HỆ THỐNG số (CO1024) thí nghiệm 3 làm quen với flip flops và các ứng dụng của chúng thực hiện và quan sát hoạt động của các flip flops khác nhau bằng cách sử dụng IC 7400 series

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC & KỸ THUẬT MÁY TÍNH HỆ THỐNG SỐ (CO1024) Thí nghiệm GVHD: SV thực hiện: Huỳnh Phúc Nghị Võ Văn Dũng – 2110102 Đào Duy Thành – 2112288 Nguyễn Thanh Liêm – 2111637 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 07/2022 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Mục lục Giới thiệu 1.1 Mục tiêu 1.2 Dụng cụ thí nghiệm Quy trình thí 2.1 Bài 2.3.1 2.2 Bài 2.3.2 2.3 Bài 2.3.3 nghiệm Tài liệu tham khảo Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 2 2 13 14 Trang 1/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Giới thiệu 1.1 Mục tiêu • Làm quen với Flip-flops ứng dụng chúng • Thực quan sát hoạt động flip-flops khác cách sử dụng IC 7400-Series • Sử dụng IC Flip-flop để thiết kế thực mạch 1.2 Dụng cụ thí nghiệm • KIT hệ thống kỹ thuật số • Dụng cụ thí nghiệm: VOM, Máy sóng • Mạch tích hợp (IC) 74-Series: loại mới! 7474, 7473 Quy trình thí nghiệm 2.1 Bài 2.3.1 Thiết kế, mô thực mạch D Flip-flop sử dụng J-K Flip-flop (cho phép sử dụng cổng luận lý khác cần thiết) • Đặt vấn đề giải quyết: - Vấn đề ta phải chuyển đổi J-K Flip-flop thành D Flip-flop - Cách giải vấn đề có bước sau: Xác định Flip-flop có sẵn Flip-flop cần chuyển thành - Flip-flop có sẵn J-K Flip-flop - Flip-flop cần chuyển thành D Flip-flop Lập "characteristic table" cho Flip-flop cần chuyển thành - Characteristic table D Flip-flop: Qn 0 1 D 1 Qn + 1 Bảng 1: Characteristic table D Flip-flop Lập "excitation table" cho Flip-flop có sẵn - Excitation table J-K Flip-flop: Qn 0 1 Qn + 1 J x x K x x Bảng 2: Excitation table J-K Flip-flop: Viết biểu thức luận lý cho Flip-flop có sẵn - Từ bảng bên để thực mạch D Flip-flop sử dụng J-K Flip-flop, ta gộp bảng, từ rút biểu thức luận lý J K theo D Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 2/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Qn 0 1 D 1 Qn + 1 J x x K x x Bảng 3: Bảng kết hợp - Ta dùng biểu đồ Karnaugh để tìm biểu thức luận lý J K theo D là: J = D K = D • Sơ đồ luận lý: Hình 1: Mạch chuyển từ J-K Flip-flop sang D Flip-flop • Sơ đồ mạch: - Ta dùng IC 7473 J-K Flip-flop - Qua phân tích bên trên, ta nối J với switch KIT J nối qua IC 7404 (cổng đảo) để nối vào K - Cuối cùng, ta nối Q Q vào LED để quan sát kết Hình 2: Sơ đồ mạch mạch chuyển từ J-K Flip-flop sang D Flip-flop • Mơ mạch Logisim: - Bảng chân trị D Flip-flop: CLK 0 1 D 1 Q Q Q Q Q Q Bảng 4: Bảng chân trị D Flip-flop Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 3/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính - Có trường hợp mơ mạch là: - Trường hợp 1: CLK - 1; D - 1; Q - 1; Q - Hình 3: Mơ trường hợp cho D Flip-flop - Trường hợp 2: CLK - 1; D - 0; Q - 0; Q - Hình 4: Mơ trường hợp cho D Flip-flop • Mạch thực: - Trường hợp 1: CLK - 1; D - 1; Q - 1; Q - Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 4/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 5: Mạch thực đổi với trường hợp - Trường hợp 2: CLK - 1; D - 0; Q - 0; Q - Hình 6: Mạch thực đổi với trường hợp 2.2 Bài 2.3.2 Thiết kế, mô thực mạch logic bên Hình 7: Mạch logic 2.3.2 • Đặt vấn đề giải quyết: - Vấn đề thiết kế, mô thực mạch hình bên sử dụng IC 7474 trả lời câu hỏi đưa đề Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 5/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính - Cách giải quyết: Vì IC 7474 có mạch D Flip-flop mà mạch hình bên có mạch D Flip-flop nên ta dùng IC 7474 mắc nối tiếp với ngõ Q nối với đèn LED để trả lời câu hỏi đề đặt • Sơ đồ mạch: - Mạch luận lý theo đề gồm có D Flip-flop nên ta cần dùng IC 7474 để thực mạch IC 7474 có D Flip-flop - Để biết công dụng mạch luận lý ta nối ngõ đảo QA, QB, QC với đèn LED tương ứng - Chân CLK ngõ vào nối chung với CLK KIT, từ ta dễ dàng quan sát thay đổi đèn Hình 8: Sơ đồ mạch mạch luận lý 2.3.2 • Mơ mạch Logisim: - Có trường hợp mơ mạch là: - Trường hợp 1: QA = 0; QB = 0; QC = Hình 9: Mơ trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 2: QA = 1; QB = 0; QC = Hình 10: Mơ trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 3: QA = 0; QB = 1; QC = Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 6/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 11: Mô trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 4: QA = 1; QB = 1; QC = Hình 12: Mơ trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 5: QA = 0; QB = 0; QC = Hình 13: Mơ trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 6: QA = 1; QB = 0; QC = Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 7/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 14: Mô trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 7: QA = 0; QB = 1; QC = Hình 15: Mơ trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 8: QA = 1; QB = 1; QC = Hình 16: Mơ trường hợp cho mạch đếm • Mạch thực: - Ngõ QA nối với led 0, QB nối với led QC nối với led - Có trường hợp thực mạch là: - Trường hợp 1: QA = 0; QB = 0; QC = Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 8/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 17: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 2: QA = 1; QB = 0; QC = Hình 18: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 3: QA = 0; QB = 1; QC = Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 9/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 19: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 4: QA = 1; QB = 1; QC = Hình 20: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 5: QA = 0; QB = 0; QC = Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 10/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 21: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 6: QA = 1; QB = 0; QC = Hình 22: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 7: QA = 0; QB = 1; QC = Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 11/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 23: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm - Trường hợp 8: QA = 1; QB = 1; QC = Hình 24: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm • Trả lời câu hỏi: a Giả sử QA, QB, QC kết nối với đèn LEDs Hiện tượng đèn LED? Sự khác biệt đèn LED gì? - Hiện tượng: LED sáng theo thứ tự 000,001,010,011,100,101,110,111 quay trở 000 - Sự khác biệt: Tần số LED QA gấp lần tần số LED QB, tần số LED QB gấp lần tần số LED QC b Cần Flip-flops D tối thiểu để xây dựng mạch đầu tần số nhỏ tần số 16 lần so với tần số Đồng hồ? - Cần Flip-flops D tối thiểu, đầu D Flip-flops gắn với đầu vào D Flip-flops 2, đầu D Flip-flops gắn với đầu vào D Flip-flops 3, đầu D Flip-flops gắn với đầu vào D Flip-flops - Theo đó, f(clock)=2.f(D1)=4.f(D2)=8.f(D3)=16F(D) - Vậy đầu tần số nhỏ tần số 16 lần so với tần số clock Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 12/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính 2.3 Bài 2.3.3 Cho mạch điện tín hiệu sóng hình bên Hình 25: Mạch thực trường hợp cho mạch đếm a Thiết kế thực mạch Logisim • Thiết kế mạch - Vì mạch có D Flip-flop J-K Flip-flop nên ta dùng IC tương ứng với Flip-flop IC 7474 IC 7476 - Vì IC 7474 có xung CLK kích cạnh lên mà từ mạch điện hình vẽ ta thấy xung CLK D Flip-flop kích cạnh xuống nên ta dùng IC 7404 để đảo xung CLK - Mạch thiết kế sau: Hình 26: Mạch thiết kế Logisim • Hiện thực mạch Logisim Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 13/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Hình 27: Mạch thực Logisim x = 1, PRE = 1, CLR = Hình 28: Mạch thực Logisim x = 0, PRE = 0, CLR = b Hoàn thành biểu đồ thời gian cho A, B z dựa biểu đồ sóng cho trước Hình 29: Biểu đồ thời gian ngõ A, B z Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 14/15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Tài liệu [1] Digital Systems: Principles and Applications (11th Edition) – Ronald J Tocci, Neal S Widmer, Gregory L Moss, 2010 [2] Lecture Slides/Videos – Assoc Prof Dr Tran Ngoc Thinh [3] Tutorial videos on Digital Systems Experiments Báo cáo thí nghiệm mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022 Trang 15/15 ... với Flip- flops ứng dụng chúng • Thực quan sát hoạt động flip- flops khác cách sử dụng IC 7400- Series • Sử dụng IC Flip- flop để thiết kế thực mạch 1.2 Dụng cụ thí nghiệm • KIT hệ thống kỹ thuật số. .. gắn với đầu vào D Flip- flops 3, đầu D Flip- flops gắn với đầu vào D Flip- flops - Theo đó, f(clock)=2.f(D1)=4.f(D2)=8.f(D3)=16F(D) - Vậy đầu tần số nhỏ tần số 16 lần so với tần số clock Báo cáo thí. .. Cần Flip- flops D tối thiểu để xây dựng mạch đầu tần số nhỏ tần số 16 lần so với tần số Đồng hồ? - Cần Flip- flops D tối thiểu, đầu D Flip- flops gắn với đầu vào D Flip- flops 2, đầu D Flip- flops