Lời mở đầu
Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế kỉ có công nghệ phát triển
mạnh mẽ. Việc ứng dụng kĩ thuật số vào lĩnh vực Điện- Điện Tử đã mở ra một
thời kì mới - thời kì công nghệ số với nhiều sản phẩm nh: máy ảnh số, đầu số,
truyền hình số, camera số và trong nhiều lĩnh vực khác.
Từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kĩ
thuật điều khiển hiện đại có nhiều u điểm hơn so với việc lắp ráp bằng các linh
kiện rời nh: kích thớc nhỏ, giá thành hạ, làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ
nhỏ Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã đợc ứng dụng nhiều trong các thiết bị, sản
phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày làm cho đời sống của chúng ta
ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn.
Trải qua quá trình học tập và nghiên cứu môn học kĩ thuật số em đã chọn đề
tài Thiết kế đồng hồ số hiển thị giờ, phút, giây làm đồ án. Em hi vọng
rằng sau khi hoàn thành đồ án này nó sẽ giúp em củng cố lại kiến thức mà em đã
tích lũy đợc trong suốt thời gian học tập và với ớc mong nó sẽ là một điểm tựa cơ
bản (về kiến thức) cho em sau khi ra trờng.
Trong quá trình làm đồ án em đã đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy CAO
VĂN THế. Mặc dù đã cố gắng hết sức nhng do khả năng còn hạn chế, hơn nữa
đây còn là một lĩnh vực mới đối với em, nên không tránh khỏi những thiếu sót về
nội dung và phơng pháp trình bày.Em rất mong đợc sự chỉ bảo hớng dẫn của thầy
cô và ý kiến đóng góp của các bạn để đề tài của em hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Phần I: Cơ sở lý thuyết
I. Tổng quan về logic số
I.1. Mạch tơng tự và tín hiệu tơng tự (Analog circuit)
a.Mạch tơng tự (Analog )
* Định nghĩa : Mạch tơng tự là mạch xử lý các tín hiệu tơng tự
- Tín hiệu tơng tự : Là những tín hiệu có biên độ biến đổi liên tục theo thời
gian đợc xác định theo quan hệ của hàm số bất kì .

++=
++=
Tổng quát:
2.Hệ thống số nhị phân(Binery)
* Định nghĩa:hệ thống số nhị phân là loại số đếm sử dụng 2 kí tự số 0 và 1
ghép lại với nhau tạo thành số đếm
-Tổng quát:
3.Hệ thống số thập lục phân (Hexa)
2
0
1
2
1
1
10 10.10. aaaX
n
n
n
nD
+++=



0
1
2
1
1
2 2.2. aaaX
n

?69 =
69/2=34 d 1 1
34/2=17 d 0 0
17/2=8 d 1 1
8/2=4 d 0 0
4/2=2 d 0 0
2/2=1d 0 0
1/2=0 d 1 1


BD
100010169 =
2.Chuyển từ số nhị phân sang số thập phân
* Cách làm:Muốn chuyển từ số nhị phân sang số thập phân ta chỉ việc tính
tổng tất cả các tích của các chữ số trong hệ nhị phân với trọng số tơng ứng của
nó.
- Tổng quát:
0
1
2
1
1
2 2.2. aaaX
n
n
n
nD
+++=



Ví dụ:
( )
H
D
?69 =
69/16 = 4 d 5 5
4/16 = 0 d 4 4
HD
4569 =
4. Chuyển đổi từ số thập lục phân sang hệ thập phân
* Cách làm: Muốn chuyển từ hệ thập lục phân sang hệ thập phân ta chỉ
việc tính tổng tất cả các tích của các chữ số trong hệ thập lục phân với trọng số t-
ơng ứng của nó.
Ví Dụ :

DH
DH
6956416.516.445
?45
01
=+=+=
=
5.Chuyển đổi từ số thập lục phân sang số nhị phân
* Cách làm:Muốn chuyển từ số thập lục phân sang số nhị phân ta tính từ
trái qua phải của số thập lục phân mỗi bít của số thập lục phân tơng đơng với 4
bít của số nhị phân có vị trí tơng ứng.
6. Chuyển từ nhị phân sang thập lục phân
* Cách làm: Muốn chuyển từ nhị phân sang thập lục phân ta tính từ phải
qua trái cứ 4 bít của số nhị phân tơng đơng với 1 bít của số thập lục phân. Những
số cuối cùng nằm về phía bên trái nếu thiếu số lợng bít ta có thể thêm 0 vào

1 0001 1
2 0010 2
3 0011 3
4 0100 4
5 0101 5
6 0110 6
7 0111 7
8 1000 8
9 1001 9
10 1010 A
11 1011 B
12 1100 C
13 1101 D
14 1110 E
15 1111 F

Bảng 1-1-1: Các dạng mã của các số tự nhiên từ
150
ữ
c.Mã ASC II
- Là hệ thống mã số cơ bản dùng để mã hóa phần cứng với các thiết bị vào
ra: bàn phím, chuột.
5

d.Mã GRAY (Mã vòng )
-Là loại mã số đợc viết theo qui luật vòng tròn 2 mã liên tiếp nhau chỉ sai
khác 1 bit
e.Mã thừa 3(EXCESS - 3)
- Mã thừa 3 là loại mã số sử dụng với số thập phân cộng thêm 3 sau đó
chuyển sang dạng BCD không gói .

=
=+
=+
b.Các định lí cơ bản:
- Ta có biến A bất kì :
60.
.
1.
00.
1
0
11
=
=
=
=
=+
=+
=+
=+
=
AA
AAA
AA
A
AA
AAA

7
)).(()).().(.(6
)_).(( 5
)).(.(4
)).(.(3
.).(.2
).(.1
CBACBBA
BABAA
ABAA
CABACBCABA
CABACBCABA
BACACABA
BACACABA
ABABA
BABAA
ABAA
+=+
+=+
=+
+=++
++=+++
+=+
+=++
=++
=+
=+
I.5. Hàm logic
1. Định nghĩa hàm logic.
- Là 1 dạng hàm số dùng để biểu diễn mối quan hệ logic của tín hiệu ra và

nhiều thành phần, mỗi thành phần chứa tổ hợp các biến dới dạng 1 tổng.
c.Biểu diễn dạng bảng trạng thái
- Là 1 cách biểu diễn trực quan mối quan hệ hàm logic giữa tín hiệu ra và
tín hiệu vào. Bảng trạng thái thực chất là 1 ma trận hàng cột, trong đó số cột
bằng tổng số các biến của bài toán, số hàng bằng(2
n
+1). Trong đó n: là số các
biến đầu vào hàng trên cùng của bảng trạng thái ghi tên các biến vào ra dới dạng
chữ. Các hàm tiếp theo về phía bên trái của bảng trạng thái ghi tổ hợp giá trị các
biến đầu vào dới dạng số nhị phân theo thứ tự tăng dần từ trên xuống. Các hàm
còn lại thuộc cột bên phải tơng ứng với đầu ra ghi giá trị logic của biến đầu ra.
Tơng ứng với tổ hợp trạng thái biến đầu vào .
Ví Dụ: 3 công tắc A, B, C

3 biến đầu vào
A, B, C kín

1
A, B, C hở

0
Đèn Y: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt


1 biến ra
Số cột=

các biến =4 cột
Số hàng=2

Đèn Y: Y=1 đèn sáng
Y= 0 đèn tắt
3 biến đầu vào

2
3
= 8
Cách ghi 1:
AB
C
00 01 11 10
0 1 0 0 0
1 1 1 1 0

Cách ghi 2 :
AB
C
00 01 11 10
0 000 010 110 100
1 001 011 111 101

Cách ghi3 :
AB
C
00 01 11 10
0 0 2 6 4
1 1 3 7 5
Bảng 1-1-3. Biểu diễn trạng thái bóng đèn bằng bìa Karnough
3. các phơng pháp tối giản hàm logic
a. Khái quát chung

n
Ví Dụ: 2 ô = 2
1
1 biến bỏ đi
4 ô = 2
2
2 biến bỏ đi
8 ô = 2
3
3 biến bỏ đi
16 ô = 2
4
4 biến bỏ đi
+ Trong số các ô ghép với nhau biến nào có giá trị thay đổi biến đó bỏ đi.
Cứ 2
n
ô ghép với nhau thì bỏ đợc n biến.
+ 1 ô có thể đợc ghép nhiều lần với các ô khác nhng trong mỗi lần ghép
phải có 1 ô mới.
11

+ Có thể ghép các ô ở cạnh, ở mép với nhau, ở 4 góc với nhau hoặc các ô
đối xứng nhau.
-Ví dụ:

DCBADCBADCBADCBA
DCBADCBADCBADCBADCBADCBAY++++

A Y
0 1
1 0
12 2.Cổng hoặc (OR gate).
a. Định nghĩa :Cổng hoặc là cổng lôgic cơ bản nó thực hiện phép tính tổng
các biến số ở đầu vào: Y = A+ B + + N
Với : A,B N là các biến số ở đầu vào
Y là hàm số hay kết quả đầu ra.
b. Kí hiệu :Cổng OR hai đầu vào và cổng OR 3 đầu vào đợc biểu diễn nh
hình vẽ:
Y
A
B
C
Y
A
B
Cổng OR 2 đầu vào Cổng OR 3 đầu vào
c. Bảng sự thật :
Bảng 1-2-2.Bảng chân lý cổng OR
d. Biểu diễn cổng OR bằng một mạch điện thay thế đơn giản:
Các đầu vào Đầu ra
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

14
Y
A
B

d. Biểu diễn cổng and bằng mạch điện, bán dẫn đơn giản :
Biểu diễn bằng mạch điện đơn giản và Biểu dễn bằng mạch bán dẫn đơn giản

e.Dạng xung của cổng AND:
Ta có thể biểu diễn dạng sóng của cổng and nh hình trên với A,B là dạng sóng
đầu vào còn Y là dạng sóng đầu ra. Chỉ khi nào 2 đầu vào A,B ở mức cao thì đầu
ra Y mới ở mức cao.
4.Cổng Và Đảo(NAND gate):
a. Định nghĩa :Cổng nand là một cổng lôgíc cơ bản nó thực hiện thuật toán
phủ định tích lôgíc các biến số đầu vào tức là : Y=
b. Kí hiệu:
Cổng nand có thể có 2 hay nhiều đầu vào
c. Bảng sự thật:

Bảng 1-2-4.Bảng chân lý cổng
NAND
d. Biểu diễn bằng mạch điện và mạch bán dẫn đơn giản:
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
15
C
Uv

phủ định tổng lôgic các biến số ở đầu vào : Y=
b. Kí hiệu :

Y
A
B
Cổng NOR có thể có 2 hoặc nhiều đầu vào
c. Bảng sự thật
A B Y
0 0 1
1 0 0
0 1 0
1 1 0
Bảng 1-2-5.Bảng chân lý cổng NOR
Cổng NOR 2 đầu vào hoat dộng theo bảng chân lý trên ,chỉ khi nào cả hai đầu
vào ở mức thấp trhì đầu ra mới ở mức cao ,tất cả các trờng hợp còn lại thì đầu ra
đều ở mức thấp.
d. Biểu diễn cổng NOR bằng một mạch điện và một mạch bán dẫn đơn giản

16
Q2
NPN
Rc
Rb
Ur
Vcc
Vcc
A
B
R1

Uv
Uv
B
A
L1

Y
B
A
e. Dạng xung của cổng EXOR:

7. Cổng loại trừ EXNOR (EXNOR GATE):
a. Định nghĩa : Cổng EXNOR là 1 loại cổng lôgíc nó có khả năng thực
hiện thuật toán phủ định tích lôgíc loại trừ của biến số đầu vào :
Y=
b. Kí hiệu :

Y
A
B
c. Bảng chân lý :
Bảng chân lý của cổng loại trừ EXNOR đợc xây dựng nh hình vẽ . Khi cả hai
đầu vào ở mức cao hoặc ở mức thấp thì đầu ra có mức cao , còn khi một trong
hai đầu vào ở mức thấp hoặc ở mức cao thì đầu ra ở mức thấp.
A B Y
0 0 1
1 0 0
0 1 0
1 1 1
Bảng 1-2-7.Bảng chân lý cổng EXNOR

19
Vcc
A
Y
Q1
R3
R2

e. Dạng xung của cổng đệm :
Dạng sóng của A và Y luôn luôn đồng pha với nhau
III. Giới thiệu về các IC sử dụng trong mạch
III .1.IC 4520
Có rất nhiều loại mạch đếm nhng trong mạch thiết đồng hồ số hiển thị giờ
,phút ,giây này em chỉ xét mạch đếm đồng bộ Modul 16(đếm lên).
Cụ thể ta xét IC 4520:
IC HEF 4520B gồm hai mạch đếm nhị phân đồng bộ bên trong 4 bit. Mạch đếm
có một ngõ vào Clock tác động mức cao (CP
0
) và một ngõ vào Clock tác động
mức thấp (
1
CP
), các ngõ ra đợc đệm từ tất cả 4 bit (O
0
ữ
O
3
) và một ngõ vào
master reset không đồng bộ tác động mức cao (MR). Bộ đếm tiến triển hoặc theo
mỗi cạnh lên CP nếu

2
3
4
5
6
9
11
12
13
7
10
15
14
CP
0A
CP
0B
MR
A
MR
B
1B
CP
O
OA
O
OB
O
1A
O

: Các ngõ vào Master Reset (Master reset inpus)
- 0
0A
ữ
0
3A
: Các ngõ ra (outputs)
- 0
0B
ữ
0
3B
: Các ngõ ra (outputs)
c. sơ đồ logic

Hình 1-3-2.Sơ đồ logic IC4520
d. bảng trạng thái

21
SS
DD
V
V
HEF 4520B
9
101112
13
14
1516
8

O
O
2
C
D
FF
T
O
O
C
D
FF
T
O
O
C
D
FF
T O
O
43
o
O
O O
O
0
1
2
3
0

=L Bảng 1-3-1.Bảng trạng thái IC 4520

e. dạng sóng

III.2. IC 74LS247
Là IC chuyển đổi mã BCD thành dạng phù hợp với hệ thập phân bằng LED 7
thanh có anode chung hoặc cathode chung. Khi đầu vào LT (Lamp-Test) mức
thấp tất cả các đầu ra đều mức thấp. Khi đầu vào RB (Ripple-Blanking) mức thấp
tất cả các đầu ra đều cao. Khi các đầu vào A, B, C, D, E mức thấp và RB mức
thấp tất cả các đầu ra đều là mức cao. Điều này cho phép xoá bỏ các trạng thái
không mong muốn trong dãy các tín hệu.
a. Tác dụng các chân IC 74LS247
Chân 1, 2, 6, 7: (A, B, C, D) Là các chân
tín hiệu vào
Chân 16: (Vcc) Là chân nguồn cấp
Chân 8: (GND) Là chân nối mass
Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15:
(a, b, c, d, e, f, g,) Là các chân tín hiệu ra
b. Các thông số IC 74LS247
22
1 2 3 4 5 6 8 9 11 12 137 10 1715 16 1814
1 2 3 4 5 6 8 9 11 12 137 10 115 0 214
CP
0
CP
1
__

Chân 1: GND(nối đất)
Chân 2: tringer input( ngõ vào xung nảy)
Chân 3: Output (ngõ ra)
Chân 4: reset(hồi phục )
Chân 5: Con troi Vontage(điện áp điều khiển )
Chân 6: thershold( thềm ngỡng )
Chân 7: Discharge(xả điện)
Chân 8: +Vcc(nguồn dơng)
25
1
Gnd
2
Trg
3
Out
4
Rst
5
Ctl
6
Thr
7
Dis
8
Vcc
IC
555
2
3
4