Thiết kế logic mạch số

Chia sẻ: 123859674 123859674 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

328
lượt xem 80
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'thiết kế logic mạch số', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế logic mạch số

Thiết kế logic mạch số
Më §ÇU Chương 1: Trong sù ph¸t triÓn cña kü thuËt ®iÖn tö ngµy nay, kü thuËt sè ®ang dÇn chiÕm -u thÕ vÒ sè l-îng c¸c øng dông cña nã trªn nhiÒu thiÕt bÞ ®iÖn tö tõ d©n dông cho ®Õn chuyªn dông, trong nhiÒu lÜnh vùc nh- ®o l-êng, ®iÒu khiÓn, v.v… nhê vµo nhiÒu -u ®iÓm cña nã. Cã thÓ nãi, nÒn t¶ng cña kü thuËt sè lµ c¸c m¹ch logic sè dùa trªn sù kÕt hîp cña c¸c cæng logic c¬ b¶n mµ ngµy nay ®· ®-îc tÝch hîp trong c¸c IC sè. Trªn c¬ së nh÷ng kiÕn thøc ®· ®-îc häc trong m«n häc: Kü thuËt sè vµ trong khu«n khæ cña mét ®å ¸n m«n häc: ThiÕt kÕ m¹ch logic sè, chóng t«i ®· thiÕt kÕ m¹ch logic sè víi ®Ò tµi lµ: ThiÕt kÕ hÖ thèng ®o tèc ®é ®éng c¬ cã hiÓn thÞ chiÒu quay Víi môc ®Ých lµ t×m hiÓu thªm vÒ lÜnh vùc kü thuËt sè, n©ng cao kiÕn thøc cña m×nh. Song kiÕn thøc cßn h¹n hÑp vµ thêi gian thùc hiÖn kh«ng ®-îc nhiÒu nªn ®Ò tµi cña chóng t«i cßn rÊt nhiÒu sai sãt, h¹n chÕ. MÆc dï ®· cè g¾ng phÇn nµo thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n mét c¸c chi tiÕt c¸c m¹ch, c¸c th«ng sè nh-ng ®«i khi cßn mang tÝnh lý thuyÕt, ch-a thùc tÕ. Chóng t«i mong cã sù gãp ý vµ söa ch÷a ®Ó ®Ò tµi nµy cã tÝnh kh¶ thi h¬n vÒ c¶ ph-¬ng diÖn kinh tÕ còng nh- kü thuËt. Chóng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o NguyÔn Nam Qu©n ®· h-íng dÉn vµ gióp ®ì chóng em thiÕt kÕ vµ hoµn thµnh ®Ò tµi nµy. II.NHIÖM Vô: VÊn ®Ò nªu trªn ®Æt ra cho ta 2 nhiÖm vô cÇn thùc hiÖn: 1.§o(chØ thÞ) tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn víi sai sè cho phÐp(sai sè cho phÐp trong ®Ò tµi chän lµ 1%). 2.HiÖn(chØ thÞ) chiÒu quay cña ®éng c¬ ®iÖn. III.Lý THUYÕT THùC HIÖN: S¬ ®å khèi ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô nªu trªn: 1.PhÇn chØ thÞ tèc ®é:
ChuyÓn KhuÕch §Õm vßng quay ®¹i tÝn Gi¶i Cæng ChØ thÞ m· sang xung hiÖu xung ®iÖn ®iÖn vµ t¹o d¹ng Xung më cæng Reset “0” 2.PhÇn chØ thÞ chiÒu quay cña ®éng c¬: KhuÕch LÊy tÝn ChØ thÞ ®¹i tÝn M¹ch xö lÝ hiÖu chiÒu hiÖu vµ t¹o quay d¹ng IV.C¸C PH¦¥NG ¸N : A.PhÇn chØ thÞ tèc ®é ®éng c¬: 1.Khèi chuyÓn vßng quay sang xung ®iÖn: *Ph-¬ng ¸n 1(ph-¬ng ph¸p c¬): Mçi vßng quay,vÊu cam trªn trôc ®ãng c«ng t¾c vµo mét lÇn vµ t¹o thµnh mét xung ®iÖn.§Õm sè xung ®iÖn ®Õm sè vßng quay.
vÊu cam *Ph-¬ng ¸n 2(Ph-¬ng ph¸p dïng c¶m biÕn): Mét c¶m biÕn thÝch hîp ®-îc ®Æt ®èi diÖn víi vËt trung gian ®Ó ghi nhËn mét c¸ch ng¾t qu·ng mçi khi cã mét dÊu hiÖu ®i qua vµ mçi lÇn nh- vËy nã cung cÊp mét tÝn hiÖu xung cã biªn ®é tØ lÖ víi +E. C¶m biÕn tõ: ®Çu tõ MÈu b¨ng tõ Mèi 1 vßng quay,mÈu b¨ng tõ ®-îc d¸n trªn trôc ®éng c¬ quÐt qua ®Çu tõ ,g©y sù biÕn thiªn tõ th«ng Ø trªn cuén d©y cña ®Çu tõ,t¹o trªn cuén d©y mét suÊt ®iÖn ®éng cã biªn ®é E.Khi ®éng c¬ quay t¹o trªn cuén d©y nh÷ng xung suÊt ®iÖn ®éng cã tÇn sè tèc ®é quay cña ®éng c¬.§Õm sè xung suÊt ®iÖn ®éng ®Õm sè vßng quay cña ®éng c¬.
HoÆc ta cã thÓ thay mÈu b¨ng tõ b»ng mét ®Üa quay lµm b»ng vËt liÖu tõ tÝnh cã khÝa r¨ng(hoÆc b¸nh r¨ng) g¾n lªn trôc ®éng c¬ : khe tõ vÊu tõ HoÆc ng-îc l¹i ta dïng mét vËt trung gian lµ mét ®Üa ch¾n tõ mét c¸ch tuÇn hoµn gi÷a mét nam ch©m cè ®Þnh vµ mét c¶m biÕn tõ : nam ch©m cè ®Þnh vÊu ch¾n tõ khe tõ Biªn ®é suÊt ®iÖn ®éng cña cuén d©y E phô thuéc chñ yÕu 2 yÕu tè: +Kho¶ng cach gi÷a cuén d©y(®Çu tõ) vµ vËt trung gian.Kho¶ng c¸ch(khe tõ) nµy lín th× E nhá. +Tèc ®é quay cña ®éng c¬:E tØ lÖ víi tèc ®é quay.Khi tèc ®é quay qu¸ bÐ,E sÏ nhá ®Ó cã thÓ ph¸t hiÖn ®-îc vµ ®©y lµ vÞ trÝ tèc ®é quay chÕt.
C¶m biÕn quang: ThÊu kÝnh ®Çu thu quang nguån ph¸t s¸ng nguån ph¸t s¸ng ®Çu thu quang a> b> C¶m biÕn quang dïng 1 nguån ph¸t s¸ng thÝch hîp cïng víi 1 c¶m biÕn quang khi 1 vËt trung gian quay cã c¸c lç,®-êng v¸t,hoÆc mÆt ph¶n x¹. +Nguån s¸ng: LED,IR-LED,LAZER... +C¶m biÕn quang: PHOTODIODE,PHOTOTRANSISTOR,PHOTO- JFET, PHOTORESISTOR,PHOTOTHYRISTOR Khi ®éng c¬ quay,¸nh s¸ng gÆp lç(h×nh a>),gÆp mÆt ph¶n x¹(h×nh b>) sÏ tíi ®-îc ®Çu thu quang.Khi ®ã trªn ®Çu thu quang ta sÏ thu ®-îc 1 xung ®iÖn.Biªn ®é xung ®iÖn chñ yÕu phô thuéc: +Th«ng l-îng ¸nh s¸ng Ø tíi ®-îc ®Çu thu quang: Ø cµng lín th× biªn ®é xung ®iÖn cµng lín. +§é nhËy cña ®Çu thu quang. KL: Chän ph-¬ng ¸n: Dïng c¶m biÕn quang h×nh a> +Nguån ph¸t quang: IR-LED hång ngo¹i ph¸t sãng hång ngo¹i gÇn +C¶m biÕn quang: PHOTOTRANSISTOR
IR-LED, PHOTOTRANSISTOR ®-îc lÊy thùc tÕ trong m¹ch lµ IR- LED, PHOTOTRANSISTOR cña m¹ch Mouse m¸y tÝnh. Kh«ng biÕt c¶m biÕn quang m¹ch Mouse cã ph¶i lµ PHOTOTRANSISTOR kh«ng,hay lµ PHOTO-JFET 2.Khèi khuÕch ®¹i tÝn hiÖu xung ®iÖn vµ t¹o d¹ng: *TÝn hiÖu xung thu ®-îc ë khèi chuyÓn vßng quay sang xung lµ nhá,do ®ã cÇn ph¶i khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nµy lªn ®Ó cã thÓ sö dông ®-îc. Mét m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu sè cho ®Çu ra ë møc logic “1” khi cã xung vµ møc “0” khi kh«ng cã xung . Do ®©y lµ thiÕt kÕ Logic nªn phÇn t-¬ng tù kh«ng cÇn quan träng l¾m --- > kh«ng thiÕt kÕ chi tiÕt. *TÝn hiÖu thu ®-îc ban ®Çu ch-a h¼n ®· ë d¹ng xung vu«ng chuÈn,v× vËy tÝn hiÖu cÇn qua bé t¹o d¹ng ®Ó trë thµnh xung vu«ng chuÈn.§¬n gi¶n ta chän lµ mét m¹ch OR(t¹o tõ phÇn tö NOR cña IC SN7402): T¹o d¹ng dïng Smith-Trigo lµ chuyªn dông h¬n! *TÝn hiÖu ra khèi khuÕch ®¹i tÝn hiÖu xung ®iÖn vµ t¹o d¹ng lµ tÝn hiÖu ra m¹ch t¹o d¹ng. KL: Do Mouse ®· chuuyÓn vßng quay sang xung ®iÖn vµ ®-a vµo m¸y tÝnh nªn tÝn hiÖu ra cña nã lµ tÝn hiÖu logic.Nh- vËy toµn bé 2 khèi chuyÓn vßng quay sang xung ®iÖn,khèi khuÕch ®¹i vµ t¹o d¹ng ®-îc tËn dông tõ Mouse.TÝn hiÖu tèc ®é quay vµo khèi cæng lóc nµy lµ tÝn hiÖu ra ®-îc c©u ra tõ m¹ch Mouse. 3.Khèi cæng: Khèi cæng cã nhiÖm vô chØ cho tÝn hiÖu xung qua trong mét ®¬n vÞ thêi gian nµo ®ã.TÝn hiÖu më cæng lÊy tõ khèi xung më cæng. ë ®©y chän khèi cæng ®¬n gi¶n lµ 1 m¹ch AND 2 ®Çu vµo( t¹o tõ phÇn tö NAND cña IC SN7400):
Khèi Xung Më Cæng Chương 2: Lµ khèi dao ®éng ®a hµi t¹o xung vu«ng cã biªn ®é xung ë møc logic “1” vµ ®é réng xung b»ng ®¬n vÞ thêi gian më cæng(tx). a>§a hµi dïng Transistor: tx=0,7.Rb.Cb b>§a hµi dïng KhuÕch ®¹i thuËt to¸n: tx=R.C.Ln(1+2R1/R2) Chän R1=0,86R2 ---> tx=R.C.1,0006 c>§a hµi dïng bé ®Þnh thêi 555:
t1 = 0.693*( VR + R )*C1 t2 = 0.693*R*C1 f = 1.44 / [( VR + 2*R)*C1 ] Khi xÐt tíi tx ta ph¶i xÐt lu«n c¶ phÇn sai sè ®o vµ hÖ sè nh©n khi ®o tèc ®é víi ®¬n vÞ vßng/phót.Trong bµi nµy ta sö dông sè lç ®ôc trªn tÊm b×a ®Ó thÓ hiÖn sai sè phÐp ®o vµ hÖ sè nh©n. *XÐt tx=1phót: Trong tr-êng hîp nµy lµ thùc hiÖn ®o tèc ®é quay cña ®éng c¬ ®óng theo vßng/phót vµ do ®ã chØ cßn thùc hiÖn phÇn sai sè: víi sai sè phÐp ®o lµ x% th× thùc hiÖn ®ôc trªn tÊm b×a (100/x) lç. Nh-ng v× tx qu¸ dµi nªn kh«ng thùc tÕ.Do vËy kh«ng chän kh¶ n¨ng nµy. *XÐt tx Sè lç ®ôc trªn tÊm b×a khi dïng ®¬n vÞ (vßng/phót) lµ: 60/tx lç.
Víi phÇn sai sè x% th× ta ph¶i ®ôc gi÷a 2 lç liªn tiÕp ë trªn (100/x - 1) lç. VËy víi tr-êng hîp nµy,tæng sè lç ph¶i ®ôc trªn tÊm b×a: (60/tx.100/x) lç. KL: +Chän tx=4(s),khi thiÕt kÕ m¹ch thùc tÕ chØ thÓ hiÖn x%=10%. ----> Tæng sè lç ®ôc: 150 lç. +V× lý do t¹o thªm xung xãa tr¹ng th¸i khèi ®Õm sau mçi chu k× ®o, chän t¹o tx tõ m¹ch t¹o xung ®a hµi T=1s: Timer 555. C1= 10uF ; C2= 0.1uF ; R= 62KOhm ; VR=(0 – 50) Kohm(cô thÓ lµ 20Kohm) T¹o tx=4(s) tõ m¹ch ®a hµi Timer 555(T=1(s)): TÝn hiÖu ra bé ®a hµi ®-îc ®-a vµo lµm xung ®Õm bé ®Õm 8(®Õm thuËn,m· BCD 3 bit).Khi ®ã tÝn hiÖu ra bit cao nhÊt Qc cña bé ®Õm 8 chÝnh lµ tÝn hiÖu ra khèi xung më cæng víi ®¬n vÞ më cæng tx. Bé ®Õm 8 thuËn 3 bit BCD cã thÓ ®ù¬c thiÕt kÕ riªng t-¬ng tù nh- thiÕt kÕ bé ®Õm 10 thuËn 4 bit BCD ë phÇn khèi bé ®Õm.Tuy nhiªn,ta m¾c ®Õm 8 tõ bé ®Õm 10 thuËn 4 bit BCD ®· ®-îc thiÕt kÕ ®ã(dïng IC 7490/74LS90)
khèi t¹o xung xãa tr¹ng th¸i khèi ®Õm sau mçi chu k× ®o Reset “0”: Tèc ®é quay cña ®éng c¬ ®-îc ®o trong kho¶ng thêi gian cho bëi khèi xung më cæng,tÝn hiÖu ra khèi xung më cæng cã tÝnh chu k×,do vËy trong kho¶ng thêi gian khèi cæng bÞ khãa(tÝn hiÖu ra khèi xung më cæng ë møc thÊp) ta ®äc kÕt qu¶ ®o vµ sau ®ã Reset “0” khèi ®Õm ®Ó kÕt qu¶ ®o cña chu k× ®o sau(nÕu ®o) ®ù¬c ®óng. ThiÕt kÕ xung Reset “0” khèi ®Õm: +Xung Reset “0” = AND(TÝn hiÖu ra m¹ch ®a hµi Timer 555; 2 bit thÊp Qa,Qb ; NOT(Qc)) Qa,Qb,Qc: bit ra cña bé ®Õm 8 ë trªn.
M¹ch khèi t¹o xung Reset “0”: M¹ch dïng c¸c linh kiÖn NAND,NOR cña IC SN7402, SN7400 +Xung Reset “0” ®-îc nèi trùc tiÕp tíi c¸c ch©n Reset R01,R02 cña tÊt c¶ c¸c IC ®iÕm trong khèi ®Õm. Nh- vËy tr-íc khi ®o sau 3.43(s) khèi ®Õm ®-îc thiÕt lËp 0 bëi xung Reset “0” cã ®é réng xung = 0.57(s),kÕ ®ã m¹ch sÏ ®o(®Õm) trong 4s tiÕp,gi÷ kÕt qu¶ trong 3,43s tiÕp theo,0,57s tiÕp bé ®Õm bÞ xãa vÒ 0.Sang gi©y thø 13 qu¸ tr×nh ®Õm lÆp l¹i. 5.Khèi ®Õm,gi¶i m·,hiÓn thÞ: §Ó hiÓn thÞ tèc ®é quay cña mét ®éng c¬ ®iÖn cã tèc ®é ≤ 1000 vßng/phót víi sai sè phÐp ®o lµ 1% th× ta ph¶i dïng 5 LED 7 thanh: Chän LED 7 thanh chung Katot/Anot HÖ thèng ®Õm gåm 5 m¹ch ®Õm 10(®Õm thuËn) m· BCD 4 bit ®-îc m¾c nèi tiÕp víi nhau (bé ®Õm 1 lÊy xung ®Õm tõ tÝn hiÖu ra khèi cæng,c¸c bé ®Õm cßn l¹i lÊy xung ®Õm (theo kiÓu nèi tiÕp) tõ bit cao nhÊt(Qd) cña bé
®Õm trªn nã),khi m¹ch ®Õm nµy ®Çy sÏ kÝch lªn m¹ch ®Õm cã träng sè lín h¬n ngay trªn nã. T-¬ng øng víi 5 m¹ch ®Õm lµ 5 m¹ch gi¶i m· BCD 4 bit ra m· 7 thanh vµ ®-îc nèi tíi 5 LED 7 thanh t-¬ng øng.
Khèi ®Õm Chương 3: *Bé ®Õm thuËn 10: B¶ng tr¹ng th¸i: t t+1 Qd Qc Qb Qd Qc Qb Qa Qa 000 000 0 1 000 001 1 0 001 001 0 1 001 010 1 0 010 010 0 1 010 011 1 0 011 011 0 1 011 100 1 0 100 100 0 1 100 000 1 0 +ThiÕt kÕ,chän c¸c phÇn tö m¹ch: 4 phÇn tö nhí JK-FF vµ c¸c phÇn tö logic tæ hîp. +2 ph-¬ng ph¸p thiÕt kÕ bé ®Õm: ThiÕt kÕ ®ång bé hî¨c kh«ng ®ång bé. a.1>ThiÕt kÕ ®ång bé:
LËp b¶ng m· hãa theo b×a Karough,b¶ng kÝch,tõ ®ã ta t×m ®-îc hÖ ph-¬ng tr×nh kÝch: J1=QcQbQa K1=Qa J2=K2=QbQa J3= Qd Qa K3=Qa J4=K4=1 S¬ ®å m¹ch: a.2>ThiÕt kÕ kh«ng ®ång bé: Tõ hÖ ph-¬ng tr×nh kÝch m¹ch ®Õm ®ång bé ta cã: J1=QcQb ; K1=1 ; Xung nhÞp Ck1=Qa J2=K2=Qa ; Ck2=Qb J3= Qd ; K3=1 ; Ck3=Qa J4=K4=1 ; Ck4= Xung ®Õm. S¬ ®å m¹ch:
*KL: Thùc tÕ m¹ch ®Õm 10(®Õm thuËn) dïng lµ IC ®Õm: 7490/74LS90
b>Khèi gi¶i m·: *M¹ch gi¶i m· BCD 4 bit ra m· 7 thanh: Víi LED 7 thanh: B¶ng tr¹ng th¸i ho¹t ®éng m¹ch gi¶i m·: ABCD a b cde Chữ f g số 0 0000 1 1 111 1 0001 1 0 2 0010 0 1 100 3 0011 0 0 4 0100 1 1 011 5 0101 0 1 6 0110 1 1 110 7 0111 0 1 8 1000 0 1 100
9 1001 1 1 1 0 110 1 1 1 0 111 1 1 1 1 100 0 0 1 1 111 1 1 1 1 100 1 1 ThiÕt kÕ m¹ch dïng c¸c phÇn tö logic tæ hîp: a = C + A + B D +DB b = A +B c = A+ C +B+D d = C + A +D + B D e = CD +B D f = A + C D + B D + BC g = C D + B D +B C + B *KL: Thùc tÕ dïng IC gi¶i m·: 7447/74LS47
 74LS90,74LS47,LED Anot chung.  SN7490(7490),SN7447(7447),LED Katot chung.