http://hoiquandtvt.net

1Lời nói đầu Trong lĩnh vực Điện tử và Thông tin,Kỹ thuật số đóng vai trò vô cùng quan
trọng.Do đó việc tìm hiểu và nghiên cứu vấn đề đó là rất cần thiết đối với
sinh viên Khoa Điện tử.
Đồ án môn Thiết kế mạch Logic sẽ giúp sinh viên khoa Điện tử viễn thông
nắm vững đợc kiến thức về Kỹ thuật số,khả năng tự tìm tòi nghiên cứu
các hệ thống số .Sử dụng các kiến thức về Kỹ thuật số logic có thể thực hiện
nhiều bài toán có tính ứng dụng thực tiễn cao.
Đồ án của em là bài toán thiết kế Hệ Thống Khoá Có Mã Hoá dựa trên các
nguyên lý Kỹ thuật số logic cơ bản.Đây mới chỉ là những bớc thiết kế hệ
thống trên cơ sở lý thuyết nên sẽ không tránh khỏi nhng sai sót,hy vọng
em có điều kiện cụ thể hoá bài toán hơn nữa .
Em xin cảm ơn thầy vì đã cho em những ý kiến rất quan trọng để hoàn
thành đồ án này.

Sinh viên : Nguyễn Việt Hùng.
5. Hiển thị 19
6. Thiết lập Password 20
7. So sánh 22
8. Báo động 24
9. Khoá 28

Phần IV Kết luận 29

Phần V Sơ đồ mạch của toàn hệ thống
Phần I : Giới thiệu chức năng hệ thống.
http://hoiquandtvt.net

3Đây là hệ thống bật tắt có mã hoá,đợc sử dụng trong các hệ thống khoá cần tính
bảo mật cao.Ví dụ nh: cửa của một căn hộ,một nhà kho,một hệ thống máy móc
hoạt động cần mang tính riêng t hay bảo mật
Muốn mở khoá,thông qua bàn phím và đèn hiển thị,ngời sử dụng nhập
Password vào và nhấn phím mở khoá,khoá sẽ mở.Muốn đóng khoá thì nhấn vào
phím đóng.Ngời sử dụng có thể sửa lại số đã nhập bằng cách dùng các phím
sang phải hay trái để điều chỉnh.Ngời sử dụng chỉ có thể mở khoá nếu nhập
đúng Password đã đợc thiết lập trớc đó.Nếu nhập Password vào 3 lần mà
không mở đợc khoá thì hệ thống sẽ bị treo trong một khoảng thời gian 30 phút

1.Sơ đồ khối: Sơ đồ khối hệ thống ( Hình 1 ) bao gồm 9 khối,các khối có nhiệm vụ và chức
năng khác nhau nhng có liên hệ với nhau qua các tín hiệu.

2.Vận hành của hệ thống.

Qua phần phân tích chức năng và sơ đồ khối của hệ thống khoá có mã hoá ta có
thể mô tả hoạt động của hệ thống nh sau:

Khoá đang ở trạng thái đóng ,muốn mở khoá,nhờ các phím số ta nhấn vào đúng
Password đã thiết lập trớc đó (password bao gồm 6 chữ số bất kỳ trong khoảng
từ 0 đến 9).Mỗi lần nhấn phím để nhập số,nó sẽ phát ra một mã của phím đó ở
dạng nhị phân,mã gồm 4 bit,mã này qua mạch giải mã 7 khe,qua bộ phân kênh
để đa tới mạch chốt và tới bộ giải mã 7 khe để hiển thị.Tiếp tục nhập vào các số
tiếp,nhờ có bộ phân kênh nên nó sẽ đợc hiển thị ở đèn tiếp theo và mã của nó sẽ
bị chốt ở một mạch chốt tơng ứng,cứ tiếp tục nhập cho đến hết mã.Khi phím
Hình 1

Tạo
Mã
Giải
Mã
Phân
Kênh
Chốt

Phần III : Phân tích chức năng và nguyên lý của các khối .

http://hoiquandtvt.net

6

1.Hệ thống phím và tạo mã.

Sơ đồ của bàn phím đợc bố trí trên Panel nh sau:

Hình 2

0 321 4
6 85 7 9
Save Coding
Close
Open
http://hoiquandtvt.net

7

Khối Tạo Mã dùng nhập Password và tạo mã cho các số:Trên bàn phím của hệ
thống gồm 16 phím, trong đó có 10 phím số do vậy chỉ cần 4 bit để mã hoá cho
các phím số đó.Ta mã hoá các phím số theo bảng :

Phím
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Mã
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1

CP J K Q /Q Chú Thích
Đột biến âm 0 0 Q /Q Không đổi
Đột biến âm 0 1 0 1
Đột biến âm 1 0 1 0
Truyền DL

Đột biến âm 1 1 /Q Q Đảo
1 X X Q /Q
0 X X Q /Q
Không đổi
Ta xét cách tạo mã cho số 3 thập phân:

Khi phím số 3 đợc nhấn chính là công tắc đợc bật và tắt tạo nên các đột biến
âm ở chân CLK của các FF ,do các đầu J,K đã đợc nối hoặc là đất hoặc là +5V
nên khi đó các đầu ra Q của các FF sẽ là mức logic tơng ứng.Các mức logic này
tạo thành 4 bit mã của phím số 3 là 0011 .Một cách tơng tự ta có thể tạo mã cho
các phím khác .Nh vậy,để tạo mã cho 10 phím số cần một ma trận 4x10=40 Flip
Flop JK .Tuy nhiên cách tổ chức này không thực tế ,trong việc thiết kế sử dụng
các linh kiện thông thờng tổ hợp 40 FF làm kích thớc mạch rất lớn.
Hình 3

http://hoiquandtvt.net

9

IC 74147 có 9 đầu vào từ 1 đến 9 và 4 đầu ra A,B,C,D.Nhìn vào bảng trạng thái
của nó ta thấy 4 đầu ra phải nối với một cổng đảo thì mới đúng với dạng mã các
số mà hệ thống yêu cầu.
Khi đầu vào 1 có logic 0,các đầu vào còn lại có logic 1 thì tín hiệu ra ứng với tổ
hợp bit 1110(DCBA ),nếu cho qua cổng đảo sẽ là 0001 chính là mã của số 1.
Khi đầu vào 5 có logic 0,các đầu 6,7,8,9 có logic 1 thì tín hiệu ra ứng với tổ hợp
bit 1010,qua cổng đảo sẽ là 0101 chính là mã của số 5.
Các số khác cũng tơng tự,nh vậy ta chỉ việc ghép nối IC này với hệ thống các
phím.Do tác động phím là đóng ngắt ,mỗi khi có thao tác nhấn đầu ra của IC sẽ
có tổ hợp mã,khi nhả phím tín hiệu sẽ trở về trạng thái 0 ban đầu, yêu cầu tín
Hình 4

http://hoiquandtvt.net

10

hiệu vào cho các LED hiển thị không bị mất đi khi nhả phím ,cần phải có 1 mạch
chốt trớc các LED.Ta có sơ đồ tổ chức tạo mã cho các số(Hình 5):

6
7
2
0
Khối
Tạo Mã
1 2
1 2
1 2
4.7K
74147
1N
1
2N
2
3N
3
4N
4
5N
5
6N
6
7N
7
8N
8
9N
9
DN

của mã phím tơng ứng đợc lấy từ đầu ra IC 74147 của khối Tạo Mã.7 chân ra
của IC không nối trực tiếp LED 7 khe mà qua khối Phân Kênh để có thể giải mã
cho cả 7 LED.

NBCD A b c d e f g
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 1 1 1 1 1 0
0 1 1 0 0 0 0
1 1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 0 0 1
0 1 1 0 0 1 1
1 0 1 1 0 1 1
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1
3.Khối Phân Kênh.

Vì hệ thống có Password gồm 6 chữ số mà chỉ dùng 1 giải mã ,khối giải mã có 7
tín hiệu ra nên cần phải có thêm khối 7 DEMUX 8-1 ,và trớc mỗi LED 7 khe

hiện,bộ đếm này sẽ đợc thiết kế là thuận nghịch để trong
quá trình nhập có thể sử dụng các phím sang phải và trái
để điều khiển vị trí cần nhập hoặc sửa.Các phím này vừa
tạo xung đếm vừa kích cho bộ đếm là thuận hay
nghịch.Bộ đếm chọn phải là thuận nghịch ,ta sử dụng vi mạch đếm có sẵn :đếm
10 thuận nghịch,đồng bộ và có khả năng lập trình 74190 để xây dựng bộ đếm
theo yêu cầu.Sơ đồ của vi mạch nh hình vẽ bên.
Chức năng của các chân IC:
GN: Cho phép IC làm việc ở mức tích cực thấp.
Điều

Khiển 7
DEMUX

Từ khối giải mãTới
Khối
Chốt
Hình 7

VCC
GND
74190
GN
1

Khi GN ở mức thấp thì mạch sẽ đếm.
DNUP(DOWN/UP): Điều khiển đếm thuận nghịch mức tích cực thấp.
DNUP=0: Đếm thuận
DNUP=1: Đếm nghịch
Các đầu A,B,C,D thiết lập trạng thái đầu cho bộ đếm khi chân LDN logic thấp.
LDN: Nạp các trạng thái đầu,mức tích cực thấp
CLK: Xung nhịp cho các FF,tác động bằng sờn dơng.
Đây là vi mạch đếm 10 nhng hệ thống chỉ cần đếm 6 do đó cần phải đặt lại
trạng thái ,quá trình đếm là đếm thuận nghịch nên sơ đồ đếm sẽ là: Khi đếm thuận phải dùng trạng thái 6 tạo tín hiệu điều khiển r xoá tất cả FF trở
về trạng thái 0.Khi bộ đếm đang ở trạng thái 0101(5) khi có xung đếm sẽ chuyển
sang trạng thái:
0101(5) -> 0110(6) với bộ đếm K=10
0101(5) -> 0000(0) với bộ đếm K=6
So sánh 0110 với 0000 thì chỉ khác nhau 2 bit B và C nên ta chỉ cần thiết lập lại
hai FF B và C.

0000(0) -> 0101(5) với bộ đếm K=6
So sánh 1001 với 0101 thì chỉ khác nhau 2 bit D và C nên ta chỉ cần thiết lập lại
hai FF D và C.
Vì cả đếm 6 thuận và nghịch nên phải xây dựng tín hiệu LOAD cho cả 2.
Sơ đồ mạch : Khi đếm thuận đến trạng thái 5 sang trạng thái 6 bit OB và OC logic 1 nên đầu
ra cổng NOR logic 0 tạo đột biến âm cho chân LDN,bộ đếm trở về trạng thái do
các bit A,B,C,D thiết lập(0000),chính là trạng thái 0.Giản đồ thời gian:
VCC
VCC
GND
->
<-
74190
GN
1
LDN
2
DNUP
3
A
4
B
5
C
6
D
7

NAND5
1
2
3
NOR
1
2
3
NAND6
1
2
3
Hình 9

http://hoiquandtvt.net

15 Khi đếm nghịch đến trạng thái 0 sang trạng thái 9 bit OA và OD logic 1 nên đầu
ra cổng NOR logic 0 tạo đột biến âm cho chân LDN,bộ đếm trở về trạng thái do


16
DEMUX chọn là IC 74151,sơ đồ ghép nối nh Hình 10,7 tín hiệu từ khối giải mã
đợc đa tới 7 đầu vào của 7 DEMUX,7 tín hiệu này đợc chọn đa vào mạch
chốt nào tuỳ thuộc vào tổ hợp tín hiệu của bộ đếm.Nếu đầu ra bộ đếm là 000 thì
các chân D0 có dữ liệu ra và mạch chốt thứ nhất sẽ chốt dữ liệu từ khối giải mã
hiển thị trên LED1.
VCC
DEMUX1
GND
->
VCC
<-
DEMUX2
DEMUX3
DEMUX4
DEMUX5
DEMUX6
DEMUX7
Giải
mã
NAND4
1
2
3
NAND6
1

8
QD
9
QC
10
QB
11
QA
12
MNMX
13
RCON
14
NOR
1
2
3
NAND2
1
2
3
Hình 10

http://hoiquandtvt.net

17

Khối Phân Kênh còn có một tổ hợp logic có nhiệm vụ điều khiển các Led chỉ thị
vị trí hiển thị các đèn.Do yêu cầu hệ thống khi dùng phím trái và phải để nhập số
cần phải biết vị trí di chuyển.3 đầu ra của bộ đếm 6 đợc qua các cổng NOT và


Tu khoi Phan Kenh
Toi Khoi Lap Ma
Latch1
LED1
LED6
Tu khoi Phan Kenh
Toi Khoi Lap Ma
Latch6
Tu Ban Phim
Tu Ban Phim
Hình 11

http://hoiquandtvt.net

18

Ta có thể thiết kế một khối chốt gồm 6 mạch chốt từ tính chất của FF_D:chỉ khi
có xung CLK thì mới cho phép dữ liệu qua,và khi không có xung nữa thì trạng
thái ra của FF vẫn giữ nguyên.Nh vậy một mạch chốt có 7 FF_D,các chân CLK
đợc nối với nhau.Ta cần xây dựng 1 ma trận 42 FF_D.
Để đơn giản cho mạch của hệ thống ta sẽ sử dụng IC
làm nhiệm vụ chốt,đó là IC 4508.Các chân của nó:
ST(Strobe/ Chốt dữ liệu): Đặt ở mức 1 sẽ mở mạch
cài làm việc.Khi đặt mức 0 sẽ chốt dữ liệu lại.
/EO(Enable Output/ Cho phép ra) :Khi tác dụng
mức 1 vào tín hiệu này sẽ chặn tín hiệu ra.Khi tác
dụng mức 0 dữ liệu có thể ra.
MR (Master Reset Đặt lại chính) Khi có mức logic 1
sẽ xoá toàn bộ dữ liệu ra.

nhau ở tổ hợp logic.
3
4
5
Hình 12

http://hoiquandtvt.net

20

6.Khối thiết lập Password.

Khối Lập Password là khối vừa có chức năng lu giữ vừa có thể thay đổi thiết lập
Password.Do vậy thành phần chính của nó là một tổ hợp có chức năng nhớ và
các phím điều khiển .Theo yêu cầu của hệ thống thì chỉ khi ngời sử dụng nhập
vào đúng Password thì mới cho phép thiết lập Password mới.Nh vậy hoạt động
của khối Lập Password là: Khi đã nhập đúng Password rồi,nhấn vào phím
CODING,lúc này ta có thể nhấn các phím trên bàn phím để nhập Password
mới,Password mới chỉ có hiệu lực khi ta nhấn phí SAVE.
Tín hiệu vào khối Lập mã từ các mạch chốt (Latch)của khối chốt.Hệ thống khoá
gồm 6 chữ số mà mỗi số có 7 bit để mã hoá dạng 7 khe do vậy để nhớ đợc
Password cần một khối cài dữ liệu 6x7bit=42bit.Khối này có chức năng tơng tự
khối chốt đã xét ở trên,chỉ khác nhau ở chỗ:các mạch chốt trong khối chốt đợc
chốt và mở ở các thời điểm khác nhau,trong khi mạch cài của khối Lập mã đợc
đóng mở đông thời.Sơ đồ của khối này nh
sau:
Các tín hiệu có ý nghĩa :
ST(Strobe Chốt dữ liệu): Đặt ở mức 1 sẽ mở
mạch cài làm việc, đặt mức 0 sẽ chốt dữ liệu
lại.
/EO(Enable Output Cho phép ra) :

Khi nhập đúng Password chân P=Q của khối so sánh có logic 0, nếu nhấn phím
CODING,đầu ra Q của FF JK có logic 1 ,tín hiệu từ khối so sánh qua cổng đảo
và Q qua cổng AND sẽ đa mức logic 1 vào chân ST(Strobe) của khối cài 48 bit,
mạch cài đợc mở .Ta đã có thể nhập vào Password mới,trong quá trình nhập
mặc dù Password thay đổi nhng vì mạch cài đợc mở nên chân P=Q khối So
Hình 13

K
J
CODING
Từ Khối
So Sánh
Q'
Q
Từ Khối Chốt
Tới Khối So
Sánh
Latch 48 bit
6x 4508
SAVE
K
J
Từ
Bộ

Trong sơ đồ nguyên lý có sử dụng 2 FF_JK và các cổng AND,NOT.Để thực hiện
mạch cụ thể ta dùng IC 74107 chứa 2 FF JK,IC 7400 chứa 4 cổng NAND.

7.Khối so sánh.

Khi ngời sử dụng đã nhập xong Password,nhân phím Open để mở khoá,khối so
sánh sẽ đa ra 1 tín hiệu có logic 0 tới khối khoá để mở khoá.Vởy nhiệm vụ của
khối So Sánh là so sánh các số nhập vào với Password đã thiết lập,các số và
Pasword đều ở dạng mã hoá nhị phân,nh vậy so sánh ở đây là so sánh từng cặp
bit một.Hệ thống có 6 số mỗi số mã hoá dạng 7 khe bằng 7 bit nên khối So Sánh
phải so sánh 42 bit,nếu các bit bằng nhau thì đa ra mức logic 0,ngợc lại đa ra
mức logic 1,tín hiệu này sẽ điều khiển khối Khoá và khối Báo Động.Các tín hiệu
logic đa vào khối này là từ 6 mạch chốt của khối Chốt và từ khối Lập Password
mạch so sánh sẽ so sánh từng bit đến từ 2 khối này,các bit phải có thứ tự tơng
ứng nhau.
Do là so sánh từng đôi bit một tơng ứng,ta lợi dụng tính chất của hàm XOR để
so sánh,sơ đồ và bảng chân lý của nó :
A B F

http://hoiquandtvt.net

23

0 0
1 0
0 1
1 1
0
1
1

P6
P7
/G
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
74LS688
H
ình 14

http://hoiquandtvt.net

24
8.Khối báo động.
Nh sơ đồ khối đã phân tích ,khi nhập Password đến lần thứ 3 lần sẽ kích hoạt
mạch báo động đồng thời làm tính năng mở khoá bị treo 30 phút.Chức năng này
làm tăng tính bảo mật và độ an toàn cho hệ thống.Nh vậy khối Báo Động ngoài
mạch báo động còn có các bộ đếm để đếm số lần nhập sai Password và tạo thời
gian trễ.
Khi tín hiệu từ chân P=Q của khối so sánh có mức logic 0 ( không đúng
Password ) mà nhấn phím OPEN sẽ kích hoạt bộ đếm Counter1 trong khối Báo
Q6

P3
P5
P6
/G
P1
/G
P=Q
Q6
P2
P6
Q4P4
Q0
P7
Q1
Q5
P5
Q3
P1
P3
P0
Q7
Q2
BUS khối
chốt
BUS khối
lập mã
P1
Q3P3
Q6
P7

P5
P7
P1 Q1
/G
Q7
P=Q
Q0
P3
P5
P6
P5
Q4
P0
P=Q
Q5
P2
Q6
P1
P=Q
AND1
1
2
3
4
AND2
1
2
3
4
AND3

OPEN khi không đúng Password.Khi Counter1 đếm đến tổ hợp bit 011(3),các bit
nay qua tổ hợp logic kích mạch báo động và tới chân /EO của khối so sánh,ta sử
dụng IC đếm 7490.Bộ đếm Counter 2 tạo trễ ,ta chọn bộ đếm 4 bit,với chu kỳ
xung đếm 2s ta có thể đếm đợc 30 phút,quá trình đếm kết thúc ứng với tổ hợp
bit 1111 của bộ đếm,các bit này qua các cổng logic tạo tín hiệu khôi phục hệ
thống hoạt động bình thờng,ta dùng IC đếm 7493 là bộ đếm 16.
Trớc hết ta xét các IC đếm 7490 , 7493 cùng chức năng các chân của nó:
IC 7490 có 14 chân,R01 và R02 dùng để thiết lập trạng thái 0 cho bộ đếm,khi các
chân này ở mức logic cao thì bộ đếm xoá về 0.R91 và R92 thiết lập trạng thái
9,hai đầu này phải có ít nhất 1 ở mức logic 0 bộ đếm mới đếm.CKAvà CKB để
đa tín hiệu vào đếm,các đầu QA,QB,QC,QD là các chân ra.
Mạch Báo Động
Counter 1 Counter 2
Tổ hợp
Logic
Tổ hợp Từ
khối khoá và
so sánh
Tới /EO khối so sánh
Hình 16