BTL sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh 2 số nhị phân 2 bit

BTL sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh 2 số nhị phân 2 bit BTL sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh 2 số nhị phân 2 bit BTL sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh 2 số nhị phân 2 bit BTL sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh 2 số nhị phân 2 bit BTL sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh 2 số nhị phân 2 bit BTL sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh 2 số nhị phân 2 bit

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG BỘ MUX THIẾT KẾ MẠCH SO SÁNH HAI

SỐ NHỊ PHÂN HAI BIT

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Thu Hà

Nhóm sinh viên thực hiện: Chu Hai Thìn 2018600872

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 6

1.1 Giới thiệu chung 6

1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Cơ sở lựa chọn đề tài 8

1.2 Ứng dụng trong thực tiễn 8

1.3 Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 10

2.1 Tính toán hệ thống 10

2.2.Thiết kế mạch 12

2.3 Mô phỏng mạch so sánh 14

2.4 Lựa chọn linh kiện 15

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 21

3.1 Chế tạo các bộ phận cơ khí và các bộ phận điện tử 21

3.2 Chạy thử nghiệm mạch 24

KẾT LUẬN 26

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu tạo chung của bộ dồn kênh 6

Hình 1.2: Bộ dồn kênh 4 sang 1 7

Hình 1.3: Bộ dồn kênh 8 sang 1 7

Hình 1.4: Ứng dụng bộ dồn kênh 9

Hình 2.1: Cấu tạo bộ dồn kênh 8 sang 1 13

Hình 2.2: Mạch so sánh mô phỏng bằng phần mềm proteus 14

Hình 2.3: Kết quả so sánh trường hợp A=B 14

Hình 2.4: Kết quả so sánh trường hợp A>B 15

Hình 2.5: Kết quả so sánh trường hợp A<B 15

Hình 2.6: IC 74151 16

Hình 2.7: Sơ đồ chân IC 74151 16

Hình 2.8: Đèn led 17

Hình 2.9: IC 7404 17

Hình 2.10: Nút nhấn 2 chân 6x6x5mm 18

Hình 2.11: Nguồn Adapter 5V2A 18

Hình 2.12:Domino 2p 19

Hình 2.13: Điện trở 19

Hình 2.14: Dây DC cái 5.5 x 2.1mm 20

Hình 3.1: Mạch nguyên lí sau khi được in ra 21

Hình 3.2: Là mạch in 21

Hình 3.3: Ngâm mạch in và dung dịch FeCl3 22

Hình 3.4: Khoan lỗ chân linh kiện 22

Hình 3.5: Hàn chân linh kiện 23

Hình 3.6: Mặt trước mạch hoàn thiện 23

Hình 3.7: Mặt sau mạch hoàn thiện 24

Hình 3.8: Trường hợp A=B 24

Hình 3.9: Trường hợp A>B 25

Hình 3.10: Trường hợp A<B 25

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng trạng thái trường hợp A > B 10

Bảng 2.2: Bảng trạng thái trường hợp A < B 11

Bảng 2.3: Bảng trạng thái trường hợp A = B 12

Bảng 2.4: Bảng trạng thái hoạt động của bộ dồn kênh 8 sang 1 13

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quên thuộc với nhiều người, bởi vì sự phát triển của nghành kỹ thuật số đã có ảnh hưởng rất lớn đến nghành kinh tế toàn cầu

có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có

ưu điểm của xử lỹ số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều linh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học

Ngày nay, kỹ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát thanh truyền hình, Y tế, Nông nghiệp và ngay cả tong các dụng

cụ sinh hoạt gia đình Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm bằng các linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày càng nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài: Sử dụng bộ MUX thiết kế mạch so sánh hai số nhị phân hai bit

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất cô Nguyễn Thị Thu Hà – người đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án môn học này

Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô khoa Cơ Khí trường Đại Học Công Nghiệp hà Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức

cơ bản, cũng như đã nhiệt tình quân tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để chúng

em được học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Kỹ thuật xung số này

Chúng em xin cám ơn

Trân trọng!

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Sinh viên thực hiện

Chu Hai Thìn

Nguyễn Văn Quang

Đỗ Tiến Việt

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Khái niệm

Trong điện tử kỹ thuật số, bộ ghép kênh còn được gọi là bộ chọn dữ liệu vì chúng

có thể “chọn” từng dòng đầu vào, được cấu tạo từ các Bộ chuyển mạch tương tự riêng

lẻ được gói trong một gói IC đơn lẻ, trái ngược với các bộ chọn loại “cơ học” như bộ chuyển mạch và rơ le thông thường

Chúng được sử dụng như một phương pháp để giảm số lượng cổng logic cần thiết trong thiết kế mạch hoặc khi một đường dữ liệu hoặc bus dữ liệu được yêu cầu mang hai hoặc nhiều tín hiệu kỹ thuật số khác nhau Ví dụ, một bộ ghép kênh 8 kênh

Nói chung, việc lựa chọn từng dòng đầu vào trong bộ ghép kênh được điều khiển bởi một bộ đầu vào bổ sung được gọi là dòng điều khiển và theo điều kiện nhị phân của các đầu vào điều khiển này, “CAO” hoặc “THẤP”, đầu vào dữ liệu thích hợp được kết nối trực tiếp với đầu ra Thông thường, một bộ ghép kênh có số chẵn gồm 2^n dòng đầu vào dữ liệu và một số đầu vào “điều khiển” tương ứng với số lượng đầu vào dữ liệu

Hình 1.1: Cấu tạo chung của bộ dồn kênh

Mạch dồn kênh hay còn gọi là mạch ghép kênh, đa hợp (Multiplexer-MUX) là 1

dạng mạch tổ hợp cho phép chọn 1 trong nhiều đường ngõ vào song song (các kênh vào) để đưa tới 1 ngõ ra (gọi là kênh truyền nối tiếp) Việc chọn đường nào trong các

đường ngõ vào do các ngõ chọn quyết định Ta thấy MUX hoạt động như 1 công tắc nhiều vị trí được điều khiển bởi mã số Mã số này là dạng số nhị phân, tuỳ tổ hợp số nhị phân này mà ở bất kì thời điểm nào chỉ có 1 ngõ vào được chọn và cho phép đưa tới ngõ ra

Các mạch dồn kênh thường gặp là 2 sang 1, 4 sang 1, 8 sang 1, 16 sang 1 …

Hình 1 1: Bộ dồn kênh 4 sang 1

Hình 1 2: Bộ dồn kênh 8 sang 1

1.1.2 Cơ sở lựa chọn đề tài

Bộ ghép kênh là các mạch chuyển mạch chỉ chuyển đổi hoặc định tuyến tín hiệu qua chính chúng, và là một mạch tổ hợp chúng không có bộ nhớ vì không có đường phản hồi tín hiệu Bộ ghép kênh là một mạch điện tử rất hữu ích được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như định tuyến tín hiệu, truyền thông dữ liệu và các ứng dụng điều khiển bus dữ liệu

Khi được sử dụng với bộ phân kênh, dữ liệu song song có thể được truyền dưới dạng nối tiếp thông qua một liên kết dữ liệu duy nhất như cáp quang hoặc đường dây điện thoại và được chuyển đổi lại thành dữ liệu song song một lần nữa Ưu điểm là chỉ cần một đường dữ liệu nối tiếp thay vì nhiều đường dữ liệu song song Do đó, bộ ghép kênh đôi khi được gọi là “bộ chọn dữ liệu”, vì chúng chọn dữ liệu vào dòng

Bộ ghép kênh cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu tương tự, kỹ thuật số hoặc video, với dòng chuyển mạch trong các mạch nguồn tương tự được giới hạn dưới 10mA đến 20mA trên mỗi kênh để giảm tản nhiệt

dữ liệu như dữ liệu âm thanh và hình ảnh từ các kênh khác nhau thông qua cáp và đường đơn

Bộ nhớ máy tính - Bộ ghép kênh được sử dụng trong bộ nhớ máy tính để duy trì một lượng lớn bộ nhớ trong máy tính và cũng để giảm số lượng đường đồng cần thiết

để kết nối bộ nhớ với các bộ phận khác của máy tính

Mạng điện thoại - Bộ ghép kênh được sử dụng trong mạng điện thoại để tích hợp nhiều tín hiệu âm thanh trên một đường truyền duy nhất

Truyền từ Hệ thống Máy tính của Vệ tinh: Bộ ghép kênh được sử dụng để truyền tín hiệu dữ liệu từ hệ thống máy tính của vệ tinh đến hệ thống mặt đất bằng cách sử dụng giao tiếp GSM

Hình 1.3: Ứng dụng bộ dồn kênh

1.3 Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu

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

Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài của các nhóm), linh kiện điện tử cơ bản…

Đảm bảo an toàn lao động

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Bảng trạng thái cho trường hợp A<B:

Bảng 2.2: Bảng trạng thái trường hợp A < B

Bảng trạng thái cho trường hợp A=B:

Bảng 2.3: Bảng trạng thái trường hợp A = B

2.2 Thiết kế mạch

Một bộ dồn kênh có 8 ngõ vào và 1 ngõ ra:

+ X0, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7: Các kênh dữ liệu vào

+ Y: kênh dữ liệu đầu ra

+ C1, C2, C3: Các ngõ vào điều khiển

Hình 2.1: Cấu tạo bộ dồn kênh 8 sang 1 Bảng trạng thái hoạt động:

Bảng 2.4: Bảng trạng thái hoạt động của bộ dồn kênh 8 sang 1

Phương trình mô tả hoạt động của mạch dồn kênh 8:1

Y = X0.C1.C2.C3 + X1.C1.C2.C3 + X2.C1.C2.C3 +X3.C1.C2.C3 +X4.C1.C2.C3

+X5.C1.C2.C3 +X6.C1.C2.C3 +X7.C1.C2.C3

Dùng kết hợp 3 bộ dồn kênh 8:1 để tính toán, so sánh cho ba trường hợp A>B, A<B, A=B Sử dụng đèn led để báo hiệu kết quả so sánh giữa 2 số nhị phân A và B

Sử dụng phần mềm Proteus 8 Professional để vẽ mô phỏng mạch so sánh A và B

Hình 2.2: Mạch so sánh mô phỏng bằng phần mềm proteus

2.3 Mô phỏng mạch so sánh

Trường hợp 1: giả sử cho A=00, B=00, kết quả so sánh A=B => đèn led D3 sáng

Hình 2.3: Kết quả so sánh trường hợp A=B

Trường hợp 2: giả sử cho A=11, B=10, kết quả so sánh A>B => đèn led D1 sáng

Hình 2.4: Kết quả so sánh trường hợp A>B Trường hợp 3: giả sử cho A=01, B=10, kết quả so sánh A<B => đèn led D2 sáng

Hình 2.5: Kết quả so sánh trường hợp A<B

2.4 Lựa chọn linh kiện

Bộ MUX: IC 74151

Hình 2.6: IC 74151

Hình 2.7: Sơ đồ chân IC 74151 Thông số kỹ thuật IC 74151:

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật IC 74151

Đèn led: dung làm tín hiệu báo kết quả của phép so sánh

Hình 2.8: Đèn led Phần tử NOT: IC 7404 tạo tín hiệu đảo

Hình 2.9: IC 7404 Thông số kỹ thuật IC 7404:

Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật IC 7404

Nút nhấn: nút nhấn nhả tạo trạng thái 0 hoặc 1

Trạng thái: nhấn là 0, nhả là 1

Hình 2.10: Nút nhấn 2 chân 6x6x5mm Nguồn: cấp nguồn 5V cho board mạch hoạt động

Điện áp đầu vào: AC 100V-240V 50-60Hz

Điện áp ra: DC 5V

Hình 2.11: Nguồn Adapter 5V2A

Domino:

Đầu domino có vít đấu tháo dây giúp cho việc gắn dây đễ dàng hơn bao giờ hết Dùng làm đầu cấp nguồn cho bo mạch

Hình 2.12:Domino 2p Điện trở:

Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp

Mắc điện trở thành cầu phân áp

Phân cực cho bóng bán dẫn

Tham gia vào các mạch tạo dao động RC

Hình 2.13: Điện trở Dây DC cái 5.5 x 2.1mm: được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị sử dụng Jack

VCC là dây màu đỏ, GND là dây màu đen, đầu DC trong Âm ngoài Dương.

Hình 2 14: Dây DC cái 5.5 x 2.1mm

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH

3.1 Chế tạo các bộ phận cơ khí và các bộ phận điện tử

Các bước chế tạo mạch:

Bước 1: In file mạch nguyên lí và cắt tầm fit đồng

Hình 3.1: Mạch nguyên lí sau khi được in ra Bước 2: Dùng bàn là là mạch để mực in bám vào tầm fit đồng

Hình 3.2: Là mạch in

Bước 3: Ngâm mạch trong dung dịch FeCl3, sau khi mạch đã bị ăn mòn hết, thả mạch vào nước, dung giấy giáp chà sạch lớp mực in trên mạch Phủ 1 lớp keo thông lỏng lên mạch để tránh oxy hoá lớp đồng

Hình 3.3: Ngâm mạch in và dung dịch FeCl3

Bước 4: Dùng máy khoan, khoan lỗ chân linh kiện trên mạch

Hình 3.4: Khoan lỗ chân linh kiện

Bước 5: Dùng máy hàn hàn các chân linh kiện vào mạch

Hình 3.5: Hàn chân linh kiện

Mạch hoàn thiện:

Hình 3.6: Mặt trước mạch hoàn thiện

Hình 3.7: Mặt sau mạch hoàn thiện

3.2 Chạy thử nghiệm mạch

Trường hợp 1: giả sử cho A=11, B=11, kết quả so sánh A=B => đèn led D3 sáng

Hình 3.8: Trường hợp A=B

Trường hợp 2: giả sử cho A=11, B=10, kết quả so sánh A>B => đèn led D1 sáng

Hình 3.9: Trường hợp A>B Trường hợp 3: giả sử cho A=01, B=11, kết quả so sánh A<B => đèn led 2 sáng

Hình 3.10: Trường hợp A<B

KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã tiếp thu được thêm nhiều kiến thức, tìm kiếm thêm các nguồn tài liệu để bổ sung thêm kiến thức để hoàn thành đồ án Nhóm em đã biết cách thiết kế, lựa chọn các linh kiện phù hợp với

đề tài Việc hoàn thành tốt đồ án kỹ thuật xung số này là cơ sở để nhóm em thực hiện

những đồ án quan trọng sau này như đồ án cơ điện tử và đồ án tốt nghiệp

Tuy rằng hệ thống đã hoạt động tốt theo yêu cầu đặt ra, nhưng không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình vận hành và điều khiển hệ thống Vì vậy, nhóm chúng em rất mong nhận được những góp ý để hoàn thành hệ thống tốt hơn Xin chân thành cảm ơn!