Thiết kế logic mạch số
Trong sự phát triển của kỹ thuật điện tử ngày nay, kỹ thuật số đang
dần chiếm -u thế về số l-ợng các ứng dụng của nó trên nhiều thiết bị điện
tử từ dân dụng cho đến chuyên dụng, trong nhiều lĩnh vực nh- đo l-ờng,
điều khiển, v.v nhờ vào nhiều -u điểm của nó. Có thể nói, nền tảng của kỹ
thuật số là các mạch logic số dựa trên sự kết hợp của các cổng logic cơ bản
mà ngày nay đã đ-ợc tích hợp trong các IC số.
Tóm tắt nội dung Thiết kế logic mạch số, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
a khi dùng đơn vị (vòng/phút) là: 60/tx lỗ. Với phần sai số x% thì ta phải đục giữa 2 lỗ liên tiếp ở trên (100/x - 1) lỗ. Vậy với tr-ờng hợp này,tổng số lỗ phải đục trên tấm bìa: (60/tx.100/x) lỗ. KL: +Chọn tx=4(s),khi thiết kế mạch thực tế chỉ thể hiện x%=10%. ----> Tổng số lỗ đục: 150 lỗ. +Vì lý do tạo thêm xung xóa trạng thái khối đếm sau mỗi chu kì đo, chọn tạo tx từ mạch tạo xung đa hài T=1s: Timer 555. C1= 10uF ; C2= 0.1uF ; R= 62KOhm ; VR=(0 – 50) Kohm(cụ thể là 20Kohm) Tạo tx=4(s) từ mạch đa hài Timer 555(T=1(s)): Tín hiệu ra bộ đa hài đ-ợc đ-a vào làm xung đếm bộ đếm 8(đếm thuận,mã BCD 3 bit).Khi đó tín hiệu ra bit cao nhất Qc của bộ đếm 8 chính là tín hiệu ra khối xung mở cổng với đơn vị mở cổng tx. Bộ đếm 8 thuận 3 bit BCD có thể đựơc thiết kế riêng t-ơng tự nh- thiết kế bộ đếm 10 thuận 4 bit BCD ở phần khối bộ đếm.Tuy nhiên,ta mắc đếm 8 từ bộ đếm 10 thuận 4 bit BCD đã đ-ợc thiết kế đó(dùng IC 7490/74LS90) khối tạo xung xóa trạng thái khối đếm sau mỗi chu kì đo Reset “0”: Tốc độ quay của động cơ đ-ợc đo trong khoảng thời gian cho bởi khối xung mở cổng,tín hiệu ra khối xung mở cổng có tính chu kì,do vậy trong khoảng thời gian khối cổng bị khóa(tín hiệu ra khối xung mở cổng ở mức thấp) ta đọc kết quả đo và sau đó Reset “0” khối đếm để kết quả đo của chu kì đo sau(nếu đo) đựơc đúng. Thiết kế xung Reset “0” khối đếm: +Xung Reset “0” = AND(Tín hiệu ra mạch đa hài Timer 555; 2 bit thấp Qa,Qb ; NOT(Qc)) Qa,Qb,Qc: bit ra của bộ đếm 8 ở trên. Mạch khối tạo xung Reset “0”: Mạch dùng các linh kiện NAND,NOR của IC SN7402, SN7400 +Xung Reset “0” đ-ợc nối trực tiếp tới các chân Reset R01,R02 của tất cả các IC điếm trong khối đếm. Nh- vậy tr-ớc khi đo sau 3.43(s) khối đếm đ-ợc thiết lập 0 bởi xung Reset “0” có độ rộng xung = 0.57(s),kế đó mạch sẽ đo(đếm) trong 4s tiếp,giữ kết quả trong 3,43s tiếp theo,0,57s tiếp bộ đếm bị xóa về 0.Sang giây thứ 13 quá trình đếm lặp lại. 5.Khối đếm,giải mã,hiển thị: Để hiển thị tốc độ quay của một động cơ điện có tốc độ ≤ 1000 vòng/phút với sai số phép đo là 1% thì ta phải dùng 5 LED 7 thanh: Chọn LED 7 thanh chung Katot/Anot Hệ thống đếm gồm 5 mạch đếm 10(đếm thuận) mã BCD 4 bit đ-ợc mắc nối tiếp với nhau (bộ đếm 1 lấy xung đếm từ tín hiệu ra khối cổng,các bộ đếm còn lại lấy xung đếm (theo kiểu nối tiếp) từ bit cao nhất(Qd) của bộ đếm trên nó),khi mạch đếm này đầy sẽ kích lên mạch đếm có trọng số lớn hơn ngay trên nó. T-ơng ứng với 5 mạch đếm là 5 mạch giải mã BCD 4 bit ra mã 7 thanh và đ-ợc nối tới 5 LED 7 thanh t-ơng ứng. Chương 3: Khối đếm *Bộ đếm thuận 10: Bảng trạng thái: t t+1 Qd Qc Qb Qa Qd Qc Qb Qa 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 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 +Thiết kế,chọn các phần tử mạch: 4 phần tử nhớ JK-FF và các phần tử logic tổ hợp. +2 ph-ơng pháp thiết kế bộ đếm: Thiết kế đồng bộ hợăc không đồng bộ. a.1>Thiết kế đồng bộ: Lập bảng mã hóa theo bìa Karough,bảng kích,từ đó ta tìm đ-ợc hệ ph-ơng trình kích: J1=QcQbQa K1=Qa J2=K2=QbQa J3=Qd Qa K3=Qa J4=K4=1 Sơ đồ mạch: a.2>Thiết kế không đồng bộ: Từ hệ ph-ơng trình kích mạch đếm đồng bộ ta có: J1=QcQb ; K1=1 ; Xung nhịp Ck1=Qa J2=K2=Qa ; Ck2=Qb J3=Qd ; K3=1 ; Ck3=Qa J4=K4=1 ; Ck4= Xung đếm. Sơ đồ mạch: *KL: Thực tế mạch đếm 10(đếm thuận) dùng là IC đếm: 7490/74LS90 b>Khối giải mã: *Mạch giải mã BCD 4 bit ra mã 7 thanh: Với LED 7 thanh: Bảng trạng thái hoạt động mạch giải mã: Chữ số A B C D a b c d e f g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 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 0 0 1 1 1 1 0 0 0 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 Thiết kế mạch dùng các phần tử logic tổ hợp: a = C + A + B D +DB b = A + B c = A + C + B + D d = C + A +D + B D e = C D + B D f = A + C D + B D + BC g = C D + B D +BC + B *KL: Thực tế dùng IC giải mã: 7447/74LS47 9 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 74LS90,74LS47,LED Anot chung. SN7490(7490),SN7447(7447),LED Katot chung. Chương 4: Phần chỉ thị chiều quay 1.Ph-ơng án dùng mạch đồng bộ: +Tín hiệu chiều quay, xung đồng bộ : Lấy tín hiệu chiều quay X, xung đồng bộ Ck : dùng cảm biến quang nh- ở phần chuyển vòng quay sang xung điện. +Đồ hình More và bảng trạng thái: Z1: Tín hiệu chỉ thị chiều quay ng-ợc chiều kim đồng hồ (+) Z2: ------- cùng ------- (-) X 0 1 Z1 Z2 S0 Z1=0 Z2=0 S2 Z1=0 Z2=1 S1 Z1=1 Z2=0 X X S S0 S2 S10 0 S1 S0 S01 0 S2 S0 S00 1 +Thiết kế mạch chọn JKFF: Mã hóa: X y1 y2 0 1 Z1 Z2 00 11 01 0 0 01 00 00 1 0 11 00 00 0 1 10 -- -- - Lập bảng kích,rút gọn --->Kết quả: J1= X 2Y = X J2 ; K1= K2= 1 J2= 2Y Z1= 1Y Y2 ; Z2=Y1 +Sơ đồ mạch: *Nhận xét: +Mạch đơn giản +Mạch thiết kế chỉ với vị trí ban đầu của cảm biến là ở vị trí 1. Khi vị trí ban đầu của cảm biến ở vị trí 2,3,4 mạch hoạt động không đúng Vị trí 2: Tín hiệu chiều quay thể hiện bị đảo lại (+): Z1=0 ; Z2=1 (-): Z1=1 ; Z2=0 Vị trí 3: (+) (-) Z1=1 ; Z2=0 Vị trí 4: Ng-ợc của vị trí 3 Vậy mạch chỉ dùng cho tr-ờng hợp đặt đ-ợc vị trí cảm biến ở vị trí 1. 2.Ph-ơng án dùng mạch không đồng bộ: Mạch sử dụng 2 tín hiệu chiều quay X1,X2. Lấy tín hiệu X1,X2 : dùng cảm biến quang nh- ở phần chuyển vòng quay sang xung điện. Ta có đồ thị nhịp: đõy ch là mt trng hp Q0,Q1,Q2,Q3: các trạng thái của mạch t-ơng ứng với cặp giá trị X1X2 Đồ hình Mealy: Z1: Tín hiệu chỉ thị chiều quay ng-ợc chiều kim đồng hồ (+) Q0 Q3 Q2 Q1 X1X2, 1X 2X Z1=Z2=0 X1X2, 1X 2X Z1=Z2=0 X1 2X , 1X X2 Z1=Z2 X2=0 X1 2X , 1X X2 Z1=Z2 X2=0 X1 2X Z1= 1;Z2 =0 1X 2X Z1=0;Z2=1 X1X2 Z1=1;Z2=0 X1 2X Z1= 0;Z2 =1 X1X2 Z1=0;Z2=1 1X X2 Z1=1;Z2 =0 1X 2X Z1=1;Z2=0 1X X2 Z1=0;Z2 =1 Z2: ------- cùng ------- (-) Bng trng thỏi sau: Mó hoỏ trng thỏi: X1X2 S 00 01 11 10 Q0 Q0 Z1=Z2=0 Q3 Z1=Z2=0 Q0 Z1=Z2=0 Q1 Z1=Z2=0 Q1 Q0 Z1=0 Z2=1 Q1 Z1=Z2=0 Q2 Z1=1 Z2=0 Q1 Z1=Z2=0 Q2 Q2 Z1=Z2=0 Q3 Z1=1 Z2=0 Q2 Z1=Z2=0 Q1 Z1=0 Z2=1 Q3 Q0 Z1=1 Z2=0 Q3 Z1=Z2=0 Q2 Z1=0 Z2=1 Q3 Z1=Z2=0 X1X2 Q1Q2 00 01 11 10 00 00 Z1=Z2=0 10 Z1=Z2=0 00 Z1=Z2=0 01 Z1=Z2=0 01 00 Z1=0 01 Z1=Z2=0 11 Z1=1 01 Z1=Z2=0 Ánh x Q1,Q2,Z1,Z2 vào bỡa Karnough,rỳt gn ta thu đc kt qu: Q1’ = Q1Q2 1X + 2Q 1X X2 + Q1 2Q X1 + Q2X1X2 Q2’ = Q1X1X2 + Q1Q2 2X + 1Q Q2X2 + 1Q X1 2X Z1 = 1Q Q2X1X2 + Q1Q2 1X X2 + Q1 2Q 1X 2X Z2 = 1Q Q2 1X 2X + Q1Q2 X1 2X + Q1 2Q X1X2 Thit k mch chn phng ỏn dựng mch t hp cú hi tip(vi bài này khụng dựng đc 2 phng phỏp mch khụng đng b cũn li là dựng RS-FF,JK-FF thành T-FF): Sơ đồ mạch: Z2=1 Z2=0 11 11 Z1=Z2=0 10 Z1=1 Z2=0 11 Z1=Z2=0 01 Z1=0 Z2=1 10 00 Z1=1 Z2=0 10 Z1=Z2=0 11 Z1=0 Z2=1 10 Z1=Z2=0 Phần tử AND 3 input thuộc IC 74LS15 Phần tử OR 4 input thuộc IC 4072 Phần tử OR 3 input thuộc IC 4075 Phần tử NOT thuộc IC SN7404 Nhận xét: Tránh Hazard hàm số? *KL: Chọn ph-ơng án mạch không đồng bộ với khối chỉ thị dùng 2 đèn LED bình th-ờng (điện áp 3-6v)cho 2 đầu ra Z1,Z2 của mạch. V. Vấn đề cấp nguồn cho hệ thống: Nguồn một chiều.( 5V ) Điện áp cung cấp cho chân Vcc của các IC làm việc th-òng nằm trong khoảng từ 4.5V– 5.5V. Một vài IC có dải điện áp khác đi một chút : min = 4.75V; max > 5V. Để tạo dòng một chiều ổn định cung cấp cho các IC có thể dùng hai ph-ơng án sau: 1. Chỉnh l-u dòng xoay chiều đã hạ áp, sau đó cho qua mạch ổn áp 5V 2. Dùng các nguồn một chiều có sẵn ( khác 5V ), qua bộ chỉnh đơn giản gần 5V - Xét ph-ơng án 1: Sơ đồ nguyên lý của mạch Dòng xoay chiều 220V bên sơ cấp biến áp T đ-ợc hạ áp xuống còn 9V~ ở bên thứ cấp. Qua bộ chỉnh l-u cầu sẽ thu đ-ợc dòng một chiều 9V. Tụ C1,C2 có tác dụng lọc đi các thành phần xoay chiều trong điện áp một chiều không ổn định này. Qua mạch điện ổn áp là IC 7805 sẽ thu đ-ợc dòng một chiều ổn định có giá trị 5V. Để có giá trị điện áp ra ổn định là 5V thì yêu cầu điện áp một chiều đầu vào phải >= 7V. - Xét ph-ơng án 2 : Nguồn một chiều ở đây là pin hoặc bộ pin ghép lại cho ta điện áp >= 4.5V ( giá trị điện áp tối thiểu để cung cấp cho đa số các IC ). 5V220V~ 9V~ 7805 4 x 1N4001 + C3+ C2C1 T IN COM OUT Thông th-ờng nên chọn điện áp từ 4.8V – 5.5V vì trong quá trình làm việc, do tiêu hao suy giảm, giá trị điện áp < 4.8V sẽ cho thời gian làm việc ngắn. Nếu ghép 4 pin tiểu 1.5V nối tiếp nhau nguồn 6V. Sau đó dùng một diode hạ áp 0.6V để có đ-ợc nguồn nh- ý với giá trị 5.4V. Sơ đồ của mạch : Nếu dùng một pin 9V thì hoặc có thể cho qua mạch ổn áp là IC 7805 nh- ở ph-ơng án 1 để có đ-ợc giá trị điện áp chuẩn 5V hoặc dùng các diode hạ áp 0.6V nh- ở trên để có điện áp chấp nhận đ-ợc. Vi. sơ đồ nguyên lý: vII.kết luận: Căn cứ vào cơ sơ lý thuyết, các ph-ơng án đ-a ra chúng ta có thể có nhiều cách lựa chon việc lắp ráp mạch thực tế, mặc dù ph-ơng án đ-ợc lua chọn chua chắc đã là ph-ơng án tối -u, nh-ng theo chúng tôi thì đó là ph-ơng án hợp lý hơn cả cho việc lắp mạch thực tế. Tuy lắp mạch thực tế song đồ án vẫn mang năng tính lý thuyết khả năng áp dụng vào thực tế ch-a cao, việc sác định tốc độ của động cơ vẫn chỉ là xác định tốc độ tĩnh tại một thời điểm nhất định, nếu nh- tốc độ của động cơ biến thiên liên tục vói tốc độ nhanh thì tốc độ đo đ-ợc không chính sác. 5.4V D1 DIODE + 6V Mở rộng: Tận dụng mạch Mouse ---> Hiểu đ-ợc hoạt động của mạch mouse,hệ điều hành xử lí tín hiệu di chuyển vị trí chuột thì ta có ph-ơng án: dùng mạch mouse nhận tín hiệu chiều quay,đ-a tín hiệu đó vào máy tính qua cổng vào của mouse nối với máy tính,viết ch-ơng trình vi xử lí hiện và chỉ thị tốc độ cũng nh- chiều quay.
File đính kèm:
Thiết kế logic mạch số.pdf
