Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số
Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số PHẦN 1: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ SỐ Mục đích, yêu cầu thiết kế: Mục đích: - Để nắm vững nguyên tắc thiết kế bộ đếm có sử dụng các Flip Flop đã tích hợp sẵn trong các vi mạch, nguyên lý tạo xung Clock sử dụng cổng NAND, phương pháp tối thiểu hóa các hàm Logic bằng bảng Kacno. - Để phân biệt bộ đếm đồng bộ và không đồng bộ, sự khác nhau giữa bộ đếm đồng bộ và không đồng bộ. - Để làm quen với các Vi mạch số được sử dụng phổ biến trong thực tế. Yêu cầu: Thiết kế bộ đếm nối tiếp Mod – 10 gồm 4 JK - FF và 1 cổng NAND (có 2 đầu vào). I. Phân tích yêu cầu thiết kế, xây dựng sơ đồ khối và chức năng từng khối: Bộ đếm nối tiếp là bộ đếm không đồng bộ. Bộ đếm với MOD = 10 nên ta sử dụng 4 Flip Flop. Với 4 Flip Flop ta có thể đếm được 2^4 = 16 trạng thái, mà mạch đếm chỉ có 10 trạng thái do đó còn 6 trạng thái thừa ta có thể tận dụng các trạng thái này để tối thiểu hóa các biến đầu vào. Mạch đếm không đồng bộ là mạch đếm mà xung Clock chỉ được đưa vào Flip Flop đầu tiên, còn các chân Clock của các Flip Flop sau được lấy từ đầu ra của các Flip Flop trước. Vậy yêu cầu của đề bài sẽ là thiết kế mạch đếm không đồng bộ MOD = 10 Sử dụng 4 Flip Flop JK và một cổng NAND. Mạch gồm 3 khối là khối tạo xung Clock, khối thực hiện đếm và khối hiển thị. Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 1 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số 1. Sơ đồ khối: Sơ đồ khối chức năng cho mạch đếm 2. Chức năng từng khối: *Khối nguồn DC 5V: các vi mạch số họ TTL (74LSxxx) thường dùng nguồn nuôi 1 chiều 5V, vì vậy ta cần có khối tạo nguồn nuôi DC 5V đưa đến tất cả các khối mạch khác còn lại. * Khối tạo xung nhịp với chức năng tạo ra xung nhịp chuẩn để kích cho bộ đếm hoạt động ở sườn âm. * Khối bộ đếm sử dụng 1 trigơ JK để tạo ra bộ đếm MOD 16 * Khối giải mã hiển thị LED 7 thanh với chức năng nhận các số đếm mã BCD từ khối bộ đếm chuyển sang để giải mã thành các tín hiệu điều khiển khối LED 7 thanh. * Khối hiển thị là LED 7 thanh để hiển thị chữ số. II. Xác định sự phối hợp giữa các khối và chọn linh kiện thực hiện các khối chức năng: 1. Thiết kế khối nguồn: Có thể thiết kế với 1 biến áp, 1 điốt cầu chỉnh lưu, 1 tụ lọc và 1 IC ổn áp 5V – 78LS05. Tuy nhiên trong bài thực tập này không yêu cầu thiết kế khối nguồn này mà được phép lấy luôn từ nguồn 5V, từ nguồn DC điều chỉnh có sẵn. Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 2 Khối tạo xung nhịp Khối nguồn DC 5V Khối bộ đếm Khối giải mã LED 7 thanh Khối hiển thị ~220V Xung Clock Mã 7 thanhMã BCD Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số 2. Thiết kế khối tạo xung nhịp: Có nhiều cách để tạo xung nhịp cho mạch số, nhưng với yêu cầu đặt ra thì chỉ cần tạo xung nhịp có tần số vài Hz với độ ổn định không cần cao nên ta sử dụng sơ đồ: Sơ đồ tạo xung nhịp đơn giản tần số 1Hz Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 3 Clock C1 100uF + U2B U1B R2 4.7k R1 4.7k Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số IC7400 Sơ đồ chân: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 4 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số 3) Thiết kế khối đồng bộ đếm không đồng bộ Mod – 10: Mạch bao gồm 4 trigơ JK và 1 cổng NAND 2 đầu vào mắc như hình vẽ trên. Nguyên lý hoạt động của mạch: J 1 = K 1 = J 2 = K 2 = J 3 = K 3 = J 4 = K 4 = 1 CLK kích cho trigơ 1 Q 1 kích cho trigơ 2 Q 2 kích cho trigơ 3 Q 3 kích cho trigơ 4 Giả sử trạng thái ban đầu của bộ đếm = 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0000 - Khi CLK 1 tích cực, Q 1 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 2 , Q 3 và Q 4 giữ nguyên giá trị 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0001 - Khi CLK 2 tích cực, Q 1 chuyển từ 1 về 0, sườn âm -> Q 2 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 3 giữ nguyên giá trị 0 -> Q 4 , giữ nguyên giá trị 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0010 - Khi CLK 3 tích cực, Q 1 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 2 = 1, Q 3 giữ nguyên giá trị 0, Q 4 giữ nguyên giá trị 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0011 - Khi CLK 4 tích cực, Q 1 chuyển từ 1 về 0, sườn âm -> Q 2 chuyển từ 1 về 0, sườn âm -> Q 3 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 4 giữ nguyên giá trị 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0100 - Khi CLK 5 tích cực, Q 1 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 2 = 0, Q 3 giữ nguyên giá trị 1, Q 4 giữ nguyên giá trị 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0101 Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 5 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số - Khi CLK 6 tích cực, Q 1 chuyển từ 1 về 0, sườn âm -> Q 2 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 3 giữ nguyên giá trị 1, Q 4 giữ nguyên giá trị 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0110 - Khi CLK 7 tích cực, Q 1 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 2 = 1, Q 3 giữ nguyên giá trị 1, Q 4 giữ nguyên giá trị 0: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0111 - Khi CLK 8 tích cực, Q 1 chuyển từ 1 về 0, sườn âm -> Q 2 chuyển từ 1 về 0, sườn âm -> Q 3 chuyển từ 1 về 0, sườn âm Q 4 chuyển từ 0 lên 1: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 1000 - Khi CLK 9 tích cực, Q 1 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 2 = 0, Q 3 giữ nguyên giá trị 0, Q 4 giữ nguyên giá trị 1: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 1001 - Khi CLK 10 tích cực, Q 1 chuyển từ 1 về 0, sườn âm -> Q 2 chuyển từ 0 lên 1, sườn dương -> Q 3 giữ nguyên giá trị 0, Q 4 giữ nguyên giá trị 1 khi đó đầu ra cổng NAND có mức logic 0 -> tích cực cổng xóa CLR vì cậy các trigơ xóa Q về 0. Do đó ở trạng thái này: Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 = 0000 Như vậy, với trọng số các bit là Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 thì đồ hình chuyển trạng thái của mạch là: S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 Bộ đếm trên có MOD = 10 Bảng trạng thái: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 6 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số t t’ FF - 4 FF - 3 FF - 2 FF - 1 Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 J4 K4 J3 K3 J2 K2 J1 K1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 0 X 1 X 0 0 0 1 0 0 1 0 0 X 0 X 1 X X 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 X 0 X X 0 1 X 0 0 1 1 0 1 0 0 0 X 1 X X 1 X 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 X X 0 0 X 1 X 0 1 0 1 0 1 1 0 0 X X 0 1 X X 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 X X 0 X 0 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 X X 1 X 1 X 1 1 0 0 0 1 0 0 1 X 0 0 X 0 X 1 X 1 0 0 1 0 0 0 0 X 1 0 X 0 X X 1 Thực hiện tối thiểu hóa bằng bảng KacNo: Từ bảng trạng thái ta thấy ngay được J1 = K1 = 1 Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 7 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Q2Q1 Q4Q3 00 01 11 10 00 0 1 1 X 01 0 X X X 11 X X X X 10 0 0 X X Q2Q1 Q4Q3 00 01 11 10 00 X X 1 0 01 X X 1 0 11 X X X X 10 X X X X J 2= Q’4.Q1 K2 = Q1 Q2Q1 Q4Q3 00 01 11 10 00 0 0 1 0 01 X X X X 11 X X X X 10 0 0 X X J3 = Q2.Q1 Q2Q1 Q4Q3 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 1 0 11 X X X X 10 X X X X J4 = Q3.Q2.Q1 K3 = Q2.Q1 K4 = Q1 Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin Q2Q1 Q4Q3 00 01 11 10 00 X X X X 01 0 0 1 0 11 X X X X 10 X X X X Q2Q1 Q4Q3 00 01 11 10 00 X X X X 01 X X 1 X 11 X X X X 10 0 1 X X 8 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Vậy ta có J1 = K1 = 1 J 2 = Q’4.Q1 K2 = Q1 J3 = Q2.Q1 K3 = Q2.Q1 J4 = Q3.Q2.Q1 K4 = Q1 Với JK kích sườn âm ta sử dụng IC 7476. Sơ đồ chân như sau: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 9 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Bảng chức năng: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 10 [...]... Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số 5) Khối hiển thị sử dụng đền LED 7 thanh: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 13 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Do đầu ra của IC 7447 tích cực ở mức thấp nên ta sử dụng LED 7 thanh chung Anot - Cấu tạo của đèn LED 7 thanh: Chân 3 và chân 8 thông nhau III Sơ đồ nguyên lý toàn mạch: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 14 Thiết kế mạch điện tử tương tự. . .Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số IC 7476 chứa 2 trigơ JK, vì vậy ta sử dụng 2 IC 7476 để thiết kế mạch đếm chia 5 4) Mạch giải mã: Sử dụng IC 7447: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 11 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Chức năng của IC 7447 là bộ giả mã và kích thích hiển thị A, B, C, D là các đầu vào, trong đó D có trọng số lớn nhất Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 12 Thiết. .. phóng điện của tụ C1 được đưa tới R2, sau khi tụ xả hết điện thì cực bazơ của T1 được phân cực nhờ điện trở R2 làm cho T2 dẫn bão hòa như trạng thái giả thiết ban đầu, hiện tượng này được lặp đi lặp lại tuần hoàn tự dao động Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 19 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Đặc tuyến truyền đạt: Ur Uramax Ungắt Uđóng Uv Uramin Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 20 Thiết kế. .. sơ cấp có số vòng dây là N1; cuộn thứ 2 là cuộn thứ cấp có số vòng dây là N2 Khối hạ áp có tác dụng biến đổi điện áp xoay chiều Hệ số biến đổi điện áp: U1/U2 = N1/N2 Sơ đồ biến áp xoay chiều: U1 N1 N2 1.2 Khối chỉnh lưu: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 16 U2 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Khối này chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều Khối chỉnh lưu cả chu kỳ điện áp,... đồ mạch lọc: + Sơ đồ dạng tín hiệu sau khi qua bộ lọc: U Dạng điện áp sau chỉnh lưu 0 Dạng điện áp sau khi qua bộ lọc 0 1.4 Khối tạo dao động: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 18 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Mạch này có chức năng tạo ra chuỗi xung vuông một cực tính Sơ đồ mạch: Uvào Rc1 R1 C2 Ura R31 R21 C1 + T1 Ura T2 1 0 0 Hoạt động của mạch dao động tạo xung vuông: Khi cấp nguồn điện. .. 9V Tần số xung thay đổi trong phạm vi từ 100Hz đến 1KHz Điện áp cung cấp từ mạng là 220V/50Hz Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 15 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số II Thiết kế mạch tạo xung vuông một cực tính: 1 Sơ đồ khối: Hạ áp Chỉnh lưu Lọc phẳng Dao động 220V Sơ đồ kối tạo xung vuông 1.1 Khối hạ áp: Có cấu tạo là 2 cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên các lá thép mỏng cách điện: cuộn... cả chu kỳ điện áp, tạo thành điện áp một chiều Sơ đồ mạch chỉnh lưu: Sơ đồ dạng tín hiệu sau chỉnh lưu: Uac Udc 1.3 Khối lọc phẳng: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 17 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Chức năng là lọc các thành phần xoay chiêu còn tồn tại trong mạch sau khi đi qua bộ chỉnh lưu cầu và các thành phần cao tần Các phần tử được dùng là các tụ có điện dung lớn, thường chọn tụ... kế mạch điện tử tương tự - điện tử số IV Dạng tín hiệu đã quan sát: Dạng sóng ra của bộ đếm MOD – 10 như hình dưới đây: PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Nhiệm vụ thiết kế MẠCH TẠO XUNG VUÔNG MỘT CỰC TÍNH Mục đích và yêu cầu: Mục đích: Tạo ra dãy xung vuông một cực tính Yêu cầu: Điện áp vào 220V/50Hz Tần số 100Hz < f < KHz Biên độ xung ra là 9V I Phân tích yêu cầu thiết kế: Tín hiệu xung là tín... với các thông số đặc trưng: Um: Biên độ của xung tx: Độ rộng của xung T: Chu kỳ của xung (f = 1/T: tần số của xung) Trong kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung đóng vai trò quan trọng và có ứng dụng khá rộng rãi Các mạch tạo xung được ứng dụng trong các mạch điều khiển, đặc biệt là mạch điều khiển báo động, mạch định thời, mạch dò Trong thực tế đa số các mạch tạo xung đều tích hợp trong IC Mạch tạo xung... nghệ điện tử - Thông tin 19 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Đặc tuyến truyền đạt: Ur Uramax Ungắt Uđóng Uv Uramin Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 20 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 21 . nghệ điện tử - Thông tin 9 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số Bảng chức năng: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 10 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số IC 7476 chứa 2 trigơ JK,. Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số PHẦN 1: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ SỐ Mục đích, yêu cầu thiết kế: Mục đích: - Để nắm vững nguyên tắc thiết kế bộ đếm có sử dụng các. trọng số lớn nhất Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 12 Thiết kế mạch điện tử tương tự - điện tử số 5) Khối hiển thị sử dụng đền LED 7 thanh: Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin 13 Thiết kế mạch điện