Đồ Án kĩ thuật xung số tên Đề tài nghiên cứu, thiết kế mạch nhân hai số nhị phân 3 bit

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, những tiến bộ của khoa học kỹ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sốnghằng ngày của c

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KĨ THUẬT XUNG SỐ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH NHÂN HAI

SỐ NHỊ PHÂN 3 BIT

Giáo viên hướng dẫn: Đặng Cẩm Thạch

Sinh viên thực hiện: Vi Văn An 2020604745

Chu Đức Đạt 2020603569 Nguyễn Thành Long 2020605904

-    -

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, những tiến

bộ của khoa học kỹ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sốnghằng ngày của con người Làm cho cuộc sống của chúng ta ngày một thay đổi, vănminh và hiện đại hơn Trong đó ngành điện tử đóng vai trò quan trọng và tiên phongtạo ra hàng loạt những thiết bị trong công ngiệp, dân dụng, y tế, quân sự với độ chínhxác, tốc độ xử lý nhanh, gọn nhẹ

Tầm quan trọng và mức độ phổ biến của điện tử phần lớn là do công lao của kỹthuật số Những thiết bị như: máy tính bỏ túi, đồng hồ, máy DVD, điện thoại di động,máy ảnh KTS, máy tính cá nhân đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống chúng ta

Kỹ thuật số là một môn học không thể thiếu của sinh viên ngành điện nói chung

và ngành điện tử nói riêng Để góp phần sự phát triển nền khoa học kỹ thuật hiện nay,nhóm chúng em đã tìm hiểu sơ lược và được sự tư vấn nhiệt tình từ các thầy cô hướngdẫn bộ môn, chúng em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế mạch nhân hai số nhị phân 3 bit ”trong phạm vi môn học với mong muốn học hỏi thêm kiến thức

Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất đếnCô– người trực tiếp hướng dẫn thực hiện, nghiên cứu môn học, đã hết sức tạo điềukiện, tận tình hướng dẫn và động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên cứunày Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô khoa Điện –Điện tửnói chung và chuyên ngành Cơ Điện Tử nói riêng của trường Đại Học Công Nghiệp

Hà Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết về chuyênngành, cũng như đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi

để chúng em được học tập, nghiên cứu, thực hiện hoàn thành bài tập lớn môn học “Kĩthuật xung số” này

2

MỤC LỤC

Lời nói đầu 2

Chương: 1 Giới thiệt tổng quát 6

1.1 Tổng quan 6

1.2 Mục đích nghiên cứu 6

1.3 Đối tượng nghiên cứu 6

1.4 Phạm vi đề tài 7

1.5 Ý nghĩa thực tiễn 7

Chương: 2 Tính toán, thiết kế, mô phỏng 8

2.1 Sơ đồi khối tổng quát của mạch 8

2.2 Phân tích chứng năng sơ đồ khối 8

2.2.1 Khối nguồn 8

2.2.2 Khối phím công tắc bit 9

2.2.3 Khối nhân hai số nhị phân 3 bit 10

a Cộng số nhị phân 10

b Bộ bán tổng (Half adder) 10

c Bộ tổng đầy đủ (Full adder) 11

d Mạch nhân hai số nhị phân 13

2.2.4 Khối hiển thị 16

Chương: 3 Thiết kế, mô phỏng hệ thống và tiến hành làm mạch 18

3.1 Mạch nguyên lý 18

3.2 Thiết kế và mô phỏng mạch in trên phần mềm 20

kết luận 25

PHỤ LỤC 26

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.2.1 Công tắc bit 3P 9

Hình 2.2.2 Sơ đồi kí hiệu bộ bán tổng 10

Hình 2.2.3 Sơ đồ logic bộ bán tổng 11

Hình 2.2.4 Sơ đồ kí hiệu bộ tổng đầy đủ 12

Hình 2.2.5 Sơ đò logic bộ tổng đầy đủ 13

Hình 2.2.6 Mạch điện 15

Hình 2.2.7 Khối hiển thị LED 16

Hình 3.1.1 mạch nguyên lý của đề tài 18

Hình 3.1.2 Các tín hiệu ở trạng thái ban đầu 19

Hình 3.1.3 Ví dụ mô phỏng 20

Hình 3.2.1 Sơ đồ đi dây trong mạch in 21

Hình 3.3.1 Mạch được in ra giấy in 21

Hình 3.3.2 Là mạch in 22

Hình 3.3.3 Ăn mòn đồng 22

Hình 3.3.4 Khoan mạch 23

Hình 3.3.5 Mô hình 3D mạch 24

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.2.1 Thông só công tắc bit 9

4

Bảng 2.2.2 Bảng trạng thái bộ bán tổng 11

Bảng 2.2.3 Trạng thái bộ tổng đầy đủ 13

Bảng 2.2.4 Thông số LED hiển thị 17

Bảng 3.1.1 Giá trị ở trạng thái ban đầu 19

Bảng 3.1.2 Giá trị mô phỏng 20

CHƯƠNG: 1 GIỚI THIỆT TỔNG QUÁT

1.1 TỔNG QUAN

Trong ngôn ngữ máy tính, các phép toán trên thao tác bit (tiếng Anh: bitwise

operation) được thực hiện trên một hoặc nhiều chuỗi bit hoặc số nhị phân tại cấp độ

của từng bit riêng biệt Các phép toán này được thực hiện nhanh, ưu tiên, được hỗ trợtrực tiếp bởi vi xử lý, và được dùng để điều khiển các giá trị dùng cho so sánh và tínhtoán

Đối với các loại vi xử lý đời cũ, thường thì các phép toán trên thao tác bit nhanhhơn phép chia đáng kể, đôi khi nhanh hơn phép nhân, và đôi khi nhanh hơn phép cộngđáng kể Trong khi các vi xử lý hiện đại thường thực hiện phép nhân và phép cộngnhanh tương đương các phép toán trên thao tác bit nhờ vào cấu trúc đường ống lệnhcủa chúng dài hơn và cũng nhờ vào các lựa chọn trong thiết kế cấu trúc, các phép toántrên thao tác bit thường sử dụng ít năng lượng hơn vì sử dụng ít tài nguyên hơn

Phép tính nhân trong hệ nhị phân cũng tương tự như phương pháp làm trong hệthập phân Hai số A và B được nhân với nhau bởi những tích số cục bộ: tích của mỗicon số ở A với từng con số ở B được tính và viết xuống một hàng mới, mỗi hàng mớiphải chuyển dịch vị trí sang bên trái cho con số cuối cùng ở bên phải đứng cùng cộtvới vị trí của con số ở trong B đang dùng Tổng của các tích cục bộ này cho ta kết quảtích số cuối cùng

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

 Quy trình thiết kế của mạch tổ hợp

 Phần mềm mô phỏng proteus

 Phần mềm vẽ mạch in Altium 18

 Cấu tạo, cách hoạt động của các vi mạch tổ hợp.\

 Các linh kiện điện tử cơ bản

 Quy trình chế tạo mạch in PCB thủ công

 Kĩ năng khoan, hàn mạch điện tử

1.4 PHẠM VI ĐỀ TÀI

 Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số

 Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, mạch in PCB, linh kiện điện tử căn bản

 Đảm bảo an toàn khi gia công cũng như việc hàn mạch

1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN

 Nắm bắt phương pháp thiết kế mạch tổ hợp.

 Thực hành quy trình chế tạo mạch in PCB.

 Nâng cao kĩ năng khoan và hàn mạch điện tử.

 Hiểu rõ chức năng của phương pháp nhân 2 số 3 bit.

Chương: 1

CHƯƠNG: 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG

2.1 SƠ ĐỒI KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MẠCH

2.2 PHÂN TÍCH CHỨNG NĂNG SƠ ĐỒ KHỐI

Khối phím

công tắc bit

Khối nguồn

Hình 2.2.1 ngu n 5V ồ

2.2.2 Khối phím công tắc bit

khối phím công tắc đưa ra tín hiệu bit 0 và 1 tương ứng với từng bit trong hai số nhịphân 3 bit A và B

Hình 2.2.2 Công t c bit 3P ắ

Vật liệu tiếp điểm Đồng mạ nikel

B ng ả 2.2.1 Thông só công t c bit ắ

2.2.3 Khối nhân hai số nhị phân 3 bit

12

Ci-1: số nhớ của cột có trọng số nhỏ hơn bên canh đưa đến

Ci: số nhớ đưa đến cột có trọng số lớn hơn bên cạnh

d Mạch nhân hai số nhị phân

Thực chất của phép nhân là phép cộng nhiều lần Trước tiên ta xét ví dụ nhân nhị phânsau

Số nhân A 0111 = 7

Số nhân B 1110 = 14

00000111011101111100010

Tổng quát : cho 2 dãy số nhị phân A và B, phép nhân được thực hiện như sau:

Mạch điện chi tiết của bài toán nhân này có thể sử dụng 9 cổng AND và 3 mạchcộng bán phần và 3 toàn phần:

Hình 2.2.7 M ch đi n ạ ệ

B ng ả 2.2.4 Thông s LED hi n th ố ể ị

16

CHƯƠNG: 3 THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ TIẾN

Ở trạng thái ban đầu các led tắt.

Giá trị A: 0 Giá trị B: 0 Tích AB: 0

B ng ả 3.1.5 Giá tr tr ng thái ban đ u ị ở ạ ầ

L: Mức logic thấp ON: Đèn sáng

H: Mức logic cao OFF: Đèn tắt

18

Hình 3.1.10 Các tín hi u tr ng thái ban đ u ệ ở ạ ầ

Ở trạng thái mô phỏng

A2 A1 A0 B2 B1 B0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 Trạng

thái H L H H H L OFF ON ON ON ON OFF

Giá trị

22 0 20 22 21 0 0 24 23 22 21 0 Giá trị A: 5 Giá trị B: 6 Tích AB: 30

B ng ả 3.1.6 Giá tr mô ph ng ị ỏ

3.2 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH IN TRÊN PHẦN MỀM

Vẽ mạch in trên Altium 18

Hình 3.1.11 Ví d mô ph ng ụ ỏ

Bước 2: Là mạch in Ta tiến hành dùng nhiệt độ cao để làm cho mực bám hết lên trênphíp đồng.

Bước 3: Ăn mòn đồng Sau khi mực được bám hết lên phíp đồng ta tiến hành ngâmphíp đồng trong dung dịch muối ăn mòn hoặc FeCl3 để đồng không được che phủ bởimực sẽ bị phản ứng hóa học ăn mòn để lộ ra những đường dây

Bước 4: Khoan mạch Sau khi loại bỏ được đồng thừa và lộ ra được đường điện ta tiếnhành khoan chân linh kiện

Hình 3.3.14 Là m ch in ạ

Hình 3.3.15 Ăn mòn đ ng ồ

Bước 5: Lắp linh kiện và hàn Lắp linh kiện vào các vị trí như đã mô phỏng trên phầnmềm và ta tiến hành hàn.

Bước 6: Chạy thử và hoàn thiện

22

Hình 3.3.16 Khoan m ch ạ

Hình 3.3.17 Mô hình 3D m ch ạ

KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã tiếp thu đượcthêm nhiều kiến thức, tìm kiếm thêm các nguồn tài liệu để bổ sung thêm kiến thức đểhoàn thành đồ án Nhóm em đã biết cách thiết kế, lựa chọn các linh kiện phù hợp với

đề tài Việc hoàn thành tốt đồ án kỹ thuật xung số này là cơ sở để nhóm em thực hiệnnhững đồ án quan trọng sau này như đồ án cơ điện tử và đồ án tốt nghiệp

Tuy rằng hệ thống đã hoạt động tốt theo yêu cầu đặt ra, nhưng không thể tránh khỏisai sót trong quá trình vận hành và điều khiển hệ thống Vì vậy, nhóm chúng em rấtmong nhận được những góp ý để hoàn thành hệ thống tốt hơn Xin chân thành cảm ơn!

24

VCC: Nguồn cấp GND: Nối đất

Chân 1,2; 4,5; 9,10; 12,13 : Các cặp đầu vào

Chân 3, 6, 8, 11: Các đầu ra AND

Tốc độ lan truyền: 7ns với mức LOW, 12ns với mức HIGH

VCC: Nguồn cấp

GND: Nối đất

Chân 1,2; 4,5; 9,10; 12,13 : Các cặp đầu vào

Chân 3, 6, 8, 11: Các đầu ra XNOR

 Tổng quan về IC 74HC32

Là IC logic 4 cổng OR độc lập 2 đầu vào sử dụng trong các ứng dụng so sánhtrạng thái tín hiệu