Thiết kế mạch nhân hai số nhị phân 3 bit

Đồ án kĩ thuật xung số BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI Thiết kế mạch nhân hai số nhị phân 3 bit Giáo viên hướng dẫn Ngu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH NHÂN HAI SỐ NHỊ PHÂN 3

BIT

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 19

Nguyễn Công Hoàng 2018600055 Nguyễn Đình Khôi 2018600893 Nguyễn Thanh Khương 2018601151

Hà Nội -2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH 2

PHỤ LỤC BẢNG BIỂU 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT 4

1.1 Tổng quan 4

1.2 Mục đích nghiên cứu 4

1.3 Đối tượng nghiên cứu 5

1.4 Phạm vi đề tài 5

1.5 Ý nghĩa thực tiễn 5

Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG 6

2.1 Sơ đồ khối tổng quát của mạch: 6

2.2 Phân tích chức năng sơ đồ khối 6

2.2.1 Khối nguồn 6

2.2.2 Khối phím 6

2.2.3 Khối nhân 7

2.2.4 Khối hiển thị 13

Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 14

3.1 Mạch nguyên lý 14

3.2 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm 17

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1-1: sơ đồ khối của mạch 6

Hình 2.2-1: công tắc bit 6P 6

Hình 2.2-2: Sơ đồ kí hiệu bộ bán tổng 8

Hình 2.2-3: sơ đồ logic bộ bán tổng 9

Hình 2.2-4: Sơ đồ kí hiệu bộ tổng đầy đủ 10

Hình 2.2-5: sơ đồ logic bộ tổng đầy đủ 11

Hình 2.2-6: mạch điện 12

Hình 2.2-7: khối hiển thị LED 13

Hình 3.1-1: mạch nguyên lí của đề tài 14

Hình 3.1-2: ví dụ mô phỏng 16

Hình 3.2-1: sơ đồ đi dây trong mạch in 17

Hình 3.2-2: mô hình 3D mạch 18

Hình 3.2-3: sơ đồ chân IC 74HC08 19

Hình 3.2-4: sơ đồ chân IC 74HC86 20

Hình 3.2-5: sơ đồ chân IC 74HC32 21

PHỤ LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.2-1: Thông số công tắc bit 7

Bảng 2.2-2: trạng thái bộ bán tổng 8

Bảng 2.2-3: trạng thái bộ tổng đầy đủ 10

Bảng 2.2-4: thông số led hiển thị 13

Bảng 3.1-1: các tín hiệu ở trạng thái ban đầu 15

Bảng 3.1-2: giá trị mô phỏng 16

Bảng 3.2-1: số lượng linh kiện làm mạch 19

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật,những tiến bộ của khoa học kỹ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng rãivào cuộc sống hằng ngày của con người Làm cho cuộc sống của chúng ta ngàymột thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Trong đó ngành điện tử đóng vai tròquan trọng và tiên phong tạo ra hàng loạt những thiết bị trong công ngiệp, dândụng, y tế, quân sự với độ chính xác, tốc độ xử lý nhanh, gọn nhẹ

Tầm quan trọng và mức độ phổ biến của điện tử phần lớn là do công laocủa kỹ thuật số Những thiết bị như: máy tính bỏ túi, đồng hồ, máy DVD, điệnthoại di động, máy ảnh KTS, máy tính cá nhân đóng vai trò quan trọng trongcuộc sống chúng ta

Kỹ thuật số là một môn học không thể thiếu của sinh viên ngành điện nóichung và ngành điện tử nói riêng Để góp phần sự phát triển nền khoa học kỹthuật hiện nay, nhóm chúng em đã tìm hiểu sơ lược và được sự tư vấn nhiệt tình

từ các thầy cô hướng dẫn bộ môn, chúng em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế mạchnhân hai số nhị phân 3 bit ” trong phạm vi môn học với mong muốn học hỏithêm kiến thức

Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhấtđến

Cô Nguyễn Thị Thu Hà – người trực tiếp hướng dẫn thực hiện, nghiên cứu mônhọc, đã hết sức tạo điều kiện, tận tình hướng dẫn và động viên chúng em trongsuốt quá trình nghiên cứu này Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả cácquý thầy cô khoa Điện –Điện tử nói chung và chuyên ngành Cơ Điện Tử nóiriêng của trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, những người đã trang bị chochúng em những kiến thức cần thiết về chuyên ngành, cũng như đã quan tâmgiúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em được họctập, nghiên cứu, thực hiện hoàn thành bài tập lớn môn học “Kĩ thuật xung số”

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT

1.1 Tổng quan

Trong ngôn ngữ máy tính, các phép toán trên thao tác bit (tiếng

Anh: bitwise operation) được thực hiện trên một hoặc nhiều chuỗi bit hoặc số

nhị phân tại cấp độ của từng bit riêng biệt Các phép toán này được thực hiệnnhanh, ưu tiên, được hỗ trợ trực tiếp bởi vi xử lý, và được dùng để điều khiểncác giá trị dùng cho so sánh và tính toán

Đối với các loại vi xử lý đời cũ, thường thì các phép toán trên thao tác bitnhanh hơn phép chia đáng kể, đôi khi nhanh hơn phép nhân, và đôi khi nhanhhơn phép cộng đáng kể Trong khi các vi xử lý hiện đại thường thực hiện phépnhân và phép cộng nhanh tương đương các phép toán trên thao tác bit nhờ vàocấu trúc đường ống lệnh của chúng dài hơn và cũng nhờ vào các lựa chọn trongthiết kế cấu trúc, các phép toán trên thao tác bit thường sử dụng ít năng lượnghơn vì sử dụng ít tài nguyên hơn

Phép tính nhân trong hệ nhị phân cũng tương tự như phương pháp làmtrong hệ thập phân Hai số A và B được nhân với nhau bởi những tích số cục bộ:tích của mỗi con số ở A với từng con số ở B được tính và viết xuống một hàngmới, mỗi hàng mới phải chuyển dịch vị trí sang bên trái cho con số cuối cùng ởbên phải đứng cùng cột với vị trí của con số ở trong B đang dùng Tổng của cáctích cục bộ này cho ta kết quả tích số cuối cùng

1.3 Đối tượng nghiên cứu

 Quy trình thiết kế của mạch tổ hợp

 Phần mềm mô phỏng Proteus

 Phần mềm vẽ mạch in Altium18

 Cấu tạo, cách hoạt động của các vi mạch tổ hợp

 Các linh kiện điện tử cơ bản

 Quy trình chế tạo mạch in PCB thủ công

 Kĩ năng khoan, hàn mạch điện tử

1.4 Phạm vi đề tài

 Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số

 Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, mạch in PCB, linh kiện điện

 Nâng cao kĩ năng khoan và hàn mạch điện tử

 Hiểu rõ chức năng của phương pháp nhân 2 số 3 bit

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG

2.1 Sơ đồ khối tổng quát của mạch:

Hình 2.1-1: sơ đồ khối của mạch

2.2 Phân tích chức năng sơ đồ khối

Cấu hình tiếp điểm SPST

Hình 2.2-5: Sơ đồ kí hiệu bộ tổng đầy đủ

Ci-1: số nhớ của cột có trọng số nhỏ hơn bên canh đưa đến

Ci: số nhớ đưa đến cột có trọng số lớn hơn bên cạnh

Hàm số

Si = Ai Bi Ci-1

Ci = BiCi-1 + Ai(Ai Bi )

Hình 2.2-6: sơ đồ logic bộ tổng đầy đủ

 Mạch nhân 2 số nhị phân

Thực chất của phép nhân là phép cộng nhiều lần Trước tiên ta xét ví dụ nhân nhị phân sau

Số nhân A 0111 = 7

Số nhân B 1110 = 14

0000

0111

0111

0111

1100010

Tổng quát : cho 2 dãy số nhị phân A và B, phép nhân được thực hiện như sau

Mạch điện chi tiết của bài toán nhân này có thể sử dụng 9 cổng AND và 3mạch cộng bán phần và 3 toàn phần:

2.2.4 Khối hiển thị

Sử dung 6 led hiển thị tương ứng các bit 0 và 1 ứng với S0 đến S5

Hình 2.2-8: khối hiển thị LED

LED đơn đục, LED siêu sáng 5mm - là bóng LED có đường kính bóng5mm, được sử dụng phổ biến trong điện tử cũng như trong trang trí

Điện áp hoạt động ở mức 2,5 - 5V

Bảng 2.2-4: thông số led hiển thị

Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

3.1 Mạch nguyên lý

Hình 3.1-9: mạch nguyên lí của đề tài

Ta gọi lần lượt các cổng logic từ trái qua phải theo từng số là A2 A1 A0 vàB2 B1 B0

Các Led từ D1 ->D6 sáng tắt tương ứng với các bit 1 và 0

Ở trạng thái ban đầu, các Led tắt

Bảng 3.1-5: các tín hiệu ở trạng thái ban đầu

A

2

A1

3.2 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm

Vẽ mạch in trên Altinum 18

Hình 3.2-11: sơ đồ đi dây trong mạch in

Chân 1,2; 4,5; 9,10; 12,13 : Các cặp đầu vào

Chân 3, 6, 8, 11: Các đầu ra AND

Tốc độ lan truyền: 7ns với mức LOW, 12ns với mức HIGH

Nguồn cấp: 2V đến 6V

b) Tổng quan về IC 74HC86

Là IC logic 4 cổng XNOR độc lập 2 đầu vào sử dụng trong các ứng dụng so sánh trạng thái tín hiệu

Hình 3.2-14: sơ đồ chân IC 74HC86

VCC: Nguồn cấp

GND: Nối đất

Chân 1,2; 4,5; 9,10; 12,13 : Các cặp đầu vào

Chân 3, 6, 8, 11: Các đầu ra XNOR

c) Tổng quan về IC 74HC32

Là IC logic 4 cổng OR độc lập 2 đầu vào sử dụng trong các ứng dụng so sánh trạng thái tín hiệu