Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch hiển thị số HEX trên LED 7 thanh ước 1: Thực hiện phép chia nguyên của số thập phân cần chuyển cho 16 và ghi nhớ lại kết quả dư. Bước 2: Nếu thương số của phép chia khác 0, thì tiếp tục lặp lại bước 1. Ngược lại chuyển sang bước 3. Bước 3: Ghi ngược các số dư theo thứ tự ngược lại. ❖ Chuyển từ hệ nhị phân sang hệ thập lục phân: Bước 1: Nhóm 4 bits từ phía ngoài cùng bên phải của số nhị phân. Bước 2 : Chuyển đổi mỗi nhóm trên sang số thập lục tương ứng theo bảng dưới đây:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Đề tài: Thiết kế mạch hiển thị số HEX LED Giáo viên hướng dẫn: Hà Thị Phương Sinh viên thực hiện: Ngô Anh Tuấn - 2021608662 Võ Hữu Thắng - 2021607801 Hà Nội - 2023 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử đời hệ thập lục phân ( hệ HEX ) 1.2 Khái niệm hệ thập lục phân 1.3 Chuyển đổi hệ đếm sang hệ thập lục phân 1.4 Ứng dụng hệ HEX thực tiễn 1.5 Lý chọn đề tài CHƯƠNG II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI; TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG VÀ THIÊT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 2.1: Xây dựng sơ đồ khối 2.2: Tính tốn 2.2.1 Tính tốn đầu vào LED 2.2.2: Phương pháp rút gọn 11 2.3: Thiết kế mô 13 2.3.1: Cổng logic 13 2.3.2: Mô thiết kế sơ đồ nguyên lý 15 CHƯƠNG III: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM 17 3.1: Chọn linh kiện 17 3.2: Lắp ráp 20 3.3: Thử nghiệm 21 CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 22 4.1: Đánh giá sản phẩm 22 4.2: Tính thực tế sản phẩm 22 4.3: Đề xuất cải tiến hướng phát triển 22 Tài liệu Tham khảo 23 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ khối Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý phần mềm Proteus 15 Hình 2.3: Mơ phần mềm proteus 15 Hình 2.4: Sơ đồ dây phần mềm Altium designer 16 Hình 2.5: Mạch in 3d mô phần mềm Altium designer 16 Hình 3.1: Cơng tắc gạt bit Switch 17 Hình 3.2: IC 74HC04 17 Hình 3.3: IC 74HC08 18 Hình 3.3: IC 74HC32 19 Hình 3.3: LED Anode chung 20 Hình 3.4: Lắp ráp linh kiện vào mạch 20 Hình 3.5 : Thử nghiệm mạch 21 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Chuyển đổi hệ nhị phân sang hệ thập lục phân Bảng 2.1: Giải mã nhị phân bit tương úng chân led LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại công nghiệp 4.0 ngày nay, công nghệ số phát triển với tốc độ chóng mặt, tạo hội đồng thời đặt thách thức việc hiệu chỉnh tối ưu hóa hệ thống điện tử Trong bối cảnh này, việc chuyển mã từ hệ thống thập lục phân truyền thống sang hiển thị LED không bước tiến quan trọng mà thách thức đầy hứng thú người nghiên cứu kỹ sư Được sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng, từ viễn thông đến công nghiệp, hiển thị LED không mang lại tiện lợi việc hiển thị thơng tin mà cịn đặt yêu cầu cao kỹ thuật thiết kế hệ thống Trong đối mặt với thách thức này, nghiên cứu tập trung vào việc chuyển mã từ hệ thống thập lục phân truyền thống sang hiển thị LED thanh, dự án khơng mang tính ứng dụng mà cịn đóng góp vào phát triển toàn diện lĩnh vực điện tử Chương trình bày chi tiết quy trình chuyển mã, vấn đề kỹ thuật mà đối mặt giải pháp mà đề xuất Bên cạnh đó, chúng tơi thảo luận ý nghĩa tiềm ứng dụng việc chuyển đổi mơi trường cơng nghiệp nhìn xa tương lai công nghệ hiển thị Hy vọng rằng, thông qua nghiên cứu này, hiểu rõ ứng dụng tiềm việc kết hợp hệ thống thập lục phân LED thanh, đồng thời mở hướng nghiên cứu lĩnh vực Cuối em xin cảm ơn cô Hà Thị Phương nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm đồ án để em hồn thành với thời gian sớm hoàn chỉnh CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử đời hệ thập lục phân ( hệ HEX ) Trong toán học khoa học điện toán, hệ thập lục phân (hay hệ đếm số 16, tiếng Anh: hexadecimal), đơn gọi thập lục, hệ đếm có 16 ký tự, từ đến A đến F (chữ hoa chữ thường nhau) Hệ thống thập lục phân dùng, công ty IBM giới thiệu với giới điện toán vào năm 1963 Một phiên cũ hệ thống này, dùng số từ đến 9, chữ A đến F, sử dụng máy tính Bendix G-15, mắt năm 1956 1.2 Khái niệm hệ thập lục phân Hệ thập lục phân xem phiên nâng cấp hệ số Trong hệ số đếm thập lục phân có chứa 16 ký tự bao gồm ký hiệu giá trị số Các ký tự số gồm có: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Các giá trị số lớn tuân theo quy tắc: A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, F = 15 Số hexadecimal công bố vào năm 1963 tồn giới, cơng ty IBM cơng ty máy tính có trụ sở Mỹ công bố vào năm 1963 phát triển tảng hệ thống máy tính Bendix G-15 Được phát triển từ hệ thống máy tính Bendix G-15 Việc sử dụng hệ hex giúp lập trình viên tiết kiệm tối đa thời gian số lượng chữ số rút ngắn Khi chữ số hệ thập lục bit hệ nhị phân 1.3 Chuyển đổi hệ đếm sang hệ thập lục phân Hệ thập lục phân tên tiếng anh Hexadecimal, hay gọi hệ 16, hệ đếm có 16 kí số đến A đến F (không phân biệt chữ hoa chữ thường), với quy tắc: • A = 10 • B = 11 • C = 12 • D = 13 • E = 14 • F = 15 ❖ Chuyển từ hệ thập phân sang hệ thập lục phân: Bước 1: Thực phép chia nguyên số thập phân cần chuyển cho 16 ghi nhớ lại kết dư Bước 2: Nếu thương số phép chia khác 0, tiếp tục lặp lại bước Ngược lại chuyển sang bước Bước 3: Ghi ngược số dư theo thứ tự ngược lại ❖ Chuyển từ hệ nhị phân sang hệ thập lục phân: Bước 1: Nhóm bits từ phía ngồi bên phải số nhị phân Bước : Chuyển đổi nhóm sang số thập lục tương ứng theo bảng đây: Bảng 1.1: Chuyển đổi hệ nhị phân sang hệ thập lục phân Hệ thập lục (HEX) Hệ nhị phân (BIN) Hệ thập lục (HEX) Hệ nhị phân (BIN) 0000 1000 0001 1001 0010 A 1010 0011 B 1011 0100 C 1100 0101 D 1101 0110 E 1110 0111 F 1111 1.4 Ứng dụng hệ HEX thực tiễn • Biểu diễn màu sắc: để hiển thị màu web, biểu diễn mã màu #RRGGBB dạng HEX Đối với lập trình viên nhúng, việc làm việc với giá trị HEX phổ biến • Lập trình máy vi điều khiển: để biểu diễn địa nhớ, sử dụng ký tự Hexa với 32bit OS (12 ký tự Hex với 64bit OS) • Kết nối giao tiếp: địa MAC thiết bị mạng tạo thành từ 12 ký tự Hex • Hiển thị thông báo lỗi: địa ô nhớ xảy lỗi biểu diễn dạng hexa, giúp lập trình viên dễ dàng việc tìm sửa lỗi • Cơng nghệ thơng tin: Trong lĩnh vực cơng nghệ thông tin, số HEX thường sử dụng làm việc với mã hóa, bảo mật hay dùng để theo dõi giá trị biến vùng nhớ 1.5 Lý chọn đề tài Như trình bày trên, hệ số HEX hệ đếm thường gặp thường ứng dụng nhiều sống Hex "nằm giữa" Dec ( Hệ thập phân ) Bin ( Hệ nhị phân) Tại lại nói ? Vì Dec dễ sử dụng với người, cịn máy tính hiểu Bin Hex thân thiện với người Bin Đọc, viết sử dụng Hex tính tốn tiện so với Bin, không sử dụng Dec Tuy Dec dễ sử dụng để chuyển đổi Bin -> Dec khơng tiện chuyển đổi từ Bin -> Hex Việc dễ dàng chuyển đổi Bin Hex ưu điểm khiến Hex sử dụng nhiều.Vì 2^4 = 16 nên bit đƣợc biểu diễn ký tự Hex, byte biểu diễn ký tự Hex Điều cố định, với Dec khơng Ưu điểm thứ hai biểu diễn số nguyên lớn dạng Hex với số lượng ký tự cần sử dụng Không gian (số lượng ký tự) cần sử dụng để biểu diễn giá trị dạng Hex lần so với biểu diễn dạng Bin Con số đem Hex so sánh với Dec, ưu điểm mà Hex vượt trội so với Dec Bin Vì vậy, nhóm chúng em định chọn đề tài dung LED để hiển thị só HEX ứng dụng thực tiễn mà mang lại cho sống vô rộng lớn môn học Kỹ thuật xung số chúng em muốn tìm hiểu trau dồi them kiến thức hệ số HEX CHƯƠNG II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI; TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG VÀ THIÊT KẾ SƠ ĐỒ NGUN LÝ 2.1: Xây dựng sơ đồ khối Hình 2.1: Sơ đồ khối Khối nguồn: Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch nguồn ổn định 5V Nếu nguồn không ổn định dẫn tới hoạt động mạch bị gián đoạn Khối tạo xung: Biến đổi tín hiệu điện chiều thành tín hiệu điện có xung tần số theo yêu cầu Tạo xung đồng điều khiển có tính logic hoạt động mạch Khối giải mã: Chuyển mã nhận từ dạng mã BCD thành dạng mã biểu diễn Khối hiển thị: Nhận xung giải mã hiển thị kết 2.2: Tính tốn 2.2.1 Tính tốn đầu vào LED Ta xác định đầu vào hệ thống gồm đầu vào ( hệ nhị phân bit ) xác định đầu tương ứng với chân led để hiển thị số hexan Bảng 2.1: Giải mã nhị phân bit tương úng chân led Với giá trị logic làm cho chân led sáng với giá trị logic làm cho chân led tắt Bảng 2.2: Bảng thật cho tất chân led với đầu vào nhị phân 2.2.2: Phương pháp rút gọn Phương pháp phân tích đại số sử dụng biểu đồ Karnaugh hai cách thiết lập khác lĩnh vực thiết kế mạch số hệ thống điện tử Phương pháp đại số Chính xác đầy đủ: Biểu diễn xác đầu đầu vào hàm logic Ưu điểm Phương pháp biểu đồ Karnaugh Tối ưu hóa: Biểu đồ Karnaugh tối ưu hàm logic cách nhìn vào nhóm đơn Dễ hiểu: Chúng ta dễ đọc dễ hiểu, đặc biệt đối Dễ thực hiện: Các biểu với mạch logic nhỏ đồ Karnaugh giúp làm cho trình thiết kế mạch logic trở nên dễ dàng trực quan Hiệu suất: Thường cho kết hiệu so sánh với biểu diễn phương pháp đại số Phức tạp: Khi biến số tăng lên, hàm chuẩn tắc trở nên phức tạp khó quản lý Nhược điểm Giới hạn: Biểu đồ Karnaugh thích hợp cho hàm với số biến nhỏ đến trung bình Khi số biến tăng lên, Karnaugh trở nên phức tạp khó sử dụng Khơng tối ưu: Đơi hàm chuẩn tắc không tối ưu dẫn đến mạch logic khơng hiệu Khơng xác: Karnaugh khơng thể biểu diễn hàm logic, đặc biệt hàm lớn phức tạp Để tìm đầu cách xác, dễ đọc dễ hiểu nhóm chúng em định sử dụng phương pháp rút gọn đại số - Dạng chuẩn tắc tuyển Biểu diễn đầu phương pháp đại số dạng chuẩn tắc tuyển ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷0 𝐹(𝑎) = 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷0 +𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷1 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐹(𝑏) =𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 𝐷3 𝐷2 𝐷1 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷1 𝐷0 + 𝐷2 𝐷1 𝐷 ̅0 =𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷1 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 𝐹(𝑐) = 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷1 + 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅0 =𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 + 𝐷3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷 ̅0 + 𝐹(𝑑) = 𝐷 𝐷3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐷3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷 ̅0 + 𝐷2 𝐷1 𝐷0 =𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐹(𝑒) = 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 + 𝐷3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷 ̅1 + 𝐷 ̅3 𝐷0 =𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷 ̅0 + 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 + 𝐹(𝑓) = 𝐷 ̅1 𝐷0 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷1 + 𝐷 ̅3 𝐷1 𝐷0 = 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 𝐷0 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 + 𝐷3 𝐷2 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 𝐹(𝑔) = 𝐷 ̅1 𝐷 ̅0 + 𝐷 ̅3 𝐷 ̅2 𝐷 ̅1 + 𝐷 ̅3 𝐷2 𝐷1 𝐷0 = 𝐷3 𝐷2 𝐷 2.3: Thiết kế mô 2.3.1: Cổng logic a) Cổng NOT Cịn gọi cổng đảo Cổng có lối vào lối Cổng NOT thực phép phủ định logic hay gọi cổng chặn Ký hiệu Biểu thức logic Q = 𝐴̅ Bảng trạng thái INPUT OUTPUT A Q 0 b) Cổng AND Cổng AND có nhiều lối vào có lối Tốn tử thực phép nhân logic Ngõ tất ngõ vào có mức logic Ký hiệu Bảng trạng thái INPUT OUTPUT A B Q 0 Biểu thức logic Q = A.B 0 1 c) Cổng OR Cổng OR có nhiều lối vào có lối Lối mức có lối vào mức (Lối có tín hiệu lối vào có tín hiệu ) Ký hiệu Bảng trạng thái INPUT OUTPUT A B Q 0 Biểu thức logic 1 Q=A+B 1 1 2.3.2: Mô thiết kế sơ đồ nguyên lý Dựa vào bảng thật đầu led kết thu từ phương pháp rút gọn đại số ta thiết kế sơ đồ nguyên lý phần mềm proteus Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý phần mềm Proteus Hình 2.3: Mơ phần mềm proteus Hình 2.4: Sơ đồ dây phần mềm Altium designer Hình 2.5: Mạch in 3d mơ phần mềm Altium designer CHƯƠNG III: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM 3.1: Chọn linh kiện a) Công tắc bit Chọn cơng tắc bít để thể cổng logic đầu vào nhị phân bít mạch Công tắc gạt 4bit Switch Sơ đồ chân công tắc Hình 3.1: Cơng tắc gạt bit Switch Thơng số kỹ thuật: • Khoảng cách chân: 2.54 mm • Điện áp/ dòng điện: 50V/ 100 mA (DC) • Mỗi chân đánh số • Chân mạ thiếc b) IC 74HC04 ( IC cổng NOT) Sơ đồ chân IC 74HC04 IC 74HC04 Hình 3.2: IC 74HC04 Đây IC tích hợp cổng đảo NOT Thơng số kỹ thuật: • Các chân đầu vào: 1, 3, 5, 9, 11, 13 • Các chân đầu ra: 2, 4, 6, 8, 10,12 • Chân 14: nguồn 5V • Chân 7: GND c) IC 74HC08 ( IC cổng AND ) IC 74HC08 có cổng logic AND, mối cổng có ngõ vào ngõ IC 74HC08 mạch tích hợp xây dựng từ Mosfet số điện trở phụ Sơ đồ chân IC 74HC08 IC 74HC08 Hình 3.3: IC 74HC08 Thơng số kỹ thuật: • Các chân đầu vào: 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13 • Các chân đầu ra: 3, 6, 8, 11 • Chân 14: 5V • Chân 7: GND d) IC 74HC32 ( IC cổng OR ) Cấu tạo bên IC 74HC32 có cổng logic OR, cổng có ngõ vào ngõ IC mạch tích hợp xây dựng từ Mosfet số điện trở phụ trở Sơ đồ chân IC 74HC32 IC 74HC32 Hình 3.3: IC 74HC32 Thơng số kỹ thuật: • Các chân đầu vào: 1,2,4,5,9,10,12,13 • Các chân đầu ra: 3,6,8,11 • Chân 14: 5V • Chân 7: GND e) LED Anode chung LED hay gọi LED đoạn, bao gồm đoạn đèn LED xếp lại với thành hình chữ nhật LED Anot chung với tất kết nối Anode LED nối với mức logic “1”, phân đoạn LED riêng lẻ sáng cách áp dụng cho tín hiệu logic “0” mức thấp “LOW” thông qua điện trở giới hạn dòng điện để phù hợp với cực Cathode với đoạn LED cụ thể từ a đến g Sơ đồ chân LED Anode chung LED Anode chung Hình 3.3: LED Anode chung 3.2: Lắp ráp Hình 3.4: Lắp ráp linh kiện vào mạch 3.3: Thử nghiệm Hình 3.5 : Thử nghiệm mạch CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 4.1: Đánh giá sản phẩm Ưu điểm: Mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn đinh, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Nhược điểm: Bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp 4.2: Tính thực tế sản phẩm Đây đề tài hay ứng dụng nhiều công việc máy tính Một mạch mã HEX chuỗi ký tự thập lục phân sử dụng để biểu diễn giá trị số nguyên dãy bit Trong lập trình truyền thơng, mã HEX thường sử dụng để biểu diễn địa nhớ, giá trị ghi, liệu nhị phân Tính thực tế mã HEX nằm việc cách biểu diễn dễ đọc thân thiện với người, có tính chất dễ chuyển đổi với dạng số nguyên nhị phân 4.3: Đề xuất cải tiến hướng phát triển Hướng phát triển: Có thể thay linh kiện, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài Đề xuất cải tiến: Thiết kế mạch phù hợp hơn, ngắn gọn, để mạch thống nhất, khơng bị rối mắt phải câu dây nhiều Tài liệu Tham khảo [1] T Đ T - N T T Hà, Giáo trình Mạch điện tử, Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật, 2016 [2] N T T H - L V T - N N Anh, Giáo trình Điện tử số, Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật, 2013