Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3 MB, 37 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
<b> Giảng viên hướng dẫn: </b>
<b> Sinh Viên thực hiện: Trần Hoàng Kiên MSSV: 20193302</b>
<b> Lớp:CTTT Hệ thống nhúng và Iot_K64</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">Hà Nội, 4-2021
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>DANH MỤC HÌNH VẼ...4</b>
<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU...6</b>
<b>CHƯƠNG 1. Tín hiệu số...8</b>
1.1 Ưu và nhược điểm của tín hiệu Digital...8
1.1.1 Ưu điểm của tín hiệu Digital...8
1.1.2 Khuyết điểm của tín hiệu Digital...9
<b>CHƯƠNG 2. CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN...10</b>
2.9 Sự đa năng của cổng NAND và cổng NOR...17
2.9.1 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND...18
2.9.2 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR...18
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">3.3 IC 7447...25
<b>CHƯƠNG 4. LED...28</b>
4.1 Đặc tính của LED...28
4.2 Cấu tạo của LED...28
4.3 Kiểm tra LED...29
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">Hình 1. 10 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND...17
Hình 1. 11 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR...17
Hình 1. 12 Mạch logic ban đầu...17
Hình 1. 13 Thay thế mỗi cổng bằng các cổng NAND...18
Hình 1. 14 Mạch logic sau khi đơn giản...18
Hình 1. 15 Sơ đồ bên trong IC 7400...20
Hình 1. 16 IC 7400 trong thực tế...20
Hình 1. 17 IC 74LS90 trong thực tế...22
Hình 1. 18 Sơ đồ bên trong IC 74LS90...22
Hình 1. 19 Cấu tạo bên trong IC 74LS90...24
Hình 1. 20 IC 7447 trong thực tế...24
Hình 1. 21 Cấu tạo bên trong IC7447...25
Hình 1. 22 Sơ đồ thiết kế khối chức năng cho mạch đồng hồ điện tử số...29
Hình 1. 23 Sơ đồ tạo xung nhịp đơn giản tần số 1 Hz...31
Hình 1. 24 Sơ đồ khối bộ đếm thuận...31
Hình 1. 25 Bảng hoạt động, các chân vào ra và sơ đồ bên trong IC 74LS90...32
Hình 1. 26 Sơ đồ nối chân IC...33
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">Hình 1. 27 IC 74LS47 giải mã LED 7 thanh hiển thị các chữ số thập phân...33
Hình 1. 28 Bảng mơ tả hoạt động của 74LS47...34
Hình 1. 29 LED 7 thanh loại Anốt chung...34
Hình 1. 30 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch...35
Hình 1. 31 Sơ đồ chân các IC trong mạch lắp ráp...36
Hình 1. 32 Bo mạch thí nghiệm để lắp ráp mạch...36
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">Table 1 Bảng trạng thái cổng NOT...9
Table 2 Bảng trạng thái cổng AND...10
Table 3 Bảng trạng thái cổng OR...11
Table 4 Bảng trạng thái cổng NAND...12
Table 5 Bảng trạng thái cổng NOR...13
Table 6 Bảng trạng thái cổng EX-OR...14
Table 7 Bảng trạng thái cổng EX-NOR...15
Table 8 Bảng trạng thái IC 7400...20
Table 9 Sơ đồ chân IC 74LS90...22
Table 10 Sơ đồ chân IC7447...25
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9"><b>Tín hiệu Digital hay cịn gọi là tín hiệu số là tín hiệu rời rạc không nối tiếp nhau theo</b>
từng thời điểm. Đây là tín hiệu được thể hiện bằng những con số cụ thể trong máy tínhgọi là nhị phân điện thế 0-1; thể hiện ở 2 mức cao và thấp trong đó mức điện thế cao là1 và mức điện thấp là 0 hay còn được hiểu với nghĩa là OFF – ON.
<b>Hình 1. 1 Tín hiệu số ( digital signal )</b>
Nói một cách đơn giản, khi ở trạng thái 0 (OFF) thiết bị ngừng hoạt động, còn ở trạngthái 1 (ON) là thời gian thiết bị hoạt động.
Tín hiệu Digital là tín hiệu khơng có thật trong tự nhiên ,được con người tạo ra bằngcơng nghệ nên có thể thay đổi điều chỉnh theo mục đích của mình. Ví dụ: điều chỉnhâm thanh trong loa máy tính, điều chỉnh âm thanh ti vi; có thể tăng âm lượng lớn lênhoặc nhỏ đi trong máy nghe nhạc….; nói chung là khơng có sẵn mà phải nhờ tác độngcủa con người thơng qua cơng nghệ.
Tín hiệu Digital được áp dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống chủ yếu là các thiếtbị điện tử viễn thơng…
<b>1.1 Ưu và nhược điểm của tín hiệu Digital</b>
1.1.1 Ưu điểm của tín hiệu Digital
− Khi sử dụng tín hiệu Digital trong q trình truyền tải sẽ giúp loại bỏ các tạp âm.− Việc sao chép các thông tin được thực hiện chất lượng hơn và không bị hạn chế.− Tín hiệu Digital khơng bị ảnh hưởng bởi điện áp và dao động nhiệt.
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">− Dù là các biến dạng tuyến tính hay khơng tuyến tính, digital vẫn khơng bị biếndạng.
− Tốc độ khơng làm ảnh hưởng hay gây méo dao động.1.1.2 Khuyết điểm của tín hiệu Digital
− Tín hiệu digital được biểu thị dưới dạng số 0-1 do vậy chúng dễ bị tổn thất khitruyền tải. Trong quá trình truyền âm thanh nhưng sai sót một vài byte dữ liệu cũngkhiến cho âm thanh bị lỗi.
− So với tín hiệu analog, hệ thống, quy trình xử lý tín hiệu digital phức tạp và tốnkém hơn rất nhiều.
− Một điểm trừ nữa của tín hiệu Digital chính là khơng thể cắt nối hay ghi âm được.Mỗi tín hiệu đều có những ưu và nhược điểm riêng. Trong cuộc sống chúng ta khơngthể khơng có tín hiệu digital để lưu trữ và xử lý thơng tin. Mặc dù ứng dụng này có thểđược thay thế bằng tín hiệu analog, tuy nhiên analog khơng thể truyền tải được thơngtin đi xa, do đó digital vẫn khơng thể thay thế.
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"><b>2.1 Cổng NOT</b>
− Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra. Cổng NOT dùng để thực hiện phépNOT hay phép phủ định trong đại số Boole. Cổng NOT còn được gọi là cổng ĐẢO(Inverter).
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12"><b>2.2 Cổng AND</b>
− Cổng AND dùng thực hiện hàm AND của 2 hay nhiều biến. Cổng AND có sốngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm ANDcủa các biến ngõ vào.
Q = A.B
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13"><b>2.3 Cổng OR</b>
− Cổng OR dùng thực hiện hàm OR của 2 hay nhiều biến. Cổng OR có số ngõvào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm OR củacác biến ngõ vào.
Q = A + B
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18"><b>2.8 Sự kết hợp của các cổng logic</b>
− Các cổng logic có thể kết hợp lại với nhau để tạo ra một mạch logic thực hiện mộtyêu cầu cụ thể nào đó. Bảng trạng thái có thể được sử dụng để xác định chức năngcủa một mạch tổ hợp được hiển thị bên dưới:
<b>Hình 1. 9 Mạch logic và bảng trạng thái</b>
− Đầu tiên, chúng ta tạo ra một bảng hiển thị tất cả các trạng thái có thể có ở các ngõvào A, B, C với các cột bổ sung cho mỗi ngõ ra trung gian (D và E) cũng như ngõra cuối cùng (Q). Sau đó, tính ra tất cả các trạng thái ngõ ra trung gian, điền vàobảng như bạn thấy trên Hình 1. 9. Các ngõ ra trung gian này tạo thành các ngõ vàocho cổng tiếp theo để bạn có thể sử dụng chúng để xác định trạng thái logic củangõ ra tiếp theo, trong ví dụ này là ngõ ra cuối cùng (Q)
− Bảng trạng thái hay bảng chân trị ở trên cho thấy trạng thái hay mức logic của cácngõ ra trung gian D và E cũng như ngõ ra cuối cùng Q tương ứng với mức logic ởcác ngõ vào A, B, C.
<b>2.9 Sự đa năng của cổng NAND và cổng NOR</b>
− Tất cả các biểu thức logic đều có thể được xây dựng thơng qua các cổng NOT,AND và OR. Tuy nhiên, để thực hiện các biểu thức mà chỉ dùng một loại cổngNAND (hay cổng NOR), chúng ta sẽ biến đổi cổng NAND (hay cổng NOR) đểthực hiện các cổng logic cơ bản AND, OR, NOT tương đương như sau:
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">2.9.1 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND
<b>Hình 1. 10 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND</b>
2.9.2 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR
<b>Hình 1. 11 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR</b>
− Để minh họa cho vấn đề vừa trình bày ở trên, chúng ta xem ví dụ sau đây.− Biến đổi mạch logic bên dưới Hình 1. 12 về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng
NAND.
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20"><b>Hình 1. 12 Mạch logic ban đầu</b>
− Chúng ta thấy rằng mạch này có 3 cổng khác nhau (NOR, AND và OR) để thi cơngmạch này thì cần phải có ba IC khác nhau cho mỗi loại cổng.
− Để thiết kế lại mạch logic này bằng cách sử dụng cổng NAND, chúng ta sẽ thay thếmỗi cổng bằng các cổng NAND tương đương của nó, như Hình 1. 13 dưới đây.
<b>Hình 1. 13 Thay thế mỗi cổng bằng các cổng NAND</b>
− Sau đó, chúng ta đơn giản mạch bằng cách xóa các cặp cổng NOT liền kề (đượcđánh dấu X ở hình trên). Điều này có thể được thực hiện vì khi hai cổng NOT mắcnối tiếp nhau thì trạng thái logic ở ngõ vào và ngõ ra là giống nhau. Hình 1. 14dưới đây cho thấy mạch logic sau khi đơn giản.
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21"><b>Hình 1. 14 Mạch logic sau khi đơn giản</b>
− Mạch logic cuối cùng có năm cổng NAND và chỉ dùng hai IC (với bốn cổng chomỗi IC). Rõ ràng, mạch này tốt hơn so với mạch ban đầu vì số lượng IC sử dụng íthơn. Điều này dẫn đến việc thi cơng mạch sẽ dễ dàng và tiết kiệm được chi phíhơn.
− Tất nhiên, mạch logic ở trên cũng có thể biến đổi về dạng mạch chỉ dùng một loạicổng NOR. Các bạn hãy suy nghĩ cách thực hiện nhé.
− Như vậy, chúng ta thấy rằng bất kỳ một mạch logic nào cũng có thể chuyển vềdạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND hay cổng NOR. Chính vì điều này màcổng NAND và cổng NOR được gọi là hai cổng đa năng.
<b>2.10 Ứng dụng của cổng logic</b>
− Các ứng dụng của cổng logic chủ yếu được xác định dựa trên bảng trạng thái củachúng, tức là phương thức hoạt động của chúng. Các cổng logic cơ bản được sửdụng trong nhiều mạch điện như khóa nút nhấn, kích hoạt báo trộm bằng ánh sáng,bộ điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống tưới nước tự động, v.v.
− Ngồi ra, cổng logic cũng chính là các phần tử cấu thành nên các mạch tổ hợpchẳng hạn như mạch giải mã, mạch mã hóa, mạch đa hợp, mạch giải đa hợp,…
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><b>Hình 1. 15 Sơ đồ bên trong IC 7400</b>
<b>Hình 1. 16 IC 7400 trong thực tế</b>
− Sơ đồ chân IC 7400 :P1: Là A-input Gate-1P2: Là B-input Gate-1P3: Là Y-output Gate-1P4: Là A-input Gate-2P5: Là B-input Gate-2P6: Là Y-output Gate-2P7: Là GND terminalP8: Là Y-output Gate-3P9: Là B-input Gate-3P10: Là A-input Gate-3P11: Là Y-output Gate-4P12: Là B-input Gate-4P13: Là A-input Gate-4P14: Là Vcc (Positive Supply)
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">− Một số thông số kỹ thuật và tính năng của vi mạch 7400 bao gồm những điều sauđây:
Nguồn điện áp là 5 V
Độ trễ lan truyền cho mỗi cổng sẽ là 10 nsTốc độ chuyển đổi tối đa là 25 MHzCông suất sử dụng cho mỗi cổng là 10 mWCổng NAND - 4 2-i /p.
Đầu ra có thể được giao tiếp với TTL, NMOS, CMOS.Phạm vi điện áp hoạt động sẽ lớn
Điều kiện hoạt động rộng rãi
Không phù hợp với các thiết kế mới sử dụng 74LS00
− Một số ứng dụng của IC 7400 bao gồm những điều sau đây.
Các IC này được sử dụng để thiết kế một hệ thống như báo trộm hoặc báotrộm.
Chúng được sử dụng trong còi cảnh báo tủ đông.
Chúng được sử dụng trong báo động trộm được kích hoạt bằng ánh sáng.Chúng được sử dụng trong hệ thống tưới nước tự động.
<b>3.2 IC 74LS90</b>
− IC 74LS90 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số đếm lên và trong cácmạch chia tần số.
<b>Hình 1. 17 IC 74LS90 trong thực tế</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25"><b>Hình 1. 18 Sơ đồ bên trong IC 74LS90</b>
<b>Table 9 Sơ đồ chân IC 74LS90</b>
1 <sup>Clock input 2</sup>
(CLKA) <sup>Ngõ vào xung đồng hồ 2 (xung kích cạnh xuống)</sup>2 Reset 1 (R0(1)) Chân Reset 1 (Reset về 0) – Tích cực mức 13 Reset 2 (R0(2)) Chân Reset 2 (Reset về 0) – Tích cực mức 14 Not connected (NC) Không sử dụng
5 Supply voltage Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 5.25V)6 Reset 3 (R9(1)) Chân Reset 3 (Reset về 9) – Tích cực mức 17 Reset 4 (R9(2)) Chân Reset 4 (Reset về 9) – Tích cực mức 18 Output 3 (QC) Ngõ ra 3
9 Output 2 (QB) Ngõ ra 2
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26"><b>Led (Light Emitter Diode) là một mối nối bán dẫn PN, khi bị kích thích bởi dịng điện</b>
thì nó phát ra sáng. Như vậy có thể xem Led là một linh kiện chuyển đổi trực tiếp điệnnăng ra quang năng, khơng như bóng đèn tìm phải chuyển điện năng ra dạng nhiệt, chođốt nóng một sợi kim loại trong mơi trường khan khí oxy và chờ khi sợi kim loại nónglên mới phát ra sáng.
<b>4.1 Đặc tính của LED</b>
− Có hiệu suất rất cao, vì nó chuyển thẳng điện năng ra quang năng
− Có qn tính nhỏ, nghĩa là tắt là tắt ngay và cho sáng là sáng ngay, nhấp nháy nhịprất nhanh.
− Có thể làm việc ở mức volt DC thấp và dòng nhỏ, chỉ vài Volt và vài mA.− Kích thước của điểm sáng có thể làm rất nhỏ, lại có nhiều màu.
<b>4.2 Cấu tạo của LED</b>
− Led được cấu tạo từ một mối nối bán dẫn PN, khi chất bán dẫn Silicon cho phaIndium (có 3 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ có một nối
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">thiếu điện tử và cho ra 1 lỗ trống) chúng ta sẽ có chân bán dẫn loại P và khi chopha với Phosphor (có 5 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra1 hạt điện tử), chúng ta có chân bán dẫn loại N.
− Chất bản dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống (Hole), đó chính là cácnối hóa trị thiếu điện tử. Cịn chất bán dẫn loại N có điểu kiện dẫn điện là do cácđiện tử tự do (điện tử dư ra do phosphor có 5 điện tử hóa trị mà trong kết nối tinhthể chỉ cần có 4 ).
− Ngày nay người ta muốn dùng Led làm nguồn chiếu sáng mạnh để thay thế các đènchiếu sáng cổ điển, vì Led có hiệu suất rất cao, an tồn, tuổi thọ dài, ít hao điện vàrất dễ dùng. Hình trên đây cho thấy hình dạng của các Led cơng suất lớn, hiện nóđã là nguồn sáng lạnh rất mạnh và trong một tương lai gần thơi nó sẽ thay thế cácđèn chiếu sáng nóng như loại đèn sợi nung, loại đèn chiếu sáng ồn, gây nhiềunhiễu, như đèn ống huỳnh quang.
−
− Khi mối nối PN được cho phân cực thuận với nguồn pin ngồi, một dịng điện kíchthích khi chảy qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện tử (Bạnxem hình) và các dao động này sẽ phát ra sóng điện từ trường đó chính là các tiasáng. Tóm lại Led có 2 chân, gọi là chân âm cực hay Cathode ( do chân này chonối vào cực âm của pin) và chân dương cực hay Anode (do chân này cho nối vàocực dương của pin), khi chúng ta cho dòng điện chảy qua một Led nó sẽ phát rachùm tia sáng, và để có điềm sáng đủ mạch, chúng ta dùng vật liệu nhựa trong suốtlàm kính hội tụ.
<b>4.3 Kiểm tra LED</b>
− Khi dùng Ohm kế để kiểm tra Led Bạn nhớ các điểm sau:
− (1) Lấy thang đo Rx1 để có dịng chảy ra trên dây đo lớn, lúc này dòng ngắn mạch(chập 2 dây đo lại) , dòng chảy trên dây đo sẽ lớn nhật và thường ở thang Rx1 là150mA (con số này có ghi trên máy đo).
− (2) Do dây đo màu đỏ nối vào cực âm của pin (pin 3V trong máy đo), nên dòngđiện tử chảy ra từ dây đen và do dây màu đỏ nối vào cực dương của pin nên dòngđiện tử sẽ bị hút vào ở dây đỏ.
− (3) Khi đo Led (hay nói chung là khi Bạn đo các linh kiện có tính phi tuyến nhưdiode, transistor, IC) Bạn nên xem kết quả trên vạch chia LV, vạch LV cho Bạn biết
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">mức volt hiện có trên vật đo và khi đọc kết quả trên vạch chia LI, vạch LI cho Bạnbiết cường độ dòng điện đang chảy qua vật đo.
− Vậy với Led, khi dây đen đặt trên chân Cathode và dây đỏ trên chân Anode, Led sẽsáng. Đọc kết quả trên vạch chia LV Bạn biết điện áp có trên 2 chân của Led và đọc trên vạch chia LI, Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua Led.
− Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ khơng sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nối bándẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ khơng cho dịng chảy qua.
<b>MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH</b>
− Lắp ráp mạch đếm thuận hiển thị trên LED 7 thanh.
− Vận dụng thành thạo các vi mạch số: IC 7447 để giải mã LED 7 thanh anôtchung (Common Anode); IC 7490 để tạo bộ đếm. IC 7400 để tạo xung clock1Hz (khơng u cầu độ chính xác cao).
− Sử dụng thành thạo đồng hồ đo. Ổn định kỹ năng lắp ráp, đo, nhận dạng linhkiện rời rạc.
<b>TRANG THIẾT BỊ CẦN THIẾT</b>
− Panel thực hành vạn năng và các linh kiện cần thiết− Đồng hồ đo vạn năng (VOM), dụng cụ lắp ráp
<b>NỘI DUNG THỰC HÀNH</b>
− Các bước thực hiện:
Thiết kế sơ đồ khối chức năngThực hiện từng khối với các IC đã choThiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29"><b>5.1 Thiết kế sơ đồ khối chức năng</b>
5.1.1 Sơ đồ khối
− Căn cứ theo hoạt động của mạch đếm thuận hiển thị số trên LED 7 thanh,nhóm thực tập đã thiết kế sơ đồ khối chức năng cho mạch đồng hồ điện tử gồm 5khối được chỉ ra ở Hình 1. 22.
<b>Hình 1. 22 Sơ đồ thiết kế khối chức năng cho mạch đồng hồ điện tử số </b>
5.1.2 Mô tả chức năng từng khối
− Khối nguồn DC 5 V : Các vi mạch số họ TTL (74LSxxx) thường dùng nguồnni 1 chiều 5V, vì vậy ta cần có khối tạo nguồn ni DC 5V đưa đến tất cảcác khối mạch còn lại.
− Khối tạo xung nhịp với chức năng tạo ra xung nhịp chuẩn tần số 1 Hz (chukỳ 1 giây) để tác động vào khối bộ đếm. Như vậy, mỗi nhịp xung sẽ tác độnglàm bộ đếm tăng lên 1 đơn vị tương ứng với 1 giây.
− Khối bộ đếm với chức năng đếm theo sự tác động của xung nhịp 1 Hz cho rasố đếm mã BCD.
− Khối giải mã hiển thị LED 7 thanh với chức năng nhận các số đếm mã BCDtừ khối bộ đếm chuyển sang để giải mã thành các tín hiệu điều khiển khốiLED 7 thanh
− Khối hiển thị gồm 2 LED 7 thanh để hiển thị 2 chữ số hàng đơn vị và hàngchục. Đây là yêu cầu đặt ra cho thiết kế.
</div>