Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện Tử Viễn Thông ====o0o==== TRUNG TÂM THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THỰC TẬP MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Nguyễn Anh Tuấn 20073168 DT9 Tạ Anh Tú 20073385 DT9 Trần Văn Tiến 20072899 DT9 HÀ NỘI – 9/2010 Giáo viên hướng dẫn : .1 Sinh viên thực : Nguyễn Anh Tuấn 20073168 DT9 .1 Trần Văn Tiến 20072899 DT9 .1 Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN I Flip Flop: 1.1 Khái niệm: 1.2 Hoạt động FF: 1.3 Phân loại FF: II Hệ chuyển mã: .4 2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal) .4 2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD: III Hệ mã hoá giải mã: 3.1 Hệ mã hoá: 3.2 Hệ giải mã: IV Hệ tuần tự: ( hệ đếm) 4.1 Khái niệm: 4.2 Hệ đếm bất kỳ: .8 4.3 Ghép hệ đếm: Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH 10 I Sơ đồ khối: 10 II khối tạo xung-IC 7400 (NAND) 11 III Khối đếm: 11 3.1 IC 74LS90: 11 IV Khối giải mã: .14 4.1 IC 74LS47: 14 V Khối hiển thị: 17 VI Mạch đồng hồ số: 18 6.1 Sơ đồ nguyên lý: 18 6.2 Nguyên lý hoạt động: 19 Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN I Flip Flop: 1.1 Khái niệm: Flip Flop cấu tạo từ cổng logic, nói FF tổ hợp cổng logic hoạt động theo quy luật định trước FF bao gồm: - Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck) - Hai ngõ liệu (data) Q Q - Có ngõ chức quy định hoạt động FF: S, R, D, J, K - Ngồi FF cịn có hai chân: Clr ( clear) chân Pre ( Preset) Khi tác động vào chân Clr xoá FF làm Q = 0, Q = Khi tác động vào chân Pre đặt FF làm Q = 1, Q = 1.2 Hoạt động FF: J CP K S Q _ Q R JK- FF Khi nhận xong clock chân Ck, FF thay đổi trạng thái lần Trạng thái tuỳ thuộc vào mức logiccủa chân chức năng, tuỳ thuộc theo bảng thật loại FF 1.3 Phân loại FF: Theo chức năng: có loại: SK- FF, D- FF, T- FF, JK- FF Theo trạng thái tác động xung clock: có loại: - FF tác đọng mức - FF tác động mức - FF tác động cạnh lên - FF tác động cạnh xuống - FF tác động chủ - tớ II Hệ chuyển mã: 2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal) Được tạo nên ta mã hoá đecac số thập phân dạng số nhị phân bit BCD 18  0001 1000 → * Lưu ý: phép cộng trừ số BCD thực giống số nhị phân Tuy nhiên phép tính có nhớ sau kết ta phải hiệu đính cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D) Thông thừờng sau lệnh cộng trừ số BCD ta kèm theo lệnh hiệu đính 2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD: * Bảng thật: Nhị phân BCD X4 X3 X2 X1 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 III Hệ mã hoá giải mã: 3.1 Hệ mã hoá: Mã hoá thập phân thành nhị phân: A ( LSB) B C D ( MSB) * Bảng thật: D C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 * Phương trình logic: D=8+9 C=4+5+6+7 B=2+3+6+7 A=1+3+5+7+9 * Sơ đồ mạch logic: A B C D 3.2 Hệ giải mã: Xây dựng hệ giải mã cho led đoạn anode chung a b c d e f g D C Giải mã led đoạn B A * Bảng thật: 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 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 0 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 1 X X X X X X X * Phương trình logic: a = DC BA + CA b = C BA + CB A = C ( B ⊕ A) c = CB A d = C BA + C B A + CBA = C BA + C ( B ⊕ A) e = CB + A f = BA + CB + DCA g = DC B + CBA Thực tế thường sử dụng IC 7447 IV Hệ tuần tự: ( hệ đếm) 4.1 Khái niệm: Hệ đếm nối tiếp: xung đếm đưa vào FF Hệ đếm song song: xung đếm đưa vào tất phần tử đếm Để thành lập hệ đếm ta sử dụng JK- FF Nếu có nFF thành lập hệ đếm có dung lượng tối đa 2n VD: 2FF thành lập hệ đếm 3FF thành lập hệ dếm 4FF thành lập hệ đếm 16 Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song * Xét hệ đếm nối tiếp 3bit: Q1 CK Q2 J CP K Q _ Q R Q3 J CP K Q _ Q R J CP K Q _ Q R 4.2 Hệ đếm bất kỳ: Gọi: N số trạng thái hệ đếm n số bit đếm Ta có: 2n−1 < N < 2n VD: thành lập hệ đếm 6_ đếm lên Ta có: 22 < < 23 => sử dụng 3FF Q1 Q2 J Q CP K QN R J Q CP K QN R Q3 J Q CP K QN R * Bảng trạng thái: Số Q3 Q2 Q1 0 0 0 1 0 1 1 Xoá bit nhớ 000 4.3 Ghép hệ đếm: Nếu có hai hệ đếm N & M, ta ghép nối tiếp thành hệ đếm có lượng N*M thạng thái * Nguyên tắc ghép: - Đặt xung clock vào đếm M - Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao đếm Mlàm xung clock cho đếm N VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm thành hệ đếm 60 MSB CK LSB A4 A3 A2 A1 CK Đếm 10 B3 B2 B1 Đếm Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH I Sơ đồ khối: Khối tạo xung Khối tạo xung dung ic7400 Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị Mạch đếm giây dùng IC74LS90 Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47 Hiển thị led đoạn Mạch đếm phút dùng IC74LS90 Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47 Hiển thị led đoạn Mạch đếm dùng IC74LS90 Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47 Hiển thị led đoạn 10 * Nhiệm vụ khối: Khối tạo xung: tạo xung vuông với tần số 1Hz Khối đếm: FF nhận xung dao động để xử lý đưa tín hiệu mã hố BCD Khối giải mã: giải mã BCD để đưa khối hiển thị Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã II khối tạo xung-IC 7400 (NAND) Cấu tạo IC7400: *Mạch clock: Xung có chu kì tỉ lệ với tích RC III Khối đếm: 3.1 IC 74LS90: 3.1.1 Hình dạng: 11 Bốn chân thiết lập: R1 (1), R1 (2), R9 (1), R9 (2) Khi đặt R1 (1) = R1 (2) = H ( mức cao) đếm xoá đầu mức thấp R9 (1), R9 (2) chân thiết lập trạng thái cao đầu ra: QA = QD = , QB = QC = NC chân bỏ trống IC 7490 gồm chia chia chia 5: - Bộ chia Input A điều khiển đầu QA - Bộ chia Input B điều khiển đầu QB , QC , QD Đầu vào A, B tích cực sườn âm Để tạo thành đếm 10 ta nối đầu QA vào chân B để tạo xung kích cho đếm QA , QB , QC , QD đầu 3.1.2 Sơ đồ logic bảng trạng thái: 12 Hình: Sơ đồ cổng logic IC7490 Hình: Bảng trạng thái IC 7490 13 Hình: Sơ dồ đầu QA , QB , QC , QD IV Khối giải mã: 4.1 IC 74LS47: 4.1.1 Đại cương: Mạch giải mạch có chức ngược lại với mạch mã hố Mục đích sử dụng phổ biến mạch giải mã làm sáng tỏ đèn để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác Ví dụ: giải mã đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân… IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp (tuỳ vào loại đèn led anod chung hay catod chung) để làm đèn cần thiết sáng nên số ký tự IC 74LS47 loại IC tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp đèn led đoạn loại anod chung 4.1.2 Hình dạng sơ đồ chân: 14 Chân 1: BCD B Input Chân 2: BCD C Input Chân 3: Lamp Test Chân 4: RB Output Chân 5: RB Input Chân 6: BCD D Input Chân 7: BCD A Input Chân 8: GND 4.1.3 Sơ đồ logic bảng trạng thái: Chân 9: 7-Segment e Output Chân 10: 7-Segment d Output Chân 11: 7-Segment c Output Chân 12: 7-Segment b Output Chân 13: 7-Segment f Output Chân 14: 7-Segment g Output Chân 15: 7-Segment a Output Chân 16: Vcc 15 Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47 * Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt, mức sáng, tương ứng với a, b, c, d, e, f, g led đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân (các số từ 10 đến 15 không dùng tới) Ngõ vào xố BI để khơng hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ Ngõ vào RBI để không hay nối lên mức dùng để xố số (số o thừa phía sau số thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào D, C, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xố dợn sóng RBO xuống mức thấp 16 Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng Kết mã số nhị phân bit vào có giá trị thập phân từ đến 15 đèn led hiển thị lên số hình bên Chú ý mã số nhị phân vào 1111= 1510 đèn led tắt V Khối hiển thị: Hiển thị dùng led đoạn loại anode chung đầu IC 7447 có mức tích cực mức ( mức thấp) Ở loại anode chung ( anode đèn nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode đoạn xuống mức thấp thơng qua điện trở để hạn dòng Chân 3, 8: Vcc_được nối lại với 17 VI Mạch đồng hồ số: 6.1 Sơ đồ nguyên lý: V+ V+ V+ V+ V+ V+ abcdefg abcdefg abcdefg abcdefg abcdefg abcdefg 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP1 Q1 CP2 Q2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 A3 A2 A1 A0 Q1 Q0 g f e d c b a test RBI RBO 74LS47 74LS90 MS1 MS2 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 Q1 Q0 A3 A2 A1 A0 g f e d c b a test RBI RBO 18 6.2 Nguyên lý hoạt động: Xung kích tạo từ mạch tạo xung xung đưa tới chân 14 IC 74LS90 Ngõ xung 7490 chân QA , QB , QC , QD đưa đến ngõ vào IC giải mã 74LS47 Đối với hai IC đếm giây (IC1 IC2): xung cấp cho IC1, IC1 đếm giá trị xung ( led hiển thị số 9), sau đếm hết giá trị xung cấp cho IC xung đếm Khi đó, IC1 đếm IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị 10 Sau IC1 tiếp tục đếm từ đến tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm IC2 đếm đến chuyển sang ta dùng IC 7408 để reset hai IC trở Lúc này, chân reset trạng thái với đầu cổng AND dùng để reset( mức 1), đầu nối với chân CP0 IC đếm phút, xung kích đếm lên đơn vị Đối với IC đếm phút (IC3 IC4): IC3 nhận xung lại đếm IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên mạch đếm giây đếm đến 59 mạch đếm phút nhận xung Khi IC đếm giây đếm phút đếm đến giá trị 59 tất IC reset 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 IC đếm xung Đối với IC đếm (IC5 IC6): Khi IC5 nhận xung bắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến cấp xung cho IC6 đếm, hai IC đếm đếm đến 23 thời điểm sang 24 lúc hai IC reset Vì số nhị phân tương ứng Q3Q2Q1Q0 = 0010, Q3Q2Q1Q0 = 0100 nên ngõ Q1 IC đếm ( đếm hàng chục) ngõ Q2 IC đếm (đếm hàng đơn vị) đưa vào IC7408 để thực reset Vậy ta có trạng thái 00:00:00 19 ... loại: SK- FF, D- FF, T- FF, JK- FF Theo trạng thái tác động xung clock: có loại: - FF tác đọng mức - FF tác động mức - FF tác động cạnh lên - FF tác động cạnh xuống - FF tác động chủ - tớ II... thái: Chân 9: 7-Segment e Output Chân 10: 7-Segment d Output Chân 11: 7-Segment c Output Chân 12: 7-Segment b Output Chân 13: 7-Segment f Output Chân 14: 7-Segment g Output Chân 15: 7-Segment a Output... quy luật định trước FF bao gồm: - Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck) - Hai ngõ liệu (data) Q Q - Có ngõ chức quy định hoạt động FF: S, R, D, J, K - Ngoài FF cịn có hai chân: Clr