modul kĩ thuật số

modul kĩ thuật số

Trong sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật ngày nay, ngành

điện tử nói chung và lĩnh vực kỹ thuật số nói riêng, đã có những ứng dụng

trong rất nhiều lĩnh vực như: Trong công nghiêp, y học, phát thanh truyền

hình …

Đếm và ghi dịch là một bộ phận rất quan trọng và được ứng dụng hầu hết trong các thiết bị điện tử ,đặc biệt là các thiết bị kỹ thuật số,các máy tính,

các bộ ghi, nhớ dữ liệu

Nhằm giúp đỡ các bạn trong quá trình thực hành về các cổng logic cơ

bản cũng như các bộ đếm, bộ ghi dịch chung tôi đã thực hiện thiết kế bộ modul

thực hành kỹ thuật số này.Trong cuốn thuyết minh này giới thiệu các bài tập thí

nghiệm cơ bản, làm cho các bạn dễ dàng tiếp cận và khảo sát các mạch logic cơ

của thư viện nhà trường Đặc biệt là thầy giáo Đỗ Tuấn Anh người trực tiếp

hướng dẫn Đã rất quan tâm chỉ bảo, giúp tôi tháo gỡ những vướng mắc trong

suốt thời gian vừa qua Cho phép tôi gửi tới họ những lời cảm ơn chân thành

Lời cảm ơn!

Trong quá trình tìm hiểu và hoàn thiện đồ án này tôi đã nhận đợc sự giúp đỡ nhiệttình của các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử, tạo điều kiện của th viện nhà trờng

Đặc biệt là thầy giáo Đỗ Tuấn Anh ngời trực tiếp hớng dẫn Đã, giúp chúng tôi

tháo gỡ những vớng mắc trong suốt thời gian vừa qua Cho phép tôi gửi tới họnhững lời cảm ơn chân thành nhất

Giáo viên hớng dẫn: Đỗ Tuấn Anh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Định Cao Xuân Cờng

3

Bài 1: khảo sát hàm logic cơ bản

- Giúp sinh viên, học sinh phân tích đợc nguyên lý làm việc của các cổng logic cơ bản

- Rèn cho sinh viên, học sinh khả năng đọc mạch và phân tích mạch điện sử

dụng các phần tử logic và kết lối mạch có khoa học

- Trang bị cho sinh viên, học sinh kiến thức về bản chất và sự tồn tại vật lý của các mức logic Đánh giá các thông số đặc trng của các cổng logic cơ bản thông qua viêc đo đạc kiểm tra các mức điện áp vào và ra Từ đó hiểu thêm về các phơng trình logic của các cổng logic cơ bản và có thể ghép nối các cổng logic cơ bản với nhau để thực hiện các phơng trình logic phức tạp hơn - Tạo cho sinh viên, học sinh có kiên thức đầu tiên về thực hành an toàn và đảm bảo mỹ thuật II Nội dung: 1 Hàm NOT: a Khái niệm:

b Ký hiệu:

Ký hiệu logic Sơ đồ cấu trúc

Phơng trình hàm logíc : FNOT = …………

Nhận xét:

d Giản đồ thời gian: Nhận xét:

5

t t

X

FNOT

e Sơ đồ cấu trúc vi mạch 74LS04

2 Hàm AND:

a Khái niệm:

b Ký hiệu: Ký hiệu logic Sơ đồ cấu trúc 1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

Phơng trình hàm logic: FAND=………

Nhận xét:

d Giản đồ thời gian: Nhận xét:

7

1

t

t

t

X

Y

FAND

e Sơ đồ cấu trúc vi mạch SN7408

Vào Vào Ra Vào Vào Ra GND Ra Vào Vào Ra Vào Vào V CC

3 Hàm OR:

a Khái niệm:

b Ký hiệu: Ký hiệu logic Sơ đồ cấu trúc 1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

Phơng trình hàm logic: FOR=………

Nhận xét:

d Giản đồ thời gian: Nhận xét:

9

1

t

t

t

X

Y

FOR

b Ký hiệu:

Ký hiệu logic Sơ đồ cấu trúc

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

Phơng trình hàm logic: FNAND=………

Nhận xét:

d Giản đồ thời gian: Nhận xét:

e Sơ đồ cấu trúc vi mạch 74LS00

11

1

t t t

X

Y

FNAND

Phơng trình logic: FNOR=………

Nhận xét:

d Giản đồ thời gian: Nhận xét:

e Sơ đồ cấu trúc vi mạch 74LS02 13 1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

t t t

X

Y

FNOR

0011

0101

VVVVtt

X

Y

FNOR

Nhận xét:

e Sơ đồ cấu trúc vi mạch 74LS02 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ra Vào Vào Ra Vào Vào GND Vào Vào Ra Vào Vào Ra V CC V V V V V V V V V V V V V V Bài 2: TRIGƠ I: mục tiêu, yêu cầu. 15 1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

- phân tích đợc nguyên lý làm việc của các trigơ.

- Thiết lập đợc các phơ trình đầu ra của các trigơ

- Kết lối đợc các mạch thục hành theo yêu cầu của giáo viên

- Khảo sát hoạt động của các flip flop cơ bản

- Kiểm tra lại bảng trạng thái trên lý thuyết của các flip flop

- Ưng dụng các flip flop để chế tạo các thanh ghi, và các bộ đếm

- Đảm bảo an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp bố trí nơi làm việc khoa học, hợp lý

II: Nội Dung.

1 Trigơ D

a Khái niệm:

b Ký hiệu

Phơng trình logic Ký hiệu logic

c, Bảng trạng thái.A B FXOR

d Cã thÓ thay thÕ trig¬ D b»ng c¸c trig¬ kh¸c nh sau.

2 Trig¬ JK.

a Kh¸i niÖm:

↓ 1 1

III: Các Bớc Tiến Hành Thí Nghiệm.

1 Khảo sát Trigơ JK – IC7476

a Cấp nguồn cho bo mạch có kết nối sẵn IC 7476 nh hình vẽ

b, Đo điện áp tại các ngõ ra/vào để hở và điền vào bảng sau

Số chân 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

tên

Điện áp Mức logic

c Kết nối Trigơ nh hinh vẽ sau

SW3

LED 1

LED 2 CLK

SW7

LED 3

LED 4

d Kết luận: đánh dấu vào bảng để biết trigơ nào còn tốt và h.

Trigơ

TốtH

e Nhận xét: :

+5v +5v

+5v +5v

+5v +5v

+5v +5v

LED 2 CLK

+5v +5v

+5v +5v

+5v +5v

K

QJ

K

QJ

K

QJ

K

ph©n0

1234

ph©n0

1234

Clk Led1 Led2 Led3 Led4

0123456789101112131415161

Clk Led1 Led2 Led3 Led4

0123456789101112131415161

Quan sát tín hiệu xung Clk và trạng thái của Led và điền vào bảng

0123

b Đếm lên 4 bít: từ mạch đếm 3 bít hãy kết nối thêm 1 bít nữa nh hình

23

CLK Q

CLK Q

LED 2 CLK

CLK Q

+5v

+5v

+5v

CLK Q

+5v +5v

+5v +5v

+5v

+5v

Quan sát tín hiệu xung đồng bộ rồi điền vào bảng sau.

12345678910111213141516

Bài 3: THANH GHI.

I Mục đích yêu cầu.

- phân tích đựoc nguyên lý làm việc của các thanh ghi.

- kết nối đợc các mạch thí nghiệm nh hình vẽ

- khảo sát hoạt động của các thanh ghi giúp học sinh nhìn nhận lại các kiến thứcmình học đợc trong các giờ lý thuyết

- Khảo sát các thanh ghi dịch, Thanh ghi dịch trái/ phải

- Tự thiết kế các mạch ứng dụng dùng thanh ghi

- Đảm bảo an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp bố trí nơi làm việc khoa học, hợplý

II Nội dung.

1 Cho biết thanh ghi thờng sử dụng trigơ nào?

2 Hãy cho biết chức năng của thanh ghi dịch?

25

3 Mét thanh ghi cã bao nhiªu tÝn hiÖu vµo ra?

4 Khi nµo d÷ liÖu bÞ dÞch ®i?

5 Cã bao nhiªu lo¹i thanh ghi? h·y liÖt kª?

6 H·y vÏ mét thanh ghi dïng trig¬ D

7 H·y vÏ mét thanh ghi dÞch 3 bÝt sö dông trig¬ T

Chân 2, 7 : right, left( hai đờng vào dữ liệu dịch)

Chân 3, 4, 5, 6: các đờng vào dữ liệu song song

Chân 12, 13, 14, 15: Các đờng tín hiệu ra

Chân 11: Đờng vào xung nhịp điều khiển vi mạch làm việc

Chân 9, 10: Hai đờng chốt trạng thái khi ở mức cao không cho phép vi mạch hoat

động, vi mạch lam việc khi hai đầu này phai ở mức thấp

SW1

SW4SW5SW6SW7

Clk

Led1Led2Led3Led4

ABCD

3456CLEAR

RL

27

4456

5456

6456

BBCD

CBCD

DBC

LL

12BC

Tra cứu chân IC 74LS164 nh hinh vẽ và điền vào bảng trạng thái sau:

Sau đó kết nối mạch nh hình sau:

Chuyển đổi các trạng thái khác nhau của các SW, Sau đó quan sát các trạng tháivào ra và xung Clk rồi điền vào bảng trạng thái

SW1SW2ClkSW3

Led8Led7Led6Led5Led4Led3Led2Led1

QAQ

B

QC

QDQ

1289

ABClkClr

So sánh kết quả thu đợc với bảng trạng thái và cho biết vi mạch còn tốt hay đãhỏng.

Q

A

QB

QCQ

D

QE

QFQ

G

QH

345610111213

1289

ABClkClr

VCC

Clk Led1 Led2 Led3 Led4 Led5 Led6 Led7 Led81

23456789+ Mạch sáng dần lên và tắt dần: Kết nối mạch theo sơ đồ nh hình vẽ sau:

Nhấn Reset rồi quan sát các ngõ vào ra và điền kết quả thu đợc vào bảng trạng thái

123456

Led1

Clk

Led8Led7Led6Led5Led4Led3

D

QE

QFQ

G

QH

345610111213

1289

ABClkClrReset

- giúp học sinh có những kiến thức đầu tiên về phân phối và thu gom tín hiệu để phục vụ những mục đích khác nhau

b Hãy cho biết bảng trạng thái – phơng trình – sơ đồ mạch dồn kênh 4 ngõvào

Chân 1, 2, 3, 4, 12, 13, 14, 15: Các đờng vào dữ liệu

Chân 5: Đầu ra

Chân 6: Đầu ra đảo

Chân 9, 10, 11: Các đờng vào điều khiển để đầu ra kết lối với đầu vào nào và đơngdữ liệu vào này phải tác động đồng thời bằng một từ nhị phân nếu khác vi mạch sẽkhông hiểu

Chân 7: Là đầu vào cho phép để vi mạch làm việc thì đầu này phảI ở mức thấp.Chân 8, 16: Nguồn nuôi cho vi mạch làm việc +5V

35

b Kiểm tra IC.

Kết lối mạch nh hình vẽ

Sau đó chuyển đổi các vị trí của SW ở ngõ vào, Quan sát và kiểm tra lại bảng trạngthái và cho biết vi mạch đó còn sống hay đã chết? Làm sao để nhận biết điều đó?

SW4SW2

SW5SW6SW7SW8

SW3SW1

SW9SW10SW11SW12

LED1LED2

c Mét sè øng dông cña IC74LS151

32471015691112IC4017

C S0B

SW10

A

37

LED1LED2

CLK

0 1 0

Cách thực hiện: Trạng thái ngõ vào 000 hãy quan sát trạng thái ngõ ra trong 11 chu

kỳ xung CLK – ứng với mỗi chu kỳ ghi trạng thái ngõ ra Z vào bảng Tơng tự cho các trạng thái còn lại

3 Mạch phân kênh.

a Hãy cho biết bảng trạng thái, phơng trình, sơ đồ mạch phân kênh 2 ngõ ra

b Hãy cho biết bảng trạng thái, phơng trình, sơ đồ mạch phân kênh 4 lối vào

4 Khảo sát IC74LS138.

a Quan sát sơ đồ chân của IC74LS138 và hoàn thành bảng trạng thái của nó

Chân1, 2, 3: Các đờng vào điều khiển

Chân 4, 5: thiết lập cho vi mạch làm việc

Chân 6: Đờng vào dữ liệu

b Kiểm tra IC74LS138.

- Kết lối mạch nh hình vẽ sau:

b

- Chuyển đổi các vị trí SW của các ngõ vào, Quan sát ngõ ra để kiểm tra bảng

trạng thái Sau đó cho biết vi mạch đó còn tốt hay đã hỏng? Làm sao để nhận biết

đợc điều đó?

SW1SW2SW3SW4SW5SW6

LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7

ABC

ABC

I Mục đích và yêu cầu.

- phân tich đợc nguyên lý làm việc của bộ giải mã

- khảo sát đợc các bộ giải mã theo một bảng trạng thái của bộ giải mã cho trớc

- sau đó tối thiểu các hàm đầu ra bằng bảng cácnô và đa ra phơng trình đầu ra đã tối thiểu

- Khảo sát các mạch giải mã bảy thanh dùng IC74LS47 và IC74LS247

- Từ đó tự thiết kế các mạch ứng dụng hai vi mạch trên

- Đảm bảo an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp bố trí nơi làm việc khoa học

II Nội Dung.

1 Có mấy loại IC giai mã cho LED 7 đoạn? hãy kể tên?

3 hãy vẽ ký hiệu LED 7 đoạn? làm cách nào có thể xác định LED 7 đoạn loại gì?

3 GiảI mã nhị phân sang 7 đoạn

4 + Bảng trạng thái

43

Dựa vào bảng trạng tháI và dùng bảng cácnô để tối thiểu hóa các đầu ra theo các biến đầu vào

+ Đầu ra a:

a =

00011110

Ch©n 1, 2, 6, 7: C¸c ®Çu vµo d÷ liÖu nhÞ ph©n

LED7LED6LED5

LED3LED4

RI/RBO

A

B C D

SW7

a b c d e f g

Thay đổi trạng thái của các SW rồi so sánh với bảng trạng thái, Sau đó cho biết vi mạch còn tốt hay đã hỏng? Làm sao nhận biết đợc điều đó?

d Mạch điện ứng dụng + Mạch đếm BCD hiển thị bằng LED 7 đoạn Kết lối mạch điện nh hình vẽ

CLK

Reset

LT RBI

RI/RBO

A

B C D

LED1 LED2

LED7 LED6 LED5

LED3 LED4

a b c d e f g

CKA CKB

RO(1) RO(2) R9(1) R9(2) GND

7 6 3 2

1

9 8 11

QA

QB

QC

QD

74LS90

+ Hãy cho biết trình tự đếm của mạch nh thế nào?

+ Khi mạch đang đếm ta nhấn reset thì mạch hoạt động nh thế nào?

+ Nếu không có IC đếm thì ta thay thế bằng bộ đếm kết nồi bằng trigơ

Mục Lục

Bài 1: Các cổng logic cơ bản 4Bài 2: Trigơ 16

53

Bµi 3: Thanh ghi 25Bµi 4: M¹ch dån kªnh vµ ph©n kªnh 33Bµi 5: C¸c m¹ch gi¶i m· 42