Luận văn Thiết kế bộ giải mã nhị phân 16 bit ra

Luận văn Thiết kế bộ giải mã nhị phân 16 bit ra

Luận văn Thiết kế bộ giải mã nhị phân 16 bit ra

MỤC LỤC

BHAN¡T THIẾT KE GHI tu anonueanidnuiantkistivgtioigflousygagtaagaa 3 L_ LÝ THUYẾT -.-¿-2222+22EEvctEEEEEEevrrrrrrrrrrrrrrree 3

1 Khái niệm và chức năng của mạch giải mã - - 3

9 Sơ đồ rạch bên cáo THÔ osoaoanidgud kia da, G81 l0.8G8-0181020010800024400 3

1 Phan tich yéu cau dé bai .ccccsssecssssssessccsssseccsssseccsssusesecssseecessseccesseee 5

2 Bang teatig KHÁI¿:ccccooliö¿00,20020ANĂA46GG16A800120886.22@s 5

ID; \0)8i1801/005:/0)627 11

Ï MÙNG 21G7TAlRliỗcuagnnavantststoindogttudgigaseoaspagtasg 11

1 Giới thiệu về IC 74LS138

2 Tiến hành mô phỏng dùng 2 IC 74LS138

II Dùng IC 74LS154

1 Giới thiệu về IC74LS154

2 Tiến hành mô phỏng dùng IC 74154

3 Kếtluận

8ì 0‹ lo 16

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiễn của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện dai

hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố

rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp

ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Trong các hệ thống số kể cả viễn thông, máy tính; các đường điều khiển tuỳ chọn hay dữ liệu được truyền đi hay xử lí đều phải ở dạng số hệ 2 chi gồm 1 và 0; có nhiều đường tín hiệu chỉ có 1 bït như đường điều khiển mở nguồn cho mạch ở mức l;

rồi có nhiều đường địa chỉ nhiều bit chẳng hạn 110100 để CPU xác định địa chỉ

trong bộ nhớ; rồi dữ liệu dạng hex gửi xuống máy in cho in ra kí tự Tất cả các

tổ hợp bit đó được gọi là các mã số (code) hay mã Và mạch tạo ra các mã số

gọi là mạch mã hoá (lập mã: encoder) Tuy nhiên, nếu như vẫn để ở dang mã

hóa như vậy thì con người sẽ không thể hiểu được Hãy tưởng tượng nếu màn

hình máy tính của bạn chỉ hiển thị lên các con số 0 và 1 thì liệu bạn có thể hiểu

được thông tin dé không

Xuất phát từ những yêu cầu đó, chúng em đã nhận bài tập lớn tìm hiểu về:

“ Thiết kế bộ giải mã nhị phân 16 bit ra”

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bài làm của chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong thay cô trong bộ môn góp ý dé

bài tập của em được hoàn thiện hơn

Trong quá trình làm bài tập em được sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô

trong khoa Công nghệ tự động trường đại học điện lực, đặc biệt là thầy Nguyễn

Ngọc Khoát đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trên lớp Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô trong khoa Công nghệ tự động thầy Nguyễn Ngọc Khoát đã hướng dẫn cho chúng em hoàn thành bài tập này

PHAN I: THIET KE CHINH

I LY THUYET

1 Khái niệm và chức năng của mạch giải mã

Mạch giải mã là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá tức là nếu

có 1 mã số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1 ngõ ra được tác động, mã ngõ vào thường ít hơn mã ngõ ra Tất nhiên ngõ vào cho phép phải được bật lên cho chức năng giải mã Mạch giải mã được ứng dụng chính trong ghép kênh dữ liệu,

hiển thị led 7 đoạn, giải mã địa chỉ bộ nhớ Hình dưới là sơ đồ khối của mạch

giải mã

Khối

nguồn

Khối Khối Khối

mã giải hiển

Khối

điều

khiển

Hình 1: Sơ đồ khối quá trình hiển thị thông tin

Chức năng từng khối

- Khối nguồn: cung cấp nguồn điên cho mạch hoạt động Nguồn là điện áp 1 chiều 5V,ta có thể sử dụng IC 7805 ổ áp cung cấp 2 mức điện áp cho toàn mạch

là +12vol và +5vol.Hoặc dùng sạc điện thoại để cung cấp nguồn cho mạch

- Khối điều khiển:là khối điều khiển hoạt động của toàn mạch

- Khối mã hóa: có ác dụng chuyền tín hiệu đầu vào sang dạng nhị phân

- Khối giải mã: ta có thể ding IC 741s154 hoặc ghép nói 2 IC 74Is138: Đây là

IC giải mã 4 đầu vào —> 16 đầu ra chuyển từ mã nhị phân sang các số tương

ứng được hiển thị trên màn hình

- Khối hiển thị: là màn hình hiển thị tín hiệu vừa được giải mã

2 Sơ đồ mạch của các khối

a) Sơ đồ mạch khối nguồn

- Khối nguồn lấy nguồn AC_ 220V từ điện lưới gia đình, dùng biến thế hạ áp xuống 12Vol_AC, khi qua cầu chỉnh lưu được DC_ 12V, dùng IC 7805 ổ áp

cung cấp 2 mức điện áp cho tồn mạch là +12vol và +5vol

TRI BR1 +ià_ BE

KA7805 E—+ ‹ -®a_DC

220 vol_/ vol_AC '12vol_ AC vol_ Ts +s i + me ome

ai NGUON +

Hình 2: Sơ đồ mạch khối nguồn

Hoặc ta cũng cĩ thể lấy trực tiếp sạc điện thoại dùng làm nguồn cho mạch

b) Sơ đồ mạch khối mã hĩa

fe

a | 1

: ` Hĩa A gb

ae |]

Hình 3: Sơ đồ khối khối mã hĩa

e) Sơ đồ khối mạch giải mã

A3] machl—~

mar | gial —

An | 1 —X"

Hình 4: Sơ đồ khối mạch giái mã

Il THIET KE MACH GIAI MA NHI PHAN

1 Phân tích yêu cầu dé bai

- Dau vao:n

- Daura: 2"=16

=> Dau vaon=4

Y1

Xe DECODER + — Y3

x3

Hình 5: Sơ đồ khối mạch giải mã 4-16

Trong đó:

- Xo, X14, Xa, #a là các ngõ tín hiệu đầu vào

~ To, 1 Y+s là các tín hiệu đầu ra

2 Bảng trạng thái

Nguyên tắc:

- Ung v6i mỗi I tổ hợp biến đầu vào chỉ có 1 đầu ra được tích cực

- Néu 1 dau ra được tích cực tất cả đầu ra còn lại không được phép tích cực

5

phân sang dạng mã thập phân ở ngõ ra tương ứng, cụ thể như sau:

Ta có bảng trạng thái mô tả hoạt động của mạch:

Mạch giải mã nhị phân thực hiện biến đổi tín hiệu ngõ vào từ dạng mã nhị

0 —0000 10001 2—0010 3—0011

4 —>0100 5—0101 6—0110 7T—0111

8 1000 9—>1001 10—>1010 1I1—1011

12-1100 13-1101 14-1110 151111

a) Trường hợp 1: Mức tác động (tích cực) ở ngõ vào là mức l (tích cực

mức cao)

Biên dau vào Biến đầu ra (y)

x3 x2 xI x0| I5 14 13 12 11 109876543210

0 0 0 010 0 0 0 0 0 0000000001

0 0 0 110 0 0 0 0 00000000010

0 0 1 0) 0 0 0 0 0 00000000100

0 0 1 110 0 0 0 0 00000001000

0 1 0 010 0 0 0 0 00000010000

0 1 0 110 0 0 0 0 00000100000

0 1 I1 010 0 0 0 0 00001000000

0 1 1 1/0 0 0 0 0 00010000000

1 0 0 010 0 0 0 0 00100000000

1 0 0 110 0 0 0 0 01000000000

10 1 010 0 0 0 0 1 0000000000

10 1 110 0 0 0 1 0 0000000000

1 1 0 010 0 0 1 0 00000000000

1 1 0 110 0 1 0 0 00000000000

1 1 1 010 1 0 0 0 00000000000

1 I1 I IỊ 1 0 0 0 0 0 0000000000

Bảng 1: Bảng trạng thái mức tích cực cao

Giải thích bảng trạng thái: Khi xuất hiện một tín hiệu ở ngõ vào thì ở một

ngõ ra xuất hiện mã tương ứng ở trạng thái tích cực ( mức logic 1) các ngõ ra

còn lại không được tích cực (mức logic 0) Cụ thể là: khi ngõ vào là 0000 thì mã

ở ngõ ra xuất hiện là y„= 1, còn các ngõ ra còn lại bằng 0 Khi ngõ vào là 0001 thì ngõ ra xuất hiện là y¡= 1, còn các ngõ ra còn lại bằng 0

Phương trình logic tối giản:

Vn = Ky i, Via = 3à 85%, Vig = HX #;É

Vis = XX j%X2%3

Vé mach logic:

- Dung NAND

X0 XI Xê X3

Hình 6:Mạch logic tích cực mức cao dùng NAND

- DùngNOR

Y0

XO X1 X2 X3

Hình 7: Mạch logic tích cực mức cao dùng NOR

b) Trường hợp 2: Mức tác động (tích cực) ở ngõ vào là mức 0 (tích cực mức thấp)

Đối với mạch giải mã có mức tác động ở ngõ vào là mức 0, ta cũng tiến hành làm các bước như ở mạch giải mã có mức tác động ở mức cao Có điểm khác

nhau đó là: Ở mức tích cực mức thấp khi xuất hiện một tín hiệu ở ngõ vào thì

ở một ngõ ra xuất hiện mã tương ứng ở trạng thái tích cực ( mức logic 0) các ngõ ra còn lại không được tích cực (mức logic 1) Cụ thẻ là: khi ngõ vào là

0000 thì mã ở ngõ ra xuất hiện là yạ= 0, còn các ngõ ra còn lại bằng 1 Khi ngõ vào là 0001 thì ngõ ra xuất hiện là 7= 0, còn các ngõ ra còn lại bằng 1

Ta có bảng trạng thái mô tả hoạt động của mạch:

x

Bảng 2: Bảng trạng thái mức tích cực thâp

Selene

Ln

|lSl—=——=—====—=—-=—=—=e e—=—"

NAl——=-=-a-=-=E-=—=—=—===ece-=-

eSl©==ac-=ac-ac-ec-ec-c-ac- a

zlrl©ễcC—==cc ecc ecc eo

=I3lễccc-s-e-e-ecccc -—¬

#|llễcocccccc-a-e-e=————-

*%o 3X) X2:

Y=

Phương trình logic tối giản:

X%oXIX;%¿

4=

%oXt%2 Xa

XXX Xs

XoXiX2X;

Ve =

XoXtX25a

ì=

XX X2%X3

Vio =

XX X2%X3

Vo =

XX XyX3

Vig =

XoXIXa%*a

Vis =

*oXIXa*a

Vi2 =

XoXi%2%;

Vis =

'Vẽ mạch logic:

- DùngNAND

X0 XI Xê X3 Hình 8: Mạch logic tích cực mức thấp dung NAND

- DtngNOR

X0 XI Xê X3 Hình 9: Mạch logic tích cực mức thap dung NOR

10

PHAN II: MÔ PHÒNG

1 Giới thiệu về IC 74LS138

74LS138 là IC MSI giải mã 3 đường sang § đường hay tách kênh I đường sang

§ đường thường dùng và có hoạt động logic tiêu biểu, nó còn thường được dùng

như mạch giải mã địa chỉ trong các mạch điều khiển và trong máy tính

Sơ đồ chân và kí hiệu logic như hình dưới đây :

Vẹc 0 G2 0; 0, 0 0% {Fo đi

Ap Ay aE

3 74LS13§

° 9 04 02 03 O¿ 0s Oạ O7

Hình 10: Kí hiệu khối và chân ra của 74LS138

Trong đó:

A0, AI, A2 là 3 đường địa chỉ ngõ vào

EI, E2 là các ngõ vào cho phép (tác động mức thấp)

E3 là ngõ vào cho phép tác động mức cao

O0 đến O7 là 8 ngõ ra (tác động ở mức thấp )

Cấu trúc bên trong 74LS138:

OWI gacrens

Oz chân

AM Áo

Hình 11: Cấu trúc bên trong 74LS138

11

Hoạt động giải mã như sau :

Đưa dữ liệu nhị phân 3bit vào ở C, B, A(LSB), lấy dữ liệu ra ở các ngõ O0 đến

O7; ngõ cho phép E2 và E3 đặt mức thấp, ngõ cho phép E1 đặt ở mức cao Chẳng hạn khi CBA là 001 thì ngõ O1 xuống thấp còn các ngõ ra khác đều ở cao

Ta có thể ghép nối 2 IC 74LS138 dé dùng cho mạch giải mã 4 đầu vào 16

đầu ra theo sơ đồ sau:

D,

Ð; Di

Đ

5

Hình 16: Sơ đồ ghép nối 2 IC 74LS138

2 Tiến hành mô phóng dùng 2 IC 74LS138

a) Những linh kiện cần thiết

- IC TIMER 555 ding dé tao xung theo thời gian

- IC 7493 c6 tac dung đếm xung đầu vào

-_ Led-red,, điện trở, tụ điện, nguồn điện

b) Mô phỏng

+i—dQ

N—d

——d~+

ì›—d +à—d

12

A

R10 = 4k7

us “|

Lida ga

~

$s

E1

= 74LST28 XấếXếấãố

R0đ) R02)

7403

+8V,

n »e065660862 Hình 17: Sơ đồ mô phỏng mạch giải mã ghép 2 IC 74LS138

II Ding IC 74LS154

1 Giới thiệu về IC74LS154

74154/LS154 là IC giải mã 4 sang 16 đường hay tách kênh I sang 16 đường

Sơ đồ chân của IC 74LS154

S2Qe2@e2R as Ễ

2

TTETETETETETETETETETET BBBBBBBBBB§B

ma 2 1

Hình 18: Sơ đồ chân của IC 74LS154

13

Trong đó:

A0, AI, A2, A3 là 4 đường địa chỉ ngõ vào

E0, E1 là các ngõ vào cho phép

Q0 đến Q15 là 16 ngõ ra

2 Tiến hành mô phỏng dùng IC 74154

+5

Ạ

R10

U8 “| UNG TL 12QcxA Lid oa ee peor

cv

=e ci

= to; —2- ee emt 2 l go_23 TF = ab2—

S4 |B b4

c2 D 3sb—>*

4u7 ie ape e

E2 spi

TẾ = a — a ề Pao ie

"bệ 14_ 2 7

12 ae

ups

+8 74154 opis

osseesees

Hình 19: Sơ đồ mô phỏng mạch giải mã dùng IC 74154

3 Kết luận

-_ Mạch giải mã được sử dụng rất rộng rãi và được ứng dụng chính trong

ghép kênh dữ liệu, hiển thị led 7 đoạn, giải mã địa chỉ bộ nhớ

-_ Hai mạch giải mã trên đều có ưu điểm là:

+ Mach đơn giản và dễ sử dụng, hoạt động chính xác, linh kiến dễ tìm

kiếm, giá thành rẻ

+ Có thể ghép nói nhiều IC để sư dụng cho các mạch giải mã có yêu cầu đầu ra lớn

14

- Tuy nhién vẫn còn một số khuyết điểm như : nếu mạch yêu cầu rất nhiều đầu ra thì cần phải ghép nói rất nhiều IC và có thể làm cho mạch khá

phức tạp và cồng kểnh

-_ Mạch giải mã trên còn có thẻ thiết kế và mô phỏng bằng các phần tử logic

như NAND, NOR, AND, NOT tuy nhiên mạch sẽ cần rất nhiều linh

kiện và phức tạp

15

Tài liệu thai khảo

Lương Ngọc Hải, Lê Hải Sâm, Điện Tử Số Nhà xuất bản giáo dục 2010

http:/www.dientuvietnam.net/forums/ho-tro-hoc-tap-165/mach-su-dung- ic-74138-va-ic-7493-a-29099/

http:/Avww.scribd.com/doc/53416490/39/III-IC-74LS 154

4 http://www.ddth.com/showthread.php/210692-hoi-ve-mach-giai-ma-nhi-

phan-bat-phan.html

http:/Avww.dientuvietnam.net/forums/ky-thuat-mach-logic-dien-tu-so-

58/thiet-ke-mach-dem-dung-ic-7493-ic-74 138-a-33993/

6 http://www.ebook.edu.vn/?page=1 6&view=16377

¬ Nguyễn Trung Hòa, Kĩ thuật số

http://www.dientuvietnam.net/forums/ky-thuat-mach-logic-dien-tu-so-

58/thiet-ke-mach-dem-dung-ic-7493-ic-74138-a-33993

http:/www.dientuvietnam.net/forums/ky-thuat-mach-logic-dien-tu-so-

58/tim-ic-29133/

16