ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN --------------

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM TỪ 00-99 SỬ DỤNG IC SỐ

Giáo viên: Nguyễn Văn Thắng Nhóm thực hành: Nguyễn Thị Thoa Lê Thị Thu Dương Thị Thuyến Nguyễn Văn Hiếu

Thái Nguyên, năm 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần nào giảm bớt được giá thành sản phẩm bằng các linh kiện rời. Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế các bộ phận thiết thực hằng ngày giúp chúng ta hiểu được môn kỹ thuật số làm gì và được ứng dụng vào đâu.Mạch đếm sản phẩm cũng được ứng dụng và phục vụ rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta. Sau đây nhóm chúng em xin thiết kế một mạch đếm sản phẩm từ 00-99 dùng IC 74LS90 là một IC rất thông dụng trong kỹ thuật số.Trong đề tài còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự góp ý của thầy giáo và các bạn để được hoàn thiện hơn.!.

Nhóm thực hiện!

Thái Nguyên, tháng 11, năm 2010.

I_CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

1- Tóm tắt.Nói đến bài toán đếm cúng 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 và được giải mã nhờ IC giải mã sau đó mã hóa và hiển thị ra LED 7 thanh.Mạch đếm sản phẩm từ 00-99 gồm 4 khối chính :

- Khối tạo dao động (sử dụng quang trở)- Khối đếm mã BCD. (sử dụng IC74LS90).- Khối giải mã BCD (sử dụng IC74LS247).- Khối hiển thị kết quả.(sử dụng LED 7 đoạn).

2- Các linh kiện sử dụng trong mạch

- IC 74LS90: là IC đếm tiến.- IC74LS47: Dùng để giải mã ra số BCD.- LM 324.- Quang trở.- LED phát quang.- LED 7 thanh.- Một vài điện trở... - L7805.- Diode 1 con.

II-Chức năng của từng khối1 – Khối dao động.

1.1_Nguyên lý hoạt động của khối tạo dao động.- Khối tạo dao động ở đây chúng tôi sử dụng mạch cảm biến. Sử dụng công dụng của con quang trở là có khả năng là khi chiếu ánh sáng vào nó nó sẽ có điện trở rất thấp vì vậy người ta hay sử dụng để làm ra các mạch phát hiện sáng tối. Con LM324 là con khuếch đại thuật toán, nó có tác dụng là dùng để so sánh điện áp giữa hai chân đầu vào để đưa ra giá trị ở chân ra là mức “0” hay “1”. Nối chân ra của con LM324 vào chân 14 (CLKA) của IC74LS90 để kích xung cho IC74LS90 đếm.

Sơ đồ nguyên lý của phần tạo xung dao động1.2_Tác dụng của từng linh kiện trong khối tạo dao động.1.2.1_LM324.

Là một bộ gồm 4 mạch khuếch đại thuật toán (operational amplifier, op amp, opamp) độc lập giống hệt nhau được đặt trong cùng một vỏ bọc.a- hình dạng:

b. sơ đồ chân

- Chân 4: Là chân Vcc+- Chân 11: Là chân Vcc-- Chân 1,7,8,14: Là các chân đầu ra.- Chân 2,3,5,6,10,9,12,13 : Là các chân đầu vào.

c. công dụng.Op-amp sử dụng cho các thao tác tính toán analog. Gọi là mạch khuếch đại thuật toán, vì với sự thay đổi của các linh kiện bên ngoài, nên được sử dụng nhiều trong các bài toán khác nhau như so sánh,khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu, cộng, trừ….

1.2.2_ Quang trở

-Quang trở là điện trở mà hoạt động của nó dựa trên hiệu ứng quang dẫn. Thông thường điện trở của quang trở khoảng 1000000ohms.Khi chiếu ánh sáng vào, điện trở này giảm xuống rất thấp. Người ta ứng dụng đặc tính này của quang trở để làm ra các mạch phát hiện sáng tối.- Cấu tạo: Quang trở được làm từ chất bán dẫn nhạy quang (Cadmium Sulfide-CdS, Cadmium Selenide- CdSe) phủ lên một tấm nhựa cách điện. Có hai điện cực và gắn vào lớp chất bán dẫn đó.-Nguyên lý làm việc của quang trở là :Khi có bức xạ chiếu vào, chất bán dẫn hấp thụ năng lượng làm phát sinh các điện tử tự do và lỗ trống, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn các đặc tính điện và độ nhạy của quang trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo. 1.2.3_ Điện trởHình ảnh:

Bảng màu của điện trở.

Chú ý :Trong phần cảm biến sử dụng 2 con trở có giá trị là 4,7K.

2_ Khối đếm BCD2.1-_IC đếm BCD 7490.Cứ mỗi 1 xung vào thì nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa ra 4 chân. Khi đếm đến 10 thì nó tự động reset và quay trở về ban đầu.2.2_ Hình dạng:

*Sơ đồ chân của IC74LS90.-Bốn chân thiết lập: R0(1), R0(2), R9(1), R9(2).Khi đặt R0(1)= R0(2)=H (ở mức cao) thì bộ đếm được xóa về 0 và các đầu ra ở mức thấp.-R9(1) , R9(2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra : QA=QD=1, QB=QC=0.-NC chân bỏ trống.

-IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:+ Bộ chia 2 do input A điều khiển đầu ra QA.+ Bộ chia 5 do input B điều khiển đầu ra QB, QC , QD.

-Đầu vào A tích cực ở sườn âm.- Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra QA vào chân B để tạo xung kích cho bộ đếm 5.-QA, QB, QC, QD là các đầu ra.4.1.3- Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

Theo như hình trên ta thấy dạng sóng ở các ngõ ra của hai mạch cùng đếm 10 nhưng khác nhau:

-Kiểu đếm 2*5 cho tín hiệu ra ở QD không đới xứng-Kiểu đếm 5*2 cho tín hiệu ra ở QA đối xứng.

3_ Khối giải mã

3.1_ IC 74LS47- Mạch giải mã được sủ dụng phổ biến nhất là dùng để hiển thị kết quả ở dạng chữ số. Do có nhiều loại đèn hiển thị và nhiều loại mã số khác nhau lên có nhiều mạch giải mã khác nhau.

Ví dụ: giải mã 3 đường ra 8 đường, giải mã BCD ra thập phân...IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn. Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tùy vào loại đèn led là anod chung hoặc catot chung) để làm các đèn sáng lên các số hoặc ký tự. IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp vào các đèn led 7 đoạn loại anod chung.a_hình dạng và kích thước chân ngoài thực tế:

*Sơ đồ chân của IC74LS47.Đây là IC giải mã từ BCD sang LED 7 đọa n với 4 chân đầu vào và 7 chân đầu ra với chức năng của các chân như sau:

- Chân 1,2,6,7: Chân dữ liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ IC đếm.

-Chân :9,10, 11,12,13,14,15: Các chân ra tác động ở mức thấp 0 và được nối với LED 7 thanh

-Chân 8 :là chân nối đất GND.-Chân 16: Chân nối nguồn 5V.-Chân 4: Chân này được nối lên Vcc.-Chân 5: Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao

khi không được dùng để xóa số 0 (số 0 trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân).

-Chân 3: Chân này cũng được nối lên nguồn Vcc.

b_Sơ đồ logic của 74LS47.

c_Bảng trạng thái của IC74LS47.

*Nguyên lý hoạt động: Nhìn bảng chân lý trên ta thấy với 4 đầu vào sau khi giải mã nó cho ra 15 giá trị của LED 7 đoạn và hiển thị lên được LED 7 đoạn.Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng chân lý, trong đó đối với các ngõ ra H là tắt và L là sáng . Nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a,b,c,d,e,f,g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 la L hay H nên nó phải dùng LED anod chung.Ngõ vào xóa RBI được để 0 hay nối lên mức 1 dùng để xóa số 0 (số 0 thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa). Khi RBI vá các ngõ vào

A,B,C,D ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ơ mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xóa dợn sóng RBO xuống mức thấp.Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0-15 đèn led hiển thị các số như ở hình bên dưới

Chú ý: Khi mã số nhị phân vào là 1111=(15)10 thì led tắt.

4_ Khối hiển thị.4.1-LED 7 đoạn. Led 7 đoạn được dùng rất phổ biến khi cần hiển thị số tự nhiên hoặc vài chữ cái nhất định. Led 7 đoạn có thể có kích thước nhỏ khác nhau như hình sau:

Led 7 đoạn bao gồm nhiều led tích hợp bên trong, các led được nối chung nhau một chân. Trong thực tế có hai loại led 7 đoạn là led 7 đoạn anod chung và led 7 đoạn katot chung. Trong bài này ta sử dụng led 7 đoạn anod chung.

Đối với dạng Led anode chung, chân COM phải có mức logic 1 và muốn sáng Led thì tương ứng các chân s-f,dp sẽ ở mức logic 0.

Bảng mã cho Led anode chung (a là MSB, dp là LSB):

Vì đây là LED anode chung lên khi các thanh tương ứng ở mức “1” sẽ sáng và hiển thị theo số nhị phân.

III_Sơ đồ nguyên lý hoạt động.1_Sơ đồ nguyên lý.

2_Sơ đồ mạch in

3_Nguyên lý hoạt động.- Phần tạo dao động: Khi có một sản phẩm được đưa qua nó sẽ che con led phát quang và làm cho quang trở thay đổi giá trị. Điện áp thay đổi được con LM324 so sánh nếu chân dòng điện ở chân vào dương của LM324 lớn hơn dòng điện ở chân vào âm thì nó sẽ cho ra mức 1 và khi đó nó sẽ kích xung cho con IC74LS90 bắt đầu đếm.- Phần đếm: Sau khi IC74LS90 nhận được xung từ LM324 nó bắt đầu đếm. Và kết quả đếm được đưa qua con giải mã BCD để hiển thị lên LED7 thanh.Khi có 10 xung vào đầu tiên nó sẽ đếm từ 0->9. Đến xung thứ 10 nó lại quay về 0 và khi đó chân 11 sẽ được bật lên mức cao đồng thời kích 1 xung cho con 7490 thứ 2. Và con IC74LS90 thứ 2 bắt đầu đếm giá trị hiển thị lên IC2 là giá trị của hàng chục. Và cứ như vậy nó sẽ đếm cho đến 99 và lại quay về 00.- Phần giải mã: IC74LS47 dùng để giải mã nhị phân khi IC74LS90 đếm và kết quả hiển thị lên LED 7 thanh.- Phần hiển thị : Hiển thị kết quả đếm được ở dạng thập phânIV_ Sản phẩm hoàn thành.

V_Kết luận.Với bài thiết kế mạch đếm sản phẩm từ 00-99 cho chúng ta hiểu thêm về môn học Kỹ thuật số nói chung cũng như môn học thiết kế mạch số và analog. Ngoài ra còn giuos chúng ta hiểu thêm về công dụng của từng con IC được sử dụng như thế nào.Từ những ý tưởng của bài viết này, chúng ta có thể tìm hiểu và phát triển thêm nhiều ứng dụng như mạch đếm lùi từ 99-00, hoặc thiết kế đồng hồ điện tử,…Trong quá trình tìm hiểu kết quả vẫn chưa được hoàn thiện và vẫn cần bổ xung thêm. Nhóm chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến và hướng dẫn của thầy giáo và các bạn để có thể hoàn thiện tốt hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………