BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------  ---------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN KỸ THUẬT XUNG SỐ

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NHỊ PHÂN, THUẬN, ĐỒNG BỘ KĐ =16, SỬ
DỤNG JK-FF, HIỂN THỊ SỐ ĐẾM TRÊN LED 7 THANH
Giáo viên hướng dẫn
:
ThS. Nguyễn Thị Thu Hà
Các thành viên thực hiện :
1, Trần Thị Nhất
2018602868
2, Nguyễn Dương Phi
2018603846
3, Đỗ Văn Thắng
2018604659
Lớp: CƠ ĐIỆN TỬ 2 - K13
Khoa: CƠ KHÍ

BỘ CƠNG THƯƠNG

Giáo viên hướng dẫn

TS. TRỊNH VĂN LONG
HÀ NỘI – 10/2020

:

2

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, các hệ thống sản xuất các thiết bị điện tử nói chung và các q trình sản
xuất trong lĩnh vực kỹ thuật xung số nói riêng đều phát triển theo hướng tự động hóa ngày
càng cao. Vì thế quá trình thiết kế bộ đếm nhị phân là một trong những yêu cầu cần thiết
cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục
đích nâng cao năng suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có
hiệu quả nhất, nâng cao chất lượng sản phẩm và cải thiện điều kiện làm việc.
Quá trình tự động hóa trong cơng nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự phát triển
của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc…thì máy móc tự
động điều khiển bằng điện tử khơng cịn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này
máy móc hầu như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã
giảm hẳn và thay vào đó là những lao động chun mơn, những kỹ sư có tay nghề, điều
khiển giám sát trực tiếp q trình sản xuất thơng qua máy tính.
Ở nước ta do u cầu cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước nên ngày càng xuất
hiện nhiều những thiết bị xung số mới có những vi mạch càng lớn, khả năng lập trình
ngày càng cao và đạt được nhiều thành tựu hơn trong cả cuộc sống lẫn trong công nghiệp.
Các thiết bị điện tử cho phép tự động hóa trong các q trình cơng nghệ và kiểm tra sản
phẩm.
Trong đề tài bài tập lớn môn “Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ kđ =16, sử
dụng jk-ff, hiển thị số đếm trên led 7 thanh” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày
một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống.
Thơng qua đó có thể áp dụng nó vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt
nghiệp chuyên ngành khi ra trường.
Để bài báo cáo được hồn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những
góp ý từ phía các thầy cơ. Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến cơ
Nguyễn Thị Thu Hà đã nhiệt tình hướng dẫn cho chúng em.

Xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả các quý Thầy Cô!


3
Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2021

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài
Nhân loại đang sống trong những năm đầu của thế kỉ 21 – thế kỉ của tri thức khoa
học với sự phát triển như vũ bão của công nghê thông tin và khoa học ứng dụng. Kĩ thuật
điện tử là một trong những ngành có tốc độ phát triển khá nhanh và được ứng dụng rộng
rãi trong đời sống xã hội. Nhu cầu sử dụng các thiết bị, máy móc tự động điều khiển bằng
điện tử của con người ngày càng cao.
Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử đang phát triển rất mạnh mẽ. Sự ra
đời của các vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành hạ, khả năng lập trình ngày càng cao đã
đem lại những thay đổi vơ vùng to lớn trong ngành kĩ thuật điện tử.
Với sự phát triển kĩ thuật điện tử như hiện nay, nhu cầu về tiếp xúc với lĩnh vực số
đã trở nên không thể thiếu được. Mạch số đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị
điện tử thông dụng và chuyên dụng.
Để xây dựng một thiết bị số hoàn chỉnh bao giờ cũng cần phải có các mạch đếm,
các thanh ghi, các bộ nhớ… Trong đó các mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ
thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, đếm nhị phân, chia tần số, điều khiển các
mạch khác… Mạch đếm được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử ví dụ như các bộ
xử lí, bộ định thời.

1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích: tìm hiểu về mạch đếm nhị phân, thuận, đồng bộ và hiển thị số đếm.
Nhiệm vụ:
 Tìm hiểu lý thuyết về mạch đếm.
 Tìm hiểu về một số vi mạch đếm thông dụng.

 Một vài ứng dụng của mạch đếm.


4

1.3 Đối tượng nghiên cứu
Tài liệu về mạch đếm
Tìm hiểu các phần tửu cơ bản cấu thành mạch đếm.
Một số sơ đồ mạch đếm
Một số vi mạch đếm thông dụng và ứng dụng của nó.

1.4 Phạm vi nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết của mạch đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kd=16, sử dụng JK-FF.
Hiển thị số đếm trên LED 7 thanh.

1.5 Phương pháp nghiên cứu
- Dựa vào kiến thức đã được học, tìm hiểu qua internet, sách vở và tham khảo ý
kiến bạn bè, thầy cơ.
- Tìm hiểu những mạch đếm phổ biến để học hỏi cách thiết kế chi tiết, cấu tạo tối
ưu nhất có thể.
- Áp dụng những phương pháp thiết kế, tính tốn để xây dựng mơ hình phù hợp
với đề tài.
- Sử dụng các phần mền lập trình, thiết kế đồ họa để hỗ trợ như: Proteus, Altium
Designer...

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các mạch đếm là thành phần cơ bản của hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm
thời gian, chia tần số, điều khiển các mạch khác… Mạch đếm được dùng rất nhiều trong
các mạch điện tử ví dụ như các bộ xử lý, bộ định thời.



5

CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG
2.1 Tính tốn thiết kế hệ thống
2.1.1 Phần tử JK – FF
Định nghĩa: Là phần tử có hai đầu vào chức năng J, K và hai đầu ra. Đầu vào J
đóng vai trị thiết lập, đầu vào K đóng vai trị xóa.
JK = 00 FF giữ nguyên trạng thái cũ.
JK = 01 FF luôn chuyển đến trạng thái 0.
JK = 10 FF luôn chuyển đến trạng thái 1.
JK = 11 FF đảo trạng thái.
Kí hiệu:

JK - FF

Hình 2.1 Kí hiệu JK – FF
X0

0X
1X
1

0

X1

Hình 2.2 Đồ hình trạng thái của JK - FF
Bảng 2.1 Bảng trạng thái
J

0
0
0
0
1
1
1
1

K
0
0
1
1
0
0
1
1

Qn
0
1
0
1
0
1
0
1

Qn+1

0
1
0
0
1
1
1
0


6

Hình 2.3 Sơ đồ logic của JK – FF
Sơ đồ này chỉ sử dụng các phần tử logic NAND được minh họa như hình 2.3.
Phương trình đặc trưng:
Qn+1 = + Qn
2.1.2 Lựa chọn các linh kiện để chế tạo hệ thống
IC 7404

Hình 2.4 IC 7404
IC 7404 là loại IC có chứa 6 mạch đảo trong một IC và các ngõ vào được kí hiệu là
An, các ngõ ra được kí hiệu là On. Điện áp sử dụng là 5V.
IC 7432
Thông số kỹ thuật:
• Điện áp làm việc: 2 -6V
• Nhiệt độ làm việc: -40 ~ 125 độ C


7
Cấu tạo bên trong IC 74HC32 có bốn cổng logic OR, mỗi cổng có 2 ngõ vào và 1

ngõ ra. IC 74HC32 được sản xuất theo công nghệ Cmos, là một mạch tích hợp được xây
dựng từ các Mosfet và một số điện trở phụ trợ.

Hình 2.5 Sơ đồ chân 74HC32
IC 7473 ( JK-FF)
Thơng số kỹ thuật:
• Dải điện áp hoạt động: 4.75 ~ 5.25V
• Mức áp logic cao: 2V
• Mức áp logic thấp: 0.8V
• Dịng điện tổng: 20mA
• Tần số hoạt động tối thiểu: 15Mhz
• Dải nhiệt độ chịu được: 0C to 70C
• Ứng dụng: Dùng trong các mạch đếm mod, . .


8

Hình 2.6 IC 7473 ( JK-FF)
IC 7447(IC giải mã BCD ra led 7 thanh)

Hình 2.7 IC 7447

Hình 2.8 Logic diagram của IC 7447


9
IC Bộ giải mã led 7 đoạn, là một thiết bị chuyển đổi một định dạng kỹ thuật số và
một trong những thiết bị thông dụng nhất để làm điều này được gọi là BCD (Binary
Coded Decimal) sang 7-Segment Display Decoder.
Chân 16 cấp nguồn Vcc cụ thể ở đây là 5V nếu quá 5V ic này sẽ bị chết .

Chân 8 là chân nối GND(mass).
Các chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào ứng với B,C,D,A.
Các chân 15,14,13,12,11,10,9 là các chân ra ,các chân này sẽ được nối với led 7
thanh và được nối như hình trên.
Chân thứ 3 LT(Lamp test ) như tên gọi của nó chân 3 này là chân kiểm tra led 7
đoạn,nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc với 7 đoạn.Chân
này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏng hay khơng và trong thực tế khơng sử
dụng nó.
Chân 4 BI/RB0 ln ln được kết nối với mức cao ,nếu kết nối với mức thấp thì
tồn bộ led sẽ khơng sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là gì.
Chân 5 RBI kết nối với mức cao.
IC 7408

Hình 2.9 IC 7408
Thơng số kỹ thuật:


10
• Điện áp cung cấp: 4.75V ~ 5.25V
• Dải nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 70oC
• Dịng điện ra mức cao: IOH = -0.4mA
• Dịng điện ra mức thấp: IOL = 8mA
IC 555
Thơng số kĩ thuật :
• Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V.
• Dịng điện tiêu thụ: 6 – 15mA.
• Cơng suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW.
• Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V.
• Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V.


Hình 2.10 IC 555

2.2 Thiết kế mơ phỏng hệ thống trên proteus
2.2.1 Thiết kế bộ đếm đồng bộ dùng JK-FF
- Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng: ta có Kd=16, do đó số phần tử nhớ cần sử

dụng là 4 JK-FF


11
- Đồ hình trạng thái:

-Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị các đầu vào kích :

Q4
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1

1

Q3
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1

TTHT
Q2
0
0
1
1
0
0
1
1

0
0
1
1
0
0
1
1

Q1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

Q4
0
0

0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0

TTKT
Q3 Q2
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1

1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0

Q1
1
0
1
0
1
0
1
0
1

0
1
0
1
0
1
0

J4
0
0
0
0
0
0
0
1
x
x
x
x
x
x
x
x

K4
x
x
x

x
x
x
x
x
0
1
0
0
0
0
0
1

J3
0
0
0
1
x
x
x
x
0
0
0
1
x
x
x

x

K3
x
x
x
x
0
0
0
1
x
x
x
x
0
0
0
1

J2
0
1
x
x
0
1
x
x
0

0
x
x
0
1
x
x

K2
x
x
0
1
x
x
0
1
x
x
0
1
x
x
0
1

J1
1
x
1

x
1
x
1
x
1
x
1
x
1
x
1
x

K1
x
1
x
1
x
1
x
1
x
1
X
1
x
1
x

1

Từ bảng chuyển đổi trạng thái, tối thiểu hóa cho các đầu vào kích ta có hệ phương trình
kích như sau:
J1=K1=1
J2=K2=Q1
J3=K3=Q1.Q2
J4=K4=Q1.Q2.Q3
-Sơ đồ của bộ đếm :


12

2.2.2 Hiển thị lên LED 7 thanh
-Bảng chuyển đổi trạng thái giữa giá trị vào và bộ giải mã Led 7 thanh:
Q4
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1

1
1

Q3
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1

Q2
0
0
1
1
0
0
1
1

0
0
1
1
0
0
1
1

-Tối thiểu hóa dùng bìa karnaugh:
•

Chân A

Q1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0

1

D
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0

C
0
0
0
0
1
1
1
1
0

0
0
0
0
0
1
1

B
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0

A
0
1
0

1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1


13
Q2Q1 00

01

11

10

Q4Q3
00

0

1


1

0

01

0

1

1

0

11

0

1

1

0

10

0

1


1

0

 A=Q1

Hình 2.11 Mơ phỏng hệ thống trên Proteus


14

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM
VÀ HIỆU CHỈNH
3.1 Chế tạo mạch
3.2 Lắp ráp mạch đếm hoàn chỉnh
3.3 Thử nghiệm và hiệu chỉnh