ hoạt động -40°C đến 125°C Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật IC 7432 19 2.3.6 IC 7447 Hình 2.16 IC 7474 IC 7474 IC giải mã giành riêng cho LED đoạn anode chung IC 7447 chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED đoạn anode chung.Ứng dụng ta cần thị số LED đoạn mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển Hình 2.17 Sơ đồ chân IC 7447 20 Bảng chân lí: INPUT OUTPUT D C B A a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 Bảng 2.9: Bảng chân lí IC 7447 21 2.3.7 Led Hình 2.18 Led Hình 2.19 Sơ đồ chân led Thông số kĩ thuật led Số chân 10 Điện áp rơi LED 2,2V Dòng tối đa chạy qua LED 25mA Dịng chạy bình thường 10mA Bảng 2.10: Thông số kĩ thuật led 22 Mã hiển thị led dạng nhị phân Số hiển thị led đoạn dp g f e d c b a 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 Bảng 2.11: Bảng chân lí led 2.3.8 Một số linh kiện khác Hình 2.21 điện trở 220 ohm Hình 2.20 Cơng tắc bit số 23 Mô mạch trừ số nhị phân bit sử dụng ic tích hợp: Hình 2.22 Mạch trừ số nhị phân bit sử dụng IC tích hợp 2.3.9 Vẽ mạch in Hình 2.23 Sơ đồ mạch ngun lí phần mềm proteus 24 Hình 2.24 Mạch in 2D phần mềm proteus Hình 2.25 Mạch in 3D phần mềm proteus 25 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 3.1.1 Làm mạch Các bước làm mạch thủ công: Là mạch in Ngâm mạch ăn mòn Khoan mạch Gắn linh kiện mà hàn board Hình 3.1 Là mạch in Hình 3.2 Phíp đồng sau 26 Hình 3.3 Ăn mịn mạch Hình 3.4 Khoan lỗ mạch 27 Hình 3.5 Mạch hồn chỉnh sau hàn linh kiện 3.1.2 Chạy thử nghiệm Kết phép tính 12-4: Hình 3.6 Kết quả chạy thực nghiệm 28 TỔNG KẾT Đánh giá sản phẩm: - Ưu điểm: Mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Mơ hình thực tế rút gọn nhiều linh kiện chạy thử nghiệm,mô máy tính đảm bảo xác - Nhược điểm: Bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp Đề xuất hướng cải tiến phát triển: - Hướng phát triển: Có thể thay linh kiện, IC điều khiển, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài - Đề xuất cải tiến: xếp linh kiện hợp lí giúp dây dễ dàng Kết quả: Trong trình nghiên cứu thực đồ án, nhóm chúng em tiếp thu thêm nhiều kiến thức, tìm kiếm thêm nguồn tài liệu để bổ sung thêm kiến thức để hồn thành đồ án Nhóm em biết cách thiết kế, lựa chọn linh kiện phù hợp với đề tài Việc hoàn thành tốt đồ án kỹ thuật xung số sở để nhóm em thực đồ án quan trọng sau đồ án điện tử đồ án tốt nghiệp Tuy hệ thống hoạt động tốt theo yêu cầu đặt ra, khơng thể tránh khỏi sai sót trình vận hành điều khiển hệ thống Vì vậy, nhóm chúng em mong nhận góp ý để hồn thành hệ thống tốt Xin chân thành cảm ơn! 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C V Đặng, H T Nguyễn Thị, K X Phạm and T V Lê, Giáo trình Kĩ thuật xung - số, NXB Giáo dục [2] H N Lương, Giáo trình Kĩ thuật xung số, NXB Giáo dục 30