Luận văn tốt nghiệp
. .
. .
Khối 1. Khối điều khiển.
Có thể dùng trực tiếp bằng máy vi tính, hoặc các bộ xử lý hay mạch
điện. Tùy vào tầm cỡ của mạch quang báo.
Trong các mạch quang báo thông thường, ta có thể xem khối này gồm
khối tạo đòa chỉ cho bộ phận nhớ và tạo tín hiệu cho phép xuất ra hay không
xuất ra của bộ hiển thò.
Người ta có thể thực hiện các mạch dao động bằng IC 555, IC 4060,
thạch anh hoặc các mạch dao động khác như RC, LC … Nhưng các mạch dao
động số thường được ứng dụng trong vi mạch số vì nó dễ tương thích.
Ngoài ra người ta còn dùng các IC đếm như 7456, 74193, 4040, 4017,
74192, … kết hợp với mạch điện rời để điều khiển.
Khối 2 : Bộ nhớ.
Hiện nay có rất nhiều loại bộ nhớ như: RAM, ROM, … tùy thuộc vào
mục đích thiết kế mà người ta dùng loại SRAM, DRAM, ROM hoặc EPROM.
Tất cả ở đây đều là các bộ nhớ truy xuất được.
- Bộ hiển thò.
Như tựa của nó, phần chính là phần đèn hay các linh kiện quang điện
dùng để hiện bằng ánh sáng. Đi đôi với chúng là các mạch đệm. Mạch đệm
làm tương thích ở ngõ ra của bộ phận nhớ và ngõ vào của mạch hiển thò.
Vì mạch cần thực hiện là mạch quang báo có kết hợp cơ khí với đặc
tính là nhỏ gọn, nhẹ, tiết kiệm, độc đáo…
Nên mạch được chọn thực hiện với
1) Khối điều khiển gồm.
+ Bộ dao động
+ Bộ đếm lên
+ Mạch điều khiển (bằng linh kiện rời.)
2) Khối nhớ gồm RAM hay ROM.
3) Khối hiển thò.
Sơ đồ khối của mạch cần thiết kế:
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 5
Đếm
tạo đòa chỉ
và điều
khiển
Bộ
phận
hiển
thò
Bộ
phận
nhớ
8+4 bit
đòa chỉ
BỘ
PHẬN
NHỚĐiều khiển
HIỂN THỊ
KHỐI
NGUỒN
Luận văn tốt nghiệp
C. Giới thiệu liệt kê và chọn linh kiện.
I.khối nguồn.
1. Diode
Khi khối tinh thể bán dẫn silicon hoặc Germanium được pha phosphor để
tạo thành chất bán dẫn loại N, và pha Indium để tạo thành bán dẫn loại P. Thì
tinh thể bán dẫn hình thành mối nối P – N ở mối nối P – N có sự nhạy cảm
đối với tác động của điện, quang, nhiệt.
Trong vùng bán dẫn loại P có nhiều lỗ trống trong vùng bán dẫn loại N có
nhiều điện tử thừa. Khi hai vùng này tiếp xúc nhau sẽ có một số điện tử vùng
N qua mối nối và kết hợp với lỗ trống của vùng P.
Khi chất bán dẫn đang trung hòa về điện mà vùng bán dẫn N bò mất điện
tử thì vùng mối nối P – N phía bên N sẽ mang điện tích dương, vùng tiếp
giáp phía P nhận thêm điện tử nên mang điện tích âm. Hiện tượng này cứ
tiếp diễn đến khi điện tích âm của vùng P đủ lớn đẩy điện tử không cho điện
tích từ vùng N sang nữa.
Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối như vậy tạo thành hàng rào
điện thế.
Kí hiệu
2. Phân cực của diode:
a).Phân cực ngược:
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 6
Luận văn tốt nghiệp
I
S
(rất nhỏ)
P N
V
DC
Dưới sự tác động của nguồn các hạt điện tử phía N và hút các lỗ trống
phía P làm cho vùng nghèo ngày càng tăng lên. Tuy nhiên vẫn có một dòng
điện nhỏ đi qua diode từ vùng N sang vùng P gọi là dòng rỉ trò số khoảng nA.
Hiện tượng này là do trong chất P cũng có một số điện tử tự do và trong N
cũng có ít lỗ trống gọi là hạt tải thiểu số, những hạt tải thiểu số này sẽ sinh
ra hiện tượng tái hợp và tạo thàng dòng rỉ.
Dòng rỉ được gọi là trong bảo hòa nghòch I
s
(saturate) do dòng điện rỉ
có trò số rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp người ta coi như diode không dẫn
điện.
b).Phân cực thuận:
Vdc
Dùng nguồn điện một chiều nối đầu dương vào chân P và nối đầu âm
của nguồn vào chân N của diode lúc này điện tích dương của nguồn đẩy các
lổ trống từ vùng P sang hướng vùng N và các điện tích âm của nguồn sẽ đẩy
các điện tử từ vùng N sang phía vùng P làm cho điên trở và lỗ trống xích lại
ngần nhau hơn đến khi lực đẩy tónh điện đủ lớn thì điện tử từ vùng N qua tái
hợn với lỗ trống của vùng P. Lực điện trường càng mạnh thì sự tái hợp xảy ra
càng lớn.
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 7
Luận văn tốt nghiệp
c) Đặc tính Volt – ampe của diode:
I
Điện áp
đánh thủng V
V
γ
V
=
γ
0,1 V – 0,15V ; V
Dmax
= 0,4V – 0,5V (Ge)
2.Chọn nguồn:
Chọn nguồn cung cấp ổn đònh cho mạch là 5V. Nguồn được lấy từ
nguồn điện nhà qua biến áp, ngõ ra của biến áp là 12V nguồn 12V AC được
chỉnh lưu trước khi đưa vào mạch ổn áp.
Dòng cần cung cấp cho mạch chúng ta khoảng 200mA.Ta cần chọn
dạng mạch ổn áp cho mạch.
Có nhiều loại ổn áp :
- Ổn áp song song và nối tiếp tuyến tính.
- Ổn áp song song và nối tiếp phi tuyến.
Và có các IC ổn áp như các họ 78XX (ổn áp dương), 79XX (ổn áp
âm),…
Vì dòng tiêu thụ cho mạch nhỏ nên bỏ đến hiệu suất của mạch ổn áp,
ta chọn IC ổn áp 7805 cho mạch.
7805 là IC ổn áp dương. Đối với IC này người ta dùng tụ thoát 0,33
µ
F khi
không cần thiết cho ổn đònh, có thể dùng tụ 0,1
µ
F ở ngõ ra để cải thiện đáp
ứng quá độ của ổn áp. Các tụ này phải được đặt trên hay càng gần các IC ổn
áp cùng tốt.
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 8
Luận văn tốt nghiệp
Vào Ra
0,33
µ
F 0,1
µ
F
78L03 dòng điện ra mặc đònh là 100 mA.
7803 dòng điện ra mặc đònh là 1 A.
78H05 dòng điện ra mặc đònh là 5A.
II.Dao động và đếm.
1. Giới thiệu flip-flop.
Sử dụng rộng rãi trong các mạch đếm nhớ nói chung nó đóng vai trò
quan trọng trong kỹ thuật số.
Flip – Flop là phân tử có khả năng lưu trữ một trong hai trạng thái là [0]
hay [1].
FF có từ 1 đến một vài đầu vào điều khiển, có hai đầu ra luôn luôn
ngược nhau là Q và Q. Tuỳ từng loại FF do chế tạo có thể còn có đầu vào
xóa (thiết lập “0” – Clear), đầu vào thiết lập “1” (PRESET). Ngoài ra FF còn
thường hay có đầu vào đồng bộ (clock). Sơ đồ khối của FF được cho ở hình
dưới. P
r
Q
Các đầu vào
điều khiển
Q
Clr
Sơ đồ tổng quát cho một Flip – Flop .
Các ký hiệu về tính tích cực được chỉ ra trong hình dưới
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 9
7805
Flip - Flop
Q
Luận văn tốt nghiệp
Ký hiệu
Tính tích cực của tính hiệu
Tích cực là mức thấp nhất “L”
Tích cực là mức cao “H”
Tích cực là sườn dương cuả xung
nhòp
Tích cực là sườn âm cuả xung
nhòp
Bảng ký hiệu về tích cực
a)R – S flip – flop:
Bảng trạng thái
R S Q Q’
1
2
3
4
5
6
7
8
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
Cấm
Cấm
b) T Flip – Flop : Q
T
Q
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 10
R-S FF
R
S
Q
T – FF
D
Q
Q
Q
Luận văn tốt nghiệp
Bảng trạng thái
T Q Q’
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
c) D Flip – Flop :
Bảng trạng thái
D Q Q’
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
d)J-K Flip – Flop :
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 11
⇒
T Q’
0
1
Q
Q
D – FF
⇒
D Q’
0
1
0
1
J
K
K
Q
Luận văn tốt nghiệp
Bảng trạng thái
D Q Q’
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
2.Mạch dao động
Mạch dao động ta có thể thực hiện được bằng:
+ Mạch dao động thạch anh.
+ Dùng IC 555.
+ Dùng IC 4060.
Chọn IC 4060 vì nó vừa có chức năng dao động và đếm hơn hẳn so với
IC 555, IC 4060 dễ mua ngoài thò trường. Với IC 4060 ta có thể thực hiện
dao động bằng mạch RC hay thạch anh.
Giới thiệu 4060, 4518
Đều là các vi mạch họ CMOS
Thời gian trễ: 30-100ns
Công suất tiêu tán:0.01 mW(1mW khi tần số làm việc 1 MHz)
Khả năng tải 50
Mức logic : Mức [0] = 0 V ; Mức [1]=điện áp cung cấp
Nguồn cung cấp:V
DD
=3-15 V
a) 4060 có chức năng vừa tạo dao động vừa đếm 14 tần, nhưng chỉ có 10
ngõ ra và ngõ ra nhảy cóc tại Q
10
(Q
10
không có ngõ ra) 3 đầu ra có bộ dao
động là R
s
, R
tc
, C
tc
dùng để mắc mạch RC hoặc thạch anh để chọn các tần số
dao động mong muốn từ người thiết kế. Hoặc có thể sử dụng nguồn xung
clock từ bên ngoài đưa vào chân R
s
, tín hiệu sẽ được cải thiện trước khi đưa
đến bộ đếm và khi chân MR lên mức cao thì tất cả bộ đếm bò reset về 0.
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 12
Luận văn tốt nghiệp
Sơ đồ chức năng
10 9
R
TC
C
TC
11 RS
12 MR 0
3
0
4
0
5
0
6
0
7
0
8
0
9
0
11
0
12
0
13
7 5 4 6 14 13 15 1 2 3
Sơ đồ chân
Vì mục đích thiết kế cho bộ phận nhớ có 12 đường đòa chỉ nên cần một
IC đếm khác bổ sung. Như chúng ta đã biết IC 4060 đếm nhảy cóc tại ngõ ra
Q
10
(không có đầu ra Q
10
).Vì chọn IC đếm 1 là 4060 họ CMOS nên chọn tiếp
IC họ CMOS để đồng bộ trong bộ đếm.(thời gian trễ mức logic mức
nhiễu, ).
Có thể chọn các IC đến như: 4040 ,4020,4027,4518,4520,
Chọn IC4060 làm IC dao động và đếm là IC họ CMOS, nên chọn IC
đếm họ CMOS để đồng bộ với bộ đếm 1 vậy có thể chọn các IC đếm sau:
4040,4020,4727,4518,
Chọn IC 4518 làm IC đếm vì mục đích thiết kế trong mạch mà phần
thiết kế sẽ trình bày rõ hơn.
b) 4518 là vi mạch học CMOS, có hai bộ đếm BCD bên trong. Bộ đếm
hoạt động ở mức cao nếu đưa xung clock vào ngõ vào Cpo, và bộ đếm hoạt
động ở mức thấp nếu đưa xung clock vào trong của Cpo. Ngõ ra được đếm
trước khi xuất ra ngoài. Chân MR tác động ở mức cao. Mỗi bộ đều có chân
MR riêng và trước các bộ đếm khối schmitt- trigger hoạt động làm giảm thời
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 13
CP 14- STATE BINARY COUNTER
C
D
V
DD
0
9
0
7
0
8
MR RS R
TC
C
TC
HEF 4060B
0
11
0
12
0
13
0
5
0
4
0
6
0
3
V
SS
16
15 14
13 12 11
10 9
1
2 3
4 5 6 7 8
0
11
0
12
0
13
0
5
0
4
0
6
0
3
V
SS
Luận văn tốt nghiệp
gian tăng hay giảm của xung clock, nó tăng khả năng tải mạch của phát xung
clock
Sơ đồ ngyên lý:
Sơ đồ chân:
III. Bộ nhớ:
1.Cơ sở về bộ nhớ:
Các bộ nhớ có thể chia thành hai loại tổng quát, ROM và RAM. ROM
là read - only Memory (bộ nhớ chỉ đọc ra), và RAM là Random - access
Memory (bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên). Nói chung ROM chứa các dữ liệu
một cách cố đònh và không thể thay đổi. Chỉ có thể đọc từ ROM ra mà không
thể ghi vào nó. ROM luôn luôn có mặt trong các máy tính và không bò mất đi
khi tắt nguồn nuôi. Vì vậy nó được coi là bộ nhớ không thay đổi
(nonvolatile). Còn RAM thì lại khác, nó có thể đọc ra và cũng có thể ghi
SVTH : Võ Hoàng Tuấn Anh 14
0
0A
CP
1A
0
1A
0
2A
CP
OA
0
3A
MR
A
CP
OB
CP
1B
MR
B
3
4
5
6
11
12
13
14
1
2
7
9
10
15
V
DD
MR
9
0
2B
0
2B
0
1B
0
0B
CP
1B
CP
OB
HEF 4518B
CP
OA
CP
1A
0
0A
0
1A
0
2A
0
3A
MR
A
V
SS
16
15 14
13 12 11 10 9
1
2 3
4 5 6 7 8
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét