Giáo trình Kỹ thuật số - Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng

Bước 2: Chọn vật tư linh kiện đúng theo yêu cầu. - Các Flip-Flop D. - Các chuyển mạch (Các mức logic). - Led. - Điện trở. - Xung Ck. Bước 3: Sắp xếp các linh kiện theo trình tự. - Các đầu vào đặt bên trái. - Các đầu ra đặt bên phải. Bước 4: Mô phỏng mạch điện. - Lập bảng hoạt động của mạch. - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng. - So sánh kết quả với bảng cho trước. 2.3. Thực hành a. Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm phải có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. b. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV Bảng 11 – 2. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV TT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ I Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt ( hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn 01 Cái 7 Máy vi tính Mô phỏng các mạch số 01 Bộ II Vật tư, linh kiện 1 IC U1 4013 02 Con 2 IC U1 7408 02 Con 3 Led đơn Hiển thị 04 Con 4 Điện trở 330 04 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m 139 c. Nội dung thực hành Lắp ráp mạch ghi dịch 4 bít ở hình 12-3 d. Khảo sát IC 4013 - Sơ đồ chân: Hình 11 – 5. Sơ đồ chân IC 4013 - Hình dạng: Hình 11 – 6. Hình dạng IC 4013 e. Trình tự thực hiện Bảng 11 – 3. Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra board mạch. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC. - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây. - Board cắm. - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng, không bị ô xi hóa. - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt, khi cắm IC phải chắc chắn. Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt. - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board. - Xác định vị trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đường nối dây. - Uốn nắn dây cắm cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Dây nối phải gọn gàng, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật thuận tiện cho việc cân chỉnh mạch. Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên board cắm. Lắp ráp linh kiện đảm bảo theo trình tự: - Lắp IC. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất. - Điểm tiếp xúc giữa lỗ Dây kết nối 1 lõi, 140 - Lắp đèn led. - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. của board cắm và dây kết nối phải đảm bảo chắc chắn, gọn gàng. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. board cắm, linh kiện. Bước 3: Đo kiểm tra an toàn cho mạch điện. - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp và ngược lại. - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN về nấc thang đo điện trở R x 10 hoặc 100 đo kiểm tra 2 đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng vị trí, đúng cực tính. - Đảm bảo 2 giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa nhau. Đồng hồ vạn năng. Bước 4: Cấp nguồn. - Cấp nguồn +5V và mass từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại các vị trí +5V và mass. - Đảm bảo cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu. Board nguồn, đồng hồ vạn năng. Bước 5: Khảo sát mạch điện. - Điều khiển các chuyển mạch. - Quan sát mạch điện, ghi chép kết quả vào phiếu luyện tập. Phiếu luyện tập. f. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 11 – 4. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 - Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do liên kết mạch. - Kiểm tra lại liên kết mạch. 2 - Mạch được cấp nguồn liên kết mạch nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do IC hoặc do các chuyển mạch. - Kiểm tra lại IC. - Kiểm tra lại các SW phải có 2 mức H, L rõ ràng. g. Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch và cũng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. 3. VI MẠCH GHI DỊCH 3.1. Vi mạch ghi dịch dùng IC 74LS164 a. Sơ đồ chân và hình dạng của IC 74LS164 Vi mạch 74LS164 là IC ghi dịch 8 bít vào nối tiếp, ra song song. Sơ đồ chân như hình 11 – 6 và hình dạng như hình 11 – 7. 141 Hình 11 – 7. Sơ đồ chân IC 74LS164 Hình 11 – 8. Hình dạng IC 74LS164 b. Sơ đồ cấu trúc Hình 11 – 9. Sơ đồ cấu trúc IC 74LS164 Trong đó: - CLOCK: Đầu vào xung đồng hồ. - CLEAR: Đầu vào xóa. - SERIAL INPUT A, B: Đầu vào nối tiếp. - QA QH: Đầu ra song song. c. Bảng trạng thái và điều kiện hoạt động - Bảng trạng thái: 142 Bảng 11 – 5. Bảng trạng thái IC ghi dịch 74LS164 - Điều kiện hoạt động: Bảng 11 – 6. Bảng điều kiện hoạt động của IC ghi dịch 74LS164 d. Khảo sát IC 74LS164 A 1 Q0 3 B 2 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 CLK 8 Q5 11 Q6 12 MR 9 Q7 13 U1 74LS164 SW1 SW2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 R1 330 R2 330 R3 330 R4 330 R5 330 R6 330 R7 330 R8 330 +5V Hình 11 – 10. Sơ đồ nguyên lý mạch điện khảo sát IC ghi dịch 74LS164 143 3.2. Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm. Bước 2: Chọn vật tư linh kiện đúng theo yêu cầu. - Cổng NOT, IC ghi dịch 74LS164. - Các chuyển mạch Các mức logic). - Led. - Điện trở. - Xung Ck. Bước 3: Sắp xếp các linh kiện theo trình tự. - Các đầu vào đặt bên trái. - Các đầu ra đặt bên phải. Bước 4: Mô phỏng mạch điện. - Lập bảng hoạt động của mạch. - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng. - So sánh kết quả với bảng cho trước. 3.3. Thực hành a. Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm phải có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. b. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV Bảng 11 – 7. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV TT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ I Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt ( hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn 01 Cái 7 Máy vi tính Mô phỏng các mạch số 01 Bộ II Vật tư, linh kiện 1 IC U1 74LS164 02 Con 2 Led đơn Hiển thị 08 Con 3 Điện trở 330 08 Con 4 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m 144 c. Nội dung thực hành Lắp ráp mạch ghi dịch dùng IC 74LS164 ở hình 11 – 10. d. Trình tự thực hiện Bảng 11 – 8. Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra board mạch. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC. - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây. - Board cắm. - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng, không bị ô xi hóa. - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt, khi cắm IC phải chắc chắn. Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt. - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board. - Xác định vị trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đường nối dây. - Uốn nắn dây cắm cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Dây nối phải gọn gàng, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật thuận tiện cho việc cân chỉnh mạch. Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên board cắm. Lắp ráp linh kiện đảm bảo theo trình tự: - Lắp IC. - Lắp đèn led. - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất. - Điểm tiếp xúc giữa lỗ của board cắm và dây kết nối phải đảm bảo chắc chắn, gọn gàng. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. Dây kết nối 1 lõi, board cắm, linh kiện. Bước 3: Đo kiểm tra an toàn cho mạch điện. - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp và ngược lại. - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN về nấc thang đo điện trở R x 10 hoặc 100 đo kiểm tra 2 đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng vị trí, đúng cực tính. - Đảm bảo 2 giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa nhau. Đồng hồ vạn năng. Bước 4: Cấp nguồn. - Cấp nguồn +5V và mass từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại các vị trí +5V - Đảm bảo cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu. Board nguồn, đồng hồ 145 và mass. vạn năng. Bước 5: Khảo sát mạch điện. - Điều khiển các chuyển mạch. - Quan sát mạch điện, ghi chép kết quả vào phiếu luyện tập. Phiếu luyện tập. e. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 11 – 9. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 - Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do liên kết mạch. - Kiểm tra lại liên kết mạch. 2 - Mạch được cấp nguồn liên kết mạch nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do IC hoặc do các chuyển mạch. - Kiểm tra lại IC. - Kiểm tra lại các SW phải có 2 mức H, L rõ ràng. f. Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch và cũng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. 3.4. Vi mạch ghi dịch 74LS194 a. Sơ đồ chân và hình dạng của IC 74LS194 - Sơ đồ chân: Hình 11 – 11. Sơ đồ chân IC 74LS194 - Hình dạng. Hình 11 – 12. Hình dạng IC 74LS194 b. Bảng trạng thái và thông số kỹ thuật - Bảng trạng thái: 146 Bảng 11 – 10. Bảng trạng thái IC ghi dịch 74LS194 - Thông số kỹ thuật: Bảng 11 – 11. Bảng thông số kỹ thuật của IC ghi dịch 74LS194 c. Khảo sát IC 74LS194 +5V D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 SR 2 SL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 U1 74LS194 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 D4 D3 D2 D1 R1 330 R2 330 R3 330 R4 330 Hình 11 – 13. Sơ đồ nguyên lý mạch điện khảo sát IC ghi dịch 74LS194 3.5. Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm. 147 Bước 2: Chọn vật tư linh kiện đúng theo yêu cầu. - IC ghi dịch 74LS194. - Các chuyển mạch (Các mức logic). - Led. - Điện trở. - Xung Ck. Bước 3: Sắp xếp các linh kiện theo trình tự. - Các đầu vào đặt bên trái. - Các đầu ra đặt bên phải. Bước 4: Mô phỏng mạch điện. - Lập bảng hoạt động của mạch. - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng. - So sánh kết quả với bảng cho trước. 3.6. Thực hành a. Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm phải có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. b. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV Bảng 11 – 12. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV TT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ I Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt ( hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn 01 Cái 7 Máy vi tính Mô phỏng các mạch số 01 Bộ II Vật tư, linh kiện 1 IC U1 74LS194 01 Con 2 Led đơn Hiển thị 04 Con 3 Điện trở 330 04 Con 4 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m c. Nội dung thực hành Lắp ráp mạch ghi dịch dùng IC 74LS194 ở hình 11 – 13. 148 d. Trình tự thực hiện Bảng 11 – 13. Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra board mạch. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC. - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây. - Board cắm. - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng, không bị ô xi hóa. - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt, khi cắm IC phải chắc chắn. Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt. - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board. - Xác định vị trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đường nối dây. - Uốn nắn dây cắm cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Dây nối phải gọn gàng, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật thuận tiện cho việc cân chỉnh mạch. Bước 2 : Lắp ráp linh kiện trên board cắm. Lắp ráp linh kiện đảm bảo theo trình tự: - Lắp IC. - Lắp đèn led. - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất. - Điểm tiếp xúc giữa lỗ của board cắm và dây kết nối phải đảm bảo chắc chắn, gọn gàng. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. Dây kết nối 1 lõi, board cắm, linh kiện. Bước 3: Đo kiểm tra an toàn cho mạch điện. - Đo kiểm tra liên kết : Kiểm tra lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN về nấc thang đo điện trở R x 10 hoặc 100 đo kiểm tra 2 đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng vị trí, đúng cực tính. - Đảm bảo 2 giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa nhau. Đồng hồ vạn năng. Bước 4: Cấp nguồn. - Cấp nguồn +5V và mass từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại các vị trí +5V và mass. - Đảm bảo cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu. Board nguồn, đồng hồ vạn năng. 149 Bước 5: Khảo sát mạch điện. - Điều khiển các chuyển mạch. - Quan sát mạch điện, ghi chép kết quả vào phiếu luyện tập. Phiếu luyện tập. e. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 11 – 14. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 - Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do liên kết mạch. - Kiểm tra lại liên kết mạch. 2 - Mạch được cấp nguồn liên kết mạch nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do IC hoặc do các chuyển mạch. - Kiểm tra lại IC. - Kiểm tra lại các SW phải có 2 mức H, L rõ ràng. f. Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch và cũng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. 4. BÀI TẬP Bài 1: Khảo sát các IC: 4013; 74LS164; ; 74LS194; 74LS95 Bài 2: Thiết kế mạch quảng cáo 4 đèn dùng IC 74LS194 trong các trường hợp sau: - Các đèn sáng dần từ trái sang phải rồi tắt dần. - Các đèn sáng dần từ trái sang phải rồi tắt hết một lượt. - Các đèn sáng tối xen kẽ nhau. Bài 3: Thiết kế mạch quảng cáo 5 đèn dùng IC 74LS196 trong các trường hợp sau: - Các đèn sáng dần từ trái sang phải rồi tắt dần. - Các đèn sáng dần từ trái sang phải rồi tắt hết một lượt. - Các đèn sáng tối xen kẽ nhau. Bài 4: Thiết kế mạch quảng cáo 10 đèn dùng IC 74LS164 trong các trường hợp sau: - Các đèn sáng dần từ trái sang phải rồi tắt dần. - Các đèn sáng dần từ trái sang phải rồi tắt hết một lượt. - Các đèn sáng tối xen kẽ nhau. Ghi nhớ: * Khái niệm về mạch ghi dịch. Nắm vững các đầu vào, đầu ra của của mạch ghi dịch, cách phân loại mạch ghi dịch. * Mạch ghi dịch dùng Flip - Flop. - Nắm vững bảng trạng thái, sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch ghi dịch. * Mạch ghi dịch dùng vi mạch. - Nắm vững bảng trạng thái, sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch ghi dịch, các ứng dụng của mạch. 150 BÀI 12: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐẾM KHÔNG ĐỒNG BỘ MÃ BÀI: MĐ15 – 12 Giới thiệu: Trong những phần trước ta đã được biết đến 2 loại mạch tuần tự cơ bản là mạch lật trạng thái và mạch ghi dịch và cũng biết rằng nhiều FF nối lại với nhau có thể hoạt động như một mạch đếm hay thanh ghi (nhớ nhiều bit). Nhưng đó mới chỉ là những mạch nhớ cơ bản, phần này sẽ đề cập đến chi tiết hơn cấu tạo, hoạt động và nhiều ứng dụng của nhiều mạch đếm khác nhau. Phần lớn chúng ở dạng mạch tích hợp. Hệ thống số ngày nay sử dụng khá nhiều loại mạch đếm, có thể dùng để đếm xung, đếm sản phẩm, đếm làm đồng hồ, định thời gian và rõ ràng chúng là các mạch logic nên chính xác và dễ dàng thiết kế hơn nhiều so với các loại mạch tương tự. Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này học viên có khả năng: - Kiến thức: Trình bày được bảng trạng thái, viết được các hàm quan hệ và vẽ được sơ đồ mạch nguyên lý, dạng sóng của mạch đếm không đồng bộ, khả năng ứng dụng, phương pháp xây các mạch đếm không đồng bộ. - Kỹ năng: Trình bày được các qui trình lắp ráp và lắp được các mạch đếm không đồng bộ, nhận biết được lỗi và khắc phục lỗi. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Chủ động, sáng tạo, nghiêm túc, tự giác trong học tập, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Nội dung chính: 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐẾM 1.1. Khái niệm chung Mạch đếm là mạch thực hiện nhiệm vụ đếm các xung nhịp. Mạch đếm được tạo thành từ sự kết hợp các Flip – Flop. Cấu trúc một bộ đếm gồm có: - Đầu vào xung đếm CK. - Đầu vào đặt trạng thái Set (hoặc Presset). - Đầu vào xóa Reset (hoặc Clean). - Các đầu ra Qi của các Flip – Flop, với i = (0, 1, ...., n – 1), n là số FF của mạch đếm. Một bộ đếm được tạo thành từ n FF thì có n đầu ra, mỗi đầu ra Q của FF có thể nhận giá trị bằng 0 hoặc 1. Như vậy sẽ có 2n trạng thái ra khác nhau. Số các trạng thái ra khác nhau của mạch đếm gọi là dung lượng của mạch đếm hay còn gọi là module đếm. Khi có xung đếm Ck tác động vào thì mạch đếm sẽ thực hiện đếm và làm thay đổi trạng thái đầu ra. Nếu mạch đếm Module M thì phải có Mxung Ck tác động mới hết một chu kỳ đếm, nghĩa là đếm đến xung thứ M mạch đếm sẽ quay trở lại trạng thái ban đầu. 1.2. Phân loại mạch đếm - Theo chiều: Mạch đếm lên và mạch đếm xuống. - Theo cách đưa xung Ck vào: Mạch đếm không đồng bộ và mạch đếm đồng bộ. 151 - Theo trạng thái đầu ra: Mạch đếm module 2n và mạch đếm module bất kỳ. 2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2.1. Đặc điểm chung - Được tạo thành từ các FF – JK hoặc FF – T. - Các đầu vào T hoặc JK của các FF luôn luôn bằng 1. - Xung đếm Ck chỉ tác động vào Ck của FF đầu tiên (FF có đầu ra là bit có trong số nhỏ nhất), đầu vào xung Ck của các FF khác được lấy từ đầu ra Q hoặc Q của FF đứng trước nó. - Để thay đổi trạng thái đầu ra của mạch đếm ta phải tác động vào xung Ck của các FF. - Mạch đếm Module 2n tự động quay về trạng thái ban đầu vì thế các đầu vào R,S của các FF để mức không tích cực. - Mạch đếm Module M bất kỳ được thiết kế từ mạch dếm module 2n và loại đi N trạng thái dư (N = 2n – M ) vì thế đầu vào S của các FF được tích cực khi đặt trạng thái ban đầu của mạch đếm xuống, đầu vào R của các FF được tích cực khi xóa trạng thái cuối cùng của trạng thái đếm lên. 2.2. Phương pháp thiết kế - Bước 1: Chọn loại FF sử dụng khi thiết kế. - Bước 2: Lập bảng trạng thái. - Bước 3: Viết các hàm quan hệ (rút gọn nếu có). - Bước 4: Vẽ mạch điện. - Bước 5: Kiểm tra nguyên lý mạch (Mô phỏng nếu có). 3. MẠCH ĐẾM LÊN KHÔNG ĐỒNG BỘ 4 BIT (MODULE M = 16) 3.1. Thiết kế mạch điện logic Chọn loại FF sử dụng khi thiết kế. Chọn IC 4027, (FF – JK có R = S = 1, Ck tác động ở cạnh lên). a. Lập bảng trạng thái Bảng 12 – 1. Bảng trạng thái mạch đếm lên không đồng bộ 4 bit (m = 16) S R Ck Q3 Q2 Q1 Q0 STP 1 0 0 1 1 1 1 15 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 2 0 0 1 0 2 0 0 3 0 0 1 1 3 0 0 4 0 1 0 0 4 0 0 5 0 1 0 1 5 0 0 6 0 1 1 0 6 0 0 7 0 1 1 1 7 0 0 8 1 0 0 0 8 0 0 9 1 0 0 1 9 0 0 10 1 0 1 0 10 0 0 11 1 0 1 1 11 0 0 12 1 1 0 0 12 0 0 13 1 1 0 1 13 152 0 0 14 1 1 1 0 14 0 0 15 1 1 1 1 15 0 0 16 0 0 0 0 0 Từ bảng trạng thái ta tìm được các hàm đầu vào như sau: Ji = Ki = ‘1’; i = 0, 1, 2, 3. Ck0 = Ck. Ck1 = Q0. Ck2 = Q1. Ck3 = Q2. Si = ‘1’. Ri = ‘1’. b. Sơ đồ mạch điện J 6 Q 1 CLK 3 K 5 Q 2 S 7 R 4 U1:A 4027 J 10 Q 15 CLK 13 K 11 Q 14 S 9 R 1 2 U1:B 4027 J 6 Q 1 CLK 3 K 5 Q 2 S 7 R 4 U2:A 4027 J 10 Q 15 CLK 13 K 11 Q 14 S 9 R 1 2 U2:B 4027 R1 220 R2 220 R3 220 R4 220 D1 D2 D3 D4 PRESET SW1 CLEAR Q0 Q1 Q2 Q3 Hình 12 – 1. Mạch đếm lên không đồng bộ Module M = 16 c. Nguyên lý hoạt động Khi chưa có xung Ck tác động vào (Ck = 0) mạch chưa hoạt động ở đầu ra có trạng thái: Q00 = 0; Q01 = 0; Q03 = 0;  0000(2)  0(D). Khi cho xung Ck thứ nhất vào ( Ck = 1) chỉ có FF đầu tiên (F0) lật trạng thái Q10 = 1, FF thứ hai (F1) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q11 = 0, FF thứ ba (F2) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q12 = 0, FF thứ tư (F3) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q13 = 0, ở đầu ra có trạng thái: Q10 = 1, Q11 = 0, Q12 = 0, Q13 = 0;  0001(0)  1(D). Khi cho xung Ck thứ hai vào (Ck = 2) chỉ có FF đầu tiên (F0) lật trạng thái Q20 = 0, FF thứ hai (F1) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q21 = 1, FF thứ ba (F2) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q22 = 0, FF thứ tư (F3) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q23 = 0, ở đầu ra có trạng thái: Q20 = 0, Q21 = 1, Q22 = 0, Q23 = 0;  0010(0)  2(D).. Như vậy 1 FF bất kỳ chỉ lật trạng thái khi có xung Ck tác động. Lần lượt ở đầu ra ta nhận được các trạng thái đúng như trong bảng trạng thái ta đã xây dựng. Đến xung thứ 16 mạch sẽ tự động quay về trạng thái ban đầu là 0000(2). 3.2. Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm. Bước 2 : Chọn vật tư linh kiện theo đúng yêu cầu. 153 - IC 4027, 7408. - Các chuyển mạch(các mức logic). - Led. - Điện trở. Bước 3: Sắp xếp các linh kiện theo trình tự. - Các đầu vào đặt bên trái. - Các đầu ra đặt bên phải. Bước 4: Mô phỏng mạch điện. - Lập bảng hoạt động của mạch. - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng. - So sánh kết quả với bảng cho trước. 3.3. Thực hành a. Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm phải có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. b. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV Bảng 12 – 2. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV TT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ I Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt ( hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn 01 Cái 7 Máy vi tính Mô phỏng các mạch số 01 Bộ II Vật tư, linh kiện 1 IC U1 4027 02 Con 2 IC U2 7408 01 Con 3 Led đơn Hiển thị 04 Con 4 Điện trở 330 04 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m c. Nội dung thực hành Lắp ráp mạch mạch điện mạch đếm lên không đồng bộ Module M = 16 ở hình 12 – 1. 154 - Sơ đồ chân IC 4027. Hình 12 – 2. Sơ đồ chân IC 4027 - Hình dạng IC 4027. Hình 12 – 3. Hình dạng IC 4027 d. Trình tự thực hiện Bảng 12 – 3. Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra board mạch. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC. - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây. - Board cắm. - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng, không bị ô xi hóa. - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt, khi cắm IC phải chắc chắn. Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt. - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board. - Xác định vị trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đường nối dây. - Uốn nắn dây cắm cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Dây nối phải gọn gàng, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật thuận tiện cho việc cân chỉnh mạch. Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên Lắp ráp linh kiện đảm bảo theo trình tự : - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất. Dây kết nối 1 155 board cắm. - Lắp IC - Lắp đèn led - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Điểm tiếp xúc giữa lỗ của board cắm và dây kết nối phải đảm bảo chắc chắn, gọn gàng. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. lõi, board cắm, linh kiện. Bước 3: Đo kiểm tra an toàn cho mạch điện. - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp và ngược lại. - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN về nấc thang đo điện trở R x 10 hoặc 100 đo kiểm tra 2 đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng vị trí, đúng cực tính. - Đảm bảo 2 giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa nhau. Đồng hồ vạn năng. Bước 4: Cấp nguồn - Cấp nguồn +5V và mass từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại các vị trí +5V và mass. - Đảm bảo cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu. Board nguồn, đồng hồ vạn năng. Bước 5: Khảo sát mạch điện. - Điều khiển các chuyển mạch. - Quan sát mạch điện, ghi chép kết quả vào phiếu luyện tập. Phiếu luyện tập. e. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 12 – 4. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 - Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do liên kết mạch. - Kiểm tra lại liên kết mạch. 2 - Mạch được cấp nguồn liên kết mạch nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do IC hoặc do các chuyển mạch. - Kiểm tra lại IC. - Kiểm tra lại các SW phải có 2 mức H, L rõ ràng. f. Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch và cũng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. 4. MẠCH ĐẾM LÊN KHÔNG ĐỒNG BỘ MODULE M = 10 4.1. Thiết kế mạch điện a. Thành lập bảng trạng thái. Chọn IC 74LS112 (FF – JK có R = S = ‘0’; Ck tác động ở cạnh xuống). Bảng 12 – 5. Bảng trạng thái mạch đếm lên không đồng bộ 4 bit (M = 10) 156 S R Ck Q3 Q2 Q1 Q0 STP 0 1 0 1 1 1 1 15 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 2 0 0 1 0 2 1 1 3 0 0 1 1 3 1 1 4 0 1 0 0 4 1 1 5 0 1 0 1 5 1 1 6 0 1 1 0 6 1 1 7 0 1 1 1 7 1 1 8 1 0 0 0 8 1 1 9 1 0 0 1 9 1 0 10 0 0 0 0 0 Từ bảng trạng thái ta tìm được các hàm đầu vào như sau: Ji = Ki = ‘1’; i = 0, 1, 2, 3. Ck0 = Ck. Ck1 = Q0. Ck2 = Q1. Ck3 = Q2. Si = ‘1’. i 3 1R Q .Q . b. Sơ đồ mạch điện J 3 Q 5 CLK 1 K 2 Q 6 S 4 R 1 5 U1:A 74HC112 J 11 Q 9 CLK 13 K 12 Q 7 S 1 0 R 1 4 U1:B 74HC112 J 3 Q 5 CLK 1 K 2 Q 6 S 4 R 1 5 U2:A 74HC112 J 11 Q 9 CLK 13 K 12 Q 7 S 1 0 R 1 4 U2:B 74HC112 A K D1 R1 220 R2 220 R3 220 R4 220 A K D2 A K D3 A K D4 SW1 SW-SPDT PRESET 12 3 U3:A 7400 Q0 Q1 Q2 Q3 Hình 12 – 4. Mạch đếm lên không đồng bộ Module M = 10 c. Nguyên lý hoạt động Khi chưa có xung Ck tác động vào (Ck = 0) mạch chưa hoạt động ở đầu ra có trạng thái: Q00 = 0; Q01 = 0; Q03 = 0;  0000(2)  0(D). Khi cho xung Ck thứ nhất vào (Ck = 1) chỉ có FF đầu tiên (F0) lật trạng thái Q10 = 1, FF thứ hai (F1) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q11 = 0, FF thứ ba (F2) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q12 = 0, FF thứ tư (F3) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q13 = 0, ở đầu ra có trạng thái: Q10 = 1, Q11 = 0, Q12 = 0, Q13 = 0;  0001(0)  1(D). Khi cho xung Ck thứ hai vào (Ck = 2) chỉ có FF đầu tiên (F0) lật trạng thái Q20 = 0, FF thứ hai (F1) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q21 = 157 1, FF thứ ba (F2) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q22 = 0, FF thứ tư (F3) chưa được kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q23 = 0, ở đầu ra có trạng thái: Q20 = 0, Q21 = 1, Q22 = 0, Q23 = 0;  0010(0)  2(D)vv.. Như vậy 1 FF bất kỳ chỉ lật trạng thái khi có xung Ck tác động. Lần lượt ở đầu ra ta nhận được các trạng thái đúng như trong bảng trạng thái ta đã xây dựng. Đến xung thứ 10: Q100 = 0, Q101 = 1, Q102 = 0, Q103 = 1;  1010(0)  10(D)  101 103R Q .Q 1 0   . Chân R được tích cực và mạch sẽ tự động quay về trạng thái ban đầu là 0000(2). 4.2. Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm. Bước 2: Chọn vật tư linh kiện theo đúng yêu cầu. - IC 74112, 7400. - Các chuyển mạch (các mức logic). - Led. - Điện trở. - Xung Clock. Bước 3: Sắp xếp các linh kiện theo trình tự. - Các đầu vào đặt bên trái. - Các đầu ra đặt bên phải. Bước 4: Mô phỏng mạch điện. - Lập bảng hoạt động của mạch. - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng. - So sánh kết quả với bảng cho trước. 4.3 Thực hành a. Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm phải có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. b. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV Bảng 12 – 6. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV TT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ I Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt ( hoặc kéo) 01 Cái 158 6 Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn) 01 Cái 7 Máy vi tính Mô phỏng các mạch số 01 Bộ II Vật tư, linh kiện 1 IC U1 74112 02 Con 2 IC U2 7400 01 Con 3 Led đơn Hiển thị 04 Con 4 Điện trở 330 04 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m c. Nội dung thực hành Lắp ráp mạch mạch điện mạch đếm lên không đồng bộ Module M = 10 ở hình 12 – 4. - Sơ đồ chân: Hình 12 – 5. Sơ đồ chân IC 74LS112 - Hình dạng: Hình 12 – 6. Hình dạng IC 74LS112 d. Trình tự thực hiện Bảng 12 – 7. Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC. - Vệ sinh đầu dây kết nối: - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng, không bị ô xi hóa. Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt. 159 board mạch. Vệ sinh các đầu dây. - Board cắm. - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt, khi cắm IC phải chắc chắn. - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board. - Xác định vị trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đường nối dây. - Uốn nắn dây cắm cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Dây nối phải gọn gàng, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật thuận tiện cho việc cân chỉnh mạch. Bước 2 : Lắp ráp linh kiện trên board cắm. Lắp ráp linh kiện đảm bảo theo trình tự: - Lắp IC. - Lắp đèn led. - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất. - Điểm tiếp xúc giữa lỗ của board cắm và dây kết nối phải đảm bảo chắc chắn, gọn gàng. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. Dây kết nối 1 lõi, board cắm, linh kiện. Bước 3: Đo kiểm tra an toàn cho mạch điện. - Đo kiểm tra liên kết : Kiểm tra lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp và ngược lại. - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN về nấc thang đo điện trở R x 10 hoặc 100 đo kiểm tra 2 đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng vị trí, đúng cực tính. - Đảm bảo 2 giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa nhau. Đồng hồ vạn năng. Bước 4: Cấp nguồn. - Cấp nguồn +5V và mass từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại các vị trí +5V và mass. - Đảm bảo cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu. Board nguồn, đồng hồ vạn năng. Bước 5: Khảo sát mạch điện. - Điều khiển các chuyển mạch. - Quan sát mạch điện, ghi chép kết quả vào phiếu luyện tập. Phiếu luyện tập. e. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 12 – 8. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 - Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do liên kết mạch. - Kiểm tra lại liên kết mạch. 2 - Mạch được cấp nguồn liên kết mạch nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. - Do IC hoặc do các chuyển mạch. - Kiểm tra lại IC. - Kiểm tra lại các SW phải có 2 mức H, L rõ ràng. 160 f. Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch và cũng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. 5. BÀI TẬP Bài 1: Lắp ráp mạch đếm lên không đồng bộ Module M = 16 dùng IC 4027. Bài 2: Lắp ráp mạch đếm lên không đồng bộ Module M = 10 dùng IC 7476. Bài 3: Lắp ráp mạch đếm xuống không đồng bộ Module M = 10 dùng IC 7476. Ghi nhớ: * Khái niệm chung về mạch đếm. Nắm vững các đầu vào, đầu ra của của mạch đếm, cách phân loại mạch đếm. * Đặc điểm chung và phương pháp thiết kế. - Nắm vững các bước thiết kế mạch đếm. * Mạch đếm lên không đồng bộ module: M = 16, M = 10. - Nắm vững bảng trạng thái, sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch đếm lên không đồng bộ module: M = 16, M = 10. 161 BÀI 13: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐẾM ĐỒNG BỘ MÃ BÀI: MĐ15 – 13 Giới thiệu: Ở phần trước ta đã biết rằng những mạch đếm không đồng bộ khi có nhiều tầng FF sẽ tích luỹ nhiều trì hoãn truyền của mỗi tầng làm cho nó lớn hơn cả chu kì đếm xung khiến toàn mạch có thể hoạt động sai logic nhất là khi hoạt động ở tần số cao. Như ở mạch đếm bốn bit chia 2 đã nói ở trước: khi số đếm tăng từ 1110 lên 1111 chỉ cần chờ ngõ ra của FF 0 thay đổi nên chỉ mất 1tD. Khi số đếm tăng từ 1011 lên 1100 đòi hỏi ba FF chuyển mạch liên tiếp nên sẽ phải mất 3tD. Trường hợp nữa khi số đếm tự động reset về 0000 thì cả 4 FF đều chuyển trạng thái do đó trì hoãn truyền sẽ là 4tD. Có thể khắc phục những giới hạn này bằng việc sử dụng bộ đếm đồng bộ hay còn gọi là bộ đếm song song bởi vì tất cả các tầng đều được kích bởi cùng một xung nhịp Ck đầu vào. Khi đó các FF chuyển mạch cùng một lúc khiến thời gian trì hoãn của mạch đếm bằng trì hoãn truyền của một FF bất kể số tầng. Để đảm bảo hoạt động đúng, một số cổng logic được thêm vào để khống chế ngõ vào J, K (T). Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này học viên có khả năng: - Kiến thức: Trình bày được bảng trạng thái, viết được các hàm quan hệ và vẽ được sơ đồ mạch nguyên lý, dạng sóng của mạch đếm đồng bộ, khả năng ứng dụng, phương pháp xây các mạch đếm đồng bộ. - Kỹ năng: Trình bày được các qui trình lắp ráp và lắp được các mạch đếm đồng bộ, nhận biết được lỗi và khắc phục lỗi. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Chủ động, sáng tạo, nghiêm túc, tự giác trong học tập, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Nội dung chính: 1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG - Được tạo thành từ các FF – JK hoặc FF – T. - Xung đếm Ck được đưa đến tác động đồng thời tại các chân Ck của các FF của mạch đếm. - Các đầu vào T hoặc J,K của các FF được lấy từ các đầu ra của các FF qua các mạch vòng hồi tiếp. - Để thay đổi trạng thái đầu ra của mạch đếm ta phải tác động vào xung CK. - Mạch đếm module 2n hay module M bất kỳ đều tự động quay về trạng thái ban đầu, vì vậy các đầu vào R, S của các FF để mức không tích cực. 2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ - Bước 1: Chọn loại FF sử dụng để thiết kế, xây dựng bảng chuyển trạng thái Qn sang trạng thái Qn+1 để tìm các đầu vào kích. - Bước 2: Từ bảng chuyển trạng thái của FF xây dựng được bảng trạng thái của mạch. - Bước 3: Viết các hàm quan hệ (rút gọn nếu có). - Bước 4: Vẽ mạch điện. 162 - Bước 5: Kiểm tra nguyên lý mạch (Mô phỏng nếu có). 3. MẠCH ĐẾM LÊN ĐỒNG BỘ MODULE M = 16 3.1. Thiết kế mạch điện Chọn IC 74 LS112 ( FF – JK nối thành FF – T, có R = S = ‘0’. Ck tác động ở cạnh xuống). a. Bảng trạng thái Bảng 13 – 1. Bảng trạng thái mạch đếm lên đồng bộ 4 bit (M = 16). CK Q3 Q2 Q1 Q0 T3 T2 T1 T0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 2 0 0 1 0 0 0 0 1 3 0 0 1 1 0 1 1 1 4 0 1 0 0 0 0 0 1 5 0 1 0 1 0 0 1 1 6 0 1 1 0 0 0 0 1 7 0 1 1 1 1 1 1 1 8 1 1 0 0 0 0 0 1 9 1 0 0 1 0 0 1 1 10 1 0 1 0 0 0 0 1 11 1 0 1 1 0 1 1 1 12 1 1 0 0 0 0 0 1 13 1 1 0 1 0 0 1 1 14 1 1 1 0 0 0 0 1 15 1 1 1 1 1 1 1 1 16 0 0 0 0 b. Hàm logic Từ bảng trạng thái lập bảng Karnaugh rút gọn hàm đầu vào của FF: J0 = K0 = 1. J1 = K1 = Q0 J2 = K2 = Q0.Q1 J3 = K3 = Q0.Q1.Q2 c. Sơ đồ nguyên lý SW1 SW2 SW3 D1 D2 D3 D4 1 2 3U3:A 7408 4 5 6U3:B 7408 R1 220 J 3 Q 5 CLK 1 K 2 Q 6 S 4 R 1 5 U1:A 74S112 J 11 Q 9 CLK 13 K 12 Q 7 S 1 0 R 1 4 U1:B 74S112 J 3 Q 5 CLK 1 K 2 Q 6 S 4 R 1 5 U2:A 74S112 J 11 Q 9 CLK 13 K 12 Q 7 S 1 0 R 1 4 U2:B 74S112 Hình 13 – 1. Sơ đồ mạch đếm lên đồng bộ module M = 16 163 3.2. Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm. Bước 2: Chọn vật tư linh kiện theo đúng yêu cầu. - IC 74112, 7408. - Các chuyển mạch (các mức logic). - Led - YELLOW. - Điện trở. - Xung Clock. Bước 3: Sắp xếp các linh kiện theo trình tự. - Các đầu vào đặt bên trái. - Các đầu ra đặt bên phải. Bước 4: Mô phỏng mạch điện. - Lập bảng hoạt động của mạch. - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng. - So sánh kết quả với bảng cho trước. 3.3. Thực hành a. Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm phải có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. b. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV Bảng 13 – 2. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV TT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ I Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt ( hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn 01 Cái 7 Máy vi tính Mô phỏng các mạch số 01 Bộ II Vật tư, linh kiện 1 IC U1 74112 02 Con 2 IC U2 7408 01 Con 3 Led đơn Hiển thị 04 Con 4 Điện trở 330 04 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m 164 c. Nội dung thực hành Sinh viên lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ dùng IC 74112 ở hình 13 – 1. d. Trình tự thực hiện Bảng 13 – 3. Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra board mạch. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC. - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây. Board cắm. - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng, không bị ô xi hóa. - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt, khi cắm IC phải chắc chắn. Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt. Xác định vị trí đặt linh kiện trên board. - Xác định vị trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đường nối dây. - Uốn nắn dây cắm cho phù hợp vị trí lắp ráp. Dây nối phải gọn gàng, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật thuận tiện cho việc cân chỉnh mạch. Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên board cắm. Lắp ráp linh kiện đảm bảo theo trình tự: - Lắp IC. - Lắp đèn led. - cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất. - Điểm tiếp xúc giữa lỗ của board cắm và dây kết nối phải đảm bảo chắc chắn, gọn gàng. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. Dây 1 lõi, board cắm, linh kiện. Bước 3: Đo kiểm tra an toàn cho mạch điện. - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp và ngược lại. - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN về nấc thang đo điện trở R x 10 hoặc 100 đo kiểm tra 2 đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng vị trí, đúng cực tính. - Đảm bảo 2 giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa nhau. Đồng hồ vạn năng. Bước 4: Cấp nguồn. Cấp nguồn +5V và mass từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại các vị trí +5V và mass. Đảm bảo cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu. Board nguồn, đồng hồ vạn năng. 165 Bước 5: Khảo sát mạch điện. Điều khiển các chuyển mạch. Quan sát mạch điện, ghi chép kết quả vào phiếu luyện tập. Phiếu luyện tập. e. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 13 – 4. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. Do liên kết mạch. Kiểm tra lại liên kết mạch. 2 Mạch được cấp nguồn liên kết mạch nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. Do IC hoặc do các chuyển mạch. - Kiểm tra lại IC. - Kiểm tra lại các SW phải có 2 mức H, L rõ ràng. f. Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch và cũng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. 4. MẠCH ĐẾM LÊN ĐỒNG BỘ MODULE M = 10 4.1. Thiết kế mạch điện a. Thành lập bảng trạng thái Chọn IC 74 LS112 ( FF – JK nối thành FF – T, có R = S = ‘0’. Ck tác động ở cạnh xuống. Từ bảng trạng thái của FF – JK ta có bảng chuyển trạng thái như sau: Bảng 13 – 5. Bảng chuyển trạng thái của FF – JK Qn Qn+1 Jn Kn 0 0 0 - 0 1 1 - 1 0 - 1 1 1 - 0 Từ bảng chuyển trạng thái của FF – JK ta xây dựng được bảng trạng thái của mạch như sau: Bảng 13 – 6. Bảng chuyển trạng thái của FF – JK CK Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0 0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X 1 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 1 2 0 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X 3 0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 1 4 0 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X 5 0 1 0 1 0 X X 0 1 X X 1 6 0 1 1 0 0 X X 0 X 0 1 X 7 0 1 1 1 1 X X 1 X 1 X 1 8 1 1 0 0 X 0 0 X 0 X 1 X 9 1 0 0 1 X 1 1 X 0 X X 1 10 0 0 0 0 166 b. Hàm logic Từ bảng trạng thái lập bảng Karnaugh rút gọn hàm đầu vào của FF: J0 = K0 = 1 1 0 1 03J Q .Q ,K Q  J2 = K2 = Q0.Q1 J3 = Q0.Q1.Q2; K3 = Q0 i = 0, 1, 2, 3, . Cki = Ck Ri = Si = ‘1’ - Vẽ mạch điện. SW1 SW2 1 2 3U3:A 7408 4 5 6U3:B 7408 J 3 Q 5 CLK 1 K 2 Q 6 S 4 R 1 5 U1:A 74S112 J 11 Q 9 CLK 13 K 12 Q 7 S 1 0 R 1 4 U1:B 74S112 J 3 Q 5 CLK 1 K 2 Q 6 S 4 R 1 5 U2:A 74S112 J 11 Q 9 CLK 13 K 12 Q 7 S 1 0 R 1 4 U2:B 74S112 12 3 U4:A 7400 R1 220 R2 220 R3 220 R4 220 D1 LED D2 LED D3 LED D4 LED Hình 13 – 2. Mạch đếm lên đồng bộ Module 10 dùng FF – JK 4.2. Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm. Bước 2: Chọn vật tư linh kiện theo đúng yêu cầu. - IC 74112, 7408. - Các chuyển mạch (các mức logic). - Led-YELLOW. - Điện trở. - Xung Clock. Bước 3: Sắp xếp các linh kiện theo trình tự. - Các đầu vào đặt bên trái. - Các đầu ra đặt bên phải. Bước 4: Mô phỏng mạch điện. - Lập bảng hoạt động của mạch. - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng. - So sánh kết quả với bảng cho trước. 4.3. Thực hành a. Công tác chuẩn bị. - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn năng làm 167 việc bình thường. Board cắm phải có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. b. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV Bảng 13 – 7. Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/3SV TT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ I Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt ( hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn) 01 Cái 7 Máy vi tính Mô phỏng các mạch số 01 Bộ II Vật tư, linh kiện 1 IC U1 74112 02 Con 2 IC U2 7408 01 Con 3 Led đơn Hiển thị 04 Con 4 Điện trở 330 04 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m c. Nội dung thực hành Sinh viên lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ dùng IC 74112 ở hình 13 – 2. d. Trình tự thực hiện Bảng 13 – 8. Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra board mạch. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC. - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây. Board cắm. - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng, không bị ô xi hóa. - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt, khi cắm IC phải chắc chắn. Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt. Xác định vị trí đặt linh kiện trên board. - Xác định vị trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đường nối dây. - Uốn nắn dây cắm cho phù hợp vị trí lắp ráp. Dây nối phải gọn gàng, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật thuận tiện cho việc cân chỉnh mạch. 168 Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên board cắm. Lắp ráp linh kiện đảm bảo theo trình tự: - Lắp IC. - Lắp đèn led. - cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất. - Điểm tiếp xúc giữa lỗ của board cắm và dây kết nối phải đảm bảo chắc chắn, gọn gàng. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. Dây 1 lõi, board cắm, linh kiện. Bước 3: Đo kiểm tra an toàn cho mạch điện. - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN về nấc thang đo điện trở R x 10 hoặc 100 đo kiểm tra 2 đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng vị trí, đúng cực tính. - Đảm bảo 2 giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa nhau. Đồng hồ vạn năng. Bước 4: Cấp nguồn. Cấp nguồn +5V và mass từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại các vị trí +5V và mass. Đảm bảo cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu. Board nguồn, đồng hồ vạn năng. Bước 5: Khảo sát mạch điện. Điều khiển các chuyển mạch. Quan sát mạch điện, ghi chép kết quả vào phiếu luyện tập. Phiếu luyện tập. e. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 13 – 9. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. Do liên kết mạch. Kiểm tra lại liên kết mạch. 2 Mạch được cấp nguồn liên kết mạch nhưng hoạt động không đúng theo yêu cầu. Do IC hoặc do các chuyển mạch. - Kiểm tra lại IC. - Kiểm tra lại các SW phải có 2 mức H, L rõ ràng. f. Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch và cũng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. 5. BÀI TẬP Bài 1: Lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ Module M = 16 dùng IC 4027. Bài 2: Lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ Module M = 10 dùng IC 7476. 169 Bài 3: Lắp ráp mạch đếm xuống đồng bộ Module M = 10 dùng IC 7476. Ghi nhớ: * Khái niệm chung về mạch đếm. Nắm vững các đầu vào, đầu ra của của mạch đếm, cách phân loại mạch đếm. * Đặc điểm chung và phương pháp thiết kế. Nắm vững các bước thiết kế mạch đếm. * Mạch đếm lên đồng bộ module: M = 16, M = 10. Nắm vững bảng trạng thái, sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch đếm lên đồng bộ module: M = 16, M = 10. 170 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật và Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 2. Nguyễn Hữu Phương (2004). Mạch số, NXB khoa học kỹ thuật. 3. Dương Minh Trí (1989). Sổ tay vi mạch số TTL và CMOS, NXB khoa học kỹ thuật. 4. Nguyễn Bính (2005). Điện tử công suất, NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội. 5. Lương Ngọc Hải(2004). Giáo trình Kĩ thuật xung – số, NXB khoa học và kỹ thuật. 6. Nguyễn thúy Vân(1999). Kĩ thuật số, NXB khoa học và kỹ thuật. 7. Vũ Đức Thọ dịch(2002). Cơ sở kĩ thuật điện tử số, Đại học Thanh hoa Bắc kinh. 8. Hoàng Thị Phương – Trần Thanh Sơn (2015). Tập bài giảng Kỹ thuật số, NXB lao động – xã hội.