BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay các hệ thống điện tử rất đa dạng và đang dần thay thế các công
việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạp . Các hệ
thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong
các hệ thống điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn
là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại
đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để
làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về môn kỹ thuật số, hiểu được cấu
trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến
thức về các linh kiện điện tử.
Sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về môn kỹ thuật số, với sự
giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn của cô giáo Nguyễn Thu
Hà ,chúng em đã hoàn thành xong đề tài “ thiết kế mạch đo tần số ” .

1


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng hệ thống

1.1

Phân tích yêu cầu công nghệ

1.1.1Mã hóa
Mã hóa và giải mã không có gì xa lạ và là tất yếu trong đời sống chúng ta.Nó
được dùng để dễ nhớ, dễ đặt, dễ làm... Là quy ước chung cũng có thể phổ biến cũng

số này thành tín hiệu ban đầu .Các thiết bị điện tử thực hiện nhiệm vụ này gọi là
bộ giải mã.Các bộ mã hóa bao giờ cũng có bộ giải mã tương ứng của mình.


Giải mã BCD sang led 7 đoạn
Một dạng mạch giải mã khác hay sử dụng trong hiển thị led 7đoạn đó là

mạch giả mã BCD sang led 7 đoạn .Mạch này phức tạp hơn nhiều so với mạch giả
mã BCD sang thập phân đã nói ở phần trước bởi vì mạch khi này phải cho ra tổ
hợp có nhiều ngõ ra lên cao xuống thấp hơn( tùy loại đèn led anode chung hay
cathode chung )để làm đèn led cần thiết hay sang tạo lên các số hay kí tự.
Trước hết hãy xem qua cấu tạo loại đèn led 7 đoạn của 1 số đèn được cấu tạo
bởi 7 đèn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); được sắp xếp hình số 8
vuông (như hình trên) ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy thập phân
cho số hiện thị; nó được điều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã. Các chân ra
3


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
của led được sắp xếp thành 2 hàng chân ở giữa mỗi hàng chân là A chung hay K
chung. Thứ tự sắp xếp cho 2 loại như trình bày ở dưới đây:

Để đèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó,
các thanh led đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180Ω đến 390Ω với
nguồn cấp chuẩn thường là 5V. IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b,.. g của
led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung).
1.1.3 Mạch dãy
Mạch dãy là mạch logic có các phần tử nhớ được tạo bởi các mạch lật và các
mạch logic cơ bản và hợp biến vào mà còn phụ thuộc vào cả trạng thái hiện tại của
mạch.

Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch
dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi màu, Mạch dao động tạo
xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động...vv.
Mạch dao động hình Sin.
Mạch dao động đa hài.
Mạch dao động dung IC.
Mạch dao động nghẹt.
Các phương pháp đo tần số

1.2

Hiện nay với công nghệ hiện đại có rất nhiều phương pháp đo tần số khác nhau
đem lại kết quả chính xác, đơn giản, nhanh nhạy. Một số phương pháp sau:
Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

1.2.1

Tần số kế cộng hưởng điện từ

1.2.1.1

Để đo tần số của lưới điện công nghiệp người ta thường sử dụng tần số kế
cộng hưởng kiểu điện từ.
Ưu Điểm:Phương pháp này có cấu tạo đơn giản, bền.
Nhược Điểm: Giới hạn đo hẹp khoảng 45÷55Hz hay (450÷550Hz) sai số của
phép đo thường là ±(1,5÷2,5)%.
Chú ý: Không sử dụng được ở nơi có độ rung lớn và thiết bị di chuyển.
Tần số kế cơ điện

1.2.1.2

phóng của tụ điện sẽ nhỏ hơn nửa chu kỳ của tần số cao nhất. Điều này đạt được
bằng cách thay đổi điện dung của tụ điện , còn điện trở của mạch nạp và phóng
luôn không thay đổi.
Giới hạn trên của tần số cần đo được xác định bởi độ nhạy của cơ cấu chỉ
thị. Còn giới hạn dưới tần số cần đo là tần số mà ở đó xuất hiện dao động cơ cấu
chỉ thị.


Tần số kế điện dung dùng chỉnh lưu

Nhờ mạch tạo xung điện áp có tần số cần đo f x được biến thành xung vuông
khi xung còn tồn tại tụ C được nạp qua điốt D1. Trong khoảng phóng qua D2 và cơ
cấu chỉ thị từ điện.
Góc lệch α của cơ cấu chỉ thị sẽ tỉ lệ với dòng điện trung bình:
α = S1I=S1qfx=S1CUmfx
Dòng trung bình tỉ lệ thuận với fx, do vậy mà góc lệch α tỉ lệ thuận với tần số
cần đo fx với điều kiện độ nhạy của cơ cấu chỉ thị S 1, tụ C và biên độ xung Um
không đổi.
Tần số kế kiểu này có ưu điểm là có khả năng đo trực tiếp ở dải tần số rộng.

1.2.1.4

Tần số kế chỉ thị số
7


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Nguyên lý của một tần số kế chỉ thị số là điếm số xung N tương ứng với số chu kỳ
của tần số cần đo fx trong khoảng thời gian gọi là thời gian đo Tđo.
N= ==K

hưởng tỉ lệ với dòng ( hay áp ) trong hệ thống giao động .Tần số cần đo được khác
độ ngay trên núm vặn của thiết bị dò tìm dao động hoặc sử dụng bảng số hay đồ
thị . Bộ vào để hòa hợp giữa tần số kế và nguồn tín hiệu cần đo.
1.2.3

Đo tần kế vạn năng sử dụng vi sử lý µP

Là một tần số kế hiện đại có thể đo được nhiều đại lượng như : đo tần số, độ
dài xung và đo chu kỳ của một dãy xung tín hiệu vào .

Để thực hiện việc đo các đại lượng như vậy cần phải thực hiện điều khiển
thông qua hay máy tính đơn phiến.
Tần số kế bao gồm 3 phần :
- Phần 1 :bao gồm các bộ biến đổi chu kỳ hay độ dài xung tín hiêu vào Ux(t)
thành khoảng thời gian.
- Phần 2 : bao gồm vác bộ biến đổi chu kỳ và độ dài xung thành mã số.
- Phần 3 : bao gồm các vi xử lý cài đặt vào tần số kế.
Để tạo bộ chia tần số với tần số kế thay đổi người ta dùng timer chương trình hóa.
Phần được nối với các phần khác bằng các “BUS” dữ liệu, địa chỉ và điều khiển
1.3

Nguyên lý đo tần số
Trong bài của chúng em sử dụng đo tần bằng phương pháp số.
Nguyên tắc hoạt động của mạch đếm tần số rất đơn giản là bằng cách đếm số xung

dao động của một dao động cần được đo trong khoảng thời gian nhất định .
Khi đó ,về nguyên tắc để có thể hiển thị giá trị của số xung dao dộng đếm được
9



6.

SEG 7 vạch cathode chung.

7.

IC 74LS190

8.

IC 74HC4511

9.

Cổng NOT, AND

10.

Switch (Chuyển mạch 2 cổng ).

Chương 2 Thiết kế hệ mạch đo tần số
10


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2.1

Sơ đồ khối bố trí linh kiện
Sơ đồ khối:

o

IC 4017
IC4017 để tạo ra bộ đếm thập phân.

Hình dạng: IC 4017

o

IC đếm BCD 74LS190.

12


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Là IC tích hợp bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song. Nó có chức
năng đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều
khiển giá nạp giá trị.

Hình dạng: IC 74LS190
o

IC giải mã 74HC4511

Hình dạng : IC 74HC4511

o

Led 7 thanh
13


chân chung.
Chân 2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được
dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sanh ở đây dùng

-

các transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc.
Chân 3 (OUTPUT) : chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng
thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cáo nó
tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V
nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35-

-

>0,75V).
Chân 4 (RESET) : dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse
thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức cao thì trạng thái ngõ ra
phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được

-

dao động thường nối chân này lên Vcc.
Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555
theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND. Chân này
có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối
15


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

0

Qn+1
0

Qn+1
1

0

0

1

1

0

0
0
1
1
1

1
1
0
0
1


Chân 14( CLK) nhận xung.
Chân (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 10, 9) (Q0-Q9)đưa dữ liệu ra ngoài mỗi lần kích
một xung vào, một chân sẽ được đưa lên mức cao một cách tuần tự, các chân

-

còn lại ở mức thấp.
Chân 13(E): Tích cực mức thấp.
Chân 15(MR): Chân reset, mỗi khi kích lên mức cao, IC được reset.
Chân 12 (CO): Trong 5 xung đầu (từ Qo-Q4 lần lượt lên mức cao)CO ở
mức cao ,5 xung tiếp theo(từ Q 5-Q9 lần lượt lên mức cao) CO ở mức

2.3.3

thấp.
IC đếm BCD 74LS190

17


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Chức năng các chân.
Chân cấp nguồn : 16 (VCC) và chân 8(GND).
-

Nhóm chân dữ liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9)
Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa (3) Qb(2) Qc(6) Qd(7).
Chân cấp xung clock CLK :14
Chân chọn chế độ đếm thuận nghịch D/U :5

- Chân 1,2,7,6 là chân đưa dữ liệu đầu vào ,chúng ta có thể chọn dữ liệu loại
này là dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…
-

7 chân đầu ra là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7 vạch

- Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ chần này = 0 thì IC hoạt
động bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho
đến khi nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động .
(nếu hiểu sâu sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân
phiên nhau nhớ trong tế bào 4 bit, vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả sự gọi là
đóng cửa thì IC hoạt động bình thường không vấn đề gì ,nhưng khi nó = 1 tức là mở
cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên giữ tại đầu ra
một mức dữ liệu có định).
- Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất .
- Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.(dùng kiểm tra led 7
đoạn ,bất chấp đầu vào là thế nào).
- Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3.

D C B A a

b

c

d

e

f

20


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0


0

0

0

0

1

1

0

3

0

1

0

0

1

0

0


0

5

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

6

0


0

0

0

0

0

0

0

8

1

0

0

1

0

0

0

xung là:
f=1/T=1/[0,69.(R2+2R3)C]
T0n=0,69(R2+R3)C
T0ff=0,69R3C
Theo yêu cầu đề bài với 2 thang
đo khoảng 1HZ và 1000Hz
Ta chọn R2=1000Ω ,R3=225Ω
f1=1Hz → C1=0,001
F ,f2=1KHz →C2=1.10-6F

22


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2.4.2

Mạch đếm 4017

2.4.3

Bộ mã hóa 74LS190

23


BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2.4.4



Cổng not (inverter bộ đảo)

Cổng AND

Ngõ ra Q của ở mức cao nếu ngõ vào A “AND” ngõ vào B đều ở mức cao
(giống như chân A với chân B) :Q=A AND B.Một cổng AND có thể có 2 hoặc nhiều
ngõ vào ngõ ra của nó ở mức cao khi tất cả các ngõ vào ở mức cao

2.4.9

Khối tín hiệu cần đo.
25