Giáo trình thí nghiệm Kỹ thuật số mới

Hoàn tất học phần sinh viên đạt được các mục tiêu sau: Nắm vững được lí thuyết về các hệ thống số đếm Nắm vững được lí thuyế nền tảng về đại số Boolean, biết vận dụng để phân tích và thiết kế mạch tổ hợp số. Biết phương pháp thiết kế hệ tổ hợp, hệ tuần tự Hiểu rõ được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của các mạch logic lập trình. Có khả năng phân tích sữa chữa và thiết kế được một số mạch số cơ bản.

KHOA CÔNG NGHỆ

THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT SỐ

Tháng 10 năm 2018 LƯU HÀNH NỘI BỘ

BÀI 2 KHẢO SÁT CỔNG LOGIC VÀ ỨNG DỤNG 2

2.1 Khảo sát cổng NAND – IC7400 3

2.2 Khảo sát cổng AND – IC7408 4

2.3 Khảo sát cổng OR – IC7432 5

2.4 Khảo sát cổng X-OR – IC7486 6

2.5 Khảo sát cổng NOT – IC7414 7

2.6 Lắp ráp mạch ứng dụng dùng cổng logic 7

2.7 Tổng kết 9

BÀI 3 KHẢO SÁT FLIP FLOP VÀ ỨNG DỤNG FLIP FLOP 10

3.1 Khảo sát IC 74LS112 10

3.2 Khảo sát IC74LS175 13

BÀI 4 THANH GHI DỊCH 15

4.1 Khảo sát IC74164 15

4.2 Khảo sát IC74LS194 18

4.3 Câu hỏi kiểm tra 23

BÀI 5 MẠCH ĐẾM 25

5.1 Khảo sát IC đếm 74LS90, 74LS92, 74LS93 25

5.2 Bộ đếm đôi (đếm mod 2) 27

5.3 Bộ đếm thập phân 28

5.4 Bộ đếm 4 bit 29

5.5 Bộ đếm lên xuống (thuận- ngược) 30

5.6 Mạch đếm đặt trước số đếm 32

5.7 Bộ đếm vòng – bộ đếm Johnson 34

BÀI 6 MẠCH MÃ HÓA, GIẢI MÃ, GIẢI MÃ LED 7 ĐOẠN 38

6.1 Giải mã 2 đường sang 4 đường 38

6.3 Mạch giải mã BCD sang 7 đoạn 42

BÀI 7 HỆ TỔ HỢP TẠO HÀM DÙNG VI MẠCH MSI 46

7.1 Khảo sát IC 7485 46

7.2 Khảo sát IC 74151 47

BÀI 8 KHẢO SÁT BỘ NHỚ EPROM - RAM 51

8.1 Bộ nhớ EPROM 51

8.2 Khảo sát RAM 6264 55

BÀI 1 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH

Bo mạch thí nghiệm kỹ thuật số như hình 1-1

Hình 1-1 Bo thí nghiệm kỹ thuật số

Trong đó phần cố định trên bo bao gồm:

Khối tạo xung có biên độ và tần số điều chỉnh được Khối này dùng để cấp xung cho IC làm việc

Khối nguồn cấp với các điện áp là +5V, +12V, -12V dùng để cấp nguồn cho mạch số Khối SW bao gồm 16 SW gạt với jac cắm tương ứng được đánh số từ SW1 đến SW16 Mỗi SW này có hai trạng thái: khi gạt SW lên tương ứng với logic “H” (“1”), khi gạt SW xuống tương ứng với logic “L” (“1”)

Khối SW dùng để chọn trạng thái ngõ vào

Khối LED đơn bao gồm 16 LED đỏ, LED sáng khi nhận logic “H” và tắt khi nhận logic

“L”

Phần bo mạch không gắn cố định bao gồm: mạch cổng logic, mạch mã hóa, mạch giải

mã, mạch đếm, mạch ghi dịch, mạch dồn kênh, mạch phân kênh

Khối LED 7 đoạn đã có sẵn giải mã

Khối LED 7 đoạn chưa có giải mã

BÀI 2 KHẢO SÁT CỔNG LOGIC VÀ ỨNG DỤNG

- Mục đích, yêu cầu

Khảo sát các cổng logic cơ bản: Làm quen với các vi mạch cổng logic, cách tra cứu sơ đồ chân, cách đọc bảng trạng thái, phương pháp kiểm tra các cổng logic, cách phân biệt vi mạch họ TTL và CMOS

Thiết kế, lắp ráp các mạch ứng dụng dùng cổng logic

- Dụng cụ, vật tư, tài liệu thực tập

Bo thí nghiệm kỹ thuật số

Bo cắm (Test boad)

Đồng hồ vạn năng

Tài liệu thí nghiệm kỹ thuật số, Sơ đồ chân linh kiện

Vi mạch: 7400, 7404, 7408, 7414, 7411, 7432, 7486

- Câu hỏi chuẩn bị trước khi thực hành

1 Vẽ ký hiệu, biểu thức, bảng trạng thái và chức năng của cổng AND

………

………

………

………

………

………

2 Vẽ ký hiệu, biểu thức, bảng trạng thái và chức năng của cổng NAND ………

………

………

………

………

………

3 Vẽ ký hiệu, biểu thức, bảng trạng thái và chức năng của cổng OR ………

………

………

………

………

………

4 Vẽ ký hiệu, biểu thức, bảng trạng thái và chức năng của cổng NOR ………

………

………

………

………

………

5 Vẽ ký hiệu, biểu thức, bảng trạng thái và chức năng của cổng NOT

………

………

………

………

………

………

6 Vẽ ký hiệu, biểu thức, bảng trạng thái và chức năng của cổng X-OR ………

………

………

………

………

………

5 Vẽ ký hiệu, biểu thức, bảng trạng thái và chức năng của cổng X-NOR ………

………

………

………

………

………

Các bước thực tập 2.1 Khảo sát cổng NAND – IC7400 Tra cứu IC cổng NAND 7400 hoặc 74LS00 Hình 2-1 Sơ đồ chân và sơ đồ logic IC7400  SV hãy cho biết: - IC 7400 có bao nhiêu cổng NAND: ………

- Xác định, ghi nhớ chân ngõ vào và ngõ ra ứng với mỗi cổng - Chân cấp nguồn là chân mấy:………

 Kiểm tra IC7400

Dùng Jac cắm kết nối +5V với chân 14, GND với chân 7 của IC7400

Với mỗi cổng NAND, lần lượt kết nối mỗi ngõ vào của cổng NAND với một SW, ngõ ra của cổng đó kết nối với một LED đơn Thay đổi trạng thái của SW để được các trạng thái tương ứng với 2 ngõ vào, ghi chép lại kết quả ở ngõ ra ứng với mỗi trạng thái đó

Chú ý: LED sáng ứng với logic “1”, LED tắt ứng với logic “0”

- Đánh dấu x vào bảng thể hiện cổng tốt, hư

Thứ tự cổng Cổng NAND A Cổng NAND B Cổng NAND C Cổng NAND D

Tốt

Hư

2.2 Khảo sát cổng AND – IC7408

Tra cứu IC cổng AND 7408 hoặc 74LS08

Hình 2-2 Sơ đồ chân và sơ đồ logic IC7408

 SV hãy cho biết:

- IC 7408 có bao nhiêu cổng AND: ………

- Xác định, ghi nhớ chân ngõ vào và ngõ ra ứng với mỗi cổng

- Chân cấp nguồn là chân mấy:………

 Kiểm tra IC7408

Dùng Jac cắm kết nối +5V với chân 14, GND với chân 7 của IC7408

Với mỗi cổng AND, lần lượt kết nối mỗi ngõ vào của cổng AND với một SW, ngõ ra của cổng đó kết nối với một LED đơn Thay đổi trạng thái của SW để được các trạng thái

tương ứng với 2 ngõ vào, ghi chép lại kết quả ở ngõ ra ứng với mỗi trạng thái đó

Chú ý: LED sáng ứng với logic “1”, LED tắt ứng với logic “0”

Inputs Output Inputs Output Inputs Output Inputs Output

- Đánh dấu x vào bảng thể hiện cổng tốt, hư

Thứ tự cổng Cổng AND A Cổng AND B Cổng AND C Cổng AND D Tốt

Hư

2.3 Khảo sát cổng OR – IC7432

Tra cứu IC cổng OR 7432 hoặc 74LS32

Tra cứu datasheet của IC7432 để biết đầy đủ về sơ đồ chân, bảng trạng thái, thông số của cổng OR 2 ngõ vào

Hình 2-3 Sơ đồ chân và sơ đồ logic IC7432

 SV hãy cho biết:

- IC 7432 có bao nhiêu cổng OR: ………

- Xác định, ghi nhớ chân ngõ vào và ngõ ra ứng với mỗi cổng

- Chân cấp nguồn là chân mấy:………

 Kiểm tra IC7432

Dùng Jac cắm kết nối +5V với chân 14, GND với chân 7 của IC7432

Với mỗi cổng OR, lần lượt kết nối mỗi ngõ vào của cổng OR với một SW, ngõ ra của

cổng đó kết nối với một LED đơn Thay đổi trạng thái của SW để được các trạng thái

tương ứng với 2 ngõ vào, ghi chép lại kết quả ở ngõ ra ứng với mỗi trạng thái đó

Chú ý: LED sáng ứng với logic “1”, LED tắt ứng với logic “0”

Thứ tự cổng Cổng OR A Cổng OR B Cổng OR C Cổng OR D

Tốt

Hư

2.4 Khảo sát cổng X-OR – IC7486

Tra cứu IC cổng OR 7486 hoặc 74LS86

Tra cứu datasheet của IC7432 để biết đầy đủ về sơ đồ chân, bảng trạng thái, thông số của cổng

X-OR 2 ngõ vào

Hình 2-4 Sơ đồ chân và sơ đồ logic IC7486

 SV hãy cho biết:

- IC 7486 có bao nhiêu cổng X-OR: ………

- Xác định, ghi nhớ chân ngõ vào và ngõ ra ứng với mỗi cổng

- Chân cấp nguồn là chân mấy:………

 Kiểm tra IC7486

Dùng Jac cắm kết nối +5V với chân 14, GND với chân 7 của IC7486

Với mỗi cổng X-OR, lần lượt kết nối mỗi ngõ vào của cổng X-OR với một SW, ngõ ra của cổng đó kết nối với một LED đơn Thay đổi trạng thái của SW để được các trạng thái tương ứng với 2 ngõ vào, ghi chép lại kết quả ở ngõ ra ứng với mỗi trạng thái đó

Chú ý: LED sáng ứng với logic “1”, LED tắt ứng với logic “0”

- Đánh dấu x vào bảng thể hiện cổng tốt, hư

Thứ tự cổng Cổng X-OR A Cổng X-OR B Cổng X-OR C Cổng X-OR D Tốt

Hư

2.5 Khảo sát cổng NOT – IC7414

Tra cứu datasheet của IC7414 để biết đầy đủ về sơ đồ chân, bảng trạng thái, thông số của cổng NOT

Hình 2-5 Sơ đồ chân IC7414

 SV hãy cho biết:

- IC 7414 có bao nhiêu cổng NOT: ………

- Xác định, ghi nhớ chân ngõ vào và ngõ ra ứng với mỗi cổng

- Chân cấp nguồn là chân mấy:………

 Kiểm tra IC7414

Dùng Jac cắm kết nối +5V với chân 14, GND với chân 7 của IC7486

Với mỗi cổng NOT, kết nối ngõ vào của cổng NOT với một SW, ngõ ra của cổng đó kết nối với một LED đơn Thay đổi trạng thái của SW để được các trạng thái tương ứng với 1 ngõ vào, ghi chép lại kết quả ở ngõ ra ứng với mỗi trạng thái đó

Chú ý: LED sáng ứng với logic “1”, LED tắt ứng với logic “0”

Input Output Input Output Input Output Input Output Input Output Input Output

Hình 2-6 Mạch dao động cùng cổng NOT

- Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch

………

………

………

………

………

………

- Tính tần số xung ở ngõ ra của mạch ………

………

………

………

- Thiết kế mạch dao động có tần số 10Hz, 100Hz ………

………

………

………

………

 Thiết kế và lắp ráp mạch dùng cổng logic Bài toán: Một ngõ ra là bóng đèn được điều khiển bởi 4 công tắc A, B, C, D Hãy thiết kế và lắp ráp mạch sao cho bóng đèn chỉ sáng (logic “1”) khi các ngõ vào có trạng thái ứng với số tự nhiên lớn hơn 6 Bước 1: Lập bảng trạng thái ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Bước 2: Rút gọn biểu thức dùng bìa Karnough Biểu thức sau khi rút gọn là: ………

………

Bước 3: Vẽ mạch logic ………

………

………

………

………

Bước 4: Lắp mạch logic Bước 5: Nhận xét ………

………

……… 2.7 Tổng kết

- Dùng sổ tay tra cứu linh kiện để tra cứu thêm một số IC chứa cổng khác

- Vẽ cách chuyển một cổng NAND 2 ngõ vào thành cổng NOT

- Một IC 7400 có thể lập được bao nhiêu cổng AND 2 ngõ vào

- So sánh IC7400 và IC7414

- TTL là gì? IC họ TTL có mã số nào?

- CMOS là gì? IC họ CMOS có mã số nào?

BÀI 3 KHẢO SÁT FLIP FLOP VÀ ỨNG DỤNG FLIP FLOP

Hình 3-1 Sơ đồ chân của IC74LS112 Bảng trạng thái của IC74LS112 này như sau

Sv hãy cho biết:

IC74LS112 chứa mấy FF: ………

Xung cấp cho IC tác động bởi sườn lên hay sườn xuống: …………

Giải thích về cách vẽ mạch

3.1.3 Lắp ráp mạch 3.1.4 Nhận xét:

3.1.5 Vẽ mạch đếm lên từ 0 đến 8 rồi lặp lại

3.1.6 Sửa mạch đã lắp ráp ở mục 3 để có được mạch đếm từ 0 đến 8 rồi lặp lại 3.1.7 Vẽ mạch đếm xuống không đồng bộ dùng 74LS112

3.1.8 Giải thích về cách vẽ mạch

3.2 Khảo sát IC74LS175

3.2.1 Sơ đồ chân như sau:

Hình 3-2 Sơ đồ chân IC74175 Bảng trạng thái

Dựa vào bảng trạng thái thì muốn 4 LED sáng dần thì ghi dịch mức “H”, 4 LED tắt dần

3.2.3 Lắp ráp mạch ghi dịch đã vẽ ở mục 10

3.2.4 Tra cứu thêm IC khác chứa FFD (74LS74)

BÀI 4 THANH GHI DỊCH

Mục đích, yêu cầu

Khảo sát IC chức thanh ghi dịch

Ứng dụng thanh ghi lắp ráp mạch quang báo

Dụng cụ, vật tư, tài liệu

Bo thí nghiệm kỹ thuật xung

Bo cắm, đồng hồ vạn năng, tài liệu

Vi mạch: 74LS164 hoặc 74LS194 và các vi mạch đã khảo sát

Câu hỏi chuẩn bị

- Thanh ghi thường sử dụng FF nào?

- Trình bày chức năng của thanh ghi?

SV hãy cho biết:

- Thanh ghi này có bao nhiêu bít:

- Có bao nhiêu ngõ vào nhận dữ liệu:

- Xung cấp cho IC tác động bởi sườn lên hay xuống:

- Chân CL tác động mức nào?

- Khi nào IC thực hiện ghi dịch mức “H”:

- Khi nào IC thực hiện ghi dịch mức “L”:

4.1.2 Vẽ mạch sáng dần, tắt dần 8 bit dùng IC 74LS164

- Muốn ghi dịch mức “H” ta chọn trường hợp sau:

- Sau đó: Muốn ghi dịch mức “L” t chọn trường hợp sau

- Để thực hiện điều trên, chân 9 nối H, cấp xung vào chân 8 Chân A, B (tương ứng chân 1,2) lúc đầu nối H, sau đó nối L

- Vậy mạch như sau:

4.1.3 Lắp ráp mạch trên

4.1.4 SV tự trình bày nguyên lý hoạt động của mạch trên

4.1.5 Vẽ mạch sáng dần, tắt hẳn 8 bit dùng IC 74LS164 - Mạch ghi dịch mức “H” xong 8 bit thì tắt đồng thời 8 bít rồi lặp lại SV tự nghiên cứu và vẽ mạch Gợi ý: Khống chế vào chân RESET (9)

4.1.6 Sửa mạch đã lắp ráp ở mục 3 để được mạch ở mục 5 4.7 Vẽ mạch 1 bit sáng, 1 bit tắt 8 bit dùng IC 74LS164

4.1.8 Giải thích

4.1.9.Vẽ mạch 16 bit sáng dần tắt dần dùng ic 74LS164

4.2 Khảo sát IC74LS194

4.2.1 Sơ đồ chân IC74LS194

Tra cứu datasheet của IC74LS194 để biết chi tiết về sơ đồ chân, bảng trạng thái của IC này

Bảng trạng thái của IC 74LS194 như sau

SV hãy cho biết

- IC74LS194 có bao nhiêu bit: …………

- Có bao nhiêu ngõ vào nhận dữ liệu: ………

- Ở trạng thái Reset thì ngõ ra nhận mức logic nào? ………

- Khi nào dịch chuyển mức 1:………

- Khi nào dịch chuyển mức 0:………

- Khi nào load dữ liệu vào song song:………

- Xung CK tác động bởi cạnh gì?

 Kiểm tra IC 74LS194

Lắp mạch như hình vẽ

Chuyển đổi các trạng thái khác nhau của các SW1, SW2, SW3, SW9, SW10, SW11, SW12, RST_L để kiểm tra các trạng thái khác nhau trong bảng trạng thái

Ví dụ: muốn kiểm tra trạng thái dịch trái, ta thiết lập các SW như sau:

S1 = 1, S0 = 0, DSR = x (tùy ý)

Nếu DSR = 1 thì khi có xung CLK mạch sẽ dịch mức 1 đến các ngõ ra, sau 4 xung, 4 led ngõ ra sẽ nhận mức “1” (4 led sáng dần) Sau khi 4 Led sáng dần lên, nếu DSR = 0 thì khi có xung CLK tiếp theo, mức 0 này sẽ dịch đến các ngõ ra, sau 4 xung tiếp theo thì 4 Led sẽ tắt dần

4.2.2 Mạch ứng dụng dùng IC74LS194

Mạch sáng dần từ trái sang phải (dịch phải) và tắt hết 8 bit dùng 2 IC 74LS194

Mạch sáng dần, tắt dần 8 bit từ trái sang phải (dịch phải) dùng 2 IC 74LS194

SV tự vẽ mạch sáng dần, tắt dần 8 bit từ phải sang trái (dịch trái) dùng 2 IC 74LS194

8 led sáng dần, tắt dần từ phải sang trái

8 led sáng dần, tắt dần từ trái sang phải

1 điểm sáng, một điểm tối xen kẽ

2 điểm sáng, hai điểm tối xen kẽ

3 Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch sau

BÀI 5 MẠCH ĐẾM

Mục đích và yêu cầu

Khảo sát IC đếm

Ứng dụng vẽ mạch đếm

Dụng cụ, vật tư, tài liệu

Bo thí nghiệm kỹ thuật số, bo cắm, dây dẫn

Đồng hồ vạn năng

Vi mạch: 74LS90, 74LS92, 74LS93, 74LS192, 74LS193

Câu hỏi chuẩn bị

1 Viết bảng mã nhịp phân 4 bit vào bảng sau

Hình 5-1: Sơ đồ chân của IC

Hình 5-2 Sơ đồ ký hiệu của IC Bảng trạng thái của IC

Trình tự đếm của các IC như sau

SV cho biết thông tin:

- IC 74LS90 có xung Reset tác động bởi mức nào: ………

- Để IC 74LS90 đếm BCD thì các chân ngõ vào kết nối như thế nào?

………

……… Xung CK của các IC trên tác động bởi sườn nào:

………

IC 74LS92 có mấy bộ đếm: ……… , bộ đếm bào nhiêu: ………

IC 74LS93 có mấy bộ đếm: ……… , bộ đếm bào nhiêu: ………

5.2 Bộ đếm đôi (đếm mod 2)

Sơ đồ kết nối

Hình 5-3 Mạch đếm mod 2 Quan sát ngõ vào CK và ngõ ra Q0, vẽ dạng xung (dạng sóng) vào bảng dưới đây

Tương tự, hãy lắp mạch đếm dùng bộ đếm còn lại gồm CKB và ngõ ra Q1, Q2, Q3

Như vậy khi đếm từ 0 đến 5 rồi quay về đếm lại từ 0 thì R0(1) và R0(2) cần thay đổi trạng thái và để hiển thị đến số 5 thì reset tại trạng thái của số 6 (0110) Do R0(1) và R0(2) thay đổi từ L sang R0(1) = H, R0(2)=H nên tại trạng thái số 6, lấy 2 bít H qua cổng AND đưa về chân R0(1) và R0(2)

5.5 Bộ đếm lên xuống (thuận- ngược)

- Khảo sát IC đếm 74LS192

Sơ đồ chân của IC74LS192

Hình 5-6 Sơ đồ chân của IC 74LS192 Bảng trạng thái của IC74LS192

6

7

8

9

- Lắp mạch đếm lên từ 0 đến 9 dùng IC74192 có giải mã, hiển thị

Hình 5-8 Mạch đếm từ 0 đến 9 dùng IC74192 có giải mã, hiển thị

Sơ đồ chân như hình sau

Hình 5-13 Sơ đồ chân của IC4017 Bảng trạng thái của IC như sau

Kết nối mạch như hình sau

Hình 5-14 Mạch kiểm tra hoạt động của IC4017

Thay đổi trạng thái của SW1 (chân 13) và SW2 (chân 15) để mạch hoạt động sao cho ứng với mỗi xung ngõ vào thì chỉ có một ngõ ra lên “H”, các ngõ ra còn lại ở “L”

Mạch đếm 3 dùng IC4017

Hình 5-15 Mạch đếm 3 dùng IC4017

Quan sát hoạt động của mạch, vẽ giản đồ xung ngõ ra theo xung CK

Lắp mạch đèn giao thông

Hình 5-16 Mạch điều khiển đèn giao thông dùng IC4017

Quan sát hoạt động của mạch và điền vào bảng sau

SV cho biết đèn xanh, đèn vàng, đèn đỏ sáng trong bao nhiêu xung CK

………

……… Muốn thay LED bằng đèn 60W/220V thì phải làm thế nào?

………

………

……… Mạch sáng hết và tắt dần

Hình 5-17 Mạch sáng hết và tắt dần dùng IC4017