ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN:MÔN THIẾT KẾ MẠCH LOGIC VÀ ANALOGCác thành viên trong nhóm :

1) Nguyễn Khắc Bính2) Nguyễn Kim Trọng3) Nguyễn Văn Thêm4) Đặng Văn MinhĐỀ TÀI: BỘ ĐẾM 2 SỐ 4 BIT CÓ ĐẶT TRƯỚC

SỐ ĐẾM

Giáo viên hướng dẫn : Trần Thị Xuân

Thái nguyên 11-2011

1

MỤC LỤC

I. I. PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI………………………………………………....4

II. PHÂN TÍCH THIÊT KẾ………………………………………………...4

1.Các linh kiện sử dụng trong mạch………………………………………4

a)Mạch tạo xung sử dụng IC NE555………………………………........4

b)IC đếm mã nhị phân 4 bít (74LS193)…...……………………….........7 c)IC so sánh 74LS85...........................................................................11

d) Led đơn, tụ, điện trở……………………………………………..…..13

2. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động……………………………...17

3. Sơ đồ mạch in và sản phẩm hoàn thành……………………………….18

III. KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN………………………………..18

IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………...

………….19

2

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay,với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật,việc ứng dụng

các linh kiện bán dẫn đã phần nào làm giảm bớt được giá thành sản phẩm

bằng các linh kiện rời.

Ứng dụng của môn học Thiết kế mạch logic và analog là nhằm giúp

chúng ta vận dụng tất cả các kiến thức đã học của môn kỹ thuật số để thiết

kế các mạch điện có ứng dụng cao trong thực tiễn.Để tạo ra các mạch

điện đó chúng ta sẽ dùng các IC số ,các trigơ … chúng sẽ giúp chúng ta

hoàn thành các mạch điện đó khá là đơn giản và nhanh chóng.

Trên cơ sở những kiến thức đã học nhóm chúng em thực hiện đề tài:

“Thiết kế mạch đếm nhị phân 4 bít có đặt trước số đếm”.

Nhóm sinh viên thực hiện

3

I.PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI

Nói đến bài toán đếm chúng ta nghĩ ngay đến việc là đếm xung các IC số sẽ đếm sườn lên hay sườn xuống của xung đầu vào cần đếm. (Đếm ở đây là đếm xung vuông) mỗi giá trị sườn lên hay sườn xuống của xung được đưa vào IC đếm nhờ IC đếm nhị phân 4 bit 74LS193 và hiển thị lên LED đơn đồng thời sẽ được IC74LS85 so sánh rồi gửi tín hiệu điều khiển về IC74LS193. Mạch đếm nhị phân 4 bít có đặt trước số đếm gồm 3 khối chính:

- Khối tạo xung đếm.- Khối đếm mã nhị phân và so sánh.

- Phần hiển thị.

II.PHÂN TÍCH THIẾT KẾ

1.Các linh kiện sử dụng trong mạch- IC tạo xung IC NE555.- IC đếm xung 74LS193.- IC so sánh 74LS85- LED đơn.- Điện trở và tụ điện.

a.Mạch tạo xung sử dụng IC555. *IC555 -Hình dạng thực tế và sơ đồ chân:

4

+ Chân 1(GND): nối GND. + Chân 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.

+ Chân 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. + Chân 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối mass thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC. + Chân 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND.

+ Chân 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.+ Chân 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra.

+ Chân 8 (Vcc): Cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Nó được cấp điện áp từ 2V -->18V .

-Cấu tạo:

Cấu tạo NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắ nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 Vcc nối vào chân dương của OP-amp 1 và điện áp 2/3 Vcc nối vào chân của OP-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 Vcc, chân S=[1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 Vcc, chân R của FF=[1] và FF được reset.

5

*Mạch tạo xung:

Sử dụng IC555.Loại IC này có tác dụng tạo ra xung vuông có thể điều chỉnh được tần số đầu ra một cách đơn giản. Sơ đồ ghép nối rất đơn giản như sau :

Tần số đầu ra : F = 1/(Ln2.C.(R1 + 2R2)) ( Hz).

6

b.IC đếm mã nhị phân 4 bít (IC 74LS193)

-Hình ảnh thực tế

-Hình dạng sơ đồ chân:

7

Bảng trạng thái

-Chức năng của từng chân

+ CPD(chân số 4): Chân đếm lùi xung đầu vào.

+CPU(chân số 5): Chân đếm tiến xung đầu vào.

+MR(chân số 14) :Chân đồng bộ lối vào.

+PL(Chân số 11):Song song không đồng bộ tải lối vào.

+P0 đến P3 (Chân 1,9,10,15): Chân đầu vào dữ liệu.

+VCC(Chân 16):Chân cấp nguồn 5V.

+GND(Chân 8): Chân nối Mass.

+Q0 đến Q3(Chân 2,3,6,7): Các chân đầu ra của bộ đếm.

+ TCU và TCD(chân 12,13):là hai ngõ ra dùng để kết lối liên tầng giữa 2

IC74LS193.

8

-Sơ đồ cấu hình chân logic:

-Hoạt.động:Khối mạch thực hiện: SYNCHRONOUS COUNTER

Vi mạch TTL 74LS193 là bộ đếm đồng bộ thuận/nghịch 4 bít, với các ngõ vào dữ liệu cho phép nhập giá trị bắt đầu của bộ đếm (nội dung đếm).

9

+ CLEAR: ngõ vào xóa bộ đếm về 0000.+ LOAD: ngõ vào cho phép nhập dữ liệu vào bộ đếm.+ A, B, C, D: các ngõ vào dữ liệu.+ COUNT UP: ngõ vào nhận xung cho phép đếm lên, kích khởi sườn lên.

+ COUNT DOWN: ngõ vào nhận xung cho phép đếm xuống, kích khởi sườn lên.

+ QA, QB, QC, QD : các ngõ ra bộ đếm.

+ CARRY và BORROW : các ngõ ra này cho phép người thiết kế có thể ghép nối tầng nhiều vi mạch 74LS193 với nhau để thực hiện các mạch đếm với số lượng lớn hơn. Chẳng hạn: 1 vi mạch 74LS193 có thể thực hiện bộ đếm 4 bít tương ứng 16 (= 24) trạng thái phân biệt, ghép nối tầng 2 vi mạch đếm 4 bít 74LS193 bằng cách sử dụng các ngõ ra CARRY hoặc BORROW có thể thực hiện mạch đếm 8 bít với số lượng trạng thái đếm là 16x16 = 256 (= 28 thái) trạng phân biệt, tất nhiên có thể thực hiện hoặc đếm lên hoặc đếm xuống (CARRY cho đếm lên và BORROW cho đếm xuống).

- Hoạt động đếm lên:+ Cấp nguồn cho mạch.+ Xóa bộ đếm về không.+ Dùng máy phát sóng cấp tín hiệu xung vuông có tần số 1 Hz vào ngõ vào UP của bộ đếm và quan sát hoạt động đếm lên của vi mạch (nội dung bộ đếm thay đổi từ 0000 1111). Quan sát trạng thái của các ngõ ra CARRY và BORROW.

10

+ Khi đến lên từ 0000 đến 1111 thì ngỏ ra CARRY nháy đèn báo hiệu đếm xong+ Khi đến xuống từ 1111 đến 0000 thì ngõ ra BORROW nháy đèn báo hiệu đếm xong+ Tăng tần số ngõ vào xung đếm của máy phát sóng thì sẻ tăng tốc độ đếm.

- Hoạt động đếm xuống:Khảo sát hoạt động đếm xuống hoàn toàn tương tự như phần a bằng cách

cấp nguồn xung clock tần số 1 Hz từ máy phát sóng vào ngõ vào DOWN của vi mạch. *Với ngõ vào UP để trống.

- Nhập dữ liệu vào bộ đếm:Sử dụng ngõ vào LOAD và các công tắc A, B, C, D ở khối INPUT SIGNALS

để nhập dữ liệu ban đầu cho bộ đếm (nội dung ban đầu của bộ đếm). + Đưa ngõ vào LOAD xuống mức 0 và sử dụng các công tắc A, B, C, D để nhập dữ liệu ban đầu 0011 cho bộ đếm (D=0, C=0, B=1, A=1). Trạng thái các ngõ ra của bộ đếm QD, QC, QB, QA lúc này bằng 0011

+ Vẫn giữ ngõ vào LOAD ở mức ‘0’, cấp xung clock tần số 1 Hz vào ngõ vào UP, nội dung bộ đếm không thay đổi theo xung clock

+ Đưa ngõ vào LOAD lên mức ‘1’ để chuyển sang hoạt động đếm. Lúc này mạch sẽ thực hiện đếm lên bắt đầu từ giá trị 0011 (3 thập phân).+ Trong khi đang đếm nếu CLEAR thì dừng đếm hoặc LOAD thì cũng dừng đếm

c.IC so sánh 74LS85. -Hình ảnh thực tế

11

-Chức năng các chânChân 10,12,13,15 là 4 bít vào của số thứ nhấtChân 9,11,14,1 là 4 bít vào số thứ 2Chân 2,3,4 dùng để ghép tầng nếu so sánh nhiều hơn 4 bítChân 5,6,7 ngõ raChân 8 là chân nối massChân 16 là chân nguồn -Cơ sở lý thuyết*Nguyên tắc so sánh 2 số 4 bit Xét 2 số nhị phân 4 bit: A=a3a2a1a0; B=b3b2b1b0

-Bước 1: So sánh a3 & b3: Nếu: +) a3<b3 :thì A<B +) b3<a3: thì A>B +) a3=b3: thì chuyển sang bước 2.-Bước 2: So sánh a2 & b2: Nếu: +) a2<b2: thì A<B +) b2<a2: thì A>B +) b2=a2: thì chuyển sang bước 3.-Bước 3: So sánh a1 & b1: Nếu: +) a1<b1: thì A<B +) b1<a1: thì A>B +) a1=b1: thì chuyển sang bước 4.-Bước 4: So sánh a0 & b0: Nếu: +) a0<b0: thì A<B +) b0<a0: thì A>B +) a0=b0: thì A=B

12

-Bảng chân lý của IC74LS85

Nhìn vào bảng sự thật ta thấy được hoạt động của mạch ở 8 trường hợp đầu mạch so sánh bình thường,lần lượt so sánh mức cao trước.Khi tất cả các bít của 2 ngõ vào đều bằng nhau thì phải xét đến logic của các ngõ vào nối chồng(khi so sánh nhiều hơn 4 bít).Logic ở các ngõ vào này là của ngõ ra tầng so sánh các bít thấp ,trường hợp ngõ vào nối chồng nào lên cao thì ngõ ra tương ứng cũng lên cao.Trường hợp các bít trước không so sánh được thì các ngõ ra sau cùng đều thấp.Trường hơp không có tín hiệu ngõ vào nối chồng thì tức là dữ liệu ngõ vào A và B khác nhau nên ngõ ra A < B và A> B đểu ở mức cao. Vậy để mạch so sánh đúng 4 bit thì nên nối ngõ nối chống A = B ở mức caoHình sau đây cho cách hiểu dễ hơn với các ngõ vào nối chồng khi ghép 2 IC 74LS85.

d.Led đơn,tụ điện, điện trở

- Led đơn:

Led (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.

13

Hình ảnh minh họa

    

+ LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, biển quảng cáo, đèn trang trí, đèn giao thông.

Trong mạch này Led được sử dụng để hiển thị các số nhị phân (0 và 1). Led sáng là số 1, led tắt là số 0.

-Tụđiện:

Tụ điện là một linh kiện quan trọng trong số 5 linh kiện của thiết bị điện tử, tụ điện không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều, hiểu cấu tạo và hoạt động cũng như ứng dụng của tụ điện là điều rất cần thiết.

Tụ điện là một linh kiện được cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song, có tính chất cách điện một chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp

14

Tụ điện có cấu tạo cơ bản là hai bản cự kim loại đặt song song, tuỳ theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng .VD : Lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, là gốm cho ta tụ gốmhoặc là lớp hoá chất thì cho ta tụ hoá

Hình ảnh minh họa

Kí hiệu

Các tụ trong mạch có nhiệm vụ phóng nạp, và lọc nhiễu cho khối tạo xung NE555.

- Điện trở:

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau.

15

Hình ảnh minh họa

Kí hiệu

16

2. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động *Sơ đồ nguyên lý:

*Sơ đồ mạch in

17

*Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn điện một chiều 5V cho mạch, tất cả các linh kiện trong mạch bắt đầu hoạt động. IC 555 sẽ tạo ra xung đếm liên tục cấp vào 2 chân COUNT UP(chân 5). Xung cấp vào chân COUNT UP của IC74ls193 thì nó sẽ thực hiện quá trình đếm tiến nhị phân (đếm số lượng xung vào nó) rồi hiển thị ra led đồng thời các bít này được đưa đến các chân A0,A1,A2,A3 của IC 74ls85 và được so sánh với 4 bít ta đặt trước theo yêu cầu từ các công tắc 1,2,3,4 nếu 4 bít này nhỏ hơn 4 bít ta đặt trước thì IC sẽ tiếp tục đếm đến khi nào 4 bít này bằng với 4 bít ta đặt trước thì IC74ls193 sẽ dừng lại và reset. Đếm nhanh hay đếm chậm ta có thể điều chỉnh được tần số đếm trên IC 555 bằng biến trở R.

3.Sơ đồ mạch in và sản phẩm hoàn thành*Sơ đồ mạch :

18

*Sản phẩm hoàn thành:

19

III. KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Sau khi hoàn thành đề tài ” thiết kế mạch đếm 4 bít có đặt trước số đếm ”

chúng em hiểu thêm về ứng dụng của IC số cảm thấy hứng thú với môn học

hơn.Trên cơ sở đề tài này chúng ta thấy được thêm ứng dụng của các loại ic để

nghiên cứu và thiết kế nhiều mạch đếm khác…

IV.TÀI LIỆU THAM KHẢO

20

Trong quá trình thực hiện đề tai nhóm chúng em được sự giúo đỡ nhiều của cô giáo Trần Thị Xuân chúng em xin chân thành cảm ơn cô.ngoài ra một số tai liệu quan trong được tham khao từ

1.http://www.datasheet.com

2. http://www.dientuvietnam.net

3. http://www.google.com.vn 4. http://tailieu.vn/ 5. Bài giảng thiết kế mạch logic mạch số(NXB-KHKT)

21