Luận văn Thiết kế và thi công mô hình máy đo tần số hiển thị số dùng trong giảng dạy

ch đếm không đồng bộ và mạch đếm đồng bộ (H. III.2.a) Hình III.2a Ở mạch đếm không đồng bộ thời gian trễ của 1FF là tFF và thời gian trễ của toàn mạch sẽ là St. Nếu mạch đếm được tạo từ 4 FF thì thời gian trễ sẽ là tS = 4tFF. Như vậy mạch đếm không đồng bộ có thời gian trễ rất lớn so với mạch đếm đồng bộ, đây là nhược điểm của mạch đếm không đồng bộ. Ta xét mạch đếm đồng bộ 4 bit sau đây Hình(H. III.2b) FFA đổi trạng thái của nó theo mỗi xung đếm, sau xung đếm thứ nhất QA = 1 cũng như FFA, FFB,FFC, FFD đã nhận ra xung đếm thứ nhất ở đầu vào Clock của nó vì QA = QB = QC = QD = 0 nên khi này đầu vào JK của các FFB, FFC, FFD tức là QB = QC = QD = 0. Đến xung thứ hai thì J và K của FFB = 1 và hai đầu này được nối với QA còn J và K của FFC và FFD cũng bằng 0, còn FFB đổi trạng thái từ QB = 0 lên QB = 1, QC và QD vẫn giữ nguyên trạng thái. Ở xung thứ ba thì QB, QC, QD không đổi trạng thái vì J và K của chúng bằng 0, QA đổi trạng thái từ 0 – 1 (QA = 1, QB = 1), ở xun g đếm thứ tư J và K của FFD bằng 0, còn J và K của FFA, FFB, FFC đều bằbg 1 nên chúng đổi trạng thái QA = 0, QB = 0, QC = 1,…Xung đếm thứ 17 thì QA = QB = QC = QD = 0. Ưu điểm: Ít bị nhiễu so với mạch đếm không đồng bộ. Nhược điểm: Đối với mạch đếm nhiều bit thì các mạch liên kết logic cho các đầu vào trở nên phức tạp. 3./ Mạch đếm vòng (Ring Counter) Mạch đếm vòng là loại mạch dựa vào sự phân chia nhị phân, mà dựa vào sự di chuyển vòng quanh của một ghi chuyển có hồi tiếp gọi là mạch đếm vòng. Các mạch đếm vòng không hữu hiệu bằng mạch đếm nhị phân nhưng do đơn giản hơn và có đặc tính riêng biệt nên đôi khi được sử dụng. Đặc biệt là các mạch này hoạt động đồng bộ nên có tốc độ giao hoán cao. Hình(H. III.3a) là sơ đồ cấu tạo của mạch đếm vòng. Hình III .3a Hình III.3b Hình (III.3a) là biểu diễn dạng sóng ra của mạch đếm vòng. Giả sử ban đầu FF cuối cùng được đặt ở QC = 1 còn hai FF kia được xóa để ngõ ra QA = QB = 0. Đồng hồ tác động cạnh sau Q, QA lên 1, QB = 0, QC xuống 0. Ở xung thứ 2, QA xuống 0, QB lên 1,QC = 0, ở xung thứ 3, QA = 0, QB = 0, QC lên 1,… Mạch hoạt động như bảng trạnh thái hình Hình(H.III.3c), mạch chỉ đếm được 3 số tức bằng số tầng FF. Số xung vào QC QB QA 0 1 2 1 0 0 0 0 1 0 1 0 3 4 5 1 0 0 0 0 1 0 1 0 Mạch đếm hình Hình (H.III.3c) là mạch đếm Johnson. Mạch được hồi tiếp chéo từ trở về J, Q trở về K. Giả sử ban đầu mạch được xóa để QA = QB = QC = 0. Ở trạng thái thứ nhất cạnh sau QA lên 1, QB = QC = 0. Ở xung thứ 2 QA =1, QB lên 1, QC = 0, tiếp theo ở xung thứ 3 QA = 1, QB = 1, QC lên 1, đến xung thứ 4 QA xuống 0, QB = 1, QC = 1… Mổi ngõ ra ở mức cao trong 3 chu kỳ xung rồi lại xuống thấp trong 3 chu kỳ xung, rồi lại lên cao trong 3 chu kỳ xung tiếp theo. Hình III.3d Hình III.3c Dạng sóng ngõ ra là dạng sóng riêng có tần số bằng lần tần số xung vào, nhưng có lệch pha nhau. Sự hoạt động của mạch được tóm tắt ở (Hình III.3f) Số xung vào Trạng thái ra ngay sau khi có xung vào Số thập phân tương ứng QC QB QA 0 1 2 3 4 5 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 3 7 6 4 6 7 0 0 0 0 0 1 0 1 Với 3 Flip Flop mạch đếm được Modul M = 6. Để ý là mạch bỏ đi hai trạng thái 010 = 510. Vì lý do ngẫu nhiên lúc bật điện hay do nhiễu khi hoạt động mạch đếm có thể rơi vào một trong hai trạng thái bỏ đi (trạng thái cấm) và sau đó chỉ thay đổi trạng thái giữa các trạng thái cấm này. IV./ MẠCH GIẢI MÃ VÀ HIỂN THỊ: 1./ Mạch giải mã từ BCD sang Led 7 đoạn: Còn gọi là mạch giải mã 4 đường sang 10 đường. Mạch có 10 ngõ ra tương ứng với số thập phân từ 0 đến 9 và có 4 ngõ vào. Ngõ ra tương ứng với mã nhị phân vào xuống thấp còn 9 ngõ ra kia ở mức cao. Mạch gồm 4 cửa đảo để tạo ,, vào 10 cửa NAND có 4 ngõ vào. Ngõ vào của NAND đầu tiên là ,,, ngõ vào của NAND thứ hai là A,,,, khi D = C = B = A = 0 (010) thì = == = 1 nên ngõ ra của cửa NAND đầu tiên, tức ngõ ra xuống thấp (0) còn các ngõ ra kia đều ở mức cao. Khi có mắc thêm đèn Led (và các điện trở giới hạn dòng) như Hình (H.IV.1a), đèn Led 0 sẽ sáng còn các đền Led kia sẽ tắt. Khi D = C = B = 0; A = 1 ( tức DCBA = 10) ngõ ra của cửa NAND thứ hai xuống thấp và đèn Led 1 sáng, còn các đèn khác tắt. Hình IV.1.a 2./ Mạch hiển thị: a./Đèn cathod lạnh Trước khi có đèn Led, các loại đèn Cathod lạnh (Cathod không được sưởi nóng bởi tim đèn) được sử dụng Hình (H.IV.2.a1) Đèn chứa một khí trơ bên trong ống thủy tinh, đèn gồm một anod và 10 catod, các catod là một miếng kim loại mõng có hình từ 0 đến số 9 được xếp hàng sát nhau (nhưng không đụng nhau) từ trước ra sau, thường có thêm một catod hình dấu chấm thập phân. Một điện thế dương từ vài chục Volt trở lênh được đưa vào anod qua một điện trở. Khi một catod được nối Mass thì đèn dẫn điện (cỡ vài mA) và xung quanh catod có một vùng không gian sáng rực (rộng khỏang 1 mm). Hình IV.2.a1 Hình IV.2.a2 Do sự ion hóa, trong khi đó các catod khác không sáng. (Hình IIV.2a1) là biểu diễn của đèn có catod lạnh và Hình (H.IV.2.a2) là hình dạng của đèn nhìn từ phía trước khi đèn hiện số 2. Một số IC giải mã 4 đường sang 10 đường: 7441: Giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra chịu Volt cao ( 60V). 7442/LS42: Giải mã BCD sang thập phân. 7445: Giải mã BCD sang thập phân, dòng lớn ( 80mA) 7414L: Giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra chịu Volt cao (60V). 74145/LS145: Giải mã BCD sang thập phân, dòng lớn (80mA). Ứng dụng của IC 74145/LS145 và IC 7445. Mạch giải mã 7441 có ngõ ra chịu Volt cao (khoảng 60 volt) nên rất thích hợp để hoạt động các đèn catod lạnh Hình (H.IV.2.c). Xung muốn đếm được đưa và chân (Clock) của IC 7490. Ngõ ra BCD của mạch đếm được đưa đến ngõ vào tương ứng của 7441. Ngõ ra 0 đến 9 của 7441 được nối trực tiếp đến ngõ vào tương ứng của đèn catod lạnh. Hình IV.2.a.3 Hình IV.2a.4 Hình IV.2a.4 là ứng dụng để chỉ báo của 7445, ngõ vào 7445 chỉ chịu được 5V nhưng có thể nhận dòng lớn (đến 80mA) nên chỉ có thể dùng để thúc trực tiếp. b./ Đèn Led 7 đoạn: Một trong các số chỉ báo thông dụng là đèn Led 7 đoạn. Đèn gồm 7 đoạn mang tên a, b, c, d, e, f, g được sắp xếp theo hình số 8, xem hình (H.IV.2.b.1). Bên dưới mặt 7 đoạn là một số đèn Led (thường là 7) và hệ thống phản chiếu ánh sáng lên mặt. Tùy tổ hợp các đoạn sáng mà ta có các số và chữ khác nhau. Hình IV.2.b.1 Hình IV.2.b.3 Về phương diện đèn Led 7 đoạn có hai loại đó là loại Anod chung và hình (H.IV.2.b.2) và loại Catod chung hình (H.IV.2.b.3). Các điện trở hạn dòng khoảng 220W đến 470W, nếu VCC = 5 V để giới hạn dòng và biểu thị của mạch giải mã. Tùy tổ hợp các bật đóng mà tổ hợp tương ứng của các Led (biểu thị cho các đoạn) sáng để tạo các số hay các chữ. Một số IC giải mã BCD sang Led 7 đoạn Loại Mức tác động Mạch ra Dòng điện Điện thế tối đa Công suất tiêu tán 7446A 7447A 7448 74LS47 74LS48 74LS49 Thấp Thấp Cao Thấp Cao Cao Cực thu để hở Cực thu để hở Kéo lên 2KW Cực thu để hở Kéo lên 2KW Cực thu để hở 40mA 40mA 6,4mA 24mA 6mA 8mA 30V 15V 5,5V 15V 5,5V 5,5V 320mW 320mW 385mW 3,5mW 125mW 40mW Khảo sát IC 7447A Hình IV.2b.4 7447A có ngõ ra cực thu để hở và đủ dòng để thúc các chỉ báo trực tiếp. Ngõ ra tác động mức thấp nên thích hợp để thúc các Led 7 đoạn anod chung hay các đèn chịu dòng thấp. Mạch hoạt động theo bảng sự thật sau (Hình IV.2.b5). Trong đó với ngõ ra là một dạng sóng và ngõ ra 0 là tắt, nghĩa là nếu 7447 thúc đèn Led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy theo ngõ ra tương ứng của 7447 là 1 hay 0. Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15, đèn Led hiện lên các số và dấu như ở hình (Hình IV. 2b.6). Để ý là khi mã số nhị phân vào là 1111 = 1510 thì đèn tắt. Thập phân LT RBI D C B A RBO A B c d e f g Ghi chú 0 1 2 3 1 1 1 1 1 x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 4 5 6 7 1 1 1 1 X X X X 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 8 9 10 11 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 12 13 14 15 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 010 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 BI RBI LT X 1 0 X 0 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 2 3 4 Hình IV.2b.6 Bảng sự thật Hình (H.IV.2.b.5) có các ghi chú: Ngõ vào xóa BI được để không hay nói lên cao Khi nối BI đến mức thấp, các ngõ ra đều tắt, bất chấp trạng thái ở ngõ vào khác. Khi RBI và các ngõ vào ABCD ở mức thấp và các ngõ vào thử đèn LT (Lamp test) ở cao, các ngõ ra đều tắt và ngõ ra xóa dạng sóng, RBO xuống thấp. Khi ngõ vào BI (RBO) để không hay nối lên cao và ngõ vào LT giữ mức thấp, các ngõ ra đều sáng. V./ GIAO TIẾP CÔNG SUẤT: 1./ Khả năng dòng và thế của TTL và CMOS a./ Đặc tính của TTL: Mạch Logic TTL có nhiều loại ra: Mạch kéo lên thụ động tức có điện trở nối từ cực thu của Transistor lên VCC. Loại mạch này không được dùng không được dùng ở mạch Logic TTL. Loại mạch thứ hai là mạch cực thu để hở tức là cực thu Transistor nối trực tiếp lên nguồn VCC. Mạch thứ ba là mạch kéo lên tích cực tức có thêm Transistor giữa cực thu Transistor và nguồn VCC, loại mạch này thông dụng nhất là mạch ra cột chạm. Mạch thứ tư là mạch ra ba trạng thái, mạch này có cấu tạo gần giống mạch cột chạm. Do đó ta có thể lấy mạch kiểu cột chạm biểu thị cho TTL. Đặc tính ngõ vào Đặc tính ngõ ra Hình V.1a Đặc tính ngõ vào gồm có: Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2V. Dòng mức cao tối đa 40mA. Điện thế tối đa mức thấp 0,8V. Dòng điện tối đa mức thấp –1,6mA. Đặc tính ngõ ra gồm có: Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2,4V. Dòng mức cao -400mA. Điện thế tối đa mức thấp 0,2V. Dòng điện tối đa mức thấp 1,6mA. b./ Đặc tính của CMOS: Điện áp đặt vào các mối nối ngõ vào của IC phải nằm trong các miền chấp nhận được, CMOS sẽ xem các điện áp vào nỏ hơn hoặc bằng 1V như mức Logic thấp, và xem điện áp nào lớn hơn hoặc bằng 3,5V là ở mức Logic cao. Hình V.1b Cửa đảo CMOS là một mạch CMOS cơ bản gồm một Transistor MOS kênh P (gọi là PMOS) nối với một Transistor MOS kênh N (gọi là NMOS). Cực cửa nối chung với nhau và là ngõ vào, cực thoát được nối chung với nhau và là ngõ ra. Cực ngờn của MOS kênh P nối lên điện thế Vdd dương và cực nguồn của MOS kênh N nối xuống điện thế VSS nhưng thường là Mass. Khi ngo vào ở mức cao (H). MOS kênh P ngưng dẫn, MOS kênh N phân cực thuận nhưng chỉ có dòng Idd ở trên đổ xuống nên VSS rất thấp gần như Mass. Ngược lại khi ngõ vào ở mức thấp (0) MOS kênh P dẫn điện còn MOS kênh N ngưng và ngõ ra điệ thế gần Vdd. Vì dòng điện khi chưa có tải rất nhỏ nêm mạch tiêu thụ công suất rất thấp. Do tổng trở vào của mạch Logic CMOS rất lớn nên số tỏ ra của mạch CMOS đối với các CMOS khác cũng rất lớn trên 50, khi giao tiếp với các tải khác loại, các mạch CMOS khác bị giới hạn về dòng điện. c./ Đặc tính của tải: Tải có thể là thuần trở, cảm kháng, tuyến tính hay phi tuyến. Đối với tải tuyến tính sự xác định độ lợi, công suất cần thiết khá đơn giản. Còn đối với tải phi tuyến ta phải xét các trường hợp chuyển tiếp để bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật cũa những bộ phận không bị vượt quá. Tải phi tuyến được điển hình như một bóng đèn hay động cơ điện. (Hình V.1c) biểu diễn dòng điện, điện thế và công suất tiêu tán của một bóng đèn điện được thúc bởi mạch giao tiếp có hfc. Hình V.1c không hạn chế, nghĩa là nó có thể cung cấp dòng nào mà tải cần thiết. Dòng điện sẽ là một hàm mũ khi tim đèn sáng lên. Công suất tiêu tán sẽ là tích số của điện thế và dòng điện. Khi mạch giao tiếp có hfc hạn chế nghĩa là nó không thể cung cấp tất cả các dòng điện đỉnh đòi hỏi bởi tải thì công suất tiêu tán là lớn hơn, lúc này dòng điện đỉnh nhỏ hơn trước nhưng công suất lại lớn hơn do mạch cung cấp đủ dòng để dẫn vào vùng bão hòa, công suất này có thể vượt quá chỉ tiêu của tải. Do đó trong thực hành người ta thiết kế mạch giao tiếp có đủ khả năng khuếch đại dòng ở điểu kiện chuyển tiếp. 2./Giao tiếp giữa CMOS với phần tử công suất: Đặc tính dòng điện ra của CMOS cho thấy khả năng dòng nguồn và dòng nhận của CMOS rất đa dạng tùy thuộc vào loại thường hay loại đặc biệt. Muốn thiết kế chíng xác phải có đầy đủ các thông số liên quan đến CMOS dự định dùng. CMOS không thể thúc trực tiếp một đèn Led ngay cả khi hoạt động ở Vdd = 15V. Hình (H.V.2a) trình bày cách thúc Led dùng Transistor giao tiếp Hình V.2a Khi muốn CMOS thúc tải có yêu cầu dòng lớn ta dùng Transistor Darlington có hfe tương đương rất lớn thường là trên 1000. Khi tải hoạt động ở thế lớn thì phải thêm Transistor cách ly cao thế khỏi mạch CMOS sau đó ta có thể dùng Transistor Darlington công suất. Khi tải có yêu cầu dòng lớn ta có thể theo hình V.2.b. 3./ Giao tiếp giữa CMOS với Triac và Thyristor: Khi tải hoạt động với điện xoay chiều, chủ yếu là mạng điện 50HZ với điện áp là 110V hay 220V, bộ phận thúc tải trực tiếp là Triac hay Thyristor, tất nhiên là phải có thên Transistor làm trung gian giữa mạch Logic và Triac hay Thyristor. Có nhiều đặc tính kỹ thuật liên quan đến Triac hay Thyristor, quan trọng nhất là dòng điện tối đa, điện áp đỉnh mà không bao giờ vượt quá. Dòng này tối thiểu phải áp dụng ở cửa thay đổi vài trăm ở Thyristor, Triac nhạy, chủ yếu là loại công suất thấp, đến vài chục mA ở công suất lớn. Ở trường hợp mạch TTL hay CMOS có thể thúc trực tiếp cửa Thyristor hay Triac, còn phải dùng Transistor làm trung gian. Hình V.3a Hình V.3a trình bày giao tiếp mạch Logic với Triac hay Thyristor để điều khiển hoạt động ở mạch điện xoay chiều. Hình V.3b 4./ TTL tác động mức thấp với tải hoạt động ở mức cao, dòng thấp: Tải điển hình nhất trong trường hợp này là Led có dòng tiêu biểu là 10mA và có điện thế hoạt động (1,7 – 2,1)V, khi ngõ ra Y thấp (hình V.4) Transistor T0 ngưng dẫn, T1 bão hòa và nhận dòng tối đa 16mA nên có thể tách được Led, phải thêm điện trở giới hạn dòng. =>R=300W Hình V.4 5./ TTL tác động ở mức cao: Vấn đề cơ bản nhất là khi ngõ ra ở mức cao mạch TTL chỉ có thể cung cấp dòng điện rất hạn chế 400mA, ở TTL loại thường, dòng điện không chỉ đủ sáng ngay cả đèn led. Ta có thể thêm cửa để lật trạng thái và dùng khả năng dòng lớn ở mức thấp để hoạt động tải. Ta cũng có thể dùng Transistor giao tiếp như hình (H.V.5) Hình V.5 6./ TTL tác động ở mức thấp Hình V.6 Khi tải tiêu thụ dòng thấp, nhưng thế cao mới hoạt động được như Rơle, đèn Neon, mạch giao tiếp còn có nhiệm vụ cách ly cao thế không tác động lên Transistor bên ngoài mạch. Hình V.6c Chương III THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TẦN SỐ I./ KHỐI TOÀN SƠ ĐỒ MẠCH: 1./ Sơ đồ khối toàn mạch: 2./ Trình bày nguyên lí toàn mạch Khối dao động chuẩn 32KHZ: Tạo dao động có tần số ổn định, từ dao động này chia xuống để được dao động có tần số xung là 1HZ. Khối chia: Để tạo xung điều khiển có tần số 1HZ từ dao động chuẩn. Khối khống chế 1 giây: Tạo sự đồng bộ cho mạch làm việc. Khối chia tần: Nhằm mở rộng giới hạn tần số cần đo. Khối đếm: là mạch đếm xung của tín hiệu vào dưới dạng mã BCD. Khối giải mã: Chuyển đổi mã số từ khối đếm sang mã số của khối hiển thị tương ứng, cụ thể là bộ đếm là mã BCD còn hiển thị là LED 7 đoạn thì cần dùng IC giải mã BCD sang LED 7 đoạn. Khi số lượng LED hiển thị nhiều thì người ta dùng kỹ thuật chỉ báo đa hợp để giải mã. Khối chỉnh dạng xung: Mạch đếm chỉ làm việc với tín hiệu có dạng xung vuông, khối này chỉnh dạng sóng cho đúng yêu cầu của mạch đếm. Khối giảm biên độ tín hiệu ngõ vào nhằm hạn chế biên độ tín hiệu cho phù hợp với mạch đo. Khối nguồn: Cung cấp nguồn nôi cho toàn mạch hoạt động. 3./ Đặc điểm và yêu cầu mạch thiết kế: a./ Yêu cầu cuả mạch: Tần số làm việc của mạch nằm trong dãy tần số âm tần từ 5 đến 20KHZ. Độ miễn nhiễu phải cao. Mạch phải có công suất tiêu tán thấp. Từ những đặc điểm và yêu cầu này ta chọn IC làm việc thuộc họ CMOS là loại IC có những đặc điểm phù hợp với yêu cầu. b./ Đặc điểm của họ CMOS: Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi từ 3 V đến 15V, thông số kỹ thuật cho trong sổ tay thường áp dụng nguồn 5V đến 10 V, cũng có một số vi mạch cho phép nguồn ở 15 V, thông thường điện áp nguồn nuôi cho họ CMOS là 5 V. Công suất tiêu tán cho mỗi cửa cổng rất thấp, 5nW ởnguồn nuôi là 5V. Giữa họ 40xx và họ 74xx có cùng điện áp nguồn là 5V nhưng các mức điện áp vào ra và cả lề nhiễu cuả hai cũng không giống nhau, lề nhiễu của CMOS là 1V và TTL là 0.4 V. Độ miễn nhiễu cao thường 45% điện thế nguồn cung cấp VDD. Tốc độ giao hoán thấp vào khoảng 5 MHZ. Dòng điện ngõ vào nhỏ khoảng 10 nA. Tổng trở ngõ vào rất lớn W mắc song song với tụ điện 5 pF. Tổng trở ngõ ra nhỏ khoảng vài trăm OHM. CMOS không thể thúc trực một đèn LED ngay cả khi hoạt động ở 15 V. Các CMOS đệm có khả năng dòng khá lớn. Do tổng trở vào mạch logic CMOS lớn nên số fan out cũng lớn trên 50. Rất ít nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ làm việc: Thương mại: 40 °C đến 85 °C. Trong quân đội: 55°C đến 125 °C. Thời gian trễ đối với mạch logic CMOS là không đáng kể. II./ MẠCH DAO ĐỘNG CHUẨN: 1./ Mạch dao động chuẩn tần số 32 khz: Mạch đo tần số hoạt động dựa trên nguyên tắc là đế xung tín hiệu vào trong thời gian 1 giây. Trong thiết bị đo lường điện thì độ chính xác của thiết bị được đặt lên hàng đầu vì vậy mạch dao động chuẩn này được tạo ra từ mạch dao động dùng thạch anh có tần số là 32 KHZ. Cổng NOT N1, N2 kết hợp với điện trở R1, R2 tụ điện C và thạch anh XTAL để tạo mạch dao động có tần số dao động đúng bằng tần số của thạch anhlà 32 KHZ. Cổng NOT N3 là cổng đệm nhằm phân cách tải với mạch dao động đồng thời tăng khả năng dòng và định dạng sóng của nguồn tín hiệu dao động. Xung mở cổng and để đưa tín hiệu cần đo vào mạch đếm trong thời gian là 1 giây nghĩa là tần số xung mở cổng là 1 HZ, do đó cần phải có mạch chia tần số chuẩn 32 KHZ xuống tần số thấp là 1 HZ. 2./ Mạch chia tần số tạo dao động có tần số 1hz Trong mạch này ta sử dụng các loại IC đếm thập phân để tạo thành mạch chia, để dao động 1 HZ từ dao động chuẩn 32 KHZ thì cần mạch chia 32000. Dạng mạch chia như sau: IC đếm 4518B bao gồm hai bộ đếm 10 bên trong ta kết nối lại để được bộ chia 100 chân 7, 15 là ngõ vào reset mạch đếm tác dộng ở mức cao, để mạch đếm bình thường nên được nối xuống mass. Chân 6, 10 nối chung lại với nhau để đưa tín hiệu từ tầng trước sang tầng sau. Chân 1, 9 là ngõ vào xung clock tác động ở cạnh sau được nối mass. Tín hiệu xung được đưa vào chân 2 là ngõ vào xung clock tác động ở cạnh trước, tín hiệu xung lấy ra ở chân 14 có tần số là 320 HZ được đưa tiếp vào mạch 320. Bộ chia 327 sử dụng IC 4040B là loại IC đếm nhị phân có 12 ngõ ra từ 00 đến 011, số đếm tối đa là 2048 nhưng do yêu cầu là mạch chỉ chia đến 327 nên cần sử dụng các cổng and để tổng hợp các ngõ ra để được mạch chia 327. Số thập phân 327 được mã hóa theo số nhị là 101000111, các ngõ ra ở mức cao [1] được đưa vào các ngõ vào của cổng and, ngõ ra cuối cùng của cổng and A4 là tín hiệu xung có tần số 1 HZ, đồng thời tín hiệu này cũng được đưa về chân 11 của IC 4040B reset lại mạch chia. III./ MẠCH CHIA TẦN SỐ NGÕ VÀO VÀ MẠCH KHỐNG CHẾ THỜI GIAN ĐẾM TRONG 1 GIÂY: 1. Mạch chia tần số: Do mạch hiển thị chỉ dùng 4 LED nên kết quả đo có thể hiển thị được là 9999 HZ, nhưng yêu cầu đặt ra khi thiết kế là thiết bị phải đáp ứng được tần số 20000 HZ vì vậy cần có mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào nếu như khi đo tín hiệu có tần số lớn hơn 9999 HZ thì ta chuyển sang giai đo nhân 10 hay nhân 100 để dễ đọc kết quả hơn. Từ những yêu cầu đặt ra ta thiết kế dạng mạch chia như sau: Dùng hai IC 4017B là loại IC đếm 10 thuộc họ CMOS và công tắc 3 vị trí để tạo các giai đo. Trong mạch này sử dụng IC 4017B làm phần tử chia để đơn giản cho việc thiết kế mạch in hơn là dùng IC đếm 4518B nhưng phải dùng đến hai IC mới có được bộ chia 100. Tín hiệu cần đo tần số đưpợc đưa vào chân 14 của IC1, ngõ ra 09 (chân 11) được nối qua chân 14 của IC2 để được chia tiếp dồng thời tín hiệu cũng được lấy ra làm giai đo nhân 10 vì tần số đã được chia đi 10 lần so với tín hiệu tại ngõ vào.Tại chân 11 của IC2 tín hiệu cũng được lấy ra lam giai đo nhân100 vì tín hiệu đã được chia 100 lần so với tần số tín hiệu tại ngõ vào chân 14 của IC1, ngay ngõ vào này cũng lấy tín hiệu ra làm giai đo (x1) Khi công tắc ở vị trí (1) thì kết quả hiển thị trên màn hình ta đọc bình thường, nghĩa là kết quả hiển thị trên màn LED là 150 thì đọc kết quả của phép đo là 150 HZ. Khi công tắc ở vị trí ( 2 ) giả sử trên phần hiển thị là 15 thì kết qủa của phép đo đọc là 15 x 10 =150 HZ nghiã là có 10 xung vào thì mới có một xung ra, cứ như thế có 100 xung vào thì có 10 xung ra như vậy điểm này tương với giai đo nhân 10. Khi công tắc ở vị trí (3) có 100 xung vào ở chân 14 của IC1 thì có 1 xung ra ở chân 11 của IC2 hay có 1000 xung vào thì có 10 xung ra như vậy vị trí này tương ứng với giai đo nhân 100. Tóm lại, kết quả của phép đo bằng kết qủa hiển thị nhân với giai đo. 2 . Mạch khống chế thời gian đếm trong 1 giây: Như đã trình bày trong phần 2 là mạch hoạt động dựa trên nguyên tắc là mạch đếm xung trong 1 giây. Ta cần mạch mở cổng cho tín hiệu cần đo tần số vào mạch đếm trong 1 giây sau đó đóng không tín hiệu qua. Mạch đếm và giải mã hiển thị kết quả trên LED, kết quả này được lưu giữ lại trong suốt thời gian reset mạch đếm và chu kì đếm lần sau. Dựa vào bảng trạng thái của cổng and có thể đáp ứng được yêu cầu của mạch khóa tín hiệu ngõ vào: Bảng trạng thái A B Y ( ngõ ra) 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Tín hiệu điều chính là dao khiển động chuẩn có tần số 1 HZ IC đếm 4017 B có các ngõ ra thay đổi trạng thái lần lượt theo tín hiệu xung 1 HZ nghiã là mỗi thời điểm chỉ có một ngõ ra ở mức cao còn các ngõ ra khác đều ở mức thấp. Lúc đầu, ngõ ra 00 = [1] cổng and được mở cho phép tín hiệu vào mạch đếm sau thời gian 1