Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

1
Lớp: ĐK KTĐ2 ----------

................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................

Nam Định, Ngy......tháng.....năm 2009

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng

CHƯƠNGII : thiết kế mạch .....................................................................31
iI.1 Sơ đồ khối.........................................................................................31
II.2 Tính toán v chọn linh kiện............................................................... 32
II.2.1. Tính toán v chọn linh kiện nguồn cấp ......................................... 32
II.2.2. Tính toán v chọn linh kiện phần tạo xung ............................... 45
II.2.3. Chọn linh kiện phần hiển thị. ........................................................46
II.2.4. Phần giao tiếp với chuông dùng SCR ............................................ 46
II.3. Sơ đồ nguyên lí mạch đếm................................................................48
II.3.1. Nguyên lý lm việc........................................................................49
CHƯƠNG III : Kết luận chung ..............................................................53
TàI LIệU THAM KHảO..................................................................................
PHụ LụC: HƯớNG DẫN Sử DụNG MộT Số PHầN MềM MÔ PHỏNG

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

3
Lớp: ĐK KTĐ2
Lời nói đầu
o0o

Nh chúng ta đã biết Kỹ Thuật Số l một môn khoa học mới so với các
môn khoa học khác nhng nó đã có đợc những bớc tiến thần kỳ, đợc ứng
dụng vo tất cả các ngnh khoa học cũng nh trong đời sống của con ngời v
đặc biệt l trong các ngnh đòi hỏi độ tin cậy, chính xác cao nh tin học, đo
lờng điều khiển, viễn thông ...

I.1 Khối nguồn
*Cấu tạo: Khối nguồn gồm một số linh kiện sau
+Máy biến áp: biến đổi điện áxoay
chiều từ 220V về điện áp xoay chiều
5V

+Cầu Diode: chỉnh lu dòng xoay
chiều thnh dòng một chiều (U
ra
=5V) +Bộ ổn áp: ổn dịnh điện áp đầu ra
khi điện áp đầu vo mất ổn định

Sơ đồ chân IC7805
Chân 1: (VI) tín hiệu đầu vo
Chân 2: (GND) nối mass
Chân 3: (VO) tín hiệu đầu ra
VI
1
VO

3

G
N
D
2
7805

- Điện áp vo l điện áp nguồn xoay chiều 220v , qua máy biến áp
đợc biến đổi thnh điện áp xoay chiều 5v .Điện áp sau khi biến đổi từ máy

ổn áp
Biến
áp
Mạch
chỉnh
lu
Bộ lọc
U
1
U
2
U
3
U
4

R
t

MBA

TRAN-2P2S

BR1

2W02G
C1

trên tảI ta dùng một tụ lọc mắc song song với tải khi đó trong mạch xảy ra quá
trình phóng nạp của tụ dựa theo sự tăng giảm điện áp sau chỉnh lu , kết quả l
điện áp ra trên tụ có dạng tơng đối bằng phẳng .Mặt khác các tụ điện còn có
tác dụng lọc các sóng hi bậc cao , các sóng hi bậc cao qua tụ C thoát xuống
mass không đa ra tải do vậy dòng điện qua tải chỉ còn thnh phần một chiều
v một phần thnh phần hi bậc thấp
- Điện áp sau khi đợc lọc qua tụ C sẽ đợc ổn áp bởi bộ ổn áp dung IC
7805 , điện áp m ta thu đợc có giá trị cố định l 5v.
I.2 Khối tạo xung CK (xung nhịp)
I.2.1 Mạch tạo xung vuông

-Giới thiệu về sơ đồ
Đây l mạch dao động dùng cổng logic (cổng NAND 2 đầu vo)
U1:A v U1:B l cổng NAND có 2 đầu vo nối chụm thnh 1. nh vậy nó
chỉ nhận 2 trạng thái có các đầu vo cùng giá trị
+Mặt khác nếu ta dùng 1 TZT ngợc lm việc ở chế độ bão ho

1

2

3
U1:A

5
6
4
U1:B
4011
C1

R
4
DC
7
Q
3
G
N
D
1
V
C
C
8
TR
2
TH
6
CV
5
U1
555
C1

104
C2
10uF
R1
10k
RV1

j
=(+)B/3
*Sơ đồ chân IC 555 I.3 Khối đếm xung:
-áp dụng vo mạch thì khối đếm sẽ đếm:
+ Mạch đếm giây.
+ Mạch đếm phút.
+ Mạch đếm giờ.
* Khối đếm: l khối tiếp nhận tín hiệu v phân tích tín hiệu. Các mức
xung hay tín hiệu m khối đếm nhận l các mức 0 v 1.
+ Mạch so sánh độ lớn.
+ Mạch kiểm tra chẵn lẻ
+ Mạch số học mạch cộng số nhị phân.
+ Có thể sử dụng các vi mạch tổ hợp.
2

3
4

5

6

7


4
Rst
5
Ctl
6
Thr
7
Dis
8
Vcc
IC
555
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

9
Lớp: ĐK KTĐ2

1) Đặc điểm mạch đếm :
- Đếm l khả năng nhớ đợc các xung đầu vo, thực hiện thao tác đếm gọi l
mạch đếm.
Mạch đếm đợc tạo thnh từ sự kết hợp của các Flip-Flop. Mạch có một đầu
vo cho xung đếm v nhiều đầu ra l các đầu Q của các Flip-Flop
- Số nhị phân có 2 chữ số 0 v 1 đợc gọi l bit.
- Mỗi Flip-Flop chỉ có một đầu ra Q cũng có 2 trạng thái 0 v 1. Cho nên đầu
ra Q tơng ứng với 1 bit của số nhị phân.
- Nếu ghép các Flip-Flop lại thì kết quả sẽ đợc số nhị phân có nhiều bit, số bit
bằng số Flip-Flop.
- Điều kiện cơ bản để hình thnh một mạch đếm l phải có các trạng thái khác

1
, A
2
,A
3
. Khi tác động ở
mức thấp thì đèn kiểm tra (LT) tác động tất cả các ngõ ra (từ a đén g), ngõ vào
xoá(BI) tạo tất cả ngõ ra ở mức cao, lm tắt các hiển thị.
- Khi tác động ở mức thấp, ngõ vo xoá gợn sóng (RBI) xe xoá hiển thị
chỉ khi nó mức 0. Khi ngõ vo RBI tác động thì chân BI/RBI trở thnh ngõ vo
xoã gợn sóng v giửm xuống mức thấp. (Xoá có nghĩa l không gây cho các
đèn LED sáng trên hiển thị)
Bộ giải mã TTL 7447
I.5 Mạch giao tiếp
1.Dùng cổng đệm (Buffer gate).
Cổng đệm có tác dụng cho tín hiệu đi qua m không hề lm thay đổi
dạng sóng của tín hiệu truyền qua nó .Tức l nó thực hiện thuật toán lôgíc
Y=A.
Cổng đệm dùng trong trờng hợp khi ta cần một dòng điện thúc cho tải
tơng đối lớn trị số của nó vợt quá khả năng tải dòng của IC lôgíc thì ta cần
phải lắp thêm một cổng đệm nằm trung gian giữa IC lôgic v tải.
b. Kí hiệu của cổng đệm :
so BCD
Ngo ra 7 doan
kiem tra led
Xoa zero
Xoa

Thyristor : đợc chế tạo từ bốn lớp bán dẫn P1 -N1-P2-N2 đặt xen
kẽ nhau ,giữa các lớp bán dẫn ny hình thnh lên các chuyển tiếp P-N lần lợt
l J1,J2 ,J3 v lấy ra ba điện cực l A( anot), K(katôt) v cực khống chế (gate)
Nguyên lý lm việc của SCR :
Bốn lớp bán dẫn của SCR có thể chia thnh hai cấu trúc transitor l P1,N1,P2
,v N1 ,P2,N2 v kí hiệu quy ớc của thyristor
Nguyên lý lm việc v đặc tuyến của SCR xét mạch điện nh hình vẽ .
P

P

N
++

A

Trờng hợp phân cực thuận với Uak >0 (A nôí với cực dơng K nối với
cục âm
đầu tiên xét trờng hợp cực G hở Ig =0 chuyển tiếp J1,J3 lúc ny đợc
phân cực thuận còn J2 phân cực ngợc . Khi Uak còn nhỏ dòng SCR quyết định
bởi dòng dò ngợc của J2. Xét chung cho cả SCR thì dòng chạy qua SCR l
dòng dò thuận Ifx giá trị của dòng dò thuận v dòng dò ngợc khoảng 100 mA.
Khi Uak tăng tới một giá trị xấp xỉ điện áp đánh thủng , chuyển tiếp J2 . Điện
áp thuận ứng với giá trị ny gọi l điện áp đánh thủng Ube. Khi điện áp thuận
tăng tới một giá trị no đó dòng Ic0 trong SCr đủ lớn dẫn tới lm cho Q1,Q2
trong sơ đồ nh hình vẽ mở v lập tức chuyển sang trạng thái bão ho
SCR mở
N N
P P
P
N
V
mA
A
Rg
m
Vdc
R1
Vcc
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

13
Lớp: ĐK KTĐ2


khoá sang trạng thái dẫn khoảng vi s
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

14
Lớp: ĐK KTĐ2

Thời gian tắt Td l thời gian để SCR đóng khoảng vi s
I.6. Mạch hiển thị:
Led l điode phát ánh sáng nhẹ phát ra mu sắc phụ thuộc chất bán dẫn cấu tạo
nên nó ,led có khả năng giống silicon thông thờng vì vậy ta có thể dùng thay
thế cho renlơ.Dòng điện lm led bão ho khoảng 20mA bắt đầu dẫn 5mA.Vì
led l diode nên led cũng có tính chỉnh lu. Nếu ta xếp 7 led lại với nhau thnh
một khối có 4 phía phản xạ ánh sáng ta tạo đợc led 7 thanh.
* Cấu tạo chung: gồm các diode phát quang đợc đấu chung các đầu anode
hoặc cathode lại với nhau v đợc sắp xếp theo hình số 8. các đầu còn lại đợc
đa ra ngoi lm các đầu vo.
Đối với loại Cathode chung thì chân Cathode nối xuống mass (0V), còn
các chân a, b, c, d, e, f, g, dp điều khiển sao cho:
+ Nếu = 0 thì các thanh tối: Nếu = 1 thì các thanh sáng.
* Thiết kế mạch.
- Mạch giải mã bao giờ cũng đợc đặt sau mạch đếm nhị phân v đặt
trớc khối hiển thị.
-Các đầu vo l mã nhị phân 4bit có 6 tổ hợp (1010 -> 1111) không đợc sử
dụng nhng ta cần phải nhớ để tối thiểu hoá hm Boolean tín hiệu ra của bộ
giải mã l các bit: a, b, c, d, e, f, g dùng để kích thích LED 7 thanh hoạt động.
Có 2 loại led 7 thanh l loại có:
K chung (tác động ở mức cao)
A chung (tác động ở mức thấp)

15
Lớp: ĐK KTĐ2
Giả sử mạch tác động ở mức logic thấp ta có bảng chức năng sau:

-Dùng bảng Karnough để tối thiểu hm Boolen dạng OR- AND đối với các giá
trị 0 của hm đầu ra(hm đảo). Sau đó lấy đảota đợc dạng NOR-AND đối với
giá trị của hm đầu ra nh sau:
a=
CACABD +++

b=
ABBAC ++

c=
ABC ++

d=
ABCACBABCD ++++

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8
1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 9
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

16
Lớp: ĐK KTĐ2

_
D
D
_
C
C
_
B
B
_
AA
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f


Uv
Uv
L1
A
C e. Dạng xung cổng NOT: I.7.2. Cổng hoặc (OR gate).
a. Định nghĩa :
Cổng hoặc l cổng lôgic cơ bản nó thực hiện phép tính tổng các biến số ở
đầu vo tức l :
Y = A+ B +.+ N
Với A,B.N l các biến số ở đầu vo , còn Y l hm số hay kết quả đầu
ra.
*Cổng OR trong mạch số gồm các IC nh: 4071, 4072, 74F32, 74LS32.
b. Kí hiệu :
Cổng OR hai đầu vo v cổng OR 3 đầu vo đợc biểu diễn nh hình vẽ:
AY
01
10
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

18
Lớp: ĐK KTĐ2

a. Định nghĩa :
Các đầu vo Đầu ra
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

19
Lớp: ĐK KTĐ2

Cổng and l cổng lôgíc cơ bản nó thực hiện phép tính lôgíc của các biến
số ở đầu vo tức l
Y= A.B.N
Với A,B..N l các biến số đầu vo,Y l đầu ra
Một cổng AND có thể có nhiều đầu vo nhng thông thờng nó chỉ có từ
2 đến 3 đầu vo .
*Cổng AND trong mạch số gồm các IC nh:4081, 74F08, 74LS08,4073,
74F11,74LS11.
b. Kí hiệu :
Cổng AND có 2 đầu vo v 3 đầu vo có kí hiệu nh hình vẽ :

Y
A
B
C
Y

DA
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

20
Lớp: ĐK KTĐ2

Y
A
B e)Dạng xung của cổng AND:
Dạng sóng của cổng and đợc thể hiện nh hình vẽ.

Ta có thể biểu diễn dạng sóng của cổng and nh hình trên với A,B l dạng
sóng đầu vo còn Y l dạng sóng đầu ra. Chỉ khi no 2 đầu vo A,B ở mức cao
thì đầu ra Y mới ở mức cao.
I.7.4. Cổng Và Đảo(NAND gate):
a. Định nghĩa :
Cổng nand l một cổng lôgíc cơ bản nó thực hiện thuật toán phủ định
tích lôgíc các biến số đầu vo tức l :
Y=
.A B

*Cổng NAND trong mạch số gồm các IC nh: 4011, 4093,
74F00,74F132,74F37, 74LS00, 74LS132, 74LS37, 4023,74F10...
b. Kí hiệu:


a. Định nghĩa :
Cổng NOR l một cổng lôgíc cơ bản nó thực hiện thuật toán phủ định
tổng lôgíc các biến số ở đầu vo .Tức l Y=

b. Kí hiệu :
Y
A
B

Cổng NOR có thể có 2 hoặc nhiều đầu vo
1 1 0
C
Uv
Uv
B
A
L1
Q2
NPN
Rc
Rb
Ur
Vcc
Vcc
A
B
R1
DB
DA
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng

AC đầu vo khi các công tắc A,B đều ở trạng thái đóng.
Mạch bán dẫn thể hiện sự hoạt động của cổng NOR nh hình vẽ .
Chỉ khi no 2 đầu vo ở mức thấp thì đầu ra mới ở mức cao còn lai các
trờng hợp khác thì đầu ra đều ở mức thấp C
Uv
Uv
B
A
L1
Q2
NPN
Rc
Rb
Ur
Vcc
Vcc
A
B
R1
DB
DA
Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

23
Lớp: ĐK KTĐ2

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Số gvhd: Th.s hoàng thị phơng
SVTH:
Phạm Đông Dơng

24
Lớp: ĐK KTĐ2

e. Dạng xung của cổng EXOR: I.7.7. Cổng loại trừ NOR (EXNOR GATE):
a. Định nghĩa :
Cổng NOR l 1 l;oại cổng lôgíc nó có khả năng thực hiện thuật toán phủ
định tích lôgíc loại trừ của biến số đầu vo : tức l Y=

*Cổng EXNOR trong mạch số gồm các IC nh: 4077, 74LS266
b. Kí hiệu :

Y
A
B

c. Bảng chân lý :
Bảng chân lý của cổng loại trừ NOR
đợc xây dựng nh hình vẽ . Khi cả hai đầu vo
ở mức cao hoặc ở mức thấp thì đầu ra có mức
cao , còn khi một trong hai đầu vo ở mức thấp
hoặc ở mức cao thì đầu ra ở mức thấp.

Y
A

c. Bảng chân lý :

Cổng đệm hoạt động theo bảng chân lý trên khi đầu vo bằng 1 thì đầu
ra bằng 1 v khi đầu vo bằng 0 thì đầu ra cũng bằng 0
d. Biểu diễn cổng đệm bằng mạch bán
dẫn đơn giản :

A Y
0 0
1 1
Vcc
A
Y
Q1
R3
R2