MẠCH ĐẾM NGƯỢC 10 SỬ DỤNG JKFF, ĐỒNG BỘ CLK, BÁO KHI GẶP 4 VÀ 7

Mạch điện trong video là một hệ thống đếm ngược đồng bộ Mod-10 (đếm từ 9 xuống 0 rồi lặp lại), được thiết kế dựa trên nền tảng các JK Flip-Flop (JKFF) kết hợp với các cổng logic cơ bản. Toàn bộ các Flip-Flop trong mạch đều sử dụng chung một đường xung Clock (CLK) đồng bộ để đảm bảo các trạng thái chuyển đổi diễn ra cùng một thời điểm, tránh hiện tượng trễ bất đồng bộ. Trạng thái đếm được giải mã và hiển thị trực quan thông qua một led 7 thanh. Ngoài ra, mạch tích hợp khối logic phát hiện trạng thái đặc biệt: khi bộ đếm đạt giá trị 7, một đèn LED màu xanh dương sẽ sáng lên (tại giây 00:01); và khi bộ đếm đạt giá trị 4, một đèn LED màu xanh lá sẽ sáng lên (tại giây 00:14) để báo hiệu cho người dùng.

Mạch điện thực tế trên bo mạch PCB được cấu thành từ các khối chức năng chính sau:

A. Khối Nguồn (Power Supply)

• Mạch sử dụng một khối pin cấp nguồn DC (thông qua đế pin đôi ở bên trái bo mạch), được thiết kế để cung cấp điện áp ổn định (thường là 5V đối với các IC họ 74LS) thông qua các tụ lọc nguồn lớn lắp trên bo mạch nhằm chống nhiễu xung cho các IC số.

B. Khối Tạo và Đồng Bộ Xung Kích (Clock Circuit)

• Để mạch hoạt động đồng bộ (ĐỒNG BỘ CLK), chân ngõ vào Clock của tất cả 4 IC JK Flip-Flop đều được nối chung với nhau vào một đường bus dữ liệu xung kích trung tâm.

• Tốc độ đếm ngược (chu kỳ chuyển số trên led 7 thanh) được quyết định bởi tần số của mạch tạo xung này. Nhờ tính chất đồng bộ, mạch loại bỏ hoàn toàn hiện tượng "xung đột trạng thái tạm thời" (glitch), giúp mạch đếm chạy cực kỳ ổn định.

C. Khối Đếm Ngược Mod-10 (Dùng JK Flip-Flop)

• Bộ đếm sử dụng 4 tầng JK Flip-Flop (thường dùng các IC như 74LS76 hoặc tương đương) để quản lý 4 bit dữ liệu nhị phân ($Q_3, Q_2, Q_1, Q_0$).

• Để thực hiện chu trình đếm ngược từ mã nhị phân 1001 (số 9) xuống 0000 (số 0), các ngõ vào $J$ và $K$ của từng tầng FF được liên kết và điều khiển thông qua mạng lưới các cổng logic (AND, OR, NOT). Khi mạch đang ở trạng thái 0000 (số 0), xung clock tiếp theo sẽ kích hoạt mạch tự động nạp lại giá trị trạng thái kế tiếp về 1001 (số 9) để tiếp tục vòng lặp mới thay vì đếm xuống các trạng thái lỗi không mong muốn.

D. Khối Giải Mã và Hiển Thị (Decoder & 7-Segment Display)

• Ngõ ra của 4 tầng Flip-Flop được đưa vào đầu vào của một IC giải mã led 7 thanh (ví dụ họ IC 74LS47 cho Led Anode chung hoặc 74LS48 cho Led Cathode chung).

• IC giải mã này chuyển đổi mã nhị phân 4-bit thành tín hiệu điều khiển 7 đoạn đèn led để hiển thị chính xác các ký số hệ thập phân từ 9 xuống 0 trên màn hình Led 7 thanh màu đỏ ở góc phải bo mạch. Các điện trở hạn dòng được mắc nối tiếp trước led nhằm bảo vệ led không bị cháy.

E. Khối Logic Báo Tín Hiệu (Mạch Phát Hiện Số 4 và 7)

Mạch sử dụng các cổng logic để tổ hợp dữ liệu từ các ngõ ra $Q$ của các bộ FF nhằm "bắt" đúng 2 trạng thái yêu cầu:

• Mạch báo số 7: Trạng thái mã nhị phân của số 7 là 0111 ($Q_3=0, Q_2=1, Q_1=1, Q_0=1$). Hệ thống cổng logic (kết hợp cổng ĐẢO ngõ ra $Q_3$ và cổng AND các ngõ ra còn lại) sẽ xuất mức logic cao (High) duy nhất khi bộ đếm rơi vào số 7, kích hoạt kích dòng làm LED xanh dương bật sáng rực rỡ.

• Mạch báo số 4: Trạng thái mã nhị phân của số 4 là 0100 ($Q_3=0, Q_2=1, Q_1=0, Q_0=0$). Logic giải mã tương tự (đảo $Q_3, Q_1, Q_0$ và AND với $Q_2$) sẽ đưa ngõ ra lên mức cao chỉ khi hiển thị số 4, kích hoạt làm LED xanh lá phát sáng. Khi bộ đếm chuyển sang các số khác, hai đèn LED này lập tức tắt đi.

xem video demo mạch: