Mạch đếm BCD

0
186

Mạch đếm BCD là một loại bộ đếm kỹ thuật số đặc biệt có thể đếm đến mười khi áp dụng tín hiệu xung clock.

Trước đây, chúng ta đã thấy rằng Flip-flop kiểu T có thể được sử dụng như một bộ đếm chia divide-by-2 (chia cho 2). Nếu chúng ta kết nối nhiều flip-flops với nhau trong một chuỗi , chúng ta có thể tạo ra một bộ đếm kỹ thuật số lưu trữ hoặc hiển thị số lần một chuỗi đếm cụ thể đã xảy ra.

Flip-flop kiểu T có xung nhịp hoạt động như một bộ đếm nhị phân chia cho hai và trong bộ đếm không đồng bộ, đầu ra của một giai đoạn đếm cung cấp xung clock cho giai đoạn tiếp theo. Sau đó, một bộ đếm flip-flop có hai trạng thái đầu ra có thể có và bằng cách thêm nhiều giai đoạn flip-flop, chúng ta có thể tạo ra một bộ đếm chia cho 2 N. Nhưng vấn đề với bộ đếm nhị phân 4 bit là chúng đếm từ 0000 đến 1111 . Đó là từ 0 đến 15 trong hệ thập phân.

Để tạo một bộ đếm số đếm từ 1 đến 10, chúng ta cần có bộ đếm chỉ đếm các số nhị phân từ 0000 đến 1001 . Đó là từ 0 đến 9 trong hệ thập phân và các mạch đếm có sẵn dưới dạng mạch tích hợp với một mạch như vậy là Bộ đếm thập phân 74LS90 không đồng bộ .

Bộ đếm kỹ thuật số đếm ngược từ 0 đến một số giá trị đếm được xác định trước trên ứng dụng của tín hiệu xung nhịp. Khi đạt đến giá trị đếm, việc reset chúng sẽ đưa bộ đếm trở về 0 để bắt đầu lại.

Bộ đếm thập phân đếm theo chuỗi mười lần và sau đó trở về 0 sau khi đếm chín. Rõ ràng là để đếm đến giá trị nhị phân là chín, bộ đếm phải có ít nhất bốn flip-flops trong chuỗi của nó để đại diện cho mỗi chữ số thập phân như được hiển thị.

Sơ đồ trạng thái bộ đếm BCD

 Mạch đếm BCD

Một bộ đếm thập phân có bốn flip-flops và 16 trạng thái , trong đó chỉ có 10 trạng thái được sử dụng và nếu chúng tôi kết nối một loạt các bộ đếm với nhau, chúng tôi có thể đếm đến 100 hoặc 1.000 hoặc bất kỳ số đếm cuối cùng nào được chọn.

Tổng số đếm mà một bộ đếm cũng có thể đếm được gọi là MODULUS . Bộ đếm trở về 0 sau n lần đếm được gọi là bộ đếm modulo-n , ví dụ: bộ đếm modulo-8 (MOD-8) hoặc modulo-16 (MOD-16), v.v. và đối với “bộ đếm n-bit ”, Phạm vi  của số đếm là từ 0 đến 2n-1 .

Nhưng như chúng ta đã thấy trong hướng dẫn Bộ đếm không đồng bộ, bộ đếm đặt lại sau mười lần đếm với chuỗi đếm chia cho 10 từ nhị phân 0000 (thập phân “0”) đến 1001 ( “9”) được gọi là “binary-coded-decimal counter ” hay viết tắt là BCD Counter và một bộ đếm MOD-10 có thể được xây dựng bằng cách sử dụng tối thiểu bốn flip-flops chuyển đổi.

Nó được gọi là bộ đếm BCD vì chuỗi mười trạng thái của nó là chuỗi trạng thái của mã BCD và không có mẫu thông thường, không giống như bộ đếm nhị phân tiêu chuẩn. Bộ đếm BCD một giai đoạn như 74LS90 đếm từ số thập phân 0 đến thập phân 9 và do đó có khả năng đếm tối đa là chín xung. Cũng lưu ý rằng bộ đếm kỹ thuật số có thể đếm lên và xuống (hai chiều) tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển đầu vào.

Mã BCD là mã 8421 bao gồm bốn chữ số nhị phân. Ký hiệu 8421 đề cập đến trọng số nhị phân của bốn chữ số hoặc bit được sử dụng. Ví dụ, 2 3  = 8, 2 2  = 4, 2 1  = 2 và 2 0  = 1. Ưu điểm chính của mã BCD là nó cho phép dễ dàng chuyển đổi giữa các dạng số thập phân và nhị phân.

Bộ đếm 74LS90 BCD

Mạch tích hợp 74LS90 về cơ bản là một bộ đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã đầu ra BCD. 74LS90 bao gồm bốn flip-flop JK chủ-phụ được kết nối bên trong để cung cấp bộ đếm MOD-2 (đếm đến 2) và bộ đếm MOD-5 (đếm đến 5). 74LS90 có một flip-flop JK bật tắt độc lập được điều khiển bởi đầu vào CLK A và ba flip-flop JK bật tắt tạo thành một bộ đếm không đồng bộ được điều khiển bởi đầu vào CLK B như được minh họa.

Bộ đếm 74LS90 BCD

 Mạch đếm BCD

Bộ đếm bốn đầu ra được chỉ định bằng ký hiệu chữ Q với một chỉ số con bằng số bằng trọng số nhị phân của bit tương ứng trong mã mạch bộ đếm BCD. Vì vậy, ví dụ, Q A , B , C và D . Chuỗi đếm 74LS90 được kích hoạt trên cạnh âm của tín hiệu xung, đó là khi tín hiệu xung CLK đi từ mức logic 1 (CAO) đến mức logic 0 (LOW).

Các chân đầu vào bổ sung 1 và 2 là chân “Reset” của bộ đếm trong khi đầu vào 1 và 2 là chân “SET”. Khi được kết nối với mức logic 1, các đầu vào Đặt lại 1 và 2 sẽ đặt lại bộ đếm về 0, 0 ( 0000 ) và khi các đầu vào Đặt 1 và 2 được kết nối với mức logic 1, chúng Đặt bộ đếm thành cực đại, hoặc 9 ( 1001 ) bất kể số đếm thực tế hoặc vị trí.

Như chúng tôi đã nói trước đây, bộ đếm 74LS90 bao gồm bộ đếm chia cho 2 và bộ đếm chia cho 5 trong cùng một IC. Sau đó, chúng ta có thể sử dụng một trong hai bộ đếm để tạo ra bộ đếm tần số chia cho 2, chỉ bộ đếm tần số chia cho 5 hoặc cả hai cùng nhau để tạo ra bộ đếm BCD chia cho 10 mong muốn của chúng ta.

Với bốn flip-flops tạo nên phần bộ đếm chia cho 5 bị vô hiệu hóa, nếu tín hiệu xung được áp dụng cho chân đầu vào 14 ( CLK A ) và đầu ra lấy từ chân 12 ( A ), chúng ta có thể tạo ra bộ đếm nhị phân tiêu chuẩn divide-by-2 để sử dụng cho các mạch phân tần như hình vẽ.

Bộ đếm 74LS90 Chia cho 2

 Mạch đếm BCD

Để tạo ra bộ đếm chia cho 5 tiêu chuẩn, chúng ta có thể vô hiệu hóa flip-flop đầu tiên ở trên và áp dụng tín hiệu đầu vào xung trực tiếp cho chân 1 ( CLK B ) với tín hiệu đầu ra được lấy từ chân 11 ( D ) như hình minh họa .

Bộ đếm 74LS90 Chia cho 5

 Mạch đếm BCD

Lưu ý rằng với cấu hình bộ đếm chia cho 5 này, dạng sóng đầu ra không đối xứng mà có tỷ số cách 4: 1. Đó là bốn tín hiệu xung nhịp đầu vào tạo ra đầu ra LOW hoặc logic “0” và tín hiệu xung nhịp đầu vào thứ năm tạo ra đầu ra CAO hoặc logic “1”.

Để tạo ra bộ đếm thập phân BCD chia cho 10, cả hai mạch bộ đếm bên trong đều được sử dụng cho giá trị chia cho 2 nhân 5. Vì đầu ra đầu tiên A từ flip-flop “A” không được kết nối nội bộ với các giai đoạn tiếp theo, bộ đếm có thể được mở rộng để tạo thành bộ đếm BCD 4 bit bằng cách kết nối đầu ra A  này với đầu vào CLK B như hình minh họa.

Bộ đếm 74LS90 Chia cho 10

 Mạch đếm BCD

Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng bộ đếm BCD là bộ đếm nhị phân đếm từ 0000 đến 1001 và sau đó đặt lại vì nó có khả năng xóa tất cả các flip-flops của nó sau lần đếm thứ chín. Nếu chúng ta kết nối  nút bấm ( SW 1 ) với đầu vào xung CLK A , mỗi lần nhả công tắc nút bấm, bộ đếm sẽ đếm một. Nếu chúng tôi kết nối điốt phát sáng (LED) với các đầu ra, A , B , C và D như được hiển thị, chúng tôi có thể xem số thập phân được mã hóa nhị phân như nó diễn ra.

Bộ đếm thập phân 74LS90 BCD

 Mạch đếm BCD

Các ứng dụng kế tiếp của công tắc nút nhấn, SW 1 sẽ tăng số đếm lên đến chín, 1001. Ở ứng dụng thứ mười, đầu ra ABCD sẽ đặt lại về 0 để bắt đầu chuỗi đếm mới. Với số xung MOD-10 như vậy, chúng ta có thể sử dụng bộ đếm thập phân để điều khiển màn hình kỹ thuật số.

Nếu chúng ta muốn hiển thị chuỗi đếm bằng cách sử dụng Led bảy đoạn, thì đầu ra BCD cần được giải mã thích hợp trước khi nó có thể được hiển thị. Một mạch kỹ thuật số có thể giải mã bốn đầu ra của bộ đếm 74LS90 BCD và làm sáng các đoạn cần thiết của led được gọi là Bộ giải mã .

Điều khiển màn hình

May mắn thay cho chúng ta là ai đó đã thiết kế và phát triển một IC giải mã hiển thị từ BCD sang 7 đoạn như 74LS47 để làm được điều đó. 74LS47 có bốn đầu vào cho các chữ số BCD A , B , C và D và đầu ra cho mỗi đoạn của led bảy thanh.

Lưu ý rằng màn hình LED 7 đoạn tiêu chuẩn thường có tám kết nối đầu vào, một kết nối cho mỗi đoạn LED và một kết nối hoạt động như một đầu cuối hoặc kết nối chung cho tất cả các đoạn hiển thị bên trong. Một số màn hình cũng có tùy chọn dấu thập phân (DP).

74LS47 chuyển đổi BCD sang  7 đoạn

 Mạch đếm BCD

Bộ giải mã hiển thị 74LS47 nhận mã BCD và tạo ra các tín hiệu cần thiết để kích hoạt các đoạn LED thích hợp chịu trách nhiệm hiển thị số lượng xung được áp dụng. Vì bộ giải mã 74LS47 được thiết kế để điều khiển màn hình cực dương chung, đầu ra LOW (logic-0) sẽ chiếu sáng một đoạn LED trong khi đầu ra HIGH (logic-1) sẽ làm nó “TẮT”. Để hoạt động bình thường, các chân LT (Lamp test), BI / RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output) và RBI (Ripple Blanking Input) phải được mở hoặc được kết nối với mức logic-1 (CAO).

Lưu ý rằng trong khi 74LS47 có đầu ra LOW hoạt động và được thiết kế để giải mã màn hình LED 7 đoạn cực dương chung, thì IC giải mã / trình điều khiển 74LS48 hoàn toàn giống nhau ngoại trừ nó có đầu ra CAO hoạt động được thiết kế để giải mã màn hình 7 đoạn catốt chung. Vì vậy, tùy thuộc vào loại màn hình LED 7 đoạn mà bạn có, bạn có thể cần một IC giải mã 74LS47 hoặc 74LS48.

Các đầu vào thập phân được mã hóa nhị phân 74LS47 có thể được kết nối với các đầu ra tương ứng của Bộ đếm 74LS90 BCD để hiển thị chuỗi đếm trên màn hình 7 đoạn như được hiển thị mỗi khi nhấn nút nhấn SW1 . Bằng cách thay đổi vị trí của nút nhấn và điện trở 1kΩ, số đếm có thể được thực hiện để thay đổi khi kích hoạt hoặc nhả công tắc nút nhấn, SW1 .

Mạch đếm BCD 4 bit

 Mạch đếm BCD

Lưu ý rằng màn hình 7 đoạn được làm từ bảy điốt phát sáng riêng lẻ để tạo thành màn hình. Phương pháp tốt nhất để hạn chế dòng điện qua màn hình bảy đoạn là sử dụng một điện trở hạn chế dòng điện mắc nối tiếp với mỗi trong số bảy đèn LED như được minh họa. Nhưng chúng ta có thể làm điều này theo hai cách.

Điện trở giới hạn dòng

 Mạch đếm BCD

Điện trở đơn  – đây một loạt hiện đơn hạn chế điện trở, R được sử dụng. Nếu bạn không đặc biệt quan tâm đến độ sáng màn hình không đổi, thì đây là tùy chọn dễ nhất và đơn giản nhất để điều khiển màn hình 7 đoạn.

Lượng ánh sáng do đèn LED phát ra thay đổi theo dòng điện qua thiết bị với dòng điện chạy qua điện trở được chia sẻ giữa số lượng đoạn hiển thị. Khi đó, độ sáng của màn hình bây giờ phụ thuộc vào số lượng phân đoạn được chiếu sáng cùng một lúc.

 Mạch đếm BCD

Dãy điện trở  – ở đây mỗi đoạn có điện trở giới hạn dòng điện riêng như được hiển thị trong mạch đếm BCD đơn giản của chúng tôi ở trên.

Nói chung, màn hình 7 đoạn yêu cầu khoảng 12 đến 20 mili-ampe để chiếu sáng các đoạn, do đó, giá trị điện trở của điện trở giới hạn dòng (tất cả sẽ giống nhau) được chọn để giới hạn dòng điện trong các giá trị này. Lưu ý rằng một số màn hình có thể bị phá hủy nếu điều khiển ở 40mA trở lên.

Ưu điểm ở đây là độ sáng của một đoạn LED cụ thể không phụ thuộc vào trạng thái của sáu LED khác, tạo cho màn hình có độ sáng không đổi. Các giá trị của điện trở giới hạn dòng điện có thể được chọn để cung cấp độ sáng chính xác vì lượng ánh sáng xung quanh cũng sẽ xác định cường độ LED cần thiết.

Mạch của chúng tôi hiển thị một bộ đếm số 0 đến 9 đơn giản sử dụng Bộ đếm BCD 74LS90 và trình điều khiển màn hình 7 đoạn 74LS47. Để đếm trên 10 và tạo ra bộ đếm và bộ đếm cơ số 10 gồm 2 chữ số, chúng ta cần ghép hai bộ đếm chia cho mười riêng biệt với nhau. Bộ đếm BCD 2 chữ số sẽ đếm trong thập phân từ 00 đến 99 (0000 0000 đến 1001 1001) và sau đó đặt lại về 00. Lưu ý rằng mặc dù nó sẽ là bộ đếm 2 chữ số, nhưng các giá trị đại diện cho các số thập lục phân từ A đến F thì không hợp lệ trong mã này.

Tương tự như vậy, nếu chúng ta muốn đếm từ 0 đến 999 (0000 0000 0000 đến 1001 1001 1001), thì cần phải có ba bộ đếm thập phân xếp tầng. Trên thực tế, nhiều bộ đếm thập phân có thể được xây dựng đơn giản bằng cách xếp tầng các mạch bộ đếm BCD riêng lẻ lại với nhau, mỗi bộ đếm một thập phân như được minh họa.

Mạch đếm kỹ thuật số nhị phân từ 00 đến 99

 Mạch đếm BCD

Tóm tắt bộ đếm BCD

Trong hướng dẫn này, chúng ta đã thấy rằng Mạch đếm BCD là một thiết bị trải qua một chuỗi mười trạng thái khi nó được tăng xung nhịp và trở về 0 sau số đếm là 9. Trong ví dụ đơn giản của chúng tôi ở trên, xung clock đầu vào là từ một nút nhấn nhưng bộ đếm có thể được sử dụng để đếm nhiều sự kiện trong thế giới thực như đếm các đối tượng chuyển động.

Tuy nhiên, có thể yêu cầu mạch điện phù hợp để tạo ra các xung điện cho mỗi sự kiện được tính vì những sự kiện này có thể xảy ra trong những khoảng thời gian riêng biệt hoặc chúng có thể hoàn toàn ngẫu nhiên.

Trong nhiều mạch điện tử và ứng dụng kỹ thuật số, bộ đếm kỹ thuật số được thực hiện bằng cách sử dụng flip-flops Toggle hoặc với bất kỳ loại flip-flop nào khác có thể được kết nối để cung cấp chức năng chuyển đổi cần thiết, hoặc bằng cách sử dụng IC đếm chuyên dụng như 74LS90. Bộ đếm nhị phân là bộ đếm đi qua một chuỗi nhị phân và bộ đếm nhị phân n-bit được tạo từ “n” flip-flop đếm từ 0 đến 2n-1.

Bộ đếm BCD tuân theo một chuỗi mười trạng thái và đếm bằng cách sử dụng các số BCD từ 0000 đến 1001 , sau đó trở về 0000 và lặp lại. Bộ đếm như vậy phải có ít nhất bốn flip-flop để đại diện cho mỗi chữ số thập phân, vì một chữ số thập phân được biểu thị bằng mã nhị phân với ít nhất bốn bit cho phép đếm MOD-10.

Chúng tôi cũng đã thấy rằng đầu ra được mã hóa BCD có thể được hiển thị bằng bốn đèn LED hoặc với màn hình kỹ thuật số. Nhưng để hiển thị từng số từ 0 đến 9 cần có mạch giải mã, mạch này chuyển biểu diễn số được mã hóa nhị phân thành các mức logic thích hợp trên mỗi phân đoạn hiển thị.

Các mạch giải mã hiển thị có thể được xây dựng từ các phần tử logic tổ hợp và có nhiều mạch tích hợp chuyên dụng trên thị trường để thực hiện chức năng này như IC điều khiển / giải mã 74LS47 BCD đến 7 đoạn.

Hầu hết các màn hình 7 đoạn thường được sử dụng trong các ứng dụng đếm nhiều chữ số vì vậy bằng cách xếp tầng với nhiều bộ đếm BCD hơn, bộ đếm 4 chữ số cung cấp màn hình với số đọc tối đa là 9999 có thể được xây dựng.

Bộ đếm BCD 74LS90 là một mạch đếm rất linh hoạt và có thể được sử dụng như một bộ phân tần hoặc được thực hiện để chia bất kỳ số nguyên nào từ 2 đến 9 bằng cách đưa các đầu ra thích hợp trở lại đầu vào Đặt lại và Đặt của IC.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here