BÁO cáo kết QUẢ THÍ NGHIỆM môn kỹ THUẬT số bài THÍ NGHIỆM 1 các CỔNG LOGIC và IC CHỨC NĂNG cơ bản

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

Bạn cần hoàn thành bài prelab1 trước khi tham gia buổi thí nghiệm đầu tiên; việc không làm bài sẽ khiến bạn mất quyền tham gia buổi thực hành Đồng thời, mọi hành vi sao chép hoặc gian lận trong quá trình chuẩn bị bài sẽ bị xử lý nghiêm khắc theo quy định của nhà trường Xác định việc tự chuẩn bị bài là trách nhiệm của mỗi sinh viên để đảm bảo an toàn, hiệu quả và tính trung thực trong quá trình học tập và thực hành.

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

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

Sinh viên tiến hành khảo sát hoạt động của hàm số \(f_{x,y,z} = xy + yz\) và ghi kết quả vào Bảng 1 theo hướng dẫn trong phần Kiểm tra Qua khảo sát, sinh viên đã xác định các giá trị của hàm số \(f\), thực hiện các phép kiểm tra, và ghi nhận các kết quả liên quan đến f và các phép logic như NAND để đánh giá đúng chức năng của hàm Công việc này giúp kiểm tra chính xác hoạt động của hàm số trong các điều kiện khác nhau của biến x, y, z, đảm bảo phù hợp với yêu cầu đề bài.

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 thực hiện khảo sát hoạt động của hàm theo bảng dữ liệu đã cho (Bảng 2) và điền kết quả vào bảng theo hướng dẫn trong phần Kiểm tra Quá trình này bao gồm việc đo lường các giá trị x, y, z, f, fTest, và fnor để phân tích và đánh giá hoạt động của hàm một cách chính xác Việc này nhằm đảm bảo kết quả khảo sát phản ánh đúng chức năng của hàm đã được xác định, giúp thuận lợi trong việc kiểm tra và xác nhận tính chính xác của các phép tính liên quan.

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 điền các kết quả khảo sát vào Bảng 3 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra Quá trình này giúp xác định chính xác các đặc điểm hoạt động của hàm và đảm bảo dữ liệu khảo sát phù hợp với yêu cầu đề bài Việc hoàn thiện bảng khảo sát theo hướng dẫn là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả hoạt động của hàm và phục vụ các phân tích tiếp theo trong nghiên cứu.

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 đã cho, vẽ lại sơ đồ mạch logic mô tả hàm boolean đã tối ưu hóa, sau đó lắp ráp mạch và kiểm tra hoạt động của hàm Kết quả thí nghiệm được ghi nhận vào Bảng 3, trong đó ghi chú các giá trị của cột F2 để đánh giá hiệu quả của mạch logic đã thiết kế.

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 thiết kế hàm boolean \(f_{x,y,z} = 2,3,5,7\) sử dụng IC chức năng 74LS151 và các cổng logic phù hợp Quá trình khảo sát kết quả được ghi vào Bảng 4 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra, nhằm đánh giá chính xác hoạt động của mạch và đảm bảo đáp ứng các yêu cầu đề bài.

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

Sinh viên cần thiết kế hàm boolean fx,y,z,w = 2, 6, 8, 9, 11, 13 bằng cách sử dụng IC chức năng 74LS151 và các cổng logic cần thiết để thực hiện Quá trình khảo sát phải điền đầy đủ kết quả vào bảng 5 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra Đề bài yêu cầu phân tích và xác định giá trị của hàm boolean dựa trên các mã nhị phân đã cho, nhằm đảm bảo độ chính xác và tối ưu trong thiết kế mạch logic Việc sử dụng IC 74LS151 giúp đơn giản hóa quá trình thực hiện, đồng thời đảm bảo tính linh hoạt và chính xác của hệ thống logic được thiết kế.

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.

Sinh viên cần đọc kỹ Phụ lục 1 và hoàn thành các bước của Sample lab trong Phụ lục 2 trước khi vào lớp để chuẩn bị tốt cho bài thí nghiệm Đồng thời, sinh viên nên nộp kèm Prelab 2 để đảm bảo sự chuẩn bị đầy đủ và nâng cao hiệu quả thực hiện bài thực hành.

 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 \(f(x,y,z) = xyz + xyz + xy\) và điền các kết quả vào Bảng 2.1 theo hướng dẫn tại mục Kiểm tra Các giá trị của biến x, y, z được xác định rõ ràng để phân tích và đánh giá chính xác các giá trị của hàm số, bao gồm cả các giá trị thực tế của \(f\), \(f_{Sim}\) và \(f_{Kit}\) Qua đó, bài khảo sát giúp kiểm tra sự phù hợp giữa các mô phỏng và kết quả thực tế của hàm số, đảm bảo tính chính xác và khả năng ứng dụng trong các bài toán thực tiễn Các kết quả này sẽ cung cấp dữ liệu cần thiết để đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp mô phỏng, góp phần nâng cao chất lượng phân tích trong quá trình nghiên cứu.

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 hiện được ghi nhận vào cột F của Bảng 2.1, giúp đánh giá mức độ chính xác của dự án Việc nạp mã đúng và đúng quy trình là bước quan trọng để đảm bảo thiết kế hoạt động đúng như mong đợi.

(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 trình bày trong Bảng 2.2 và điền các kết quả khảo sát này vào bảng theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra Quá trình khảo sát bao gồm các giá trị của biến x, y, z, hàm f, cũng như các giá trị so sánh như fSim và fKit để đánh giá độ chính xác của hàm Việc ghi lại các kết quả chính xác sẽ giúp phân tích hiệu quả hoạt động của hàm và đảm bảo độ tin cậy trong quá trình kiểm thử, góp phần nâng cao chất lượng nghiên cứu.

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 thực hiện nạp mã lên Kit DE2 để kiểm tra tính chính xác của thiết kế có đáp ứng đúng yêu cầu đề ra hay không Kết quả của quá trình này được ghi lại vào cột "f Kit" của Bảng 2.2 để dễ dàng theo dõi và đánh giá Việc kiểm tra mã nạp lên Kit DE2 đảm bảo thiết kế hoạt động chính xác và phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật đã đề ra trong 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 để kiểm tra tính chính xác của thiết kế theo yêu cầu đề bài Kết quả của quá trình kiểm tra được ghi vào cột F của Bảng 2.3 để dễ dàng theo dõi và đánh giá Quá trình này đảm bảo rằng thiết kế hoạt động đúng như kỳ vọng, góp phần nâng cao chất lượng 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

Trong bài viết này, sinh viên được yêu cầu thiết kế hàm boolean fx,y,z= 1,2,4,7 sử dụng IC chức năng 74LS151 cùng các cổng logic cần thiết trên ngôn ngữ SystemVerilog Họ cần thực hiện khảo sát và điền kết quả vào Bảng 2.4 theo hướng dẫn trong phần Kiểm tra, đảm bảo mô phỏng chính xác chức năng của mạch logic đã thiết kế.

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 và tiến hành kiểm tra xem thiết kế có hoạt động chính xác theo yêu cầu hay không Kết quả của quá trình kiểm tra được ghi nhận vào cột F của Bảng 2.4 để đánh giá hiệu quả và độ chính xác 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 \(f_{x,y,z,w}\) với các giá trị đầu vào 2, 5, 7, 9, 12, 13, sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic phù hợp trên ngôn ngữ SystemVerilog Quá trình khảo sát và kiểm tra kết quả sẽ được điền vào bảng 2.5 theo hướng dẫn trong mục Kiểm tra Các kết quả khảo sát bao gồm các giá trị đầu vào \(x, y, z, w\), hàm số \(f\), cũng như các giá trị mô phỏng \(f_{Sim}\) và \(f_{Kit}\), giúp đảm bảo tính chính xác của thiết kế và phù hợp với yêu cầu đề bài.

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)