Giáo trình thí nghiệm kỹ thuật số 2 IUH

BÀI 2 MẠCH TÔ HỢP MỤC TIÊU Bài thí nghiệm sẽ giúp sinh viên củng cố kiến thức và có các kỹ năng sau Trình bày được các đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của một số mạch tổ hợp như mạch giải mã, mạch mã.

BÀI 2: MẠCH TÔ HỢP

- MỤC TIÊU

Bài thí nghiệm sẽ giúp sinh viên củng cố kiến thức và có các kỹ năng sau:

- Trình bày được các đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của một số mạch tổhợp như: mạch giải mã, mạch mã hóa, mạch dồn kênh, mạch phân kênh,mạch so sánh,

- Phân tích được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các IC mạch tổ hợp

- Thực hiện được các qui tắc thiết kế và tối ưu mạch tổ hợp, từ đó có thế thiết

kế được các mạch điều khiển số ứng dụng theo yêu cầu

- Phân tích, kiểm tra và sửa chữa được các hư hỏng trong mạch tồ hợp

2 74LS247 Giải mã BCD —> 7D (Anod chung)

3 CD4543 Giải mã BCD —► 7D (Anod chung + Katod

9 74LS155 Giải đa hợp 1 —► 4 (2 module)

10 CD4051 Giải đa hợp và Đa hợp 8 <-> 1

11 74LS85 So sánh độ lớn 2 sô nhị phân 4bit

J Các linh kiện khác: điện trở, tụ điện, LED đơn, LED 7 đoạn, nút nhấn, công

tắc,

2.1.2 Bài thực hành vói IC giải mã (Decoder)

2.1.2.1 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC giải mã 74LSỈ38

IC 74LS138 có chức năng giải mã với 3 ngõ vào và 8 ngõ ra.

- A, B, C: 3 bit mã địa chỉ lựa chọn ngõ ra tích cực.

Yo Y1 Y2 Y3

74LS138

Y 4

• Thực hành:

Trước khi vào thực hành trên mô hình, sinh viên cần chú ý lắng nghe giáo viên

hướng dẫn và thực hiện lần lượt các thao tác sau:

s Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V).

J Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (VCC=5V hoặc

VDD=12V).

J Kiểm tra các jack cắm và chuẩn bị thực hành trên mô hình.

❖ Sinh viên lắp ráp mạch trên mô hình theo sơ đồ mạch điện sau:

Hình 2.2 Sơ đồ mạch khảo sát IC 74LS138

Bật công tắc cấp nguồn cho module D3.1

*** Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW1, SW2, SW3) kết nối lần lượt với các chân (A, B,

C)

- Các chân ngõ ra (Yo —► Y?) kết nối với 8 LED (LED1 —► LED8).Các công tắc (SW4, SW5, SW6) kết nối với các chân cho phép (G1,

Ữ2A, G2 B ).

❖ Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đồi vị trí các công tắc (SW4, SW5, SW6) để thay đổi các châncho phép (G1, Ơ2A, G2B) theo bảng và ghi lại trạng thái các LED

- Sau đó, ta cài đặt (G1, G2A, G2B) = (1 0 0) và thay đổi vị trí (SW1,SW2, SW3) tương ứng với các trạng thái của chân (A, B, C) Ghi lạitrạng thái các LED theo bảng

2.1.2.2 Kháo sát và kiểm tra chức năng IC giải mã 74LS47 - 74LS247

IC 74LS47 và 74LS247 giống nhau về sơ đồ chân và chức năng giải mã từ

BCD sang mã LED 7 đoạn loại Anode chung Sau đây, chúng ta sẽ khảo sát vàkiểm tra sự khác nhau giữa chúng

• Sơ đồ chân:

[ĩỏl [TJI [ M ] [13] ỊTTỊ ỊĨTỊ [Tõ] Ị~õ~|

74LS47

ID [2] ED ỊTỊ [D □ ED [JT

Hình 2.4 Sơ đồ chân IC giải mã 74LS47

- a, h, c, d, e, f, g: các ngõ ra tích cực mức thấp kết nối với LED 7

đoạn

- A, B, c, D: các ngõ vào mã BCD.

- LT\ (Lamp Test): chân thử dèn của 7 thanh LED (tích cực ỏ- mức

thấp).

- RBI\ : ngõ vào cho phép xóa số 0 vô nghĩa (tích cực mức cao).

- BI\ - RBO\' ngõ vào tắt các thanh LED (tích cực ở mức thấp)/ ngõ ra

báo hiệu xóa số 0 vô nghĩa (ở mức cao khi so 0 vô nghĩa bi xóa).

- GND, Vcc=+5V\ Nguồn cấp.

• Bảng trạng thái:

LT\ RBI\ B1\-RBO\ Kiểu sáng LED 7 đoạn Anode chung

•

2.1.2.3 Cấu tạo LED 7 đoạn

• Cấu tạo và sơ đồ chân:

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo của LED 7 đoạn

• Bảng mã LED 7 đoạn (Anode chung):

abcdefSdp

J Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V).

s Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (Vcc=5V hoặc

VDD=12V)

s Kiểm tra các jack cắm và chuẩn bị thực hành trên mô hình.

Sinh viên lắp ráp mạch trên mô hình theo sơ đồ mạch điện sau:

Hình 2.6 Sơ đồ mạch khảo sát IC 74LS47

❖ Bật công tắc cấp nguồn cho module D3.1

❖ Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW1, SW2, SW3, SW4) kết nối lần lượt với các chân(D,c, B, A)

- Các chân ngõ ra (a, b, c, d, e, f, g) kết nối với các chân (A, B, c, D,

E, F, G) của khối hiển thị LED 7 đoạn

- Các chân (LT, RB1, BI-RBO) kết nối lên Vcc = +5 V hoặc để trống

Hình 2.7 Sơ đồ kết nối IC 74LS4 7 trên mô hình

- Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí (SW1, SW2, SW3, SW4) tương ứng với các trạng tháicủa chân (A, B, c, D) và ghi lại trạng thái các LED theo bảng mã 7đoạn trên

- So sánh kết quả với bảng mã LED và nhận xét

2.1.2.4 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC giải mã CD4543

IC CD4543 có chức năng giải mã 'từ mã BCD sang mã của LED 7 đoạn loại

Anode chung và cả loại Cathode chung

• Sơ đồ chân:

FóỊ [Ĩ7Ị ỊŨỊ m lữl ÍỈTỊ [ĨÕỊ |õ~l

- Oa, Ob, Oc, 0(1, Oe, Of, Og\ các ngõ ra kết nối với LED 7 đoạn.

LD BI PH Kiểu sáng LED 7 đoạn

H L L Giải mã 7 đoạn theo mã vào BCD với LED K chung

H L H Giải mã 7 đoạn theo mã vào BCD với LED A chung

L L L LED sáng theo mã BCD trước đó (khi dùng chức năng chốt)

• Thực hành:

❖ Sinh viên lắp ráp IC CD4543 lên khối testboard trên mô hình và khảo sáthoạt động của IC theo mạch điện sau:

Hììih 2.9 Sơ đồ mạch khảo sát IC 4543

❖ Điều chỉnh các công tắc để thay đổi mã vào BCD và ghi lại trạng thái LED(Cathode chung) So sánh kết quả với bảng trạng thái của IC và nhận xét

❖ Sinh viên thực hiện lại các bước trên với LED 7 loại Anode chung

2.1.3 Bài thực hành vói IC mã hóa (Encoder)

2.1.3.1 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC mã hóa 74LS147 (mã hóa ưu tiên)

IC 74LS147 có chức năng mã hóa từ số thập phân sang mã BCD.

• Sơ đồ chân:

ỈĨ6 [Ĩ5 lũl ÍHl fĨ2 [ĩĩ ỉĩõ [9Vc

Õ4 Õ D6 D7 D8 9? ộ,,

Hĩnh 2.10 Sơ đồ chân IC mã hỏa ưu tiên 74LS147

- D1\ —> Z)í>\: các ngõ vào tương ứng số thập phân (1—>9), mức tích

• Thực hành:

Sinh viên lắp ráp IC 74LS147 lên khối testboard trên mô hình và khảo sát

hoạt động của IC theo mạch điện sau:

ọ +5V

Hình 2.11 Sơ đồ mạch'khảo sát IC 74LS147

❖ Điều chỉnh các công tắc để thay đổi mã vào số thập phân và ghi lại các trạng

thái LED theo bảng

SW4 (D4\)

SW5 (Ds\)

SW6 (D6\

)

SW7 (D?\

)

SW8 (Di\)

SW9 (DA)

LEDl (Qs\)

LED2 (QA)

LED3 (QA)

LED4 (Qo\)

2.1.3.2 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC mã hóa 74LS148

IC 74LS148 có chức năng mã hóa với 8 ngõ vào và 3 ngõ ra.

Hình 2.12 Sơ đồ chân IC mã hóa 74LSI 48

- ĨNo —> INĩ' các ngõ vào (mức tích cực thấp).

- Ao, Al, A2’ các ngõ ra (mức tích cực thấp).

- EI\ chân cho phép ngõ vào (tích cực mức thấp).

- EO: ngõ ra báo hiệu (mức thấp) khi các ngõ vào ở mức cao.

- GS: ngõ ra báo hiệu (mức thấp) khi quá trình mã hóa được thực hiện.

IN 2

IN 3

IN

s

I N

IN 7

Thực lìành:

Trước khi vào thực hành trên mô hình, sinh viên cần chú ý lắng nghe giáo viênhướng dẫn và thực hiện lần lượt các thao tác sau:

J Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V).

J Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (VCC=5V hoặc

VDD=12V)

s Kiểm tra các jack cắm và chuẩn bị thực hành trên mô hình.

❖ Bật công tắc cấp nguồn cho module D3.2

Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, SW7, SW8, SW9) kếtnối lần lượt với các chân (INo—>BSỈ7)

- Công tắc (SW1) kết nối chân (EI\)

- Các chân ngõ ra (Ao, A1, Az) kết nối với các LED đon (LED3, LED2,LED1)

- Các chân ngõ ra (EO, GS) kết nối LED đơn hoặc bỏ trống

- Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí công tắc (SW1) và các công tắc (SW2—> SW9) tươngứng với các trạng thái của chân (INo—>IN?) Ghi lại trạng thái cácLED tương ứng theo bảng •

Hình 2.13 Sơ đồ kết nối IC 74LSI 48 trên mô hình

LOGIC, 430

© 90 LED 4

® 90 LED 3

W SW 9 LED1 LED2 LED3 Đ4LE LED5

❖ So sánh kết quà với bảng trạng thái cùa IC và nhận xét

2.1.4 Bài thực hành vói IC đa hợp (Mutiplexcr)

2.1.4.1 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC đa hợp 74LS25Ỉ

IC 74LS251 có chức năng đa hợp 8 ngõ vào, 1 ngõ ra và 3 ngõ điều khiển.

• Thực hành:

Trước khi vào thực hành trên mô hình, sinh viên cần chú ý lắng nghe giáo viênhướng dẫn và thực hiện lần lượt các thao tác sau:

J Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V).

J Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (Vcc=5V hoặc

VDD=12V)

J Kiểm tra các jack cấm và chuẩn bị thực hành trên mô hình.

❖ Bật công tắc cấp nguồn cho module D4.1

❖ Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW) kết nối lần lượt với các chân ngõ vào ( Do—>D?),các mã điều khiển (A, B, C) và chân cho phép (G) hoặc (EN) nhưhình trên

Các chân ngõ ra (Y) và (Y\) kết nối với các LED đơn (LED3, LED2LED1)

❖ Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí công tắc (SW) tương ứng với các trạng thái của chân(INo—»ĨN?), các mã điều khiển (A, B, C) và chân (EN) Ghi lại trạngthái các LED tương ứng theo bảng

-74 Bài 2 MẠCH TỒ HỢP

Hình 2.15 Sơ đồ kết nối IC 74LS25Ỉ trên mô hình

OFF ON ON OF

❖ So sánh kết quả với bảng trạng thái của IC và nhận xét

2.I.4.2 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC đa hợp 74LSỈ53

IC 74LS153 gồm 2 module đa hợp 4 ngõ vào, 1 ngõ ra và 2 chân điều khiển.

• Sơ đồ chân:

Hình 2.16 Sơ đồ chân IC đa hợp 74LS153

- ICo —> 7CJ: 4 ngõ vào của module 1

- 2Co —> 2C?: 4 ngõ vào của module 2.

- A, B: mã điều khiển chọn ngõ ra.

2 C o 2Y

IC

o 1Y GND

■S Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V).

J Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (Vcc=5V hoặc

VDD=12V)

J Kiểm tra các jack cắm và chuẩn bị thực hành trên mô hình.

Hình 2.17 Sơ đồ kết nối IC 74LS153 trên mô hình

❖ Bật công tắc cấp nguồn cho module D4.1

❖ Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW) kết nối lần lượt với các chân ngõ vào (ICo—>1C3),(2Co—>2C3 ), các chân mã điều khiển (A, B) và chân cho phép (1G,2G) như hình trên

- Các chân ngõ ra (1Y) và (2Y) kết nối với các LED đơn

❖ Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí công tắc (SW) tương ứng với các trạng thái của chânngõ vào, các chân mã điềiTkhiển và chân cho phép Ghi lại trạng tháicác LED tương ứng theo bảng

❖ So sánh kết quả với bảng trạng thái của IC và nhận xét

2.1.4.3 Khảo sát và kiểm tra chúc năng IC đa hựp 74LS157

IC 74LS157 bao gồm 4 module đa hợp 2 ngõ vào 1 ngõ ra.

Hình 2.18 Sơ đồ chân IC đa hợp 74LSỈ57

- ỈA, 1B: 2 ngõ vào của module1.

- 2A, 2B 2 ngõ vào của module2.

- 3A, 3B\ 2 ngõ vào của module3.

- 4A, 4B: 2 ngõ vào của module4.

- 1Y, 2 Y, 3 Y, 4 Y: ngõ ra của 4 module đa hợp.

- S: chân điều khiển chọn ngõ ra.

J Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (VCC=5V hoặc

VDD=12V).

J Kiểm tra các jack cắm và chuẩn bị thực hành trên mô hình.

Hình 2.19 Sơ đồ kết nẳì IC 74LS157 trên mô hình

❖ Bật công tắc cấp nguồn cho module D4.1

❖ Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW) kết nối lần lượt với các chân ngõ vào (1A, 1B),

(2A, 2B), (3A, 3B), (4A, 4B), chân điều khiển (S) và chân cho phép

(G) như hình trên

- Các chân ngõ ra (1Y), (2Y), (3Y), (4Y) kết nối với các LED đom

- Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí công tắc (SW) tương ứng với các trạng thái của chân

ngõ vào, chân điều khiển và chân cho phép Ghi lại trạng thái các

LED tương ứng theo bảng

2.1.5 Bài thực hành vói IC giải đa hợp (Demutiplexcr)

2.1.5.1 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC giải đa hợp 74LS155

IC 74LS155 bao gồm 2 module giải đa hợp 1 ngõ vào và-4 ngõ ra Ngoài ra, IC

này còn có thêm chức năng giải mã từ 3 —> 8, 2 —> 4 hoặc chức năng giải đa hợp 1

—> 8 tùy thuộc vào từng cách kết nối cụ thể

Hình 2.20 Sơ đồ chân 1C giải đa hợp 74LSỈ55

- ỈYo —> ỈY3: các ngõ ra tích cực thấp của module 1.

- 2Yo —► 2Y3: các ngõ ra tích cực thấp của module 2.

- A, B: mã điều khiển chọn ngõ vào.

- 1C và 2C\: ngõ vào của 2 module (1C tích cực ở mức cao, 2C tích

81 ỉỊKgị

Giải đa hợp 1—>8 (hoặc.chức năng giải mã 3—>8)

c* = (1C).(2C\) G*\ = (1G\).(2G\) 1Y3

\

1Y2\ 1 Y1\ lYo\ 2Y3\ 2Y2\ 2Y1\ 2Y O \

c* : là chân nối chung của chân ỈCvà 2C\

G*\: là chân nối chung của chân lG\và 2G\

• Thực hành:

Trước khi vào thực hành trên mô hình, sinh viên cần chú ý lắng nghe giáo viên

hướng dẫn và thực hiện lần lượt các thao tác sau:

s Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V).

J Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (VCC=5V)

Hình 2.21 Sơ đồ kết nồi IC 74LSI55 trên mô hỉnh

Bật công tắc cấp nguồn cho tnodule D4.2

❖ Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW) kết nối lần lượt với các chân ngõ vào (IC, 2C),

các mã điều khiển (A, B) và chân cho phép (1G, 2G) như hình trên

- Các chân ngõ ra (1 Yo—>1Y3), (2Yo—>2Y3) kết nối với các LED đơn

♦♦♦ Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí công tắc (SW) tương ứng với các trạng thái của chân

ngõ vào, các mã điều khiển và các chân cho phép Ghi lại trạng tháicác LED tương ứng theo bảng '

❖ So sánh kết quả với bảng trạng thái của IC và nhận xét

2.1.5.2 Khảo sát và kiểm tra chức năng IC đa hợp và giải đa hợp CD4051

IC 4051 có chức năng đa họp và giải đa hợp 8 <-> 1.

• Sơ đồ chân:

rỏi ỊBỊ ỊĨTỊ ỊĩãỊ ỊĨĨỊ m ỊĨÕỊ [9]

Yo —> Yr các ngõ vào/ra độc lập

- Z: ngõ vào/ra chung

- Ao, A1, A2\ chân mã điều khiển

- E\: chân cho phép ngõ vào (tích cực mức thấp) Vss, V DD =+5N' Nguồn cấp.

z Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V)

z Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (Vcc=5V hoặc

VDD=12V).

z Kiểm tra các jack cắm và chuẩn bị thực hành trên mô hình

Hình 2.23 Sơ đồ kết nểỉ IC 4051 trên mô hình

♦♦♦ Bật công tắc cấp nguồn cho module D4.3

❖ Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW) kết nối lần lượt với các chân mã điều khiển (A, B,C) và chân cho phép (G) như hình trên

- Các chân ngõ vào\ra: (Yo —> Y?) và (Z) được kết nối với công tắc(SW) hoặc kết nối với các LED đơn theo từng trường hợp cụ thể

❖ Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí công tắc (SW) tương ứng với các trạng thái của chânngõ vào, các mã điều khiển và các chân cho phép Ghi lại trạng tháicác LED tương ứng theo bảng

s Trường họp ngõ vào (Z), ngõ ra (Yo—>Y?)

2.1.6 Bài thực hành vó’i IC so sánh độ lón hai số nhị phân 4bit

IC 74LS85 là bộ so sánh 2 số nhị phân 4bit Sơ đồ chân và chức năng của IC này

được trình bày bên dưới

- Ao —> Á3, Bo —> Bĩ: các ngõ vào 4bit song song.

• Thực hành:

Trước khi vào thực hành trên mô hình, sinh viên cần chú ý lắng nghe giáo viên

hướng dẫn và thực hiện lần lượt các thao tác sau:

J Bật công tắc nguồn và kiểm tra nguồn trên mô hình thực hành (AC=220V).

J Cấp nguồn cho từng Module mà chúng ta cần thực hiện (VCC=5V hoặc

VDD=12V)

s Kiểm tra các jack cắm và chuẩn bị thực hành trên mô hình.

Sinh viên sẽ lần lưọt thực hiện trên bộ so sánh 4bit (sử dụng 1ĨC ) và

tiếp theo là bộ so sánh 8bit (dùng 2IC kết nối như các hình phần trên).

Hình 2.25 Sơ đồ kết nối IC 74LS85 trên mô hình

❖ Bật công tắc cấp nguồn cho module D3.3 (Bộ so sánh 2 số nhị phân 8

bit).

❖ Dùng các jack cắm kết nối trên mô hình:

- Các công tắc (SW) kết nối lần lượt với các chân ngõ vào (Ao, Bo —>A3, B3) hoặc (Ao, Bo —> A7, B7) với trường hợp so sánh 2 số nhị phân8bit

Các chân ngõ ra (A>B, A=B, A<B) kết nối với các LED đơn

❖ Thực hành và ghi lại kết quả theo bảng:

- Thay đổi vị trí công tắc (SW) tương ứng với các trạng thái mã nhịphân Ghi lại trạng thái các LED tương ứng theo bảng

D3.3 - COMPARATOR

•SV ,10 'R1 ,12

,A<8

A>B A'B A<B