KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
^ffl^

V

O CÁO ĐỒ ÁN
CDIO
TÊN ĐỀ

I: MẠCH ĐẾM THUẬN
NGHỊCH
0-9-0

Sinh viên thực hiện: NGÔ PHI TIỆP
Giảng viên hướng dẫn: VÕ HOÀNG
ANH

1


MỤC LỤC

2


Phần 1: MỞ ĐẦU
1.1Lý do chọn đề tài
-

Khi học môn kỹ thuật số chúng ta thấy các con IC số giúp chúng ta thiết kế
mạch khá là đơn giản và nhanh chóng. IC đếm, IC giải mã, IC mã hóa, IC

logic...
Các IC này giúp chúng ta tạo được mạch điện tử theo mục đích của chúng ta.
Khi
học xong mơn kỹ thuật số thì chúng ta ứng dụng những con IC này vào các
bài

toán

đơn giản để chúng ta hiểu được IC số là thế nào. Để hiểu hơn IC số nhóm
chúng
em xin trình bày về mạch đếm thuận nghịch 0-9-0. Với việc khơng sử dụng vi
điều
khiển chúng ta có thể tạo được một mạch đếm tiện lợi và hoạt động tốt, mạch
thiết
kế tối ưu đơn giản để mọi bạn yêu thích kỹ thuật đều có thể làm được, khi
thiết

kế

xong thì đảm bảo tính ổn định chạy bền bỉ và lâu dài.
-

Mạch đếm thuận nghịch chúng ta hiểu một cách rất đơn giản, ban đầu nó là
một mạch đếm, đếm nghĩa là sao? Đơn giản là nó biết đếm như chúng ta, ví
dụ

đếm

từ 1 đến 10, hay như một cái đồng hồ đếm giây khi chúng ta chạy hay tập nín
thở

chẳng hạn. Thế còn “thuận nghịch” đơn giản chỉ là khả năng của nó, tức là nó
có

thể

đếm xi hoặc ngược ví dụ đếm từ 0 đến 9 hoặc đếm từ 9 về 0.
-

Mạch đếm thuận nghịch ứng dụng rất tốt trong thực tế, đơn giản nhất như là
việc làm một đồng hồ bấm giờ. Ngồi ra khả năng ứng dụng cịn tuỳ thuộc sự
sáng
tạo và khả năng thiết kế cũng như ý tưởng độc đáo của từng sinh viên.


1.2Mục tiêu thiết kế
-

Sử dụng những linh kiện và IC đơn giản, dễ tìm kiếm và thịnh hành trên thị
trường cũng những tiện cho việc nghiên cứu phân tích mạch.

1.3Đối tượng nghiên cứu
-

Mạch đếm từ 0 đến 9 và từ 9 về 0.

-

Các linh kiện điện tử.

1.4Phương pháp nghiên cứu

-

Tìm hiểu kiến thức đề tài mang lại.

-

Tìm hiểu về linh kiện.

-

Thiết kế và thi công mạch.

-

Kết quả của mạch.


Phần 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1Các linh kiện sử dụng trong mạch
-

IC NE 555. Dùng đẻ tạo dao động.

-

Điện trở 10k, 100 Q.

-

Tụ điện (0. 1 u. tụ thường), (100u. phân cực ).


-

LED, Vônkế (ko nhất thiết, sử dụng một cái dạng đồng hồ nhỏ chuyên dùng
để đo vonkế).

-

Biến trở 10k.

-

Button, SEG 7 Vạch.

-

Ic 4510:4511.

-

Switch (Chuyển mạch 2 cổng, SW).

2.2Cấu tạo và chức năng của các linh kiện
2.2.1

Khối tạo xung ICNE 555

Hình 2.1: IC555
- IC 555 là một Ic tạo xung rất đa năng. Tạo xung vuông rất đơn giản.
+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi

là chân chung.
+ Chân số 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. Mạch so sánh ở đây dùng
các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.


+ Chân số 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. 1 ở đây là mức cao nó
tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V
nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0. 35 ->0.
75V).
+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối
masse thì ngõ ra ở mức thấp. Cịn 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 số 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 này có thể khơng nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường
nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0. 01uF đến 0. 1uF các tụ này lọc
nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
+ Chân số 6(THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện
áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
+ Chân số 7(DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và
chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này
đóng lại. ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555
dùng như 1 tầng dao động.
+ Chân số 8 (Vcc): Khơng cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dịng
cho IC hoạt động. Khơng có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V
-->18V (Tùy từng loại 555, thấp nhất là con NE7555).
• Tần số được tính như sau:

f = 1/(ln2. C. (R1 + 2R2))
C2 là tụ nối với chân số 5.
R2 là chân giữa chân 7 và chân
R1 là biến trở.
- Vậy đến đây chúng ta hiểu là tại chân số 3 của NE 555 là tạo ra một xung
dạng vuông.


- Đèn Led đấu song song với chân số 3 của 555 nó sẽ nhấp nháy lên dùng để
báo hiệu.
- Vôn kế dùng để đo giá trị điến áp tại đầu ra của 555. (có thể khơng cần
hoặc chỉ cần như một thao tác tức thời ).

2.2.2

Khối giải mã IC 4511

Hình 2.2: IC4511
-

Đây là một IC giải mã, nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logic (dạng
0, 1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch. về cấu tạo nó là một tập hợp
các
mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and, or,.. việc thiết kế
một
mạch như vậy không hẳn là quá khó, chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp lả chúng ta
hồn tồn có thể làm được, nhưng điều đó khiến chúng ta mất thời gian, khơng
đảm
bảo chất lượng sử dụng, =>dùng IC tích hợp cho tiện.


-

Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau:

-

Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathode chung có nghĩa là tất cả
cathode của led nốí chung với nhau và nối với đất, như vậy dữ liệu đẩy vào led
sẽ
tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sáng.

-

4511 Có 16 chân.

-

Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5v ), chân số 8 nối với đất.


-

Chân 1, 2, 7, 6 là chân đưa dữ liệu đầu vào, chúng ta có thể chọn dữ liệu
loại này là dữ liệu logic tức là dạng 1, 0, 1, 0...


- 7 chân đầu ra là chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15. sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7
vạch.
- Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ, chần này = 0 thì IC hoạt
động bình thường, cịn = 1 thì dữ ngun trạng thái ở các đầu ra, và dữ cho đến

khi
nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động. (nếu hiểu
sâu
sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân phiên nhau
được
nhớ trong tế bào 4 bít, vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả sự gọi là đóng cửa thì
IC
hoạt động bình thường khơng vấn đề gì, nhưng khi nó = 1 tức là mở cửa thì dữ
liệu
trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên giữ tại đầu ra một mức dữ
liệu cố định ).
-

Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất.

-

Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1. (dùng kiểm tra led 7
đoạn, bất chấp đầu vào là thế nào)

-

Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3.

2.2.3

Khối xử lí IC 4510

Hình 2.3: IC4510
-


Đây là một IC giải mã, nó làm nhiệm vụ giải mã từ xung clock và đưa ra
đếm mã BCD.
4 Chân đầu ra là 4 chân 2, 6, 11, 14

-

Chân 16 nối với dương nguồn, chân số 8 nối với âm nguồn.

-

Chân số 1 với chân số 9 nối đất để tích cực mức 0 để Ic mới hoạt động.


-

Chân số 15 là chân đầu vào để chúng ta đưa xung vào.
Chân số 5 là chân Cary in, chân này=0 thì Ic hoạt động, cịn khi để hở, thì nó

sẽ giữ nguyên trạng thái của dữ liệu đầu ra.


-

Chân 3, 4, 12, 13 là dùng cho ứng dụng khác, trong phần này chúng ta chưa
cần nói đến.

-

Chân số 10 là chân dùng để đảo trạng thái đầu ra khi nó ln phiên tích cực

mức thấp và mức cao.

2.2.4

Tụ điện

2.2.4.1

Tụ phân cực

- Là loại tụ điện có 2 đầu (-) và (+) rõ ràng và do đó bạn khơng thể mắc
ngược đầu trong mạng điện DC. Tụ điện phân cực thường là tụ hóa học và tụ
tantalum.

Hình 2.4: Tụ phân cực

2.2.4.2

Tụ không phân cực

- Là tụ điện không quy định cực tính, bạn có thể đấu nối "thoải mái" vào
mạng AC lẫn DC.

Hình 2.5: Tụ khơng phân cực


2.2.5

Điện trở


2.2.5.1 Điện trở thường
- Là một linh kiện điện tử thụ động với 2 tiếp điểm kết nối, chức năng dùng
để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, dùng
để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm
cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác.

Hình 2.6: Điện trở 10K

2.2.5.2
-

Biến trở

Nhìn từ bên ngồi, chúng ta dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm 3 bộ
phận chính:

-

Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn.

-

Con chạy/chân chạy. Cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá
trị trở kháng.

-

Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực). Trong số ba cực này, có hai cực được
cố định ở đầu của điện trở. Các cực này được làm bằng kim loại. Cực còn lại là
một

cực di chuyển và thường được gọi là cần gạt. Vị trí của cần gạt này trên dải điện
trở sẽ quyết định giá trị của biến trở.


Vịng xoay

Trục điêu khiên

Đường chạy

Hình 2.7: Cấu tạo biến trở

2.2.6
-

Led 7 đoạn

Led 7 đoạn là 7 đèn led được sắp xếp thành hình chữ nhật như hình bên
dưới. Mỗi đèn led 7 đoạn có chân đưa ra khỏi hộp hình vuông. Mỗi một chân sẽ
được gán cho một chữ cái từ a đến g tương ứng với mỗi led. Những chân khác
được
nối lại với nhau thành một chân chung.

-

Như vậy bằng cách phân cực thuận (forward biasing) các chân của led theo
một thứ tự cụ thể, một số đoạn sẽ sáng và một số đoạn khác không sáng cho
phép
hiển thị ký tự mong muốn. Điều này cho phép chúng ta hiển thị các số thập phân
từ

0 đến 9 trên cùng một led 7 đoạn.

Hình 2.8: Led 7 đoạn


-

Chân chung được sử dụng để phân loại led 7 đoạn. Vì đèn led có 2 chân, 1
chân là anode và 1 chân là cathode nên có 2 loại led 7 đoạn là cathode chung
(CC)
và anode chung (CA).

-

Sự khác nhau giữa 2 loại có thể thấy ngay ở tên gọi của nó. Loại CC là các
chân cathode được nối chung với nhau. Còn loại CA là các chân anode được
nối
chung với nhau. Cách chiếu sáng mỗi loại như sau:

-

Loại CC (common cathode): Tất cả các chân cathode được nối với nhau và
nối đất, hay logic là 0. Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng
điện

trở

đặt tín hiệu logic 1 (hay mức cao) để phân cực thuận từng cực anode (từ a
đến g).


Hình 2.9: Đèn Led 7 đoạn Cathode
- Loại CA (common anode): Tất cả các chân anode được nối với nhau với
logic là 1. Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic
0 (hay low) vào các cực cathode (từ a đến g).

8—


Cỡmm on
Anode “
a —<=

Hình 2.10: Đèn Led 7 đoạn Anode
- Nói chung loại CA phổ biến hơn trong 2 loại. Loại CA không thay thế được
cho loại CC trong mạch điện, và ngược lại vì cách nối đèn led bị đảo ngược.


2.2.7

Led thường

- Là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại.
Cũng giống như diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một
khối bán dẫn loại n.

Hình 2.11: Led thường


Phần 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1Phần mềm sử dụng

-

Proteus là một phần mềm được xây dựng nhằm giúp những người kỹ sư,
người thiết kế mạch điện có thể mô phỏng hoạt động. Môi trường làm việc
của

phần

mềm sẽ tương đương với những thực khi mạch điện được làm hoàn chỉnh.
Trên
phần mềm này có đầy đủ thư viện linh kiện điện tử nên rất tiện lợi. Protues
chạy
trên hệ điều hành windows áp dụng cho việc thiết kế các sơ đồ mạch, mô
phỏng,
PCB.
-

Thông qua những mô phỏng trên phần mềm người thiết kế mạch điện hồn
tồn có thể biết được nó hoạt động như thế, sai ở đâu, thiếu gì, có hoạt động
được
khơng, có đạt được mục tiêu u cầu khơng. Từ đó có thể chỉnh sửa hoặc thay
đổi
để đến khi dự án thành có thể giảm tối thiểu những lỗi phát sinh nhất, không
phải
mất thời gian khi làm thực tế hay khơng phải tốn nhiều chi phí để thay thế
linh

kiện

điện tử trong trường hợp bị cháy.


3.2Sơ đồ khối
NGUỒN

KHỐI TẠO XUNG

KHỐI MÃ HÓA

KHỐI GIẢI MÃ


KHỐI HIỂN THỊ

Hình 3.1: Sơ đồ khối


Chức năng các khối:
-

Khối nguồn: cung cấp điện cho mạch hoạt động 3.5v.

-

Khối tạo xung: tạo xung vng.

-

Khối mã hóa: nhận tín hiệu từ khối tạo xung và đưa ra mã đếm BCD.

-


Khối giải mã: nhận tín hiệu từ khối mã hóa đưa ra số thập phân hiển thị trên
led 7
đoạn.

-

Khối hiển thị: Led 7 đoạn cathode chung hiển thị các số từ 0 đến 9 và từ 9 về
0.

3.3Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý
3.4Nguyên lý hoạt động
-

Đầu tiên, với kết cấu mạch như sơ đồ trên, IC 555 sẽ tạo ra một xung với 2
mức tích cực.

-

Thơng số chu kỳ là do các bạn tự chọn, theo cơng thức tần số ở trên các bạn
có thể tính tốn chọn làm sao cho chu kỳ vào khoảng 1s là hợp lý, chú ý biến
trở
trong mạch sẽ giúp chúng ta điều chỉnh vấn đề này.

-

về biên độ, chúng ta có thể sử dụng mức, khi tạo ra xung, chúng ta sẽ có



xung 2 mức. với mức tích cực thấp là 0 v, và mức tích cực cao sẽ là > 0v.
(3.5).


-

Sau khi đã tạo được xung tại đầu ra chân số 3, chúng ta đưa nó vào chân
clock, chân số 15 của IC 4510.

-

Nhìn vào mạch điện chúng ta thấy chân số 10 của IC được nối với một
chuyển mạch, chuyển mạch này được nối với 2 mức là 5v và 0v.

-

Chân số 5 được nối với một button và sau đó là tiến về đất.

-

Vậy chúng ta cùng phân tích.
Khi chúng ta chuyển switch sang vị trí ground (0 v), và đóng button, thì lúc

này IC bắt đầu hoạt động, đầu vào của IC là dạng xung 2 mức, 1-0-1-0-1-0........
Thì lúc này 4 bít tại đầu ra sẽ đếm tăng dần từ 0 cho đến 9, tức là tại 4 chân đầu ra
nó tạo một mã nhị BCD và tăng dần giá trị từ 0, đến 9. và chân số 2 là chân MSB,
chân số 6 là chân LSB.
-


4 chân này được đưa vào IC giải mã từ BCD sang 7 vạch. Và với mỗi giá
trị tăng dần của đầu vào theo mã BCD thì seg 7 vạch sẽ hiện ra con số tương
ứng
với giá trị dạng thập phân.

Ví dụ đầu vào là 0011 thì seg 7 vạch hiện là só 3.
-

Trong khối này chân số 5 được giữ cố định ở mức 0 để hoạt động bình
thường.

-

Chân số 3 và số 4 được nối với nguồn 5 v. Tại sao ?
+ Nếu chân số 3 và 4 mà khơng nối gì cả, thì suy ra IC khơng hoạt động. loại

trường hợp này
+ Nếu chân 3 = 0 thì, chân 4 ko nối, thì đầu ra bằng 1 hết tức là led 7 vạch
hiện số 8 mãi mãi. đầu ra được chốt ở 1.
+ Nếu chân 3 =0 còn chân 4 =0, đầu ra ưu tiên chốt ở giá trị 1.
+Nếu nối chân số 3 = 0 còn chân 4 = 1. Đầu ra tiếp tục được chốt ở 1.
+ chân 4 bằng =1 chân 3 không nối thi lúc này IC được tích cực, có nghĩa
chung ta hiểu như là IC được mở khóa và đầu ra khơng bị chốt gì cả.
Đây là 1 trường hợp có thể chọn
+ chân 4 =1 chân 3 = 0 thì lại giống như trên.
+ chân 4 =1, chân 3 =1 thì đầu ra của Ic không hề bị chốt mà được tích cực
hồn tồn. Nghĩa là các chân đầu ra của IC hoàn toàn được xuất ra dữ liệu.


-


Vậy trong 2 trường hợp chúng ta có thể chọn trường hợp số 1 hay 2 là tùy ý.


-

Một vấn đề nữa đó là chân số 10 của IC 4510, thực chất nó như là một cơng
tắc đảo dữ liệu.
Khi nó =0 thì nó sẽ đếm ngược, tức là đầu ra của nó đạt giá trị cao nhất và

bắt đầu giảm dần giá trị, ngược lại khi nó ở mức 1 thì nó sẽ đẩy giá trị thấp nhất ở
đầu ra và tăng dần giá trị.
-

Một câu hỏi đặt ra là khi chúng ta đạng chạy mạch mà chuyển cơng tắc
chuyển mạch thì điều gì xảy ra. thì lúc này nhiệm vụ của nó là xác định xem
chuyển
mạch trên là tăng hay giảm, nếu chuyển mạch trên là tăng thì khi chuyển
xuống
chuyển mạch này nó xác định giá trị đang hiện thị và giảm đi.

-

Ngoài ra một vấn đề khác đó là khi mạch đang chạy, chúng ta nhả nút bấm
ra thì sao. Thì lúc này mạch sẽ giữ nguyên trạng thái.

3.5Mạch PCB

Hình 3.3: Mạch PCB



Hình 3.4: Mạch in PDF

3.6 Mạch thực tế

Hình 3.5: Mạch thực tế

3.7Kết quả thử nghiệm
-

LED 7 đoạn bị mất vạch do add thư viện sai giữa chân g và chân f trong
lúc vẽ trên proteus.

-

Biến trở rv 3252W-1-103LF không thay đổi được tốc độ tạo xung của
IC555.


KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết quả đạt được
-

Đạt được mục tiêu ban đầu nhóm đề ra.

-

Thiết kế đơn giản, nhỏ và gọn.

-


Khả năng ứng dụng cao.

Hạn chế
-

Mối hàn chưa tốt về mặc thẩm mỹ.

-

Vì lần đầu làm chưa có nhiều kinh nghiệm nên ban đầu mạch đã không hoạt
động.

Hướng phát triển
-

Nhóm sẽ cố gắng tìm hiểu nhiều về các linh kiện cũng như các mạch đếm
tương tự.

-

Tạo ra mạch đếm số lượng sản phẩm dùng vi điều khiển để có thể ứng dụng
tốt hơn.

-

Tìm hiểu và thực hiện thêm mạch đếm thời gian thực tế.