Đang tải... (xem toàn văn)
- Link video tham khảo : https://www.youtube.com/watch?v=Wrru8X7dYNE Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, nhữngtiến bộ của khoa học kĩ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào cuộcsống hằng ngày của con người. Làm cho cuộc sống của chúng ta ngày một thayđổi, văn minh và hiện đại hơn.Trong đó ngành điện tử đóng vai trò quan trọng và tiên phong tạo ra hàngloạt những thiết bị trong công nghiệp, dân dụng, y tế, quân sự … với tốc độ xử línhanh, độ chính xác cao, gọn nhẹ.Một mạch kỹ thuật sô được sử dụng để thực hiện trừ các số được gọi là bộtrừ trong lĩnh vực điện điện tử. Thông thường, trong lĩnh vực điện tử, kỹ thuật sốcác số được biểu thị ở dạng nhị phân trong đó 0 đại diện cho mức logic thấp và 1đại diện cho mức logic cao.Để thực hiện các chức năng phức tạp trong kỹ thuật số, các số 0 và 1 đơngiản này được xử lý bằng các phép toán học là cộng, trừ, nhân và chia. Bây giờchúng ta đang xét việc trừ các số nhị phân và mạch được sử dụng để thực hiệnchức năng này được gọi là một bộ trừ.1.1.1. Đối tượng nghiên cứuĐối tượng nghiên cứu là mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trênled 7 thanh.Đầu vào là hai số nhị phân 4 bit, giá trị của các bit được điều khiển thôngqua các switch. Kết quả đầu ra được hiển thị trên led 7 thanh và 1 đèn led báo giátrị âm hay dương của phép trừ.1.1.2. Nội dung nghiên cứuTính toán, thiết kế sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quảtrên led 7 thanh.Chế tạo sản phẩm mạch in, chạy thử nghiệm sản phẩm mạch trừ hai số nhịphân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Đánh giá sản phẩm và đề xuất hướngcải tiến và hướng phát triển sản phẩmThiết kế mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị trên 2 led 7 thanh, có trừ âm dương
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MƠN HỌC KĨ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH TRỪ SỐ NHỊ PHÂN BIT HIỂN THỊ KẾT QUẢ TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Đặng Cẩm Thạch Trịnh Đình Văn Nguyễn Quốc Việt Vũ Đại Việt Hà Nội 2022 2019601547 2019601329 2019600738 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quên thuộc với nhiều người, phát triển nghành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến nghành kinh tế tồn cầu có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế thời đại “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” gần vượt khỏi ranh giới thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm xử lỹ số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều linh vực kỹ thuật kinh tế khác Không lĩnh vực thông tin liên lạc tin học Kỹ thuật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát truyền hình, Y tế, Nơng nghiệp tong dụng cụ sinh hoạt gia đình Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng linh kiện bán dẫn phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào lĩnh vực điện tử thơng dụng chuyên nghiệp Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài: Thiết kế mạch trừ số nhị phân bit hiển thị led CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung đề tài Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, tiến khoa học kĩ thuật tiên tiến ngày ứng dụng rộng rãi vào sống ngày người Làm cho sống ngày thay đổi, văn minh đại Trong ngành điện tử đóng vai trị quan trọng tiên phong tạo hàng loạt thiết bị công nghiệp, dân dụng, y tế, quân … với tốc độ xử lí nhanh, độ xác cao, gọn nhẹ Một mạch kỹ thuật sô sử dụng để thực trừ số gọi trừ lĩnh vực điện điện tử Thông thường, lĩnh vực điện tử, kỹ thuật số số biểu thị dạng nhị phân đại diện cho mức logic thấp đại diện cho mức logic cao Để thực chức phức tạp kỹ thuật số, số đơn giản xử lý phép toán học cộng, trừ, nhân chia Bây xét việc trừ số nhị phân mạch sử dụng để thực chức gọi trừ 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Đầu vào hai số nhị phân bit, giá trị bit điều khiển thông qua switch Kết đầu hiển thị led đèn led báo giá trị âm hay dương phép trừ 1.1.2 Nội dung nghiên cứu Tính tốn, thiết kế sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Chế tạo sản phẩm mạch in, chạy thử nghiệm sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Đánh giá sản phẩm đề xuất hướng cải tiến hướng phát triển sản phẩm 1.1.3 Mục đích nghiên cứu Chế tạo mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt, dễ sữa rẻ tiền 1.1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hệ thống ứng dụng việc: • • • • Thực phép tính Bộ đếm nhị phân digital Các dự án thiết kế logic kỹ thuật số Báo thức đồng hồ kĩ thuật số 1.2 Tổng quan mạch logic 1.2.1 Khái niệm Mạch logic mạch gồm phần tử logic AND, OR, NOR, NOT, NAND, XOR, XNOR để thực yêu cầu toán đưa Một mạch logic dù đơn giản hay phức tạp kết đầu mạch nhận hai mức logic “1” “0” Biến logic đại lượng biểu diễn biểu diễn kí hiệu lấy giá trị “1” “0” Hàm logic: biểu diễn nhóm biến logic liên hệ với thơng qua phép tốn logic, hàm logic nhận giá trị “1” “0” 1.2.2 Các bước thiết kế mạch Các bước thiết kế mạch logic: • Lập bảng chân lí • Xây dựng phương trình logic theo chuẩn tắc tuyển chuẩn tắc hội • Sử dụng bảng karnaugh phương pháp đại số để tối thiểu hóa hàm logic • Mơ mạch phần mềm mơ Proteus,… • Lựa chọn linh kiện thiết kế mạch CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Tính tốn hệ thống 2.1.1 Mạch trừ bán phần Mạch trừ bán phần mạch trừ số nhị phân bit A B xuất hiệu H bit nhớ C • Bảng chân lí: Ai 0 1 Bi Hi 0 1 1 Bảng 2-1 Bảng chân lí mạch trừ bán phần Ci 0 • Phương Trình: H i= Á i B i+ A i B́ i= A i ⨁Bi Ci = Á i Bi (2.1) (2.2) • Sơ đồ mạch bán trừ bán phần: Hình 2-1 Sơ đồ mạch trừ bán phần 2.1.2 Mạch trừ tồn phần Mạch trừ tồn phần hay cịn gọi mạch trừ có nhớ mạch cho phép thực trừ bit nhị phân A, B Ci (là bit nhớ phép tính trước) • Bảng chân lí: Ai Bi 0 0 1 1 Ci−1 Hi Ci 0 0 1 1 1 0 1 0 1 Bảng 2-2 Bảng chân lí mạch trừ tồn phần 1 0 • Phương trình: H i= Á i B́ i C i−1+ Á i Bi Ći−1 +A i B́ i Ći −1 + Ai B i C i−1 (2.3) ́ ) ⟺ H i= Á i ( Bi ⨁C i−1 ) + Ai ( Bi ⨁C i−1 (2.4) ⟺ H i= Ai ⨁ Bi ⨁Ci−1 (2.5) Ci = Á i B́ i Ci−1 + Á i B i Ći−1+ Á i Bi C i−1+ A i Bi Ci−1 ⟺Ci= Á i ( B́ i Ci−1 +Bi Ći−1 ) +( Á i+ A i)B i C i−1 ⟺Ci= Á i ( Bi ⨁C i−1 ) +Bi Ci−1 (2.6) (2.7) (2.8) • Sơ đồ mạch trừ tồn phần: Hình 2-2 Sơ đồ mạch trừ tồn phần Ưu điểm cộng trừ tồn phần kết hợp xếp tầng hai nhiều trừ tồn phần, nên thực phép số số có nhiều bit 2.2 Mơ thiết kế 2.2.1 Mơ proteus • Mơ trừ bán phần: Hình 2-3 Mơ mạch trừ bán phần • Mơ trừ tồn phần: 10 Hình 2-8 Mạch in 2D phần mềm altium Hình 2-9 Mạch in 3D phần mềm Altium 15 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 3.1 Chọn linh kiện Tên linh kiện Số lượng IC 7483 IC CD4077 IC 7404 IC 7408 IC 7432 IC 7447 Led Led đơn Điện trở 11 Swich DC in Bảng 3-1 Các linh kiện sử dụng 3.1.1 IC 7483 Hình 3-1 IC 7483 Một vi mạch tích hợp thực phép logic cộng full bit bên Chúng ta cần cấp số bit đầu vào nguồn cấp, không cần nối mạch sơ đồ giúp giảm bớt tác vụ để thiết kế mạch cộng full bit 16 Hình 3-2 Sơ đồ chân IC 7483 Thơng số kĩ thuật IC 7483 Điện áp hoạt động danh nghĩa 5V Điện áp hoạt động tối đa 5,5V Độ trễ truyền đầu 16ns Điện áp thấp đầu vào tối đa 0,8V Điện áp cao đầu vào tối thiểu 2V Bảng 3-2 Thông số kĩ thuật IC 7483 3.1.2 IC CD4077 Hình 3-3 IC CD4077 Cấu tạo bên ic số CD4077 có cổng logic XNOR, cổng có ngõ vào ngõ 17 Hình 3-4 Sơ đồ chân IC CD4077 Thông số kĩ thuật IC CD4077 Điện áp hoạt động IC Từ +4,75V đến +5,25V Dòng điện tối đa đầu 8mA Dãy bảo vệ ESD tối đa cho IC 3,5kV Thời gian tăng giảm phổ biến cho IC 15nS Nhiệt độ hoạt động 0°C đến 70°C Bảng 3-3 Thông số kĩ thuật IC 4077 3.1.3 IC 7404 Hình 3-5 IC 7404 IC 7404 có sáu cổng NOT Các cổng NOT thực chức đảo ngược tín hiệu 18 Hình 3-6 Sơ đồ chân IC 7404 Thông số kĩ thuật IC 7404 Điện áp hoạt động 3V đến 15V Dòng điện 10mA Nhiệt độ hoạt động -40°C đến 85°C Bảng 3-4 Thông số kĩ thuật IC 7404 3.1.4 IC 7408 Hình 3-7 IC 7408 IC 7408 có bốn cổng AND , cổng có hai đầu vào 19 Hình 3-8 Sơ đồ chân IC 7408 Thông số kĩ thuật IC 7408 Dải điện áp hoạt động +4,75V đến +5,25V Điện áp hoạt động đề xuất +5V Điện áp nguồn tối đa 7V Dòng điện tối đa đầu 8mA Thời gian tăng điển hình 18ns Thời gian giảm điển hình 18ns Nhiệt độ hoạt động ° C đến 70 ° C Nhiệt độ bảo quản -65 ° C đến 150 ° C Bảng 3-5 Thông số kĩ thuật IC 7408 3.1.5 IC 7432 Hình 3-9 IC 7432 20 ... tíc hợp • Mơ mạch trừ số nhị phân bit sử dụng ic tích hợp: 12 Hình 2- 6 Mơ mạch trừ số nhị phân bit 13 2. 2 .2 Vẽ mạch in Hình 2- 7 Sơ đồ mạch ngun lí phần mềm altium 14 Hình 2- 8 Mạch in 2D phần mềm... cứu Tính tốn, thiết kế sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Chế tạo sản phẩm mạch in, chạy thử nghiệm sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân bit hiển thị kết led Đánh giá sản phẩm... tối thiểu 2V Bảng 3 -2 Thông số kĩ thuật IC 74 8 3 3.1 .2 IC CD4 077 Hình 3-3 IC CD4 077 Cấu tạo bên ic số CD4 077 có cổng logic XNOR, cổng có ngõ vào ngõ 17 Hình 3 -4 Sơ đồ chân IC CD4 077 Thông số kĩ thuật