BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔN KỸ THUẬT SỐ

Yêu cầu: Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm fx,y,z=x.y+yz và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 1 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra.. Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp x

MỤC TIÊU

 Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, phần mềm lập trình

 Nắm được cách khảo sát và thiết kế hàm boolean sử dụng các cổng logic.

 Nắm được quy trình mô tả phần cứng trên FPGA.

CHUẨN BỊ

Học sinh cần hoàn thành bài Prelab1 trước buổi thí nghiệm đầu tiên để đảm bảo được phép tham gia Việc không hoàn thành bài Prelab1 sẽ dẫn đến việc không được phép tham gia buổi thí nghiệm, và mọi hình thức sao chép đều sẽ bị xử lý nghiêm khắc theo quy định của nhà trường Thực hiện bài Prelab1 đúng hạn là trách nhiệm của sinh viên để đảm bảo tiến độ học tập và tuân thủ quy tắc đạo đức trong học tập.

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng các cổng logic.

Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm số fx,y,z = xy + yz bằng cách điền các kết quả vào Bảng 1 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra Kết quả khảo sát bao gồm các giá trị của biến x, y, z và hàm số f, cùng với các phép kiểm tra như f Test và f nand để phân tích chính xác chức năng của hàm số Quá trình này giúp xác định đặc điểm và tính chất của hàm số, đảm bảo các dữ liệu đều đúng theo yêu cầu đề bài Việc thực hiện khảo sát này là bước quan trọng giúp sinh viên hiểu rõ hơn về hoạt động của hàm số trong các điều kiện khác nhau.

Bảng 1: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra:

 Sinh viên tiến hành thay các giá trị của x, y, z vào hàm fx,y,z=x.y+yz đã cho, điền kết quả vào cột f của Bảng 1.

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế Ghi rõ chân của IC.

 Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột f Test của Bảng 1

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD)

 Thực hiện hàm boolean trên chỉ sử dụng cổng NAND 2 ngõ vào, cần sử dụng bao nhiêu cổng NAND? Tại sao?

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế (toàn NAND)

 Sinh viên tiến hành lắp lại mạch và thực hiện với hàm chỉ sử dụng cổng NAND. Kết quả kiểm tra điền vào cột f nand của Bảng 1.

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD)

Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng các cổng logic.

Sinh viên cần thực hiện khảo sát hoạt động của hàm được cung cấp trong Bảng 2 và điền các kết quả khảo sát vào bảng theo hướng dẫn trong phần Kiểm tra Quá trình này bao gồm việc đo lường các giá trị x, y, z, cũng như các hàm f, fTest, fnor, để đánh giá chính xác hoạt động của hàm Việc điền đúng các kết quả khảo sát giúp đảm bảo tính chính xác và tin cậy của dữ liệu phân tích, từ đó hỗ trợ quá trình kiểm tra và xác nhận hiệu quả của hàm theo yêu cầu đề bài.

Bảng 2: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra:

 Viết biểu thức ngõ f theo các ngõ vào x, y, z.

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế Ghi rõ chân của IC.

 Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột f Test của Bảng 2

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD)

 Thực hiện hàm boolean trên chỉ sử dụng cổng NOR 2 ngõ vào, cần sử dụng bao nhiêu cổng NOR? Tại sao?

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế (toàn NOR) a

 Sinh viên tiến hành lắp lại mạch và thực hiện với hàm chỉ sử dụng cổng NOR. Kết quả kiểm tra điền vào cột f nor của Bảng 3.

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD)

Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng các cổng logic.

Sinh viên cần thực hiện khảo sát hoạt động của hàm được mô tả trong Hình 3 và ghi lại các số liệu khảo sát vào Bảng 3 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra, đảm bảo dữ liệu chính xác và phù hợp với yêu cầu đề bài.

Hình 3: Hàm boolean của thí nghiệm 3 x y z F1 F2

Bảng 3: Kết quả khảo sát hoạt động Kiểm tra:

 Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột F1 của Bảng 3

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế Ghi rõ chân của IC.

 Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD:

Sinh viên tiến hành rút gọn hàm Boolean đã cho, xây dựng lại mạch logic phù hợp theo hình 3, sau đó lắp ráp mạch để khảo sát hoạt động của hàm Kết quả thực nghiệm được ghi nhận và trình bày trong bảng 3, cột F2, giúp kiểm chứng tính đúng đắn của quá trình thiết kế mạch logic.

Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế Cần dùng IC nào, ghi rõ ra.

Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD:

 Từ kết quả thí nghiệm, sinh viên rút ra nhận xét.

Mục tiêu: Nắm được cách thức sử dụng các IC chức năng để thực hiện hàm boolean.

Sinh viên cần thực hiện thiết kế hàm boolean \(f_{x,y,z} = 2,3,5,7\) bằng cách sử dụng IC chức năng 74LS151 và các cổng logic phù hợp Quá trình khảo sát kết quả được ghi nhận vào Bảng 4 theo hướng dẫn trong phần Kiểm tra, nhằm xác định chính xác giá trị của hàm số dựa trên các tập giá trị đầu vào \(x, y, z\) và kết quả đầu ra \(f\), cũng như kiểm tra tính đúng đắn của thiết kế qua các phép so sánh \(f\) và \(f_{Test}\).

Bảng 4: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra:

 Sinh viên sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic cần thiết để thiết kế mạch thực hiện hàm boolean đã cho.

 Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch đã thiết kế.

 Lắp mạch thực tế và khảo sát mạch, điền kết quả vào cột fTest ở bảng

 Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD:

Mục tiêu của bài tập này là nắm bắt cách sử dụng các IC chức năng để thực hiện hàm boolean một cách chính xác Yêu cầu dành cho sinh viên là thiết kế hàm boolean fx,y,z,w= 2,6,8,9,11,13 sử dụng IC 74LS151 cùng các cổng logic cần thiết Kết quả khảo sát sẽ được điền vào bảng 5 theo hướng dẫn trong phần Kiểm tra, giúp đảm bảo hiểu rõ về cách ứng dụng các IC chức năng trong thiết kế mạch logic.

Bảng 5: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean

 Sinh viên sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic cần thiết để thiết kế mạch thực hiện hàm boolean đã cho.

 Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch đã thiết kế.

 Lắp mạch thực tế và khảo sát mạch, điền kết quả vào cột fTest ở bảng

Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận củaGVHD:

BÀI THÍ NGHIỆM 2: THỰC HIỆN CÁC IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN TRÊN FPGA

 Nắm được cách sử dụng kit DE-2, FPGA Cyclone II

 Nắm được các kiến thức từ bài thí nghiệm 1 – các IC chức năng cơ bản

 Nắm được quy trình mô tả phần cứng trên FPGA.

Để chuẩn bị tốt cho bài thí nghiệm, sinh viên cần đọc kỹ phần Phụ lục 1 và hoàn thành các bước của Sample lab trong Phụ lục 2 Các tài liệu này phải được nộp kèm với Prelab 2 trước khi đến lớp để đảm bảo nâng cao hiệu quả học tập và tuân thủ quy trình kiểm tra, thi tốt nghiệp.

 Tự hoàn thành bài prelab2 trước khi tham gia buổi học thí nghiệm Không hoàn thành bài prelab2 sẽ không được tham gia buổi thí nghiệm

 Mọi hình thức sao chép đều sẽ bị xử lý nặng

 Tuân thủ sơ đồ gán chân để dễ kiễm tra kết quả

III HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

Mục tiêu: Thực hiện khảo sát hoạt động của hàm Boolean trên Kit DE 2

Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm số fx,y,z = xyz + xyz + xy và điền các kết quả vào Bảng 2.1 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra Kết quả khảo sát bao gồm các giá trị của biến x, y, z và các giá trị tính toán của hàm số f, cùng với các giá trị dự đoán fSim và fKit để so sánh Qua đó, sinh viên có thể phân tích chính xác hoạt động của hàm số dựa trên dữ liệu thu thập được Việc điền kết quả đúng và đầy đủ giúp đảm bảo quá trình kiểm tra và đánh giá diễn ra chính xác, hỗ trợ trong việc hiểu rõ tính chất của hàm số đã khảo sát.

Bảng 2.1: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean.

 Sinh viên tiến hành thay các giá trị của x, y, z vào hàm fx,y,z=xyz+xyz+xy đã cho, điền kết quả vào cột f của Bảng 2.1.

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ cổng logic của mạch cần thiết kế

 Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm fx,y,z=xyz+xyz+xy như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau:

 Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng

 Sinh viên tiến hành tổng hợp thiết kế System Verilog và khảo sát hoạt động của hàm trên mô phỏng, ghi kết quả vào cột f sim của Bảng 2.1

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã mô phỏng mạch)

 Sinh viên xem kết quả Netlist > RTL Viewer của mạch Kết quả này có giống với sơ đồ cổng logic sinh viên đã vẽ không, tại sao?

(Chèn hình chụp Netlist > RTL Viewer)

Sinh viên nạp đoạn mã lên Kit DE2 để kiểm tra tính chính xác của thiết kế theo yêu cầu đề bài Kết quả sau khi thực nghiệm được ghi nhận vào cột "f Kit" của Bảng 2.1 nhằm đánh giá mức độ thành công của quá trình nạp mã và hiệu quả của thiết kế Quá trình này giúp xác định xem thiết kế có hoạt động chính xác như dự kiến hay không, đảm bảo chất lượng và độ chính xác của sản phẩm cuối cùng.

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã nạp lên Kit hoạt động)

Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng kit DE2

Sinh viên cần thực hiện khảo sát hoạt động của hàm được cung cấp trong Bảng 2.2 và điền các kết quả khảo sát vào bảng theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra Trong quá trình này, cần đo lường các giá trị của biến x, y, z cùng với các giá trị hàm f, fSim và fKit để đảm bảo tính chính xác của kết quả Việc này giúp đánh giá chính xác hoạt động của hàm và đảm bảo các dữ liệu thu thập phản ánh đúng thực tế Đáp ứng các yêu cầu này sẽ hỗ trợ quá trình phân tích, kiểm tra và xác nhận hiệu quả của hàm một cách toàn diện.

Bảng 2.2: Khảo sát hoạt động hàm Boolean

 Viết biểu thức ngõ f theo các ngõ vào x, y, z.

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ cổng logic của mạch cần thiết kế.

 Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm fx,y,z như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau:

 Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng

 Sinh viên tiến hành tổng hợp thiết kế System Verilog và khảo sát hoạt động của hàm trên mô phỏng, ghi kết quả vào cột f sim của Bảng 2.2

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã mô phỏng mạch)

 Sinh viên xem kết quả Netlist > RTL Viewer của mạch Kết quả này có giống với sơ đồ cổng logic sinh viên đã vẽ không, tại sao?

(Chèn hình chụp Netlist > RTL Viewer)

Sinh viên nạp đoạn mã lên Kit DE2 để kiểm tra tính chính xác của thiết kế theo yêu cầu đề bài Kết quả kiểm tra được ghi lại vào cột F của Bảng 2.2, giúp đánh giá chính xác mức độ thành công của quá trình lập trình và thiết kế hệ thống Việc ghi nhận kết quả này đảm bảo theo dõi và phân tích hiệu quả của quá trình thực hiện dự án.

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã nạp lên Kit hoạt động)

Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng kit DE2.

Yêu cầu: Sinh viên xem mạch được cho bởi Hình 2.4 và điền các kết quả khảo sát vào

Bảng 2.3 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra.

Bảng 2.3 Kết quả khảo sát hoạt động của hàm Boolean - thí nghiệm 3

 Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm F trên Hình

2.4 như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau:

 Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng

 Sinh viên xem kết quả Netlist > RTL Viewer của mạch Kết quả này có giống với sơ đồ cổng logic trên Hình 2.4 không, tại sao?

(Chèn hình chụp Netlist > RTL Viewer)

 Sinh viên tiến hành tổng hợp thiết kế System Verilog và khảo sát hoạt động của hàm trên mô phỏng, ghi kết quả vào cột f sim của Bảng 2.3

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã mô phỏng mạch)

Sinh viên đã nạp đoạn mã lên Kit DE2 và kiểm tra xem thiết kế có thực hiện chính xác theo yêu cầu hay không Kết quả kiểm tra được ghi nhận và phản ánh rõ ràng tại cột F của Bảng 2.3 để đánh giá chính xác hiệu quả và độ đúng của dự án.

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã nạp lên Kit hoạt động)

Mục tiêu: Nắm được cách thức thiết kế các IC chức năng bằng ngôn ngữ SystemVerilog và ứng dụng trên kit DE2

Sinh viên cần thiết kế hàm boolean fx,y,z = 1, 2, 4, 7 sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic phù hợp trong ngôn ngữ SystemVerilog Kết quả khảo sát được điền vào Bảng 2.4 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra, giúp xác định chính xác chức năng của mạch logic dựa trên các trạng thái đầu ra mong muốn Việc nghiên cứu và thực hiện đề bài đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về thiết kế mạch số và kiểm thử tính năng của hệ thống dựa trên lĩnh vực điện tử kỹ thuật số.

Bảng 2.4 Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean – thí nghiệm 4

 Sinh viên sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic cần thiết để thiết kế mạch thực hiện hàm boolean đã cho.

 Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm fx,y,z1,2,4,7 như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau:

 Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng

 Trong đó, gọi IC 74LS151 như một module con

 Sinh viên xem kết quả Netlist > RTL Viewer của mạch Kết quả này có giống với sơ đồ đã thiết kế hay không, tại sao?

(Chèn hình chụp Netlist > RTL Viewer)

 Sinh viên tiến hành tổng hợp thiết kế System Verilog và khảo sát hoạt động của hàm trên mô phỏng, ghi kết quả vào cột f sim của Bảng 2.4

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã mô phỏng mạch)

Sinh viên thực hiện nạp đoạn mã lên Kit DE2 để kiểm tra tính chính xác của thiết kế theo yêu cầu đề bài Sau quá trình nạp, kết quả được ghi nhận vào cột F của Bảng 2.4 nhằm đánh giá mức độ phù hợp của thiết kế với các tiêu chí đề ra Quá trình kiểm tra này giúp xác định xem thiết kế có hoạt động chính xác như kỳ vọng hay không, đảm bảo tính hiệu quả của quá trình phát triển dự án.

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã nạp lên Kit hoạt động)

Mục tiêu: Nắm được cách thức thiết kế các IC chức năng bằng ngôn ngữ SystemVerilog và ứng dụng trên kit DE2

Sinh viên cần thiết kế hàm boolean \(f_{x,y,z,w} = 2,5,7,9,12,13\) sử dụng IC 74LS151 cùng các cổng logic cần thiết trong ngôn ngữ SystemVerilog Kết quả khảo sát được điền vào bảng 2.5 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra để đánh giá chính xác hoạt động của mạch Việc xác định chính xác các giá trị đầu ra và mô phỏng phù hợp sẽ giúp kiểm tra tính đúng đắn của hàm boolean đã thiết kế.

Bảng 2.5: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean – thí nghiệm 5

 Sinh viên sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic cần thiết để thiết kế mạch thực hiện hàm boolean đã cho.

 Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm fx,y,z,w như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau:

 Chân x, y, z, w gán tới SW3,SW2, SW1, SW0 và LEDR3, LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng

 Trong đó, gọi IC 74LS151 như một module con

 Sinh viên xem kết quả Netlist > RTL Viewer của mạch Kết quả này có giống với sơ đồ đã thiết kế hay không, tại sao?

(Chèn hình chụp Netlist > RTL Viewer)

 Sinh viên tiến hành tổng hợp thiết kế System Verilog và khảo sát hoạt động của hàm trên mô phỏng, ghi kết quả vào cột f sim của Bảng 2.5

(Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã mô phỏng mạch)