Ngày 18/01/2015 20:54:12 / Lượt xem: 26744 / Người đăng: biendt / Tác giả: Phamtoanbonmat@gmail.com

Mạch đếm thuận nghịch dùng IC số ( 9 - 0 - 9)

Ứng dụng kỹ thuật số cơ bản để thiết kế mạch đếm thuận nghịch dùng các IC số cơ bản. Mạch đếm thuận nghịch dùng IC số (9 -0 - 9) là một ứng dụng kỹ thuật số.

I.Giới thiệu về mạch đếm thuận nghịch
1.Tìm hiểu về khái niệm .
- Chúng ta hiểu một cách rất đơn giản ,ban đầu nó là một mạch đếm ,đếm nghĩa là sao ? đơn giản là nó biết đếm như chúng ta,ví dụ đếm từ 1 đến 10 ,hay như một cái đồng hồ đếm giây khi chúng ta chạy hay tập nín thở chẳng hạn .
- Thế còn “thuận nghịch” đơn giản chỉ là khả năng của nó ,tức là nó có thể đếm xuôi hoặc ngược . ví dụ đếm từ 1 đến 100 hoặc đếm từ 100 về 1 .
2. Mục tiêu thiết kế:
- Với mạch này ,không sử dụng vi điều khiển vì dùng vi điều khiển chúng ta chỉ cần viết một đoạn code là đơn giản .vấn đề là chúng ta không sử dụng vi điều khiển mà  tạo được một mạch đếm tiện lợi và hoạt động tốt .
- Sử dụng những linh kiện đơn giản ,dễ tìm kiếm và thịnh hành trên thị trường cũng những tiện cho việc nghiên cứu phân tích mạch .
- Mạch thiết kế tối ưu đơn giản để các bạn sinh viên đều có thể làm được ,khi thiết kế xong thì đảm bảo tính ổn định chạy bền bỉ lâu dài .
3.Ứng dụng thực tế :
Mạch đếm thuận nghịch ứng dụng rất tốt trong thực tế ,Đơn giản nhất như là việc các bạn làm một đồng hồ bấm giờ ,
Hay ví dụ đếm sản phẩm ,ví dụ chúng ta biết được chu kỳ của sản phẩm được đưa vào thì chúng ta có thể xây dựng một mạch đếm thuận nghịch để ứng dụng cho công việc này .Khả năng ứng dụng còn tuỳ thuộc  sự sáng tạo và khả năng thiết kế cũng như ý tưởng độc đáo của các bạn sinh viên .  
II.Mạch đếm thuận nghịch
1.Linh kiện trong mạch :
- IC NE 5555. Dùng tạo dao động .
-Điện trở 10k,100 Ω.
-Tụ điện (0.1 u. tụ thường) ,(100u .phân cực )
-LED , Vônkế (ko nhất thiết , sử dụng một cái dạng đồng hồ nhỏ chuyên dùng để đo vonkế).
-Biến trở 10k
-Button, SEG 7Vạch ,
- Ic 4510:4511.
- Switch (Chuyển mạch 2 cổng , SW.)
2.Sơ đồ mạch

Mạch nguyên lý được vẽ trên Protues nên khi thiết kế mạch cần cấp nguồn vào các IC do nhiều IC trong Protues đã mặc định cấp nguồn nên khi thiết kế mạch cần chú ý điều này nhưng khi sang PCB trong Protues lại đầy đủ.
3. Phân tích mạch
- Để tiện cho quá trình nghiên cứu chúng ta sẽ phân tích theo từng khối một .
a. Khối tạo xung vuông – IC 555 .
- IC 555 là một Ic tạo xung rất đa năng. Tạo xung vuông rất đơn giản.
+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung.
+ Chân số 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 sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
+ Chân số 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 cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .
+ Chân số 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 áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC.
+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .
+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V -->18V (Tùy từng loại 555 nhé thấp nhất là con NE7555)
•  Tần số được tính như sau :         
f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))
C2 là tụ nối với chân số 5.
R2 là chân giữa chân 7 và chân
R1 là biến trở .
- Vậy đến đây chúng ta hiểu là tại chân số 3 của  NE 555 là tạo ra một xung dạng vuông .
- Đèn Led đấu song song với chân số 3 của 555 nó sẽ nhấp nháy lên dùng để báo hiệu .
- Vôn kế dùng để đo giá trị điến áp tại đầu ra của 5555 .(có thể không cần hoặc chỉ cần như một thao tác tức thời ).
b. Khối giải mã – IC 4511
- Đây là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logic (dạng 0,1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch .về cấu tạo nó là một tập hợp các mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and , or ,..việc thiết kế một mạch như vậy không hẳn là quá khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp lả chúng ta hoàn toàn có thể làm được ,nhưng điều đó khiến chúng ta mất thời gian ,không đảm bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện .
- Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau :
-Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathot  chung có nghĩa là tất cả cathot của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sáng .
- 4511 Có 16 chân .
- Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số 8 nối với đất .
- 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 được nhớ trong tế bào 4 bít ,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 cố 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.
c. Khối xử lý IC 4510

4 Chân đầu ra là 4 chân 2,6,11,14
- Chân 16 nối với dương nguồn ,chân số 8 nối với âm nguồn .
- Chân số 1 với chân số 9 nối đất để tích cực mức 0 để Ic mới hoạt động .
-  Chân số 15 là chân đầu vào để chúng ta đưa xung vào .
Chân số 5 là chân Cary in , chân này=0 thì Ic hoạt động , còn khi để hở ,thì nó sẽ giữ nguyên trạng thái của dữ liệu đầu ra .
- Chân 3,4,12,13 là dùng cho ứng dụng khác , trong phần này chúng ta chưa cần nói đến .
- Chân số 10 là chân dùng để đảo trạng thái đầu ra khi nó luân phiên tích cực mức thấp và mức cao
d - Nguyên tắc hoạt động của mạch
- Sau khi đã tìm hiểu được về cơ bản các khối ,chúng ta tiến tới việc láp ráp và phân tích toàn bộ sơ đồ mạch điện .


-Đầu tiên , với kết cấu mạch như sơ đồ trên ,IC 555 sẽ tạo ra một xung với 2 mức tích cực .
-Thông số chu kỳ là do các bạn tự chọn ,theo công thức tần số ở trên các bạn có thể tính toán chọn làm sao cho chu kỳ vào khoảng 1s là hợp lý ,chú ý biến trở trong mạch sẽ giúp chúng ta điều chỉnh vấn đề này .
-Về biên độ ,chúng ta có thể sử dụng mức ,khi tạo ra xung ,chúng ta sẽ có xung 2 mức . với mức tích thấp là 0 v ,và mức tích cực cao sẽ là # 0v .(có thể trên dưới 5 v).
-Sau khi đã tạo được xung tại đầu ra chân số 3 ,chúng ta đưa nó vào chân clock  , chân số 15 của IC 4510.
- Nhìn vào mạch điện chúng ta thấy chân số 10 của IC được nối với một chuyển mạch ,chuyển mạch này được nối với 2 mức là 5 v và 0 vôn .
- Chân số 5 được nối với một button và sau đó là tiến về đất .
- Vậy chúng ta cùng phân tích .
Khi chúng ta chuyển switch sang vị trí ground (0 v), và đóng button ,thì lúc này IC bắt đầu hoạt động ,đầu vào của IC là dạng xung 2 mức ,1-0-1-0-1-0…….
Thì lúc này 4 bít tại đầu ra sẽ đếm tăng dần từ 0 cho đến 9 , tức là tại 4 chân đầu ra nó tạo một mã nhị BCD  và tăng dần giá trị từ 0, đến 9.và chân số 2 là chân MSB ,chân số 6 là chân LSB .
4 chân này được đưa vào IC giải mã từ BCD sang 7 vạch. Và với mỗi giá trị tăng dần của đầu vào theo mã BCD thì seg 7 vạch sẽ hiện ra con số tương ứng với giá trị dạng thập phân .
Ví dụ đầu vào là 0011 thì seg 7 vạch hiện là só 3.
- Trong khối này chân số 5 được giữ cố định ở mức 0 để hoạt động bình thường .

-Chân số 3 và số 4 được nối với nguồn 5 v .Tại sao ?
- Chúng ta cùng phân tích ,
+ Nếu chân số 3 và 4 mà không nối gì cả ,thì suy ra IC không hoạt động .loại trường hợp này
+Nếu chân 3 = 0 thì , chân 4 ko nối , thì đầu ra bằng 1 hết tức là led 7 vạch hiện số 8 mãi mãi . đầu ra được chốt ở 1 .
+ Nếu chân 3 =0 còn chân 4 =0 , đầu ra ưu tiên chốt ở giá trị 1.
+Nếu nối chân số  3 = 0 còn chân 4 = 1 . Đầu ra tiếp tục được chốt ở 1 .
+ chân 4 bằng =1 chân 3 không nối thi lúc này IC được tích cực , có nghĩa chung ta hiểu như là IC được mở khóa và đầu ra không bị chốt gì cả .- đầy là 1 trường hợp có thể chọn
+ chân 4 =1 chân 3 = 0  thì lại giống như trên
+ chân 4 =1 , chân 3 =1 thì đầu ra của Ic không hề bị chốt mà được tích cực hoàn toàn – nghĩa là các chân đầu ra của IC hoàn toàn được xuất ra dữ liệu .
-vậy trong 2 trường hợp chúng ta có thể chọn trường hợp số 1 hay 2 là tùy ý .

Một vấn đề nữa đó là chân số 10 của IC 4510 , thực chất nó như là một công tắc đảo dữ liệu .
Khi nó = 0 thì nó sẽ đếm ngược , tức là đầu ra của nó đạt giá trị cao nhất  và bắt đầu giảm dần giá trị
Ngược lại khi nó ở mức 1 thì nó sẽ đẩy giá trị thấp nhất ở đầu ra và tăng dần giá trị .
-  Một câu hỏi đặt ra là khi chúng ta đạng chạy mạch mà chuyển công tắc chuyển mạch thì điều gì xảy ra . thì lúc này nhiệm vụ của nó là xác định xem chuyển mạch trên là tăng hay giảm ,nếu chuyển mạch trên là tăng thì khi chuyển xuống chuyển mạch này nó xác định giá trị đang hiện thị và giảm đi .
-  Ngoài ra một vấn đề khác đó là khi mạch đang chạy ,chúng ta nhả nút bấm ra thì sao .thì lúc này mạch sẽ giữ nguyên trạng thái .
Sau khi thiết kế xong được mạch nguyên lý ,các bạn có thể sử dụng và mạch in . Quá trình vẽ mạch in bằng protues.
Đây là mạch in sau khi vẽ .

III.Hướng phát triển
- Từ ý tưởng của bài viết trên ,chúng ta có thể suy nghĩ và dựa trên bài viết này để phát triển lên mức cao hơn cho 3 , 4 seg 7 vạch .ví dụ chúng ta thiết kế với 2 seg ,vậy chúng ta phải làm sao để khi seg 1 đếm được đến 9 thì seg 2 bắt đầu đếm lên 1 .
- Nếu giả sử chúng ta tách 1 nhanh xung tại đầu ra ở bộ ic 555 cho sang một hệ thống mạch tương tự .vấn đề là chúng ta sẽ giữ làm sao seg của khu mạch này được giữ ở mức 0 trong khi seg trên chưa đếm hết đến 9.vậy khi đếm đến 9 chúng ta thiết kế sao cho hệ thống thứ 2 mở chế độ chạy để đếm lên 1 và lại giữ nguyên ở mức đó . bằng cách nào ? vấn đề này xin dành cho các bạn đọc ,các bạn sinh thể hiện ý tưởng sáng tạo độc đáo cuả mình .
Chương trình và mạch in được thiết kế trên phần mềm mô phỏng mạch điện Protues