Đồ Án mạch điều chỉnh âm lượng dạng số ( Digital volume)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1
ĐỀ TÀI :THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH DIGITAL VOLUME TỪ XA BẰNG HỒNG NGỌAI

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TRƯƠNG NGỌC ANH
SVTH : NGUYỄN QUỐC DUY MSSV:08701139



NGÀY .THÁNG .NĂM 2012



CHƯƠNG I : DẪN NHẬP
1.1 Lý do chọn đề tài :
Ngày nay , khi thế giới giải trí đang phát triển rất cao , nghe nhạc , xem phim , dường như là cách để thư giản hiệu quả nhất cho chúng ta sau ngày dài làm việc căng thẳng . Tuy nhiên , trong lúc nghe nhạc mình muốn giảm âm lượng lại để có thể nghỉ ngơi , mà lúc đó ta quá mệt mỏi , thì việc đi đến máy tính , TV hay bất kì thiết bị giải trí nào để điều chỉnh âm lượng nhỏ xuống cũng là khó khăn lớn . Chính vì vậy , để có thể thuận tiện cho việc điều chỉnh âm lượng loa , em đã thiết kế ra mạch điều khiển âm lượng bằng hồng ngoại .
1.2 Giới hạn đề tài :
Mạch điều chỉnh 16 mức âm lượng .
Mạch gồm : nút UP ,nút DOWN, nút MUTE .khi nhấn giữ nút UP / DOWN thì âm lượng sẽ tăng hoặc giãm liên tục .













Chương II : Cơ sở lý luận
2.1 Lý thuyết liên quan đến đề tài :
2.1.1 Giữa TTL với TTL
Do cùng loại nên chúng đương nhiên có thể mắc nối trực tiếp với nhau. Dòng trung bình để đảm bảo mức điện áp vào, ra ở mức cao hay thấp cho phép thì:
I[SUB]OH[/SUB] = 400uA còn I[SUB]IH[/SUB] = 40uA khi ra mức cao
I[SUB]OL[/SUB] = 16mA còn I[SUB]IL[/SUB] = 16mA khi ra mức thấp
Như vậy 1 cổng TTL có thể thúc được khoảng dưới 10 cổng logic cùng loại. Ở đây chỉ xét tính tương đối do TTL có nhiều loại nên khả năng thúc tải (tính số toả ra) cũng khác nhau như loại ALS có thể thúc được tới 20 cổng 74ALS khác. Để biết chính xác hơn có thể dựa vào thông số của dòng vào và ra của IC trong số tay tra cứu IC để tính toán

2.1.2 Giữa TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT
Ở mức thấp TTL có thể thúc được CMOS do V[SUB]OL[/SUB]max(TTL)< V[SUB]IL[/SUB]max(CMOS) và I[SUB]OL[/SUB]max(TTL) > I[SUB]IL[/SUB]max(CMOS)
Ở mức cao TTL không thể thúc được CMOS do áp mức cao của TTL có khi chỉ còn 2,5 V trong khi CMOS chỉ chấp nhận áp mức cao không dưới 3,5V. nếu nối mạch thì hoạt động có thể sai logic.
Có 1 cách để khắc phục là dùng điện trở kéo lên ở ngõ ra của cổng TTL. Khi đó, qua điện trở R này, dòng từ nguồn sẽ nâng dòng vào CMOS nhờ đó áp ra mức cao TTL sẽ không quá thấp, CMOS sẽ hiểu được.
Chẳng hạn một cổng 74LS01 có I[SUB]OL[/SUB]max = 8mA, V[SUB]OL[/SUB]max = 0,3V thúc một cổng 74HC00 có V[SUB]IH[/SUB]min = 3,5V, I[SUB]IH[/SUB]min = 1uA.
Khi 74LS01 ở mức thấp 0,3V thì nó sẽ nhận dòng hết mức là 8mA được cấp thông qua điện trở kéo lên (trong khi dòng I[SUB]IH[/SUB]min chỉ có dưới 1uA rất nhỏ), thế thì sẽ phải cần điện trở kéo lên có giá trị nhỏ nhất R[SUB]min[/SUB].

Còn khi ở mức cao 3,5V 74LS01 nhận dòng 100uA và 74HC00 nhận dòng 1uA. Vậy khi này điện trở kéo lên sẽ phải có giá trị max để hạn lại dòng cho 2 cổng

Khi R[SUB]max[/SUB] thì công suất tiêu tán max sẽ nhỏ nhất
Tụ C = 15pF được thêm vào để khi đang ở mức thấp 0,3V mà chuyển lên mức cao thì tụ sẽ nạp cho áp lên 3,5V để CMOS “hiểu”

Hình 1: Giao tiếp giữa TTL với CMOS

2.1.3 TTL thúc CMOS có áp nguồn cao hơn 5V
Cũng giống như ở trường hợp trên, nếu ra mức thấp thì TTL có thể thúc trực tiếp CMOS nhưng nếu ra mức cao V[SUB]OH[/SUB](TTL) chỉ có 2,7V đến 5V thì chắc chắn không thể thúc được CMOS vì khoảng áp này rơi vào vùng bất định của ngõ vào CMOS. Ta cũng phải dùng điện trở kéo lên, có thể dùng TTL ngõ ra cực thu để hở cho trường hợp này.

2.1.4 Giao tiếp CMOS-CMOS
Với cùng điện thế cấp, một cổng CMOS có thể thúc cho rất nhiều cổng cùng loại CMOS vì dòng cấp khoảng 0,5 đến 5mA trong khi dòng nhận rất nhỏ (dưới 1uA)
Tuy nhiên nếu tần số hoạt động càng cao thì khả năng thúc tải sẽ càng giảm đi (có khi chỉ còn dưới 10 cổng). Lý do là ở tần số cao, các điện dung ngõ vào của các cổng tải sẽ làm tăng công suất tiêu tán và trì hoãn truyền của mạch.

2.1.5 CMOS thúc TTL
Khi thúc tải ở mức cao thường V[SUB]OH[/SUB](CMOS) > V[SUB]IH[/SUB](TTL) còn dòng nhận I[SUB]IH[/SUB](TTL) chỉ vài chục uA nên CMOS có thể thúc nhiều tải TTL.
Khi thúc TTL ở mức thấp thì rất phức tạp tuỳ loại.
CMOS cũ (4000) không thúc được TTL.
CMOS mới (74HC) thì có thể, số cổng thúc được tuỳ thuộc VOL(CMOS) > VIL(TTL) và dòng tổng ngõ ra (CMOS) phải lớn hơn tổng các dòng ngõ vào IIL của các tải TTL .
Như vậy, việc giao tiếp các cổng với nhau cũng rất đa dạng tuỳ thuộc yêu cầu người sử dụng. Một vấn đề khác cũng cần phải quan tâm là các IC giao tiếp nhau chung nguồn cấp hay giao tiếp cùng khoảng mức áp sẽ đảm bảo hoạt động hơn. Vì vậy có một số IC đã được sản xuất để phục vụ cho việc chuyển mức điện áp giao tiếp giữa CMOS với TTL hay CMOS 4000 với CMOS 74HC.


2.1.6 Giao tiếp với công tắc cơ khí
Các công tắc thường sử dụng để đóng mở nguồn cấp tạo trạng thái logic cho cổng nhưng do làm dạng tiếp xúc cơ khí nên khi đóng mở sẽ sinh ra hiện tượng dội.

Hình 2: Giao tiếp với công tắc cơ khí
Với điện gia dụng như đèn quạt thì hiện tượng dội này không ảnh hưởng gì cả vì dội xảy ra rất ngắn chỉ khoảng vài ms, đèn quạt không kịp sáng tắt hay quay dừng hoặc nếu có đi thì mắt cũng không thể thấy được. Nhưng với các vi mạch điện tử, rất nhạy với những thay đổi rất nhỏ và rất nhanh như vậy. Hiện tượng dội nảy sinh là do khi ta đóng công tắc thì thật ra là đóng mở nhiều lần rồi mới đóng hẳn hay khi mở công tắc thì thực ra cũng là công tắc cũng bị hở và đóng nhiều lần trước khi hở hẳn.
Bạn có thể kiểm tra hiện tượng dội này của công tắc với mạch đếm bố trí như hình 2.
Ở đây dùng cổng schmitt trigger CMOS để chuyển mạch tín hiệu tạo bởi công tắc. Do khi nhấn công tắc, gây ra dội, công tắc chuyển qua lại giữa mass và V[SUB]cc[/SUB] đưa vào cổng logic, Schmitt trigger rất nhạy khi áp vào lớn hơn hay nhỏ hơn áp ngưỡng của nó thì lập tức áp ra sẽ là mức cao hay mức thấp, mức này cung cấp cho mạch đếm và mạch hiển thị nếu được nối từ mạch đếm sẽ cho số đếm là số lần dội ở công tắc.
Hiện tượng này chỉ xảy ra vài chục ms nhưng với mạch logic đôi khi cũng là “nguy hiểm” rồi. Để chống dội ta có thể sử dụng phần cứng hay phần mềm. Chẳng hạn ở bàn phím máy tính đều là các công tắc cơ khí, 1 phần mềm trong máy sẽ dò đọc công tắc đó chuyển tiếp trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 20ms, nếu thực sự công tắc được nhấn thì mức logic mới ấn ổn định sau khoảng thời gian dội ấy và phần mềm mới chấp nhận được trạng thái của công tắc. Còn ở đây trình bày cách chống dội bằng tụ và mạch chốt.

Chống dội dùng tụ lọc đầu vào
Tụ C giá trị khoảng 0,01us được nối ở ngõ vào của cổng logic như hình vẽ. Khi nhấn công tắc, tụ C nạp qua công tắc vào tụ. Tới khi công tắc nhả ra, có hiện tượng dội tụ sẽ xả qua R xuống mass. Thời hằng xả là 100k x 0,01uF = 1ms lớn hơn chu kì dội tối đa của công tắc chỉ vài trăm ns. Do đó khi này cổng logic chưa chuyển mạch, tới khi áp xả trên tụ giảm xuống tới dưới mức ngưỡng của cổng logic thì trạng thái logic ngõ ra mới lật lại (hình 3).


Hình 3: Cách chống dội dùng tụ lọc

Cổng logic NOT được dùng có thể là loại TTL thường hay Schitt trigger

Chống dội dùng mạch chốt
Mạch chốt cơ bản dùng 2 cổng nand mỗi cổng 2 ngõ vào có hồi tiếp chéo được kết hợp với 2 điện trở kéo lên mắc ở ngõ vào để tạo thành mạch chống dội từ công tắc
Khi công tắc bật lên vị trí 1 (như hình 4) ngõ vào NAND1 ở mức 0 do đó ngõ ra Q' = 1

Hình 4: Cách chống dội dùng mạch chốt
Q' = 1 đưa về ngõ vào NAND2, đồng thời ngõ vào còn lại ở mức 1 đó nối qua R2 lên Vcc nên ra Q= 0, Q= 0 đưa về ngõ vào nand1 khi này nếu dội có xảy ra đi chăng nữa làm cho ngõ vào từ công tắc từ 1 xuống 0 thì do = 0 nên ngõ ra NAND1 luôn là 1.
Như vậy chứng tỏ rằng Q và không hề bị ảnh hưởng bởi công tắc bị dội. Trạng thái của nó chỉ chuyển mạch dứt khoát một lần khi công tắc được nhấn qua a và chỉ lật lại trạng thái khi công tắc được nhấn qua 2.
một dạng khác cũng có thể chống dội được thể hiện như hình 5:


Hình 5: Chống dội dùng cổng NOT
Bật công tắc sang mass, ngõ ra I2 ở mức 0 đưa về qua R ngõ vào I1 nên vẫn làm I2 ra ở 0 cho dù công tắc có bị dội lên xuống nhiều lần. Do đó ngõ ra I3 luôn ở mức 1
Ngược lại nhấn công tắc qua Vcc, ngõ ra I2 mức 1 đưa về ngõ vào I1 mức 1 lại vẫn làm I2 ra mức 1 bất chấp công tắc bị dội, kết quả ra I3 luôn ở mức 0
Cổng logic được sử dụng trong mạch chốt ở trên có thể là loại TTL hay CMOS thường hay schmitt trigger đều được cả như cổng NOT 4069, 4040; cổng NAND 7400, 4011, 74132,

2.1.7 Giao tiếp với tải nhỏ
Tải hiện nay được sử dụng rất phong phú, nó có thể là R hay có tính cảm kháng, tải tuyến tính hay phi tuyến, tải ở áp thấp, dòng thấp hay là cao, xoay chiều hay một chiều. Các cổng logic được chế tạo ra có thể giao tiếp với hầu hết các loại tải nhưng các cổng đều có dòng thấp, áp thấp thì chúng thúc tải như thế nào? Tải có ảnh hưởng gì trở lại cổng logic không?
Phần này sẽ trình bày một số khả năng của cổng logic khi giao tiếp với các loại tải khác nhau :
Led đơn rất hay được sử dụng để hiển thị ở các vi mạch điện tử, áp rơi trên nó dưới 2V, dòng qua khoảng vài mA do đó nhiều cổng logic loại TTL và CMOS 74HC/HCT có thể thúc trực tiếp led đơn
Tuy nhiên loại CMOS 4000, 14000 thì không thể do dòng vào ra mức cao và thấp đều rất nhỏ (dưới 1uA, và dưới 0,5mA) mặc dù chúng có thể hoạt động và cho áp lớn hơn loại 2 loại kia
Mạch giao tiếp với led như hình 6 :

Hình 6: Giao tiếp với LED
R là điện trở giới hạn dòng cho led, cũng tuỳ loại cổng logic được sử dụng mà R cũng khác nhau thường chọn dưới 330 ohm (điện áp V[SUB]cc[/SUB] =5VDC) tuỳ theo việc lựa chọn độ sáng của led.
Ngoài led ra các cổng logic cũng có thể thúc trực tiếp các loại tải nhỏ khác như loa gốm áp điện (loa thạch anh) có dòng và áp hoạt động đều nhỏ, đây là loại loa có khả năng phát ra tần số cao. Mạch thúc cho loa gốm như hình 7 dưới đây

Hình 7 Cổng logic thúc loa
Lưu ý là loa gốm là tải có tính cảm kháng, khi cổng chuyển mạch có thể sinh dòng cảm ứng điện thế cao gây nguy hiểm cho transistor bên trong cổng vì vậy cần 1 diode mắc ngược với loa gốm để bảo vệ cổng.

2.2 Giới thiệu linh kiện sử dụng trong mạch :
2.2.1 : IC 4067
a.Chức năng tổng quát :
IC 4067 là ic dồn kênh tương tự, 16 kênh ,với 4 ngỏ vào dùng để điều khỉển chọn kênh , và 1 chân cho phé p .
b. Sơ đồ chân :






A0,A1,A2,A3 là 4 chân ngỏ vào điều khiển chọn kênh .
Y0,Y1, ,Y15 là 16 chân ngỏ vào nhận tín hiệu tương tự từ khối cầu phân áp .
E là chân cho phép tích cực mức thấp .
c. Bảng trạng thái :

d.Chức năng chi tiết :
Với 4 ngỏ vào A3A2A1A0 ,tương ứng với mã số BCD đó , thì ngỏ vào Y tương ứng sẽ nối với ngỏ ra Z .ví dụ tương ứng với ngỏ vào là 1010 thì ngỏ Y10 sẽ được nối với ngỏ ra Z .
Ngỏ vào từ Y0 đến Y15 sẽ được kết nối với điện trở mắc theo kiểu cầu phân áp để tạo ra 16 mức điện áp khác nhau .

2.2.2 IC 74LS193 :
a.Chức năng tổng quát :
IC 74LS193 là IC đếm mã BCD 4 bit , có thể đếm lên hoặc đếm xuống .
b. Sơ đồ chân :

Chân CPD :ngỏ vào xung đếm xuống .
Chân CPU :ngỏ vào xung đếm lên .
Chân TCD : chân báo tràn khi đếm xuống .
Chân TCU : chân báo tràn khi đếm lên .
Chân MR : chân reset tích cực mức cao .
Chân PL : chân nạp giá trị đặt trước .
Chân P0, P1, P2, P3: chân ngỏ vào giá trị cần đặt trước .
Chân Q0,Q1,Q2,Q3 : chân ngỏ ra BCD
c. Bảng trạng thái :
L mức thấp
H : mức cao .
X: bất chấp ngỏ vào
Xung cạnh lên
d. Chức năng chi tiết :
IC74LS193 được dùng để tạo ra mã BCD 4 bit , điều khiển chọn kênh cho IC 4067 .
Khi có xung vào chân CPU hay CPD thì IC sẽ đếm lên hay đếm xuống ( với các trạng thái xác lập theo đúng datasheet )và xuất 4bit BCD ra 4 ngỏ ra .
2.2.3 IC PT2248 , PT2249 :
a.Chức năng tổng quát :
IC 2248 thực hiện phát mã code thông qua led phát hồng ngoại .
IC 2249 thực hiện thu mã code , nếu đúng code thì xuất ra các ngỏ ra mức logic tương ứng với datasheet .
b.Sơ đồ chân :

PT 2248 PT 2249
c. Chức năng chi tiết :
PT 2248 :
3chân K1, K2,K3 kết nối với nút nhấn , nối tối chân T1 . tùy theo nút nhấn kết nối với chân K nào tác động thì ngỏ ra TX sẽ phát ra mã code tương ứng.
PT 2249 :Khi nhận được mã code , nếu đúng mã code thì ngỏ ra H1,H2,H3 sẽ tương ứng lên mức 1 cho đến khi nút nhấn thả ra .
CHƯƠNG III : THIẾT KẾ - THI CÔNG
3.1Thiết kế phần cứng :

[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối chọn kênh

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối nguồn

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối điêu khiển

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối hiển thị

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối điều chỉnh

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Tín hiệu Audio

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD] Loa

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
3.1.1 : Sơ đồ khối hệ thống :
a. Sơ đồ khối :

.





b. Chức năng :
- Khối nguồn : cung cấp nguồn cho các khối hoạt động .
- Khối điều khiển : thưc hiện phát và thu hồng ngoại , ngỏ ra của mạch thu sẽ truyền lệnh đến khối chọn kênh .
- Khối chọn kênh : tùy vào tín hiệu nhận được từ mạch thu , mà khối sẽ thực hiện đếm lên hay đếm xuống ,hay mute .ngỏ ra 4 bit BCD của ic 74LS193 sẽ nối qua khối điều chỉnh để thực hiện chọn kênh ( mức âm lượng ) .Ngỏ ra của 2 ic đếm 74LS192 sẽ đưa qua khối hiển thị để xuất ra led 7 đoạn .
- Khối điều chỉnh : sau khi được chọn kênh , khối sẽ thực hiện điều chế biên độ tín hiệu audio bằng cách thực hiện cầu phân áp .
- Khối hiển thị : có nhiệm vụ giải mã 2 mã nhị phân 4 bit từ khối chọn kênh đưa xuống và hiển thị ra led 7 đoạn .
3.1.2 Thiết kế chi tiết từng khối :
a. khối nguồn :
+ Yêu cầu của khối nguồn :
Mạch sử dụng 15 IC x 20mA = 300 mA ,2 led 7 đoạn x 70mA=140mA
Tổng cộng 300 +140 = 440mA
IC 4067 sử dụng nguồn cấp 12VDC , các IC còn lại sử dụng nguồn 5VDC
+ Tính toán thiết kế :
Ta chọn IC ổn áp 7805,và 7812 có dòng danh định là 1A
Mạch nguyên lý kết nối IC :

b. Khối điều khiển :
+Yêu cầu của khối cần thiết kế :
Ta chỉ cần sử dụng 3 chân K1, K2,K3 của ic PT2248 làm 3 nút U,D, và M . Do điều khiển từ xa nên phải di chuyển nhiều , do đó ta sử dụng nguồn pin cho mạch phát .
Ở mạch thu ta cũng chỉ sử dụng 3 chân H1,H2 ,H3
+Sơ đồ nguyên lý : chọn IC PT 2248 , và PT2249 để thực hiện thu và phát hồng ngoại .

Mạch phát

Mạch Thu
c.Khối chọn kênh :
+ Yêu cầu của khối chọn kênh :
Ta cần đưa ra 1 mã BCD cho khối điều chỉnh , và 2 mã nhị phân cho khối hiển thị .
Khi khối điều khiển thực hiện nhấn và giữ nút U/D thì khối chọn kênh phải đếm liên tục .
Khi khối điều khiển nhấn nút M thì khối chọn kênh fải xuất ra mã BCD va nhị phân tương ứng với số 00 thập phân .Khi nhấn thêm 1 lần nữa thì khối chọn kênh phải trả về mã BCD và nhị phân trước đó .
+Tính toán thiết kế :
Để làm cho mạch tự đếm khi nhấn giữ nút U/D thi ta cho mức logic nhân được từ mạch thu NAND với ngỏ ra xung của mạch tạo xung 555 .
Đối với nút M ,ta sử dụng IC 4017 kết hợp với ic 74HC573 kết nối như mạch dưới .
Sơ đồ nguyên lý :


d.Khối hiển thị :
+Yêu cầu của khối hiển thị :
Nhận mã nhị phân từ khối chọn kênh , tiến hành giải mã , hiển thị lên led 7 đoạn .
+Tính toán thiết kế :
Chọn IC giải mã 74ls247 ,và led 7 đoạn catode chung .
Sơ đồ nguyên lý :


e. Khối điều chỉnh :
+ Yêu cầu của khối điều chỉnh :
Tạo ra 16 mức âm lượng khác nhau bằng cách thực hiện thay đổi biên độ của tín hiệu .xuất tín hiệu ra mạch loa .
+ Tính toán thiết kế :
Chọn IC 4067 là IC có 16 ngỏ vào , và 1 ngỏ ra , hoạt động như 1 switch 17 chân .
Sơ đồ nguyên lý :




3.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch :




TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1
ĐỀ TÀI :THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH DIGITAL VOLUME TỪ XA BẰNG HỒNG NGỌAI

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TRƯƠNG NGỌC ANH
SVTH : NGUYỄN QUỐC DUY MSSV:08701139



NGÀY .THÁNG .NĂM 2012



CHƯƠNG I : DẪN NHẬP
1.1 Lý do chọn đề tài :
Ngày nay , khi thế giới giải trí đang phát triển rất cao , nghe nhạc , xem phim , dường như là cách để thư giản hiệu quả nhất cho chúng ta sau ngày dài làm việc căng thẳng . Tuy nhiên , trong lúc nghe nhạc mình muốn giảm âm lượng lại để có thể nghỉ ngơi , mà lúc đó ta quá mệt mỏi , thì việc đi đến máy tính , TV hay bất kì thiết bị giải trí nào để điều chỉnh âm lượng nhỏ xuống cũng là khó khăn lớn . Chính vì vậy , để có thể thuận tiện cho việc điều chỉnh âm lượng loa , em đã thiết kế ra mạch điều khiển âm lượng bằng hồng ngoại .
1.2 Giới hạn đề tài :
Mạch điều chỉnh 16 mức âm lượng .
Mạch gồm : nút UP ,nút DOWN, nút MUTE .khi nhấn giữ nút UP / DOWN thì âm lượng sẽ tăng hoặc giãm liên tục .













Chương II : Cơ sở lý luận
2.1 Lý thuyết liên quan đến đề tài :
2.1.1 Giữa TTL với TTL
Do cùng loại nên chúng đương nhiên có thể mắc nối trực tiếp với nhau. Dòng trung bình để đảm bảo mức điện áp vào, ra ở mức cao hay thấp cho phép thì:
I[SUB]OH[/SUB] = 400uA còn I[SUB]IH[/SUB] = 40uA khi ra mức cao
I[SUB]OL[/SUB] = 16mA còn I[SUB]IL[/SUB] = 16mA khi ra mức thấp
Như vậy 1 cổng TTL có thể thúc được khoảng dưới 10 cổng logic cùng loại. Ở đây chỉ xét tính tương đối do TTL có nhiều loại nên khả năng thúc tải (tính số toả ra) cũng khác nhau như loại ALS có thể thúc được tới 20 cổng 74ALS khác. Để biết chính xác hơn có thể dựa vào thông số của dòng vào và ra của IC trong số tay tra cứu IC để tính toán

2.1.2 Giữa TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT
Ở mức thấp TTL có thể thúc được CMOS do V[SUB]OL[/SUB]max(TTL)< V[SUB]IL[/SUB]max(CMOS) và I[SUB]OL[/SUB]max(TTL) > I[SUB]IL[/SUB]max(CMOS)
Ở mức cao TTL không thể thúc được CMOS do áp mức cao của TTL có khi chỉ còn 2,5 V trong khi CMOS chỉ chấp nhận áp mức cao không dưới 3,5V. nếu nối mạch thì hoạt động có thể sai logic.
Có 1 cách để khắc phục là dùng điện trở kéo lên ở ngõ ra của cổng TTL. Khi đó, qua điện trở R này, dòng từ nguồn sẽ nâng dòng vào CMOS nhờ đó áp ra mức cao TTL sẽ không quá thấp, CMOS sẽ hiểu được.
Chẳng hạn một cổng 74LS01 có I[SUB]OL[/SUB]max = 8mA, V[SUB]OL[/SUB]max = 0,3V thúc một cổng 74HC00 có V[SUB]IH[/SUB]min = 3,5V, I[SUB]IH[/SUB]min = 1uA.
Khi 74LS01 ở mức thấp 0,3V thì nó sẽ nhận dòng hết mức là 8mA được cấp thông qua điện trở kéo lên (trong khi dòng I[SUB]IH[/SUB]min chỉ có dưới 1uA rất nhỏ), thế thì sẽ phải cần điện trở kéo lên có giá trị nhỏ nhất R[SUB]min[/SUB].

Còn khi ở mức cao 3,5V 74LS01 nhận dòng 100uA và 74HC00 nhận dòng 1uA. Vậy khi này điện trở kéo lên sẽ phải có giá trị max để hạn lại dòng cho 2 cổng

Khi R[SUB]max[/SUB] thì công suất tiêu tán max sẽ nhỏ nhất
Tụ C = 15pF được thêm vào để khi đang ở mức thấp 0,3V mà chuyển lên mức cao thì tụ sẽ nạp cho áp lên 3,5V để CMOS “hiểu”

Hình 1: Giao tiếp giữa TTL với CMOS

2.1.3 TTL thúc CMOS có áp nguồn cao hơn 5V
Cũng giống như ở trường hợp trên, nếu ra mức thấp thì TTL có thể thúc trực tiếp CMOS nhưng nếu ra mức cao V[SUB]OH[/SUB](TTL) chỉ có 2,7V đến 5V thì chắc chắn không thể thúc được CMOS vì khoảng áp này rơi vào vùng bất định của ngõ vào CMOS. Ta cũng phải dùng điện trở kéo lên, có thể dùng TTL ngõ ra cực thu để hở cho trường hợp này.

2.1.4 Giao tiếp CMOS-CMOS
Với cùng điện thế cấp, một cổng CMOS có thể thúc cho rất nhiều cổng cùng loại CMOS vì dòng cấp khoảng 0,5 đến 5mA trong khi dòng nhận rất nhỏ (dưới 1uA)
Tuy nhiên nếu tần số hoạt động càng cao thì khả năng thúc tải sẽ càng giảm đi (có khi chỉ còn dưới 10 cổng). Lý do là ở tần số cao, các điện dung ngõ vào của các cổng tải sẽ làm tăng công suất tiêu tán và trì hoãn truyền của mạch.

2.1.5 CMOS thúc TTL
Khi thúc tải ở mức cao thường V[SUB]OH[/SUB](CMOS) > V[SUB]IH[/SUB](TTL) còn dòng nhận I[SUB]IH[/SUB](TTL) chỉ vài chục uA nên CMOS có thể thúc nhiều tải TTL.
Khi thúc TTL ở mức thấp thì rất phức tạp tuỳ loại.
CMOS cũ (4000) không thúc được TTL.
CMOS mới (74HC) thì có thể, số cổng thúc được tuỳ thuộc VOL(CMOS) > VIL(TTL) và dòng tổng ngõ ra (CMOS) phải lớn hơn tổng các dòng ngõ vào IIL của các tải TTL .
Như vậy, việc giao tiếp các cổng với nhau cũng rất đa dạng tuỳ thuộc yêu cầu người sử dụng. Một vấn đề khác cũng cần phải quan tâm là các IC giao tiếp nhau chung nguồn cấp hay giao tiếp cùng khoảng mức áp sẽ đảm bảo hoạt động hơn. Vì vậy có một số IC đã được sản xuất để phục vụ cho việc chuyển mức điện áp giao tiếp giữa CMOS với TTL hay CMOS 4000 với CMOS 74HC.


2.1.6 Giao tiếp với công tắc cơ khí
Các công tắc thường sử dụng để đóng mở nguồn cấp tạo trạng thái logic cho cổng nhưng do làm dạng tiếp xúc cơ khí nên khi đóng mở sẽ sinh ra hiện tượng dội.

Hình 2: Giao tiếp với công tắc cơ khí
Với điện gia dụng như đèn quạt thì hiện tượng dội này không ảnh hưởng gì cả vì dội xảy ra rất ngắn chỉ khoảng vài ms, đèn quạt không kịp sáng tắt hay quay dừng hoặc nếu có đi thì mắt cũng không thể thấy được. Nhưng với các vi mạch điện tử, rất nhạy với những thay đổi rất nhỏ và rất nhanh như vậy. Hiện tượng dội nảy sinh là do khi ta đóng công tắc thì thật ra là đóng mở nhiều lần rồi mới đóng hẳn hay khi mở công tắc thì thực ra cũng là công tắc cũng bị hở và đóng nhiều lần trước khi hở hẳn.
Bạn có thể kiểm tra hiện tượng dội này của công tắc với mạch đếm bố trí như hình 2.
Ở đây dùng cổng schmitt trigger CMOS để chuyển mạch tín hiệu tạo bởi công tắc. Do khi nhấn công tắc, gây ra dội, công tắc chuyển qua lại giữa mass và V[SUB]cc[/SUB] đưa vào cổng logic, Schmitt trigger rất nhạy khi áp vào lớn hơn hay nhỏ hơn áp ngưỡng của nó thì lập tức áp ra sẽ là mức cao hay mức thấp, mức này cung cấp cho mạch đếm và mạch hiển thị nếu được nối từ mạch đếm sẽ cho số đếm là số lần dội ở công tắc.
Hiện tượng này chỉ xảy ra vài chục ms nhưng với mạch logic đôi khi cũng là “nguy hiểm” rồi. Để chống dội ta có thể sử dụng phần cứng hay phần mềm. Chẳng hạn ở bàn phím máy tính đều là các công tắc cơ khí, 1 phần mềm trong máy sẽ dò đọc công tắc đó chuyển tiếp trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 20ms, nếu thực sự công tắc được nhấn thì mức logic mới ấn ổn định sau khoảng thời gian dội ấy và phần mềm mới chấp nhận được trạng thái của công tắc. Còn ở đây trình bày cách chống dội bằng tụ và mạch chốt.

Chống dội dùng tụ lọc đầu vào
Tụ C giá trị khoảng 0,01us được nối ở ngõ vào của cổng logic như hình vẽ. Khi nhấn công tắc, tụ C nạp qua công tắc vào tụ. Tới khi công tắc nhả ra, có hiện tượng dội tụ sẽ xả qua R xuống mass. Thời hằng xả là 100k x 0,01uF = 1ms lớn hơn chu kì dội tối đa của công tắc chỉ vài trăm ns. Do đó khi này cổng logic chưa chuyển mạch, tới khi áp xả trên tụ giảm xuống tới dưới mức ngưỡng của cổng logic thì trạng thái logic ngõ ra mới lật lại (hình 3).


Hình 3: Cách chống dội dùng tụ lọc

Cổng logic NOT được dùng có thể là loại TTL thường hay Schitt trigger

Chống dội dùng mạch chốt
Mạch chốt cơ bản dùng 2 cổng nand mỗi cổng 2 ngõ vào có hồi tiếp chéo được kết hợp với 2 điện trở kéo lên mắc ở ngõ vào để tạo thành mạch chống dội từ công tắc
Khi công tắc bật lên vị trí 1 (như hình 4) ngõ vào NAND1 ở mức 0 do đó ngõ ra Q' = 1

Hình 4: Cách chống dội dùng mạch chốt
Q' = 1 đưa về ngõ vào NAND2, đồng thời ngõ vào còn lại ở mức 1 đó nối qua R2 lên Vcc nên ra Q= 0, Q= 0 đưa về ngõ vào nand1 khi này nếu dội có xảy ra đi chăng nữa làm cho ngõ vào từ công tắc từ 1 xuống 0 thì do = 0 nên ngõ ra NAND1 luôn là 1.
Như vậy chứng tỏ rằng Q và không hề bị ảnh hưởng bởi công tắc bị dội. Trạng thái của nó chỉ chuyển mạch dứt khoát một lần khi công tắc được nhấn qua a và chỉ lật lại trạng thái khi công tắc được nhấn qua 2.
một dạng khác cũng có thể chống dội được thể hiện như hình 5:


Hình 5: Chống dội dùng cổng NOT
Bật công tắc sang mass, ngõ ra I2 ở mức 0 đưa về qua R ngõ vào I1 nên vẫn làm I2 ra ở 0 cho dù công tắc có bị dội lên xuống nhiều lần. Do đó ngõ ra I3 luôn ở mức 1
Ngược lại nhấn công tắc qua Vcc, ngõ ra I2 mức 1 đưa về ngõ vào I1 mức 1 lại vẫn làm I2 ra mức 1 bất chấp công tắc bị dội, kết quả ra I3 luôn ở mức 0
Cổng logic được sử dụng trong mạch chốt ở trên có thể là loại TTL hay CMOS thường hay schmitt trigger đều được cả như cổng NOT 4069, 4040; cổng NAND 7400, 4011, 74132,

2.1.7 Giao tiếp với tải nhỏ
Tải hiện nay được sử dụng rất phong phú, nó có thể là R hay có tính cảm kháng, tải tuyến tính hay phi tuyến, tải ở áp thấp, dòng thấp hay là cao, xoay chiều hay một chiều. Các cổng logic được chế tạo ra có thể giao tiếp với hầu hết các loại tải nhưng các cổng đều có dòng thấp, áp thấp thì chúng thúc tải như thế nào? Tải có ảnh hưởng gì trở lại cổng logic không?
Phần này sẽ trình bày một số khả năng của cổng logic khi giao tiếp với các loại tải khác nhau :
Led đơn rất hay được sử dụng để hiển thị ở các vi mạch điện tử, áp rơi trên nó dưới 2V, dòng qua khoảng vài mA do đó nhiều cổng logic loại TTL và CMOS 74HC/HCT có thể thúc trực tiếp led đơn
Tuy nhiên loại CMOS 4000, 14000 thì không thể do dòng vào ra mức cao và thấp đều rất nhỏ (dưới 1uA, và dưới 0,5mA) mặc dù chúng có thể hoạt động và cho áp lớn hơn loại 2 loại kia
Mạch giao tiếp với led như hình 6 :

Hình 6: Giao tiếp với LED
R là điện trở giới hạn dòng cho led, cũng tuỳ loại cổng logic được sử dụng mà R cũng khác nhau thường chọn dưới 330 ohm (điện áp V[SUB]cc[/SUB] =5VDC) tuỳ theo việc lựa chọn độ sáng của led.
Ngoài led ra các cổng logic cũng có thể thúc trực tiếp các loại tải nhỏ khác như loa gốm áp điện (loa thạch anh) có dòng và áp hoạt động đều nhỏ, đây là loại loa có khả năng phát ra tần số cao. Mạch thúc cho loa gốm như hình 7 dưới đây

Hình 7 Cổng logic thúc loa
Lưu ý là loa gốm là tải có tính cảm kháng, khi cổng chuyển mạch có thể sinh dòng cảm ứng điện thế cao gây nguy hiểm cho transistor bên trong cổng vì vậy cần 1 diode mắc ngược với loa gốm để bảo vệ cổng.

2.2 Giới thiệu linh kiện sử dụng trong mạch :
2.2.1 : IC 4067
a.Chức năng tổng quát :
IC 4067 là ic dồn kênh tương tự, 16 kênh ,với 4 ngỏ vào dùng để điều khỉển chọn kênh , và 1 chân cho phé p .
b. Sơ đồ chân :






A0,A1,A2,A3 là 4 chân ngỏ vào điều khiển chọn kênh .
Y0,Y1, ,Y15 là 16 chân ngỏ vào nhận tín hiệu tương tự từ khối cầu phân áp .
E là chân cho phép tích cực mức thấp .
c. Bảng trạng thái :

d.Chức năng chi tiết :
Với 4 ngỏ vào A3A2A1A0 ,tương ứng với mã số BCD đó , thì ngỏ vào Y tương ứng sẽ nối với ngỏ ra Z .ví dụ tương ứng với ngỏ vào là 1010 thì ngỏ Y10 sẽ được nối với ngỏ ra Z .
Ngỏ vào từ Y0 đến Y15 sẽ được kết nối với điện trở mắc theo kiểu cầu phân áp để tạo ra 16 mức điện áp khác nhau .

2.2.2 IC 74LS193 :
a.Chức năng tổng quát :
IC 74LS193 là IC đếm mã BCD 4 bit , có thể đếm lên hoặc đếm xuống .
b. Sơ đồ chân :

Chân CPD :ngỏ vào xung đếm xuống .
Chân CPU :ngỏ vào xung đếm lên .
Chân TCD : chân báo tràn khi đếm xuống .
Chân TCU : chân báo tràn khi đếm lên .
Chân MR : chân reset tích cực mức cao .
Chân PL : chân nạp giá trị đặt trước .
Chân P0, P1, P2, P3: chân ngỏ vào giá trị cần đặt trước .
Chân Q0,Q1,Q2,Q3 : chân ngỏ ra BCD
c. Bảng trạng thái :
L mức thấp
H : mức cao .
X: bất chấp ngỏ vào
Xung cạnh lên
d. Chức năng chi tiết :
IC74LS193 được dùng để tạo ra mã BCD 4 bit , điều khiển chọn kênh cho IC 4067 .
Khi có xung vào chân CPU hay CPD thì IC sẽ đếm lên hay đếm xuống ( với các trạng thái xác lập theo đúng datasheet )và xuất 4bit BCD ra 4 ngỏ ra .
2.2.3 IC PT2248 , PT2249 :
a.Chức năng tổng quát :
IC 2248 thực hiện phát mã code thông qua led phát hồng ngoại .
IC 2249 thực hiện thu mã code , nếu đúng code thì xuất ra các ngỏ ra mức logic tương ứng với datasheet .
b.Sơ đồ chân :

PT 2248 PT 2249
c. Chức năng chi tiết :
PT 2248 :
3chân K1, K2,K3 kết nối với nút nhấn , nối tối chân T1 . tùy theo nút nhấn kết nối với chân K nào tác động thì ngỏ ra TX sẽ phát ra mã code tương ứng.
PT 2249 :Khi nhận được mã code , nếu đúng mã code thì ngỏ ra H1,H2,H3 sẽ tương ứng lên mức 1 cho đến khi nút nhấn thả ra .
CHƯƠNG III : THIẾT KẾ - THI CÔNG
3.1Thiết kế phần cứng :

[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối chọn kênh

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối nguồn

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối điêu khiển

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối hiển thị

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Khối điều chỉnh

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Tín hiệu Audio

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD] Loa

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
3.1.1 : Sơ đồ khối hệ thống :
a. Sơ đồ khối :

.





b. Chức năng :
- Khối nguồn : cung cấp nguồn cho các khối hoạt động .
- Khối điều khiển : thưc hiện phát và thu hồng ngoại , ngỏ ra của mạch thu sẽ truyền lệnh đến khối chọn kênh .
- Khối chọn kênh : tùy vào tín hiệu nhận được từ mạch thu , mà khối sẽ thực hiện đếm lên hay đếm xuống ,hay mute .ngỏ ra 4 bit BCD của ic 74LS193 sẽ nối qua khối điều chỉnh để thực hiện chọn kênh ( mức âm lượng ) .Ngỏ ra của 2 ic đếm 74LS192 sẽ đưa qua khối hiển thị để xuất ra led 7 đoạn .
- Khối điều chỉnh : sau khi được chọn kênh , khối sẽ thực hiện điều chế biên độ tín hiệu audio bằng cách thực hiện cầu phân áp .
- Khối hiển thị : có nhiệm vụ giải mã 2 mã nhị phân 4 bit từ khối chọn kênh đưa xuống và hiển thị ra led 7 đoạn .
3.1.2 Thiết kế chi tiết từng khối :
a. khối nguồn :
+ Yêu cầu của khối nguồn :
Mạch sử dụng 15 IC x 20mA = 300 mA ,2 led 7 đoạn x 70mA=140mA
Tổng cộng 300 +140 = 440mA
IC 4067 sử dụng nguồn cấp 12VDC , các IC còn lại sử dụng nguồn 5VDC
+ Tính toán thiết kế :
Ta chọn IC ổn áp 7805,và 7812 có dòng danh định là 1A
Mạch nguyên lý kết nối IC :

b. Khối điều khiển :
+Yêu cầu của khối cần thiết kế :
Ta chỉ cần sử dụng 3 chân K1, K2,K3 của ic PT2248 làm 3 nút U,D, và M . Do điều khiển từ xa nên phải di chuyển nhiều , do đó ta sử dụng nguồn pin cho mạch phát .
Ở mạch thu ta cũng chỉ sử dụng 3 chân H1,H2 ,H3
+Sơ đồ nguyên lý : chọn IC PT 2248 , và PT2249 để thực hiện thu và phát hồng ngoại .

Mạch phát

Mạch Thu
c.Khối chọn kênh :
+ Yêu cầu của khối chọn kênh :
Ta cần đưa ra 1 mã BCD cho khối điều chỉnh , và 2 mã nhị phân cho khối hiển thị .
Khi khối điều khiển thực hiện nhấn và giữ nút U/D thì khối chọn kênh phải đếm liên tục .
Khi khối điều khiển nhấn nút M thì khối chọn kênh fải xuất ra mã BCD va nhị phân tương ứng với số 00 thập phân .Khi nhấn thêm 1 lần nữa thì khối chọn kênh phải trả về mã BCD và nhị phân trước đó .
+Tính toán thiết kế :
Để làm cho mạch tự đếm khi nhấn giữ nút U/D thi ta cho mức logic nhân được từ mạch thu NAND với ngỏ ra xung của mạch tạo xung 555 .
Đối với nút M ,ta sử dụng IC 4017 kết hợp với ic 74HC573 kết nối như mạch dưới .
Sơ đồ nguyên lý :


d.Khối hiển thị :
+Yêu cầu của khối hiển thị :
Nhận mã nhị phân từ khối chọn kênh , tiến hành giải mã , hiển thị lên led 7 đoạn .
+Tính toán thiết kế :
Chọn IC giải mã 74ls247 ,và led 7 đoạn catode chung .
Sơ đồ nguyên lý :


e. Khối điều chỉnh :
+ Yêu cầu của khối điều chỉnh :
Tạo ra 16 mức âm lượng khác nhau bằng cách thực hiện thay đổi biên độ của tín hiệu .xuất tín hiệu ra mạch loa .
+ Tính toán thiết kế :
Chọn IC 4067 là IC có 16 ngỏ vào , và 1 ngỏ ra , hoạt động như 1 switch 17 chân .
Sơ đồ nguyên lý :




3.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch :