báo cáo thực tập cơ bản mạch kỹ thuật số với bộ đếm thuận từ 00 đến 59

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với môn Nhập môn Điện tử- Viễn thông, học môn Thực tập cơ bản là quantrọng đối với học sinh, sinh viên của tất cả các nghành trong trường nhất là nghành Điện tử- Viễn t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

====o0o====

BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN

ĐỀ TÀI:

MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN ( từ 00 đến 59)

Giáo viên hướng dẫn: Phan Văn Phương

Sinh viên thực hiện:

Trần Quang Huy - 20213955

Hoàng Minh Tú - 20210890

Lớp: Điện tử 06-K66

Hà Nội, 11/2022

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với môn Nhập môn Điện tử- Viễn thông, học môn Thực tập cơ bản là quan trọng đối với học sinh, sinh viên của tất cả các nghành trong trường nhất là nghành Điện tử- Viễn thông của trường ta Vì vậy thông qua việc thực tập sẽ giúp cho mỗi sinh viên sẽ có cái nhìn sâu hơn về cách thiết kế mạch và sử dụng linh kiện, và qua đây sẽ giúp cho mỗi học sinh – sinh viên đánh giá được khả năng tích luỹ kiến thức

về môn học này đồng thời biết cách vận dụng môn học vào thực tế

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Văn Phương đã nhiệt tình hướng dẫn

Dù chúng em đã cố gắng nhưng không tránh khỏi hạn chế thiếu xót vì thiếu kinh nghiệm cũng như kiến thức chuyên môn Rất mong được sự đóng góp ý kiến của toàn thể các thầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Mục lục

Lời nói đầu……….2

Mục lục……… 3

I Cơ sở lý thuyết……… 4

1.Tín hiệu số và ứng dụng ………4

2 Các cổng logic và thuật toán logic cơ bản……… 4

3 Đại số Boole và Định lí De Morgan……… 7

4 Mạch dãy, mạch đếm……… 9

5.Tìm hiểu cách chế tạo IC và phân tích IC số họ TTL và CMOS……… 10

II Thực hành……… 13

1.Tên bài thực hành……… 13

2 Linh kiện………13

3 Sơ đồ khối……… 14

4, Sơ đồ thiết kế……….14

III Kết quả……… ….15

I,Cơ sở lý thuyết.

1, Tín hiệu số và ứng dụng.

a, Tín hiệu số

Tín hiệu số là tín hiệu được sử dụng để biểu diễn dữ liệu dưới dạng một chuỗi các giá trị rời rạc; tại bất kỳ thời điểm nào, nó chỉ có thể đảm nhận một trong số các giá trị hữu hạn Điều này tương phản với một tín hiệu tương tự, đại diện cho các giá trị liên tục; tại bất kỳ thời điểm nào, tín hiệu tương tự đại diện cho một số thực trong phạm vi giá trị liên tục

b, Ứng dụng

Xử lý tín hiệu số có nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ như trong lĩnh vực điện tử

y sinh, trong điều chỉnh động cơ diesel, xử lý thoại, các cuộc gọi điện thoại khoảng cách xa, xử lý tiếng nói xử lý âm thanh, , và tăng cường chất lượng hình ảnh và truyền hình Các công nghệ nén MPEG hay WMV hiện nay đều dựa trên tiến bộ của công nghệ xử lý tín hiệu số

2, Các cổng logic và thuật toán logic cơ bản.

a, Cổng NOT

- Định nghĩa: Cổng NOT là một cổng Logic thực hiện thuật toán phủ định Logic tín hiệu đầu vào

- Kí hiệu:

- Bảng trạng thái:

Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau

- Biểu thức logic:

Q =

b, Cổng AND

- Định nghĩa: Cổng AND là một cổng logic thực hiện thuật toán nhân logic các tín hiệu đầu vào

- Kí hiệu:

- Bảng trạng thái:

Nhận xét:

Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại

- Biểu thức logic:

Q = A.B

c, Cổng OR

- Định nghĩa: Cổng OR là một cổng logic thực hiện thuật toán tổng logic các tín hiệu đầu vào

- Kí hiệu:

- Bảng trạng thái:

Nhận xét:

Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các ngõ vào xuống thấp Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp các ngõ vào còn lại

- Biểu thức logic:

Q = A + B

d, Cổng NAND

- Định nghĩa: Cổng NAND là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ định tích logic các tín hiệu đầu vào

- Kí hiệu:

- Bảng trạng thái:

Nhận xét:

Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0

Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1

- Biểu thức logic:

Y =

e,Cổng NOR

- Định nghĩa: Cổng NOR là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ định tổng logic của các tín hiệu đầu vào

- Kí hiệu:

- Bảng trạng thái:

Nhận xét:

Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0

Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá trị 1

- Biểu thức logic:

Y =

3 Đại số Boole và Định lí De Morgan

a Đại số Boole

- Trong đại số trừu tượng, đại số Boole hay đại số Boolean là một cấu trúc đại

số có các tính chất cơ bản của cả các phép toán trên tập hợp và các phép toán logic Cụ thể, các phép toán trên tập hợp được quan tâm là phép giao, phép hợp, phép bù; và các phép toán logic là Và, Hoặc, Không

- Đại số Boole được đặt tên theo George Boole (1815–1864), một nhà toán học người Anh

- Đại số Boole làm việc với các đại lượng chỉ nhận giá trị Đúng hoặc Sai và có thể thể hiện hệ thống số nhị phân, hoặc các mức điện thế trong mạch điện logic

- Định nghĩa: Đại số Boole gồm 6 định lý cơ bản và một tập hợp A, được trang

bị hai phép toán nhị phân (được gọi là “AND” hay “phép nhân”), (gọi là ∧ ∨

“OR” hay “phép cộng”), một phép toán đơn nhất (gọi là “NOT” hay “phép ¬

phủ định”) và hai giá trị 0 và 1 tương ứng với mức thấp (ký hiệu ) và mức cao⊥ (ký hiệu ), giả sử , thuộc tập hợp , ta có các tiên đề sau:⊤ a b, c A

- Lưu ý rằng, phép hấp thụ có thể được loại trừ khỏi tập các tiên đề vì nó có thể được bắt nguồn từ các tiên đề khác

- Một đại số Boole chỉ với một phần tử được gọi là đại số bẩm sinh hoặc một đại số Boole thoái hoá (Một số tác giả yêu cầu 0 và 1 là các phần tử riêng biệt để loại trừ trường hợp này)

bù), hoặc từ phép hấp thụ, ta có

a b a = ∧ khi và chỉ khi a b b∨ =

b Định lí De Morgan

- De Morgan, hay còn gọi là định lý De Morgan, được phát biểu và chứng minh bởi nhà toán học và logic học người Anh sinh trưởng tại Ấn Độ tên

là Augustus De Morgan (1806-1871)

- Luật De Morgan cho rằng sự bổ sung của sự kết hợp của hai bộ là giao điểm của bổ sung của họ và phần bù của các giao điểm của hai bộ là sự kết hợp của bổ sung của họ Chúng được đề cập sau nhà toán học vĩ đại De Morgan Định luật này có thể được biểu diễn dưới dạng (A B) ‘= A’ ∩ B ∪

‘ Trong lý thuyết tập hợp , các luật này liên hệ giao điểm và sự kết hợp của các tập hợp bằng các phần bổ sung

- Theo định luật thứ nhất của De Morgan, phần bù của hợp của hai tập A và

B bằng giao của phần bù của tập A và B

- Định lý này được phát biểu và dùng lại trong lô gíc và đại số Boole như sau:

Từ hai mệnh đề trên cùng với bảng chân trị của phép hội (A.B) và phép

thể được biểu diễn bằng một mệnh đề mà chỉ bao gồm hai phép toán hội và phép nghịch đảo

- Định lý De Morgan là tiền đề cơ bản cho sự phát triển của ngành máy tính

vì chỉ cần có hai cổng điện toán - cổng đảo dấu (NOT gate) và cổng

và (AND gate) chẳng hạn - thì người ta có thể thiết lập nên bất kì một phép toán lô gíc nào bằng tổ hợp của hai cổng điện toán trên

4 Mạch dãy, mạch đếm.

a, Mạch đếm:

xảy ra sự kiện hoặc quá trình nào đó, thông thường thì có gắn với xung nhịp clock

-Mạch đếm sử dụng chip 74LS90 đây là chíp đếm thông dụng với 2 bộ đếm

5 và 2 tích hợp sẵn trong chip Từ 2 bộ đếm này kết hợp với bảng trạng thái chúng ta có thể reset bộ đếm trong khoảng từ 0 đến 10 Kết hợp nhiều chip lại chúng ta có thể đếm đến các số lớn hơn

-IC7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5

+ Bộ chia 2 do input A điều khiển đầu ra QA

+ Bộ chia 5 do input B điều khiển đầu ra QB,QC,QD (trong đó QD có trọng số lớn nhất)

b, Mạch dãy:

-Mạch tuần hoàn là mạch logic có tính chất nhớ, có khâu trễ

-Trạng thái tiếp theo của mạch phụ thuộc vào giá trị của kích thích ở lối vào

và trạng thái hiện tại của mạch

-Mạch tuần tự thường hoạt động đồng bộ theo sự điều khiển của tín hiệu nhịp clock

5.Tìm hiểu cách chế tạo IC và phân tích IC số họ TTL và CMOS.

IC họ TTL

Transistor-transistor logic hay TTL là một lớp mạch kỹ thuật số được xây

dựng từ các transistor lưỡng cực (BJT) và một số điện trở phụ trợ Tên gọi transistor-transistor logic là do nó đảm nhiệm hai chức năng, một là làm cổng logic (ví dụ AND) và hai là chức năng khuếch đại được các transistor thực hiện

- Phân loại

+ TTL ngõ ra cực thu để hở

=> Cấu trúc của một cổng nand 2 ngõ vào và có ngõ ra cực thu để hở

Cổng NAND thường sẽ tốn kém và phức tạp hơn cách cách dùng cổng NAND cực thu để hở (open colector: CO) mặc

dù cả 2 cách đều dùng để thực hiện hàm logic

+ TTL có ngõ ra 3 trạng thái

- Đặc tính điện

+ Nguồn nuôi và công suất tiêu tán: Công thức tiêu tán được nói đến để đánh giá chất lượng của IC, rõ ràng nếu mạch logic nào có nó thấp thì được đánh giá cao hơn nhưng cũng có một tiêu chuẩn khác cần quan tâm là tốc độ chuyển mạch của cổng

+ Tốc độ chuyển mạch: Tích số tốc độ - công suất càng nhỏ thì cổng càng tốt và thích hợp với nhiều ứng dụng tốc độ cao hay công suất tiêu tán thấp hay cả hai + Tính chống nhiễu: Đôi khi các điện áp và dòng điện vào ra cổng logic đã được đảm bảo ngoài vùng bất định nhưng mạch vẫn có thể hoạt động sai logic đó là do ảnh hưởng của nhiễu gồm những từ bên ngoài thâm nhập vào

+ Hệ số tải (số tỏa ra: Fanout): Hệ số tải và các thông số dòng áp vào ra ở trên được coi là thông số nền tảng để tính toán sự giao tiếp giữa các mạch TTL khác loại

*IC họ CMOS

- Cấu tạo: là một cổng NOT gồm một transistor NMOS và một transistor PMOS như hình

Đặc tính kĩ thuật

+ Công suất tiêu thụ: Khi mạch CMOS ở trạng thái tĩnh (không chuyển mạch) thì công suất tiêu tán PD của mạch rất nhỏ

+ Tốc độ chuyển mạch: Tốc độ chuyển mạch của CMOS thì nhanh hơn hẳn loại TTL do điện trở đầu ra thấp ở mỗi trạng thái Tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên khi tăng nguồn nhưng điều này cũng làm tăng công suất tiêu tán ngoài ra nó cũng còn ảnh hưởng bởi tải điện dung

+ Tính kháng nhiễu: Về giới hạn nhiễu nói chung là tốt hơn các loại TTL + Hệ số tải: Dòng ra của các CMOS khá lớn trong lúc điện trở vào của các CMOS lại rất lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dòng vào rất nhỏ nên số toả ra rất lớn

II, Thực hành.

1 Tên bài thực hành:

MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN( từ 00 đến 59)

2 Linh kiện.

S

T

T

Linh

kiện

Số

lượng Vai trò

1 Board 1 Thiết bị đơn giản cho phép tạo ra mạch điện mà không cần

phải hàn

2 IC

74SL90

2 IC 74LS90 thuộc họ TTL có công dụng đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD Cứ mỗi xung vào thì IC 74LS90 đếm tiến lên 1 và được mã hóa ra 4 chân Khi đếm đến 10 nó sẽ reset và trở về ban đầu IC 74LS90 này có ứng dụng rộng trong các mạch số ứng dụng đếm 10 và trong các mạch chia tần

3 IC

74LS47

2 IC SN7447AN là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung

Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển

4 IC

74LS00

1 IC SN7447AN là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung

Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển

5 LED 7

thanh

2 Hiển thị số đếm cho mạch đếm

6 Điện trở

4kΩ

2 Khống chế dòng điện ở mức phù hợp

7 Điện trở

2kΩ

2 Khống chế dòng điện ở mức phù hợp

8 Tụ điện

10 µF

1 Có tác dụng lọc

9 Dây dẫn

20cm

5 Kết nối các linh kiện

10 Nguồn

điện 3V

1 Cung cấp nguồn điện

3 Sơ đồ khối.

4 Sơ đồ nguyên lí.

a Sơ đồ nguyên lí

b.Sơ đồ lắp ráp

III,Kết quả.

Thông qua việc vẽ và thiết kế mạch đếm thuận(từ 00 đến 59), em đã nắm bắt được một cách cơ bản các bước, các cách, trình tự thực hiện để tạo ra một mạch hoàn chỉnh