Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng ĐHSp kỹ thuật Nam Định
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập Tự do hạnh phúc
o0o
Họ và tên: Nguyễn Đức Thiện MSSV: 07HC720049

Lớp: CSĐĐT 36
Ngành: kỹ thuật điện - điện tử
Tên đồ án:
Thiết kế mạch đếm xung
1. Các số liệu ban đầu
Hiển thị 00- 45
Có phím Start/Stop, Up/ Down.
Dùng Flip Flop JK
Có mạch hiển thị số đếm trên led 7 đoạn
2. Nội dung các phần thi công và tính toán
Tính toán và chọn linh kiện cho bộ nguồn (gồm cả phần AC và DC).
Tính toán và chọn linh kiện cho phần tạo xung chủ.
Tính toán và chọn linh kiện cho phần hiển thị.
3. Các bản vẽ: Các bản vẽ cần thiết để thuyết minh
GVHD Trần Văn Hạnh
Nam Định, ngày tháng năm 2009
SV: - Nguyễn Đức Thiện 1 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
Lời Nói Đầu

Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ,các thiết bị điện tử đang
và sẽ đợc ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết
các lĩnh vực kinh tế kĩ thuật cũng nh trong đời sống xã hội. Việc sử lý tín hiệu

4.Khối giải mã 5
5.Khối hiển thị 5
Phần 2: Cơ Sở Lý Thuyêt 5
1. Tổng quan về môn học 5
1.1: Giới thiệu về môn học kỹ thuật số 5
1.2: Đại số Boolean 7
1.3 : Hàm logic 7
2.Mạch nguồn 7
2.1. Khái niệm về mạch cung cấp nguồn 7
2.2. Mạch chỉnh lu cầu 8
2.3. Lọc thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải 9
2.4. ổn định điện áp 11
3. Khối Tạo Xung (Khối Tạo Dao Động) 12
3.1.mạch dạo động tạo xung sử dụng IC 555 12
3.2.Lý do chọn mạch tạo xung sử dụng sử dụng IC NE 555N ? 12
3.3. Tổng quan về IC NE 555 N 14
3. 4.Cấu tạo bên trong và hoạt động của IC555 14
3.5. Sơ đồ mạch điện 17
4.Khối đếm 19
4.1 Cổng logic và mạch tổ hợp 19
4.2. Các mạch FF và ứng dụng 23
4.5.Flip Flop D 30
5.Khối Giải Mã 31
5.1.Khảo sát IC 74LS47 32
5.2, Nguyên lý hoạt động của IC 74LS47 32
5.3, Những IC giải mã led 7 đoạn khác 33
6. Khối Hiển Thị 34
Phần 3. Thiết Kế Mạch Và Tính Toán Linh Kiện 36
1.Tinh toán linh kiện cho bộ nguồn 36
2.Tính toán và lựa chọn cho phần tạo xung 38

Mạch đếm không đồng bộ
- Xung đếm chỉ đợc đa đến FF đầu tiên ở hàng đơn vị ( đó là xung CK của FF
đơn vị)
- CK của FF phía đằng sau đợc xác định thông qua trạng thái của các FF tr-
ớc.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 4 Lớp: CS - ĐĐT 36
Dao
Động
Đếm
BCD
Giải
Mã
Hiển
thị
led
Khối Nguồn
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
- Tất cả các FF đợc mắc nối tiếp nhau nên thời gian trễ lớn, quá trình chuyển
mạch chậm.
Mạch đếm đồng bộ
- Để khắc phục nhợc điểm của mạch đếm không đồng bộ là thời gian trễ lớn ng-
ời ta đuă ra mạch đếm đồng bộ
- Mạch đếm đồng bộ là mạch đếm sử dụng FF JK mà ở đó CK của tất cả các FF
đều giống nhau chính là tín hiệu xung đến ở đầu vào
- Nh vậy với mạch đếm đồng bộ ta chỉ xét các tín hiệu vào JK.Không cần quan
tâm đến CK vì chúng có CK giống nhau
=>Trong mạch sử dụng mạch đếm đồng bộ để có thể tùy ý vị trí đếm của
mạch
4.Khối giải mã
Mạch giải mã là mạch có chức năng ngợc lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1

+ Khả năng chống nhiễu cao
+ Thiết kế và phân tích mạch đơn giản
+ Thuận tiện cho việc điều khiển và tính toán
1.1.4: Các hệ thống số đếm
a) Hệ thập phân
- Công thức tổng quát: X= an 1.10
X : là giá trị thập phân
an : giá trị của bít ở vị trí thứ n
n : các bít có mặt trong số thập phân đó
b)Hệ nhị phân
- Cấu tạo: chỉ dùng 2 chữ số 0 và 1 để biểu diễn và tính toán
- Công thức tổng quát :
c) Hệ thập lục phân
- Cấu tạo: có cơ số 16, dùng 16 chữ số từ 0- 9 và A, B, C, D, E, F để biểu diễn
các số đếm và tính toán.
- Công thức tổng quát :
1.1.5.Các mã số thông dụng
a)Mã BCD
- Thành lập dựa trên cơ sở 4 bít của số nhị phân ghép lại với nhau
- Một tổ hợp mã BCD biểu diễn đợc 16 trạng thái (0000 - 1111)
- Quy ớc của mã BCD là mã số thuộc 10 ký tự cơ bản của số thập phân
b): Mã HEXA
- Thành lập dựa trên cơ số đếm thập lục phân
c)Mã ASC II:
- Là hệ thống số mà cơ bản dùng để mã hoá phần cứng máy tính
d) Mã Gray
- Là loại mã viết theo quy luật vòng tròn liên tiếp nhau chỉ sai khác nhau 1 bit
e) Mã thừa -3:- Là loại mã sử dụng số thập phân +3
SV: - Nguyễn Đức Thiện 6 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh

Mạch chỉnh lu: có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp
một chiều nhấp nhô Ut (điện áp một chiều có độ lớn thay đổi theo thời gian).
-
Bộ lọc: san bằng điện áp một chiều nhấp nhô thành điện áp một chiều
bằng phẳng U
01
.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 7 Lớp: CS - ĐĐT 36
R
1

Biến
áp
Mạch
chỉnh
l u
Bộ
Lọc
ổn áp
dòng
U
1

U
2

U
t

U

, D
4
-
Biến áp nguồn không có điểm giữa
* Nguyên lý làm việc
-
ở 1/2 chu kỳ đầu của điện áp vào ,U
2
có chiều dơng trên âm dới D
1
và D
3
dẫn D
2
và D
4
khoá có dòng qua tải: +U
2
D
1
Rt D
3
-U
2
-
ở 1/2 chu kỳ sau điện áp U
2
có chiều âm trên dơng dới D
1
và D

U
t
3
2

t
t
t
U
2m
U
21
0
0
0
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
U
0
=
29,02
22
2
2
sin2
1
0
UUmUtdtmU ===




cao hơn do đó yêu cầu lọc
U
thấp
hơn điện áp ngợcđặt lên diode thấp hơn.
2.3. Lọc thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải
Trong các mạch điện chỉnh lu dòng điện ra tải tuy có cực tính không đổi (dòng
một chiều ) nhng giá trị (độ lớn ) của chúng thay đổi theo thời gian một cách có
chu kỳ đợc gọi là sự đập mạch củadòng điện hay điện áp sau chỉnh lu.
Dùng chuỗi Fourier để phân tích dòng điện đập mạch ta có:
tdt
T
nt
T
Bn
tdt
T
nt
T
An
tdt
T
I
tnBtnAIi
tt
t
tt
t
tt
t
n

sin
1
sincos
0
11
0






I
0
là thành phần một chiều

tnBtnA
n
n
n
n

sincos
11


=

=
+

t
thờng có trị số vài trăm àF đến vài nghìn
àF. Khi điôt thông thì tụ C nạp điện và tích trữa năng lợng khi điôt khoá thì tụ C
phóng điện qua R
t
bằng cách đó có thể giảm độ gợn sóng của điện áp ra.
-
Nguyên lý: Khi không có tụ C điện áp trên tải có độ nhấp nhô lớn.
Khi mắc tụ C // Rt trong mạch xảy ra quá trình phóng nạp:
+ Từ 0
ữ
t
1
điện áp sau chỉnh lu tăng tụ C đợc nạp điện từ : + nguồn tụ
Cmass.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 10 Lớp: CS - ĐĐT 36
Biên độ sóng hài lớn nhất của I
t
(hay U
t
)
Giá trị trung bình của I
0
(hoặc U
0
)
K
P
=
U

t
lớn).
2.4. ổn định điện áp
Các mạch ổn định có nhiện vụ giữ cho điện áp ra hoặc dòng điện ra của một
thiết bị cung cấp không đổi khi điện áp vào thay đổi cũng nh khi tải hoặc nhiệt
độ thay đổi .Thông thờng các mạch ổn định có tác dụng giảm
U
~
và giảm tạp
âm do đó dùng mạch ổn định có thể giảm nhỏ kích thớc của thiết bị cung cấp
nhờ tiết kiệm đợc các tụ điện và điện cảm lọc.
+ ổn áp bù tuyến tính dùng IC ổn áp:
-
Để thu nhỏ kích thớc cũng nh chuẩn hoá các tham số của các bộ ổn áp
một chiều kiểu bù tuyến tính ngời ta chế tạo chúng dới dạng vi mạch do vậy
thuận tiện cho việc sử dụng.
-
IC ổn áp có dòng ra khoảng 100mA đến vài A thậm chí vài chục A, điện
áp ra có thể cố định hoặc điều chỉnh đợc ,công suất tiêu tán vài w đến vài chục
w tuỳ từng loại IC sử dụng ta sẽ có những thông số cần thiết.
-
Các IC ổn áp thông dụng hiện nay là họ 78xx,79xx LM105, LM309,
LM317.
-
Các IC ổn áp đợc cấu trúc bao gồm các khối tạo điện áp chuẩn lấy mẫu,
khuyếch đại so sánh, phần tử điều chỉnh, phần tử bảo vệ quá tải.
+ Sơ đồ ổn áp có điện áp ra cố định dùng IC 7805.
IC 7805 cho ra điện áp ổn định 5v có cực tính dơng

Hình 2-4 IC 7805

_có rất nhiều mạch tạo dao động,nhng do sự thông dụng,chúng em đã quan
tâm đến mạch tạo dao động sự dụng IC 555-đây là vi mạch định thời chuyên
dùng,có thể mắc thành mạch phi ổn hay đơn ổn.
3.1.mạch dạo động tạo xung sử dụng IC 555.
3.1.1. Mạch dao động
Mạch dao động là mạch dao động sử dụng các linh kiện để phát ra tín hiệu
xung dao động cụ thể để điều khiển thiết bị,có nhiều dạng tín hiệu xung đợc
phát ra từ mạch dao động nh :xung sine,xung vuông,xung tam giác
3.1.2.Mạch dao động tạo xung vuông
Có nhiều cách thiết kế mạch để tao xung vuông nh mach đa hài sử dụng
transistor , dùng Opam
Mach dao động tạo xung vuông sử dụng IC NE555 theo sơ đồ khối (h2.1.3a).
Dựa vào sơ đồ ta nhận thấy để tạo đợc xung vuông ta chỉ cần IC 555 và 1số linh
kiện phổ biến nh R,C
3.2.Lý do chọn mạch tạo xung sử dụng sử dụng IC NE 555N ?
_IC NE 555N rất phổ biến,dễ tìm
SV: - Nguyễn Đức Thiện 12 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
_mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm,dễ d\giải thích,dễ hiểu nguyên lí lam
viêc.
_Độ ổn định nhiệt làm việc cao
_Khả năng cho dòng ra lớn, có khả năng cung cấp dòng đến 200 mA. Điện thế
nguồn nuôi cho phép biến đổi rộng từ 4,5v ữ 16v, đầu ra tơng thích TTL, độ ổn
định làm việc cao (biến đổi 0,005% trong mỗi
0
C).
chu trình làm việc có thể thay đổi đợc,
SV: - Nguyễn Đức Thiện 13 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
3.3. Tổng quan về IC NE 555 N

Cấu tạo bên trong bên trong của IC 555
Bên trong vi mạch 555 có hơn 20triệu transistor và nhiều điện trở thực hiện các
chức năng khác nhau gồm có :
Cầu phân áp gồm 3điện trở nối từ nguồn +Vcc xuống mass cho ra 2 điện áp
chuẩn 1/3Vcc và 2/3Vcc
Opam 1 là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In-nhận điện áp chuẩn 2/3Vcc,còn
ngõ In+ thì nối ra ngoài chân 6.Tuỳ thuộc điện áp chân 6 so với điện áp chuẩn
2/3 Vcc,Opam 1 có điện áp ra là mức High (cao) hay Low (mức thấp) để làm
tín hiệu R (Reset),điều khiển FF
Opam 2 là mạch khuyếch đại có ngõ In+ nhận điện áp chuẩn 1/3Vcc,còn ngõ
In- thì nối với chân 2.Tuỳ thuộc điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn
1/3Vcc,Opam 2 có điện áp ở mức cao (High) hay mức thấp (Low) để làm tín
hiệu S (Set),điều khiển FF.
Mạch FF là loại mạch lỡng ổn kích 1 bên.Khi chân Set có điện áp cao thì điện
áp này kích đổi trạng thái của FF ở ngõ Q lên mức cao và ngõ xuống mức
thấp.Khi chân Set đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch FF không đổi trạng
thái.Khi chân Reset có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của FF
làm ngõ lên cao và ngõ Q xuống thấp.Khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống
mức thấp thì mạch FF không đổi trạng thái.
Mạch Out-put là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại dòng cấp
cho tải.Đây là mạch khuyếch đại đảo,có ngõ vào là chân của FF nên khi ở mức
cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp thấp (0V),và ngợc lại khi ở mức thấp
thì ngõ ra của chân 3 sẽ có điện áp cao (Vcc)
Transistor T1 có chân E nối v o điện áp chuẩn khoảng 1,4V, l loại transistor
NPN. Khi cực B nối ra ngo i bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4V, thì T1 ngng
dẫn, nên T1 không ảnh hởng tới mạch.Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp
SV: - Nguyễn Đức Thiện 15 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
nối mass thì T1 dẫn bão ho đồng thời l m mạch Output cũng dẫn bão ho v ngõ
ra mức thấp.Chân 4 gọi l chân Reset có nghĩa l nó reset IC 555 bất ch ấp tình

và 1/3 Vcc bởi OP-AMP(1) và OP-AMP (2). Chân 5 có tụ nhỏ 0.01 wicroF nối
mass để lọc nhiểu tần số cao có thể làm ảnh hởng điện áp chuẩn 2/3 Vcc.
Khi Cấp Điện cho mạch:
- Giai đọan 1 : điên áp trên tu nhỏ hon 1/3 Vcc nên OP-AMP (1) ngõ ra mức 0,
OP-AMP (2) ngõ ra ở mức 1. Mạch Flipflop đợc kích , ngõ ra mức 0 ở chân Q-
qua cổng "not" chân OUTPUT (3) ra ở mức 1. Transistor T1 không đợc kích
nên ngng dẩn, điên áp trên tụ C1 đợc tiếp tực nap .
-Giai đọan 2 : sau khoang thời gian tụ C1 đợc nạp qua điện trở R1 và R2, điện
áp trên tang lên lớn hơn 1/3 Vcc. OP-AMP (2) có ngõ ra mức 0 ,OP-AMP (1)
ngõ ra tiếp tục giử mức 0. Mach Flipflop giử trang thái mức 1 nh ban đầu, chân
OUTPUT(3) mức 1. Transistor T1 không đợc kích nên ngng dẩn. Tự C1 tiếp tục
dợc nap.
-Giai đọan 3 : tụ C1 đợc nạp điện áp lớn hơn 2/3 Vcc , lúc nay OP-AMP(1) có
ngõ ra ở mức 1.Chận reset của mạch Flipflop đợc kích ,nên Q- ở mức 1, chân
OUTPUT lức này trở về mức 0.Trasistor T1 đợc Q- kích nên dẩn, tụ C1 bắt đầu
xả qua điện trở R2 vào chân 7 của IC 555 rồi xuống mass.
SV: - Nguyễn Đức Thiện 17 Lớp: CS - ĐĐT 36
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
-Giai đọan 4: tụ C1 xả điện áp và nhỏ hơn 2/3 Vcc , OP-AMP (1) có ngõ ra
bằng 0, OP-AMP (2) có ngõ ra mức 0, mạch Flipflop giử nguyên trang thái mức
1, ngõ ra vẩn ở mức không .Transistor T1 tiêp tc dẩn ,tụ C1 tiếp tụ xả qua R2.
-Giai đọan 5: tụ C1 xả điện áp đến lức nhỏ hon 1/3Vcc, lúc này OP-AMP(2) có
ngõ ra mức 1, OP-AMP (1) có ngõ ra bằng 0, nên mạch Flipflop đợc set lên
mức 1.Chân Q- ra mức 0 ,OUTPUT ra mức 1.Transistor ngng dẫn, tụ C1 bắt đầu
nạp và quai lai giai đọan 1.
Bảng Trạng Thái Của FF

S R
Q
1 0 0 Tụ C bắt đầu nạp

4.Khối đếm
4.1 Cổng logic và mạch tổ hợp
4.1.1 Số Cổng logic
i s logic ch cú 3 h m c b n nh t, ó l h m "V ", hàm Hoặc,và
hàm Đảo : L c h m l n bi n ch l y hai gía tr ho c 1 ho c 0.
4.1.1.1)Cổng OR
a, Định nghĩa: Cổng hoặc ( OR ) là 1 cổng logic cơ bản nó thực hiện phép
tính tổng các biến số đầu vào tức là
Y = A+B+ +N
Y: Đầu ra
A, B, N: các biến số đầu vào
b, Ký hiệu
c, Bảng chân lý
SV: - Nguyễn Đức Thiện 19 Lớp: CS - ĐĐT 36
A
B
Y
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
A
B Y Điện áp V
Y

0 0
0 0.14V
0 1
1 3.69V
1 0
1 3.69V
1 1
1 3.69V

Cổng AND 2 đầu vào Cổng AND 3 đầu vào
SV: - Nguyễn Đức Thiện 21 Lớp: CS - ĐĐT 36
A
B
220V
B
A
5V
0V
5V
0V
5V
0V
Y
C
Y
A
B
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
d, Biểu diễn cổng AND bằng mạch điện, bán dẫn đơn giản

c, Bảng chân lý
- ý nghĩa:Nếu coi A,B là 2 công tắc: A=B=1 Công tắc kín
A=B=0 Công tắc hở
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
Đèn Y chỉ sáng

Y = A
c, Bảng chân lý
A Y
0 1
1 0

d, Biểu diễn cổng NOT bằng mạch điện và mạch bán dẫn
e , Dạng sóng của cổng NOT
4.2. Các mạch FF và ứng dụng
Mạch Flip Flop (FF) là mạch đa hài lỡng ổn tức mạch tạo ra sóng xung vuông
và có 2 trạng thái ổn định.Trạng thái của FF chỉ thay đổi khi có xung đồng hồ
tác động.
1 FF thờng có:
-1 hoặc 2 ngõ vào dữ liệu,1 ngõ vào xung CK và có thể có ngõ vào với các
SV: - Nguyễn Đức Thiện 23 Lớp: CS - ĐĐT 36
A Y
A
L1
Uv
A
B
Y
Y
1
0
1
0
1
0
1

0 0 Q
0 1 1
1 0 0
1 1 Cấm
Đồ án kỹ thuật số Giáo viên hớng dẫn: Trần Văn Hạnh
b)Chốt RS tác động mức thấp

Để chốt Rs ở mức cao ngời ta dùng cổng
NAND bằng cách thêm 2 cổng đảo ở các ngõ vào của mạch
Q
/Q
4.2.2.Flip Flop RS
Trong các phần dới đây ta luôn sử dụng chốt Rs tác động mức cao dùng cổng
Nand.Khi thêm ngõ vào xung Ck cho chốt Rs ta đợc FF RS (các ngõ vào R,S
đều tác động mức cao) (hình 7.2.a)

Hình 7.2.a
Nhận xét: Với FFRS dùng 2 cổng NAND có 1 trạng thái là cấm, trạng thái đó là
trạng thái mà cả 2 đầu ra
Q
và
Q
bằng nhau. Để FF hoạt động đợc ta phải tìm
cách loại bỏ trạng thái này.
- Đa thêm một cổng đảo ở phía trớc:
QRRRQ
QSSSQ21