Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân 3 bit sử dụng các cổng logic cơ bản, hiển thị trên led 7 thanh Để thiết kế mạch cộng ta tiến hành theo các bước sau: Bước 1: Xác định các yêu cầu của bài toán Phân tích yêu cầu của đề bài để tìm ra loại mạch cộng thích hợp. Bước 2: Xác định mạch cần dùng Căn cứ vào yêu cầu của mạch cộng cần thiết kế như: loại mạch cộng và một số các yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động của bộ đếm. Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa các trạng thái trong của mạch cộng theo mã đã cho. Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng ra để xác định phương trình cần tìm. Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực hiện. Thiết kế mô phỏng: Để có mạch cộng có thể làm việc: cộng hai số nhị phân 3 bit
+ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - ĐỒ ÁN MÔN HỌC KĨ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân bit sử dụng cổng logic bản, hiển thị led Giáo viên hướng dẫn: Hà Thị Phương Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Hà nội - 2023 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ CỘNG .4 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Tổng quan mạch cộng CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ PHỎNG .8 2.1 Tổng quát mạch đếm 2.2 Thiết kế cộng 12 2.3 Tính tốn 13 2.4 Mô 16 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH .19 3.1 Lựa chọn linh kiện .19 3.2 Nguyên lý làm việc .20 3.3 Lắp ráp thử nghiệm .23 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN .26 4.1 Đánh giá sản phẩm 26 4.2 Tính thực sản phẩm 26 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển 26 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ,cuộc sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kĩ thuật điện tử góp phần không nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Những thiết bị điện,điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rỗng rãi đời sống sản suất Từ thời gian đầu phát triển kĩ thuật số cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn kĩ thuật xung số chúng em sau thời gian học tập thầy cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên nghành,đồng thời giúp đỡ nhiệt tình Hà Thị Phương, với lỗ lực thân, chúng em “Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân bít sử dụng cổng logic bản, hiển thị kết led “ thời gian, kiến thức kinh nghiệm chúng em có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy cô bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ CỘNG 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài Chúng ta sống kỉ khoa học-kĩ thuật, tri thức với phát triển nhanh chóng,mạnh mẽ công nghệ thông tin khoa học ứng dụng Kĩ thuật số nằm số đó,nó phát triển nhanh ứng dụng rộng rãi lĩnh vực xã hội Chúng ta chuyển dần từ điều khiển tay sang điều khiển tự động Ngày công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ với đời hàng loạt vi mạch Sự phát triển kĩ thuật số khiến cho nhu cầu tiếp xúc với điện tử số thiếu Để xây dựng thiết bị số hồn chỉnh phải có mạch đếm,thanh ghi,bộ nhớ mạch đếm thơng số hệ thống cộng SD thơng dụng Chính chúng em lựa chọn đề tài để báo cáo Mục tiêu nhiệm vụ đề tài -Mục tiêu: +Tìm hiểu mạch đếm số vấn đề liên quan +Hoàn thành thiết kế-thực nghiệm thực tế,mạch hoạt động ổn định với độ bền cao -Nhiệm vụ: +Tìm hiểu kiến thức mạch cộng +Tìm hiểu vi mạch cộng thơng dụng +Mạch giải mã hiển thị +Thiết kế cộng nhị phân, sử dụng cổng logic Đối tượng phạm vi nghiên cứu -Lý thuyết mạch cộng nhị phân bit thiết kế mạch cộng nhị phân -Mạch cộng nhị phân, cổng logic Ý nghĩa nghiên cứu -Nắm vững,hiểu biết mạch cộng -Nâng cao kĩ thực hành,lắp ráp thiết kế mạch cộng Phương pháp nghiên cứu -Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm 1.2 Tổng quan mạch cộng Khái niệm - Mạch cộng mạch điện tử thực việc cộng số Trong máy tính đại phép cộng nằm bên trọng đơn vị xử lý số luận lý (ALU) Mặc dù mạch cộng tạo cho nhiều hệ đếm, loại mạch cộng thường dùng hoạt động hệ nhị phân - Trong nhiều máy tính loại vi xử lý, cộng không sử dụng đơn vị logic số hoc, mà sử dụng phần khác vi xử li, chúng sử dụng để tính tốn địa chỉ, số bảng, toán tử tăng giảm, tốn tử tương đương - Mặc dù cộng xây dựng cho nhiều kiểu số, Số thập phân mã hóa nhị phân hay excess-3, cộng thông dụng hoạt động số nhị phân Trong trường hợp mà two's complement hay ones' complement sử đụng để thể số âm, người ta thường biến tấu cộng thành cong– trừ Các Cách biểu diễn số có dấu yêu cầu cộng phức tạp Phân loại: Mạch cộng chia làm loại: Mạch cộng bán phần: Một mạch bán cộng mạch luận lý thực việc cộng số A B xuất tổng số dư phép tính C Sơ đồ mạch cộng bán phần Bảng chân lý: Vào A 0 1 B 1 Ký hiệu: Ra S 1 C0 0 Mạch cộng toàn phần: Mạch cộng toàn phần mạch cho phép thực cộng 3-bit nhị phân A, B,C ¿ (số dư phép tính trước) xuất số, tổng S số dư C out trước Sơ đồ mạch cộng toàn phần Bảng chân lý: Vào A 1 1 B 0 1 0 1 Ký hiệu C i−1 0 0 1 1 Ra S 1 0 Ci 0 1 1 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ PHỎNG 2.1 Tổng qt mạch đếm Khái quát đề tài Mạch cộng nhị phân bit sử dụng khối chính: Khối nguồn Khối giải mã Khối cộng Các linh kiện sử dụng mạch STT Tên linh kiện Số lượng IC 7805 IC7447 IC7408 4 IC7404 IC7432 IC7486 LED ( annot chung) Điện trở 10k Điện trở 1k 14 10 Công tắc gạt dipswitch 3bit 11 Header 2p Nguyên lý chức khối Khối nguồn Nguyền điện sử dụng nguồn chiều lấy từ ắc quy pin Cung cấp điện áp 5VDC ôn định cho mạch IC 7805 có nhiệm vụ ổn định điện áp 5VDC Khối cộng Phần tử logic AND – IC 7408 Đối với hàm giá trị hàm biến 1; hay có biến hàm có giá trị Hàm – XOR – IC7486 Phần tử logic phủ định NOT – IC7404 10 2.2 Thiết kế cộng Để thiết kế mạch cộng ta tiến hành theo bước sau: Bước 1: Xác định u cầu tốn Phân tích yêu cầu đề để tìm loại mạch cộng thích hợp Bước 2: Xác định mạch cần dùng Căn vào yêu cầu mạch cộng cần thiết kế như: loại mạch cộng số yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mơ tả hoạt động đếm Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa trạng thái mạch cộng theo mã cho Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng để xác định phương trình cần tìm Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực Thiết kế mơ phỏng: Để có mạch cộng làm việc: cộng hai số nhị phân bit người ta sử dụng tín hiệu điều khiển Ở ta sử dụng nút nhân 12 dipswitch bit để đưa giá trị cần nhập vào mạch Dựa yêu cầu đề ta sử dụng mạch cộng toàn phần mạch cộng bán phần để mơ 2.3 Tính tốn Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân bit sử dụng cổng logic bản, hiển thị led Mạch cộng hai số nhị phân bit là thiết kế đơn giản mạch cộng.Ở ta sử dụng mạch cộng tồn phần mạch cộng bán phần để thiết kế Sơ đồ mạch cộng bán phần Sơ đồ mạch cộng toàn phần Dựa kết trả mạch cộng bán phần mạch cộng tồn phần, ta tính giá trị trả giá trị nhớ mạch Từ lấy kết mà mong đợi Như vậy, ta có mạch cộng hai số nhị phân bit sau: 13 Hiển thị led thanh: Để hiển thị giá trị led thanh, ta cần giải mã giá trị chúng, ngồi cách tính giá trị hiển thị led bìa Karnaugh ta cịn sử dụng giải mã led với IC 74LS47 sau: 14 Ta thấy bảng giải mã led cột B3,B2 có giá trị khơng nên ta khơng cần phải thực rút gọn chúng nữa, ta rút gọn giá trị cột thơng qua bìa Karnaugh sau: Với B0: Với C3: Với C2: 15 Với C1: Với C0: 16 Như vậy, ta rút gọn giải mã led thanh, việc rút gọn giúp thiết kế mạch dễ dàng đồng thời giảm thiểu chi phí thiết kế khâu thiết kế mạch theo yêu cầu đề 2.4 Mô Sơ đồ mô cộng nhị phân 3bit sử dụng cổng logic hiển thị kết LED (Trên phần mềm proteus) Mô Proteus 17 Sau mơ Sau vẽ sơ đồ nguyên lý phần mềm altium: Sau vẽ xong sơ đồ nguyên lý dây theo sơ đồ nguyên lý ta được: Hình Sơ đồ nguyên lý Altium 18 Hình Thiết kế mạch in Altium CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Lựa chọn linh kiện Giá trị, chức linh kiện Tên linh kiện IC 74LS47 IC 7805 LED IC 74LS08 Giá trị Số lượng 4.75 -5.25V 5V-18V 2.2V 4.75 -5.25V 4.75 -5.25V IC 74LS04 IC 74LS32 4.75 -5.25V 19 Chức IC giải mã cho LED 7SEG Tạo nguồn 5V Hiển thị giá trị số đếm Cổng logic AND Cổng logic NOT Cổng logic OR Cổng logic XOR IC 74LS86 4.75 -5.25V Điện trở 10K 10KΩ Chống cháy 14 Chống cháy Bật/ tắt Cấp nguồn cho mạch Điện trở 1K 1KΩ Công tắc gạt dipswitch 3bit Header 2p Bảng liệt kê linh liện, giá trị linh kiện chức 3.2 Nguyên lý làm việc LED Hình LED IC 74LS47 Thơng số kỹ thuật: Điện áp cung cấp: VDC Dải nhiệt độ hoạt động: ~ 70oC 20