Chương 2 CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ
2.2. Cơ cấu chỉ thị số
2.2.1. Khái niệm và nguyên lý cơ bản của cơ cấu chỉ thị số
Trong những năm gần đây xuất hiện và sử dụng rộng rãi các chỉ thị số, ưu việt của cơ cấu chỉ thị số là thuận lợi cho việc đọc ra kết quả, phù hợp với các quá trình đo lường xa, quá trình tự động hoá sản. xuất, thuận lợi cho những đối thoại giữa máy và người
Sơ đồ khối của cơ cấu chỉ thị số có thể tóm tắt như sau:
Hình 2.13. Sơ đồ khối của cơ cấu chỉ thị số
Đại lượng đo xin qua bộ biến đổi thành xung (BĐX), số xung N tỷ lệ với độ lớn x(t) được đưa vào bộ mã hoá (MH), bộ giải mã (GM) và bộ hiện số. Các khâu mã hoá, giải mã, bộ hiện số tạo thành bộ chỉ thị số.
2.2.2. Chỉ thị số
Có nhiều loại chỉ thị số khác nhau nhưng phổ biến hiện nay vẫn dùng chỉ thị số đèn phóng điện nhiều cực và chỉ thị số ghép 7 thanh bằng một phát quang hoặc tinh thể lỏng.
2.2.2.1. Chỉ thị đèn phóng điện nhiều cực
Chỉ thị là một đèn nê ông có một quật và 10 katot. Anot thường đặt ở điện áp 220V - 250V. Katot được chế tạo bằng dây Cr-Ni uốn thành hình các chữ số từ 0 - 9. Mỗi katot là một con số.
Khi có điện áp giữa quật và một katot nào đó đèn sẽ phóng điện, katot đó sẽ sáng lên và con số xuất hiện.
- Ưu điểm của chỉ thị này là hình dáng các con số đẹp.
- Nhược điểm: Kích thước cồng kềnh, nguồn điện áp cung cấp cao, chỉ phù hợp trong công nghiệp.
2.2.2.2. Chỉ thị số ghép 7 thanh
Chỉ thị này được ghép bằng 7 thanh dùng một phát quang (LED:
Light Emitting Diode) hoặc tinh thể lỏng (LCD: Liquiđ Crystal Display).
41 Điốt phát quang là những chất bán dẫn mà phát ra ánh sáng dưới tác dụng của dòng điện một chiều. Tinh thể lỏng là những màng mỏng làm bằng chất tinh thể lỏng. Đó là những chất dưới tác dụng của điện áp một chiều chuyển pha từ dạng lỏng sang dạng tinh thể và ngược lại. Khi ở dạng tinh thể thanh này trở nên trong suốt, ta có thể nhìn thấy màu sắc ở nền đằng sau. Một ưu điểm cơ bản tinh thể lỏng tiêu thụ dòng điện rất nhỏ: 0,1µA/thanh, trong khi đó một phát quang cỡ: 10mA/thanh.
Trong thực tế còn chỉ thị số 16 thanh, ma trận điểm...
2.2.3. Mã và các mạch biến đổi mã 2.2.3.1. Mã
Mã số là những ký hiệu về một tập hợp số, từ tổ hợp của các ký hiệu ta có thể mô tả được các con số khác nhau. Có các loại mã số sau:
- Mã cơ số 10, đó là hệ đếm thập phân có 10 ký tự từ 0, 1, 2,..., 9.
- Mã cơ số 2 là loại mã có hai trạng thái được ký hiệu từ 0 và 1 (còn gọi là mã nhị phân).
- Mã 2 - 10 (còn gọi là mã BCD) là sự liên hệ giữa mã cơ số 2 và mã cơ số 10 để dễ quan sát và dễ đọc.
Đối với cơ cấu chỉ thị số thì hiện nay chủ yếu người ta sử dụng mã cơ số 2.
2.2.3.2. Các mạch biến đổi mã
Hình 2.15. Mạch giải mã từ mã nhị phân sang chỉ thị 7 thanh
Mạch biến đổi mã là thiết bị dùng đề biến đổi từ mã cơ số 2 hoặc mã 2 - 10 thành mã cơ số 10, nghĩa là thể hiện dưới dạng số thập phân. Ngày nay các bộ giải mã được chế tạo dưới dạng vi mạch. Ví dụ như vi mạch SN74247 có các đầu ra hở cực góp dùng để điều khiển LED có chung anốt 5V. Các điện trở R1, R2,…, R7 để hạn chế dòng.
Phần sau đây sẽ trình bày nguyên lý một số mạch biến đổi từ mã.
Dựa vào nguyên lý của các mạch biến đổi mã này mà người ta chế tạo thành các vi mạch chuyên dụng.
a) Mạch biến đổi từ mã thập phân sang nhị phân
Tổng quát có m đầu vào tương ứng với m số thập phân từ 0, 1, 2...
m-1 và n đầu ra tương ứng với n bít của mã số nhị phân. Người ta thường tổng hợp bộ biến đổi mã với số đầu vào m = 10 tức là gồm x0, x1,... x9
ứng với các số thập phân từ 0, 1, 2,... 9. Như vậy bộ biến đổi mã sẽ có bốn đầu ra tương ứng y8, y4, y2, y1 ứng với bốn bít của mã nhị phân có trọng số 8, 4, 2, 1. Ta có bảng trạng thái như sau:
Bảng 2.1. Bảng trạng thái biến đổi từ số thập phân sang nhị phân Mã nhị phân
Số thập phân
Y8 Y4 Y2 Y1
X0 (0) 0 0 0 0
X1 (1) 0 0 0 1
X2 (2) 0 0 1 0
X3 (3) 0 0 1 1
X4 (4) 0 1 0 0
X5 (5) 0 1 0 1
X6 (6) 0 1 1 0
X7 (7) 0 1 1 1
X8 (8) 1 0 0 0
X9 (9) 1 0 0 1
Từ bảng trạng thái ta có:
43 Vậy ta có thể thành lập mạch biến đổi mã từ thập phân sang nhị phân như sau:
Hình 2.16. Mạch tuần đổi mã từ thập phân sang nhi phân b) Mạch biến đổi mã từ nhị phân sang thập phân
Nhiệm vụ của mạch này ngược với mạch trên. Với bảng trạng thái 2.1 ta có X0÷ X9 là các biến phụ thuộc còn Y1 ÷ Y8 là các biến độc lập.
Vì vậy ta có các phương trình logic và sơ đồ mạch logic tương ứng:
c) Mạch biến đổi từ số thập phân sang chỉ thị 7 thanh
Đầu vào là các số tự nhiên từ 0 ÷ 9, đầu ra là trạng thái các thanh sáng của chỉ thị 7 thanh bằng một phát quang hoặc tinh thể lỏng. Xuất phát từ thực tế ta có bảng trạng thái như sau:
Bảng 2.2. Bảng trạng thái biến đổi từ số nhi phân sang thập phân Trạng thái các phần tử
Số thập phân
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
X0(0) 1 1 1 1 1 1 0
X1(1) 0 1 1 0 0 0 0
X2(2) 1 1 0 1 1 0 1
X3(3) 1 1 1 1 0 0 1
X4(4) 0 1 1 0 0 1 1
X5(5) 1 0 1 1 0 1 1
X6(6) 1 0 1 1 1 1 1
45
X7(7) 1 1 1 0 0 0 0
X8(8) 1 1 1 1 1 1 1
X9 (9) 1 1 1 1 0 1 1
Từ bảng trạng thái ta có thể viết được phương trình như sau (với số thứ tự các thanh như phần trước)
Từ đây ta có thể thiết lập mạch logic sau:
d) Mạch biến đổi mã từ mã nhị phân sang chỉ thị 7 thanh
Đầu vào là mã số nhị phân (8 4 2 1) ta gán các tên biến là X8, X4, X2, X1. Đầu ra là trạng thái các thanh sáng của chỉ thị 7 thanh. Ta có bảng trạng thái sau:
47 Bảng 2.3. Bảng trạng thái biến đổi từ số nhi phân sang chỉ thị 7 thanh
Số thập phân Số nhị phân Trạng thái các thanh sáng X8 X4 X2 X1 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0
2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0
3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1
5 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1
5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
Từ bảng trạng thái ta viết được các phương trình logic quan hệ giữa đầu ra Y1,…, Y7 với các đầu vào X8,X4, X2, X1. Tuy nhiên các phương trình này phức tạp và đòi hỏi phải tối giản bằng bìa các nô (tối giản hàm).
Ví dụ: