BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ



BÁO CÁO CUỐI KỲ

MƠN HỌC: KỸ THUẬT SỐ

TÌM HIỂU IC 74164. THIẾT KẾ MẠCH DỊCH 2 CHẾ ĐỘ:2 ĐIỂM SÁNG 1
ĐIỂM TỐI XEN KẼ VÀ 2 ĐIỂM TỐI 1 ĐIỂM SÁNG XEN KẼ TRÊN 24 LED

ĐƠN. SỬ DỤNG 1 NÚT NHẤN ĐỂ CHUYỂN CHẾ ĐỘ

GVHD: GVC. ThS VÕ ĐỨC DŨNG

SVTH: MSSV

NGUYỄN THÀNH ĐẠT 21151403

PHẠM HỮU ĐẠT 21151212

HOÀNG MINH ĐỨC 21151222

NGUYỄN VIẾT GIANG 21151502

TRẦN VIỆT HÀ 21151225

Mã lớp: DIGI330163 - NHĨM: 13

TP. Hồ Chí Minh 5/2023

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Nội dung thực hiện Sinh viên thực Mức độ hoàn thiện
hiện

PHẦN MỞ ĐẦU

Nội dung: Tóm tắt đề tài Nguyễn Viết Giang Tốt

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ SỞ Nguyễn Viết Giang Tốt

VỀ MẠCH DỊCH.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ Nguyễn Thành Đạt Tốt

MỘT SỐ IC CÓ LIÊN QUAN

ĐẾN MẠCH THIẾT KẾ VÀ CÁC

LINH KIỆN KHÁC.

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ Phạm Hữu Đạt Tốt

KHỐI TRONG MẠCH THIẾT


KẾ.

CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ MẠCH Phạm Hữu Đạt Tốt

THIẾT KẾ VÀ CÁC TÍNH TỐN

THƠNG SỐ TRÊN MẠCH.

CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ MẠCH IN Phạm Hữu Đạt Tốt

VÀ CÁC MÔ PHỎNG TRÊN

PHẦN MỀM.

CHƯƠNG 6: NHẬN XÉT, ĐÁNH Trần Việt Hà Tốt

GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

Nội dung: Tổng hợp nội dung, định Cả nhóm Tốt

dạng file, rà soát lỗi chỉnh sửa, đánh

giá và thống nhất.

THIẾT KẾ POWERPOINT VÀ THUYẾT TRÌNH

Nội dung: Thiết kế powerpoint Hoàng Minh Đức Tốt

Nội dung: Thuyết trình bài báo cáo Hồng Minh Đức Tốt


TĨM TẮT ĐỀ TÀI

Ngày nay, khoa học cơng nghệ và điện tử đang ngày càng phát triển và đóng một vai trị
quan trọng trong đời sống, hầu hết mọi lĩnh vực đều có sự góp mặt của chúng. Một trong
số đó chính là mạch dịch, ứng dụng của mạch dịch có thể kể đến trong một số lĩnh vực:
cơng nghệ thơng tin, lĩnh vực sản xuất hàng hóa, … Với sự đam mê của tuổi trẻ kết hợp
với sự tìm tịi học hỏi cùng kiến thức đã tiếp thu được từ mơn học, nhóm đã lên kế hoạch
và thực hiện đề tài được giao. Đề tài mà nhóm thực hiện là “ TÌM HIỂU IC 74164.
THIẾT KẾ MẠCH DỊCH 2 CHẾ ĐỘ: 4 ĐIỂM SÁNG VÀ 2 ĐIỂM TỐI XEN KẼ VÀ 2
ĐIỂM TỐI 2 ĐIỂM SÁNG XEN KẼ TRÊN 20 LED ĐƠN. SỬ DỤNG MỘT NÚT
NHẤN ĐỂ CHUYỂN CHẾ ĐỘ”. Để thực hiện tốt và đầy đủ đề tài thì nhóm em chia
thành các chương sau:

 Chương 1: Kiến thức cơ sở về mạch dịch
 Chương 2: Giới thiệu về một số IC có liên quan đến mạch thiết kế và các linh kiện

khác
 Chương 3: Xây dựng sơ đồ khối trong mạch thiết kế
 Chương 4: Sơ đồ mạch thiết kế và các tính tốn thơng số trên mạch
 Chương 5: Sơ đồ mạch in và các mô phỏng trên phần mềm
 Chương 6: Nhận xét, đánh giá và hướng phát triển
Sau đây là nội dung chính của báo cáo.

CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ SỞ VỀ MẠCH DỊCH

1.1 Khái niệm về mạch dịch

Mạch dịch là một trong những mạch tuần tự, là mạch được lập ra bằng chuỗi các Flip -
Flop kiểu D đồng bộ, có kết nối xác định để sau mỗi nhịp clock thì mảng bit nhớ dịch
chuyển.


1.2 Phân loại mạch dịch

Mạch dịch có nhiều dạng khác nhau, tùy thuộc vào dữ liệu vào và cách dịch người ta
chia thành các loại sau:
- Vào song song ra song song
- Vào nối tiếp ra nối tiếp
- Vào song song ra nối tiếp
- Vào nối tiếp ra song song
 Mạch dịch vào song song ra song song:

Hình 1.1 Mạch dịch vào song song ra song song
 Mạch dịch vào nối tiếp ra nối tiếp (song song):

Hình 1.2 Mạch dịch vào nối tiếp ra nối tiếp (song song) dịch phải

Hình 1.3 Mạch dịch vào nối tiếp ra nối tiếp (song song) dịch trái
 Mạch dịch vào song song ra nối tiếp:

Hình 1.4 Mạch vào song song ra nối tiếp

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC IC LIÊN QUAN CÓ
TRONG MẠCH CẦN THIẾT KẾ

2.1 IC NE555

 IC NE555 gồm 8 chân

 Các chức năng của 555:


- Là thiết bị tạo xung chính xác

- Máy phát xung

- Điều chế được độ rộng xung (PWM)

- Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay

dùng trong thu phát hồng ngoại)

 Chức năng của từng chân:

- Chân 1 (GND): Chân nối mass để

giúp cung cấp dòng cho IC

- Chân 2 (TRIG): Chân kích

- Chân 3 (OUT): Chân tín hiệu ngõ ra

- Chân 4 (RESET): Lập định mức trạng thái ra. Khi nối mass thì ngõ ra mức thấp, khi

nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6

- Chân 5 (CONT): Chân điện áp điều khiển

- Chân 6 (THRES): Chân ngưỡng, là ngõ vào của 1 tầng so áp khác.

- Chân 7 (DISCH): Chân xả tụ.


- Chân 8 (VCC): Chân ngõ vào cung cấp nguồn.

 Thông số kỹ thuật:

- Điện áp đầu vào : 4.5-16V

- Dòng điện cung cấp : 10mA – 15mA

- Điện áp logic ở mức cao : 0.5 – 15V

- Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 – 0.06V

- Công suất lớn nhất là : 600mW

- Nhiết độ hoạt động: 0 - 70oC

 Nguyên lý làm việc: Các điện trở trong hoạt động như một mạch phân chia áp, cấp cho

ngõ vào không đảo của bộ so sánh trên và ngõ vào đảo của bộ so sánh dưới. Trong hầu

hết các ứng dụng, ngõ vào điều khiển không được điều chỉnh nên được giữ cố định

bằng Vcc. Bộ so sánh trên (UC) có ngõ vào là chân ngưỡng (chân 6) và chân điều

khiển (chân 5). Ngõ ra của bộ so sánh trên nối vào chân set (S) của Flip-flop. Bất cứ
khi nào điện áp ngưỡng vượt quá điện áp điều khiển, bộ so sánh trên sẽ set flip-flop lên
mức cao, ngõ ra Q của flip-flop được đưa vào cực B của transistor làm nó dẫn bão hịa
và được xả qua chân 7. Ngõ ra Q của Flip-flop còn đi đến khối đảo ra chân 3 thì xuống
mức thấp. Những điều kiện này sẽ đúng cho đến khi bộ so sánh thấp hơn kích hoạt flip-
flop. Ngay cả khi điện áp chân ngưỡng giảm xuống dưới Vcc, bộ so sánh trên cũng

không làm thay đổi ngõ ra của Flip-flop. Điều này có nghĩa là bộ so sánh trên chỉ có
thể set ngõ ra của Flip-flop ở mức cao.

2.2 IC 74164

 IC 74164 là
thanh ghi dịch 8
bit ngõ vào nối tiếp ngõ ra song song
- Chân 1 và 2: Ngõ vào dữ liệu
- Chân 3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 13: Ngõ ra
- Chân 7: Chân nối Mass
- Chân 8: Chân ngõ vào xung CK
- Chân 9: Chân reset IC
 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp cung cấp: 4.5 – 5.5V
- Dải nhiệt độ hoạt động: 0 - 70oC
- Nhiệt độ lưu trữ: -55 - 150oC
- Dòng điện ra mức cao: IOH = 400uA

- Dòng điện ra mức thấp: IOL = 8mA
 Nguyên lý làm việc: MR là chân master reset đầu vào tích cực mức thấp. Khi trạng

thái của nó ở mức thấp, bất kể dữ liệu ở đầu vào A hay B là gì thì đầu ra sẽ luôn ở trạng
thái logic thấp. Vì vậy, nó có thể được gọi là Reset hoặc chế độ Clear. Để IC hoạt động
~ MR phải được đặt ở mức logic cao. A và B là hai chân đầu vào và dữ liệu nối tiếp có
thể được cấp ở bất kỳ một trong hai chân này, trong lúc đó sử dụng một chân khác ở
mức logic tích cực mức cao cho phép nhận dữ liệu ở các chân đầu vào. Bất kỳ chân đầu
vào nào không được sử dụng phải được đặt ở mức logic cao, Ngồi ra cũng có thể kết
nối hai chân đầu vào với nhau. Khi có sự thay đổi của xung nhịp từ mức logic thấp lên
mức logic cao, dữ liệu sẽ được dịch chuyển sang về phía bên phải và đưa vào Q0 bằng

phép logic AND của hai đầu vào dữ liệu A và B.
 Chuyển đổi dữ liệu ở các chân đầu ra:

 Khi A = B = logic cao. Q0 sẽ ở mức logic cao và dữ liệu sẽ được dịch chuyển sang
phải. Ví dụ, nếu trước khi có sự thay đổi xung nhịp, dữ liệu là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
Q7 = ab CDEFG H. Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4
Q5 Q6 Q7 = 1 ab CDEF G. Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ.

 Khi A = logic = cao và B = logic thấp. Q0 sẽ ở mức logic thấp và dữ liệu sẽ được dịch
chuyển sang phải. Ví dụ, nếu trước khi chuyển đổi xung nhịp, dữ liệu là Q0 Q1 Q2 Q3
Q4 Q5 Q6 Q7 = ab CDEFG H. Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ là Q0 Q1
Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = 0 ab CDEF G. Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ.

 Khi A = logic thấp và B = logic Cao. Q0 sẽ ở mức logic thấp và dữ liệu sẽ được dịch
chuyển sang phải. Ví dụ, nếu trước khi chuyển đổi xung nhịp, dữ liệu là Q0 Q1 Q2 Q3
Q4 Q5 Q6 Q7 = ab CDEFG H. Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ là Q0 Q1
Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = 0 ab CDEF G. Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ.

 Khi A = logic thấp và B = logic thấp. Q0 sẽ ở mức logic thấp và dữ liệu sẽ được dịch
chuyển sang phải. Ví dụ, nếu trước khi chuyển đổi xung nhịp, dữ liệu là Q0 Q1 Q2 Q3
Q4 Q5 Q6 Q7 = ab CDEFG H. Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ là Q0 Q1
Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = 0 ab CDEF G. Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ.

 Đặc điểm

 Chức năng reset khơng đồng bộ có nghĩa là khơng phụ thuộc vào xung clock, nó có thể
reset tất cả các chân đầu ra thành mức logic thấp.

 Truyền dữ liệu đến các chân đầu ra được đồng bộ hóa hồn tồn (ngay lập tức).
 Hiệu ứng ngừng tốc độ cao bị hạn chế khi sử dụng diode Schottky.

 Nó có khả năng chống phóng tĩnh điện 3500 V.
 35 MHz là tần số dịch chuyển hoạt động điển hình.

 Các ứng dụng:

 Bộ đếm up down digital
 Dịch dữ liệu sang trái và phải
 Chuyển đổi dữ liệu
 Chuyển đổi dữ liệu nối tiếp và song song và mạch tạo trình tự

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI TRONG MẠCH THIẾT
KẾ VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI TRONG SƠ

ĐỒ

3.1 Sơ đồ khối tổng quát của mạch thiết kế

KHỐI NGUỒN

KHỐI TẠO KHỐI DỊCH LED KHỐI TẠO
DAO ĐỘNG HAI CHẾ ĐỘ

KHỐI HIỂN THỊ KHỐI CHUYỂN
CHẾ ĐỘ

3.2 Khối nguồn

 Chức năng: Cung cấp nguồn điện một chiều cho các khối hoạt động.

3.3 Khối tạo dao động


 Chức năng: Tạo ra xung clock cấp cho IC74164.
 Cấu tạo: Khối tạo dao động được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của IC555.

3.4 Khối dịch LED:

 Chức năng: Thực hiện đưa ra các mức logic 0 hoặc 1 ở các ngõ ra Q để đưa vào LED
thực hiện dịch trạng thái LED.

 Cấu tạo: Sử dụng IC74164 ghép lại với nhau để thực hiện dịch theo mong muốn.

3.5 Khối tạo hai chế độ

 Chức năng: Tạo ra hai chế độ đếm theo yêu cầu.
 Cấu tạo: Sử dụng ba ngõ ra Q1, Q2 và Q3 của IC74164 để tạo ra hai chế độ là 4 điểm

sáng 2 điểm tối xen kẻ và 2 điểm tối 2 điểm sáng xen kẻ.

3.6 Khối chuyển hai chế độ

 Chức năng: Chuyển đổi giữa hai chế độ dịch LED.
 Cấu tạo: Sử dụng một nút nhấn và một FF-D kết hợp tụ điện và điện trở.

3.7 Khối hiển thị

 Chức năng: Hiển thị hai chế độ dịch trên 20 LED đơn.
 Cấu tạo: Sử dụng 20 LED đơn nối với điện trở để hiển thị hai chế độ của mạch.

CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ CÁC
TÍNH TỐN THƠNG SỐ TRONG MẠCH


4.1 Thiết kế khối tạo dao động

 Lý do chọn linh kiện: IC555 có tính ổn định
cao và rất phổ biến, kết hợp với điện trở và tụ
điện có thể tạo ra chu kỳ dao động cấp xung
clock cho thanh ghi dựa trên sơ đồ ngun lý
sau:
 Tính tốn thơng số:
 Tụ C1 có giá trị 1µF, tụ C2 có giá trị 47µF.
 Điện trở R2 có giá trị là 33kOhm, còn điện trở R1 được thay thế bằng biến trở VR1 để có
thể thay đổi tần số của mạch tạo dao động nếu muốn. Ta chọn biến trở có giá trị là
10kOhm, cơng thức tần số mạch dao động lúc này

f = 1 ln (2)C = 2( R1+2 R2) ln (2)10−6 (10+ 2× 33)103 1 =18,98 ( Hz )

4.2 Thiết kế khối dịch LED

 Lý do chọn linh kiện: IC 74164 có độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, tiêu thụ điện năng
thấp, dễ sử dụng, tốc độ cao và khả năng mở rộng cho phép kết nối nhiều IC để mở rộng
đầu ra.
 Thanh ghi dịch 74164 có 8 bit, để hiển thị trên 20 LED đơn ta cần 3 IC74164.
 Quy trình ghép nối: Các chân ngõ vào A, B của IC74164 được ghép lại với nhau để
nhận một đầu vào duy nhất, ngõ vào của IC thứ nhất nối với ngõ ra của khối tạo 2 chế độ,
ngõ vào của IC thứ hai nối vào ngõ ra của IC trước đó và tương tự với IC cuối cùng. Chân
CLK của 3 IC được nối lại với nhau và nối vào ngõ ra của mạch tạo xung. Chân MR của
3 IC cũng được ghép lại và nối với mạch chuyển chế độ.

 Sơ đồ Logic bên trong IC74164:
 Bảng trạng thái IC74164:


4.3 Khối tạo 2 chế độ

 Xây dựng bảng trạng thái: Vì đề bài yêu cầu mạch dịch ở hai chế độ: 4 điểm sáng 2
điểm tối xen kẻ và 2 điểm tối 2 điểm sáng xen kẻ nên ta sẽ có hai bảng trạng thái
được xây dựng từ ngõ vào A = B và các chân Q từ 0 đến 3.

 Bảng trạng thái và bìa K chế độ 4 sáng 2 tối:

Q3 Q2 Q1 Q0 A = B

0 0 0 0 1

0 0 0 1 1

0 0 1 1 1

0 1 1 1 1

1 1 1 1 0

1 1 1 0 0

1 1 0 0 1

1 0 0 1 1

0 0 1 1 1

0 1 1 1 1


1 1 1 1 0

1 1 1 0 0

1 1 0 0 1

1 0 0 1 1

0 0 1 1 1

Q3Q2 00 01 11 10

Q1Q0

00 1 1 1 1

01 1 1 1 1

11 1 1 0 1

10 1 1 0 1

 Vậy A = B = Q1× Q´2× Q3 dùng cổng NAND 3 vào.
 Bảng trạng thái của chế độ 2 sáng 2 tối:

Q1 Q0 A = B

0 0 1


0 1 1

1 1 0

1 0 0

 Vì bảng trạng thái khá đơn giản nên ta có thể rút ra ln hàm: A=B=Q´ 1 dùng 1 cổng
NOT.

4.4 Khối chuyển 2 chế độ

 Lý do chọn linh kiện: Ta sử dụng IC74LS122 vì có điện áp làm việc đa dạng, nhiều
điều kiện làm việc và giao tiếp trực tiếp với CMOS, NMOS và TTL. Đầu ra của IC luôn
đi kèm với TTL, giúp dễ dàng làm việc với các thiết bị TTL và vi điều khiển khác. Yêu
cầu cần chuyển 2 chế độ nên chọn IC 74LS112 sẽ giúp mạch chuyển đổi qua lại 2 chế độ
bằng trạng thái đảo của Flip-Flop JK.

 Gọi C là trạng thái 4 sáng 2 tối và D là trạng thái 2 tối 2 sáng, Q là ngõ ra của FF-JK,
ta có bảng trạng thái:

C D Q A = B

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 1

0 1 1 0


1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 1

 Sử dụng bìa K rút gọn:

CD 00 01 11 10

Q

0 0 1 1 0

1 0 0 1 1

A=B=D Q´ + QC dùng hai cổng AND và 1 cổng OR.

4.5 Khối hiển thị

 Lý do chọn linh kiện: Sử dụng 2 LED 10 đoạn gồm 10 LED đơn để hiển thị vì có độ
sáng rõ và hiển thị mạch dịch rõ ràng. Mỗi LED được nối với điện trở 340 để hiển thị
sáng/tắt.

4.6 Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG