thiết kế mạch điện dựa vào thời tiết để tăng năng suất trong nông nghiệp v

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬBÁO CÁOMÔN: ĐIỆN TỬ SỐBài tập 01: Tuần 04-06Thành viên:... Tối ưu không hiệu quả.b Đối với Maxterm... 1 Mô phỏng hoạt động của mạch điện tử t

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

MÔN: ĐIỆN TỬ SỐ

Bài tập 01: Tuần 04-06

Thành viên:

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

A ĐỀ BÀI 2

B GIẢI BÀI TOÁN 3

I Câu 01 4

II Câu 02 6

C THAM KHẢO 10

ĐỀ BÀI

Thiết kế mạch điện, dựa vào thời tiết để tăng năng suất trong nông nghiệp với

mô tả sau:

a) Xác định đầu vào:

- Đầu vào 1 (A): Cảm biến độ ẩm của đất (Soil Moistructure sensor) để do mức độ ẩm của đất (0: <60%; 1: >60%)

- Đầu vào 2 (B): Cảm biến nhiệt độ và ô nhiễm không khí (0: nhiệt độ <30 độ

C và không khí tốt; 1: nhiệt độ >30 độ C và không khí kém)

- Đầu vào 3 (C): Cảm biến mưa (Rain sensor) để xác định trạng thái có mưa hay không (0: không mưa; 1: có mưa)

- Đầu vào 4 (D): khoảng thời gian (0: sáng, 1: tối)

b) Xác định đầu ra:

- Đầu ra 1 (X): Bơm nước (water pump) để tưới nước cho vườn

- Đầu ra 2 (Y): Bật đèn LED

- Đầu ra 3 (Z): Bật quạt

GIẢI BÀI TOÁN

1) Mô tả yêu cầu bằng bảng chân lý

2) Biểu diễn biểu thức logic cho hàm đầu ra dưới dạng tổng các minterm và tích các maxterm?

a) Dưới dạng tổng các minterm:

- X = f 1 (A , B , C , D)=∑m(0,1,4,5,12,14

- Y = f2(A , B , C , D )=∑m(1,3,5,9,1

- Z = f (A , B , C , D)=∑m(4,5,12 15 −

4 b) Dưới dạng tích các maxterm

- X = g 1 (A , B , C , D )=∏M ( ¿ 2,3,6 11,13,15) − ¿

- Y = g 2 (A , B , C , D )=∏M ( ¿ 0,2,4,6−8,10,12 15) − ¿

- Y = g 3 (A , B , C , D )=∏M ( ¿ 0−3,6−11) ¿

3) Tối ưu các hàm đầu ra bằng phương pháp dùng bìa Các-nô cho 2 trường hợp: tối ưu theo minterm và tối ưu theo maxterm?

a) tối ưu theo minterm

- Đầu ra 1 (X):

=> Áp dụng phương pháp bìa Các-nô ta có hàm đầu ra:

+) Prime Implicants (PI) and Essential PI:(1), (2)

+) Non-essential PI: None

+) Chúng ta có: X =f1( A , B , C , D )= (1)+( ) 2

=> 1 hàm tối ưu: X =f 1 ( A , B , C , D )= A '

C '

+ ABD

- Đầu ra 2 (Y):

=> Áp dụng phương pháp bìa Các-nô ta có hàm đầu ra: +) Prime Implicants (PI) and Essential PI: (1), (2) +) Non-essential PI: None

+) Chúng ta có: Y =f2(A , B , C , D )=(1 )+(2)

=> 1 hàm tối ưu: Y =f 2 (A , B , C , D)=B ' D+A ' C ' D

- Đầu ra 3 (Z):

=> Áp dụng phương pháp bìa Các-nô ta có hàm đầu ra: +) Prime Implicants (PI) and Essential PI: (1), (2)

+) Non-essential PI: None

+) Chúng ta có: Z=f 3 ( A , B , C , D )=(1 )+( ) 2

=> 1 hàm tối ưu: Z=f 3 ( A , B , C , D )=AB+BC

b) tối ưu theo maxterm

- Đầu ra 1 (X):

=> Áp dụng phương pháp bìa Các-nô ta có hàm đầu ra: +) Prime Implicants (PI) and Essential PI:(1), (2), (3) +) Non-essential PI: None

+) Chúng ta có: X =f1( A , B , C , D )= (1)(2)(3)

=> 1 hàm tối ưu: X =f 1 ( A , B , C , D )=( A ¿¿ '+B)( A ' +D ' )(A +C ' )

- Đầu ra 2 (Y):

=> Áp dụng phương pháp bìa Các-nô ta có hàm đầu ra: +) Prime Implicants (PI) and Essential PI: (1), (2), (3) +) Non-essential PI: None

+) Chúng ta có: Y =f 2 ( A , B , C , D )=(1 ) (2)(3)

=> 1 hàm tối ưu: Y =f 2 ( A , B , C , D)=D( A '

+B '

)( B ' ) +C '

- Đầu ra 3 (Z):

=> Áp dụng phương pháp bìa Các-nô ta có hàm đầu ra:

8 +) Prime Implicants (PI) and Essential PI: (1), (2)

+) Non-essential PI: None

+) Chúng ta có: Z=f3( A , B , C , D )=(1 )+( ) 2

=> 1 hàm tối ưu: Z=f 3 ( A , B , C , D )=B ' (A +C '

4) Viết biểu thức dạng hàm tối ưu chung, gồm tất cả các Essential Prime Implicants, Non-essential Implicants cho 2 trường hợp tối ưu trên

a) Đối với minterm:

- Chúng ta có hàm tối ưu của từng đầu ra là:

X =f 1 ( A , B , C , D )= A ' C ' + AB D

Y =f 2 ( A , B , C , D)=B ' D+ A ' C ' D Z=f3( A , B , C , D )=AB+BC

- Từ các phần tử được highlight như trên, ta có thể thấy các đầu vào có thể chia sẽ chung terms ( A ¿¿ ' C '

D) ¿ và ( AB D '

=> Biểu thức dạng hàm tối ưu chung:

X =f 1 ( A , B ,C , D )= A '

C ' D+ AB D

Y =f 2 ( A , B , C , D)=B ' D+ A ' C ' D Z=f3( A , B , C , D )=ABD ' +BC b) Đối với maxterm:

- Chúng ta có hàm tối ưu của từng đầu ra là:

X =f 1 ( A , B , C , D )=( A ¿¿ '+B)( A '

+D '

)(A +C ')

Y =( A , B , C , D)=D( A '

+B '

)( B ' ) +C '

Z=f 3 ( A , B , C , D )=B '(A+C ')

- Từ các phần tử được highlight như trên, ta có thể thấy các đầu vào có thể chia sẽ chung term ( A ¿¿ ' +C ' ) ¿

=> Biểu thức dạng hàm tối ưu chung:

X =f 1 ( A , B , C , D )=( A ¿¿ '+B)( A '

+D '

)(A +C ')

Y = ( A , B , C , D )=D( A ' +B ' )( B ' +C ' ) Z=f 3 ( A , B , C , D )=B '(A+C ')

5) Tính chi phí cho các dạng hàm tối ưu trên và cho nhận xét

a) Đối với Minterm

- Tính chi phí: Hàm sau khi tối ưu chung cần 9 cổng (6AND, 3OR) và 22 inputs

- Nhận xét Hàm tối ưu sau yêu cầu cần cổng và inputs so sánh với ban đầu là 9: cổng và 20 inputs nên đã nhiều hơn 2 inputs Tối ưu không hiệu quả

b) Đối với Maxterm

- Tính chi phí: Hàm sau khi tối ưu chung cần 9 cổng (6 AND, 3OR) và inputs

- Nhận xét Hàm tối ưu sau yêu cầu cần 9 cổng và 22 inputs so sánh với ban đầu là:

9 cổng và 22 inputs nên đã ít hơn Tối ưu có hiệu quả

6) Đưa ra danh sách IC điện tử logic cần thiết để thực hiện cho mạch điện

tử cho các dạng hàm trên

- Dựa trên các dạng hàm trên chúng ta cần các IC điện tử sau:

+) IC AND 3 ngõ vào 74HC11

+) IC OR 2 ngõ vào 74LS32

+) IC NOT 74LS04

1) Mô phỏng hoạt động của mạch điện tử trên máy tính, dung phần mềm Proteus

- Đối với dạng hàm Minterm:

2) Mua link kiện điện tử để cắm mạch điện trên bo mạch trắng? Hiển thị trạng thái đầu vào và đầu ra bằng đèn LED đơn?

- Dựa trên mục I.6, nhóm liệt kê ra các linh kiện cần mua gồm:

- Thực tế do cửa hàng hết IC 74LS11 nên phải thay bằng 74LS08

3) Hãy đưa các tổ hợp đầu vào theo bảng chân lý, đọc kết quả đầu ra xem

có đúng hay không?

- Sử dụng Proteus để vẽ mạch tương ứng và thử tất cả các đầu vào thebảng chân lý Kết quả nhận được giống với tất cả đầu ra, ta thấy mạch chạy đúng theo mô tả của bảng chân lý

4) So sánh và nhận xét kết quả mô phỏng trên phần mềm và kết quả thực tế

- Thực hiện tất cả đầu vào với logic 1 cắm đầu dương và logic 0 cắm đầu âm thì đèn sáng đúng theo bảng chân lí với 1 là đèn tắt, 0 là đèn sáng

- Kết quả chạy trên phần mềm và kết quả chạy trên mạch là giống nhau

* Cách thức thực hiện trong video:

- Các đầu vào A,B,C,D và đầu ra X,Y,Z logic 1,0 được viết trên giấy

- Đầu tiên tất cả đầu vào cắm vào đầu dương, lần lượt chuyển thử các trường hợp logic ABCD: 1111, 1110, 1100, 1000, 0000 và theo dõi kết quả đầu ra theo đèn

THAM KHẢO

1 Các kiến thức cơ bản về điện tử số:

slide bài giảng TSK – T.S Hoàng Mạnh Thắng

2 Cách tính toán hàm tối ưu chung:

https://electronics.stackexchange.com/questions/17655/karnaugh-mapping-with-two-outputs

3 Tài liệu tham khảo phương pháp tối ưu hóa mạch điện tử có nhiều đầu

ra (Trang 163):

https://highered.mheducation.com/sites/dl/free/0072865164/147282/mar65164_ch03 A.pdf

4 Hướng dẫn sử dụng Proteus:

https://dammedientu.vn/huong-dan-ve-mach-proteus-chuyen-nghiep-tu-z

a) Linh kiện điện tử 3M:

14

b) Linh kiện điện tử Minh Hà:

c) Tổng chi cho linh kiện:

********************************************************* Cảm ơn thầy đã đọc bài báo cáo của nhóm Rất mong nhận được những lời nhận

xét, đóng góp từ thầy ạ !!!