Giáo trình thí nghiệm Điện Tử Số TN DTS

Mạch thí nghiệm điện tử số được gắn trên giá cấp nguồn tạo thành Panelthí nghiệm điện tử số.Các khối chính trên mạch thí nghiệm gồm có: 1 Khối nguồn cấp Nguồn đầu vào với giắc cắm chuẩn

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ

THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ SỐ

HÀ NỘI – 2016

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

BỘ MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ – KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ

THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ SỐ

(Dùng cho hệ đào tạo đại học, cao đẳng và liên thông, văn bằng 2)

LƯU HÀNH NỘI BỘ

HÀ NỘI – 2016

Quyết định Hội đồng số 3810 / QĐ-HV ngày 25 tháng 10 năm 2016

HỘI ĐỒNG THẨM ĐỊNH:

1 Đại tá, PGS TS Đỗ Quốc Trinh Chủ tịch

2 Thiếu tá, ThS Duơng Quang Mạnh Thư ký

3 Thượng tá, ThS Nguyễn Hoài Anh Ủy viên, Phản biện 1

4 Thiếu tá, TS Lê Đình Thành Ủy viên, Phản biện 2

5 Đại tá, TS Nguyễn Hải Duơng Ủy viên, Hiệu đính

TÁC GIẢ:

Chủ biên: Thuợng úy, ThS Nguyễn Đình Tuấn

Tham gia:

1 Thiếu tá, TS Hoàng Văn Phúc (Bài 7)

2 Thiếu tá, ThS Trịnh Quang Kiên (Bài 4)

3 Đại úy, KS Nguyễn Văn Tình (Bài 1)

4 Thuợng úy, ThS Đào Văn Lân (Phụ lục A)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

Bài 1 LÀM QUEN VỚI PHẦN MỀM PROTEUS 9

1.1 Mục đích, yêu cầu 9

1.2 Tóm tắt thuyết 9

1.3 Nội dung thí nghiệm 17

1.4 Trình tự thí nghiệm 17

1.5 Báo cáo thí nghiệm 21

Bài 2 LÀM QUEN VỚI PANEL THÍ NGHIỆM 22

2.1 Mục đích, yêu cầu 22

2.2 Tóm tắt thuyết 22

2.3 Nội dung thí nghiệm 37

2.4 Trình tự thí nghiệm 38

2.5 Báo cáo thí nghiệm 42

Bài 3 KHẢO SÁT IC CỔNG LOGIC VÀ GIẢI MÃ NHỊ PHÂN 43

3.1 Mục đích, yêu cầu 43

3.2 Tóm tắt thuyết 43

3.3 Nội dung thí nghiệm 48

3.4 Trình tự thí nghiệm 48

3.5 Báo cáo thí nghiệm 56

Bài 4 KHẢO SÁT CÁC IC MẠCH TỔ HỢP 59

4.1 Mục đích, yêu cầu 59

4.2 Tóm tắt thuyết 59

4.3 Nội dung thí nghiệm 62

4.4 Trình tự thí nghiệm 63

4.5 Báo cáo thí nghiệm 69

Bài 5 KHẢO SÁT IC MẠCH TUẦN TỰ 72

5.1 Mục đích, yêu cầu 72

5.2 Tóm tắt thuyết 72

5.3 Nội dung thí nghiệm 75

5.4 Trình tự thí nghiệm 76

5.5 Báo cáo thí nghiệm 85

Bài 6 ỨNG DỤNG CÁC IC ĐẾM, IC THANH GHI 88

6.1 Mục đích, yêu cầu 88

6.2 Tóm tắt thuyết 88

6.3 Nội dung thí nghiệm 92

6.4 Trình tự thí nghiệm 93

6.5 Báo cáo thí nghiệm 99

Bài 7 MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HDL TRÊN PHẦN MỀM MODELSIM 102

7.1 Mục đích, yêu cầu 102

7.2 Tóm tắt thuyết 102

7.3 Nội dung thí nghiệm 104

7.4 Trình tự thí nghiệm 104

7.5 Báo cáo thí nghiệm 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

PHỤ LỤC 118

CHỮ VIẾT TẮT

CL Clear Chân xóa

EI Enable Input Chân cho phép đầu vào hoạt động

EO Enable Output Chân cho phép đầu ra hoạt động

IC Integrated Circuit Vi mạch tích hợp

LED Light Emitting Diode Đi-ốt phát quang

NBCD Normal Binary-coded Decimal Mã BCD thuờng – BCD8421

PR Preset Chân thiết lập mức logic tích cực

VIH Vottage Input High Điện áp đầu vào thấp nhất đuợc

cổng logic coi là mức logic cao

VIL Vottage Input Low Điện áp đầu vào cao nhất đuợc

cổng logic coi là mức logic thấp

VOH Vottage Output High Điện áp đầu ra thấp nhất đuợc

cổng logic coi là mức logic cao

VOL Vottage Output Low Điện áp đầu ra cao nhất đuợc

cổng logic coi là mức logic thấp

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang

và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao tronghầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật, cũng như đời sống xã hội

Việc xử lý tín hiệu trong các thiết bị điện tử hiện đại đều dựa trên cơ sởnguyên lý số Bởi vậy việc hiểu sâu sắc về điện tử số là điều không thể thiếu đốivới kỹ sư điện tử hiện nay Nhu cầu hiểu biết về kỹ thuật số không phải chỉ riêngđối với các kỹ sư điện tử mà còn đối với nhiều cán bộ kỹ thuật chuyên ngànhkhác có sử dụng thiết bị điện tử

Tài liệu “Thí nghiệm điện tử số” trang bị cả về lý thuyết lẫn thực hànhnhững kiến thức cơ bản nhất giúp người học hiểu sâu sắc hơn về môn học Điện

tử số Các bài thí nghiệm được thực hiện trên máy tính (mô phỏng bằng phầnmềm Proteus, ModelSim) và trên Mạch thí nghiệm, nhằm mục đích mô phỏngchức năng của các IC (Integrated Circuits) và các mạch tổ hợp, mạch tuần tự sửdụng các IC đó Đặc biệt là trong tài liệu này có bổ sung thêm phần logic lậptrình và ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Hải Dương cùng các thầy

cô trong Bộ môn Kỹ thuật Vi xử lý đã có những ý kiến đóng góp quý báu choviệc hoàn thiện cuốn tài liệu Tác giả cũng rất mong những ý kiến đóng góp củacác bạn đọc, đặc biệt là các thầy cô hướng dẫn thí nghiệm và các bạn sinh viên,những người trực tiếp tiến hành các bài thí nghiệm, để tài liệu sẽ được hoàn thiệnhơn Mọi ý kiến đóng góp có thể gửi về Bộ môn Kỹ thuật Vi xử lý – Học việnKTQS, hoặc vào hòm thư điện tử: bomonvixuly@gmail.com

Các tác giả

Bài 1 LÀM QUEN VỚI PHẦN MỀM PROTEUS

1.1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU

1.1.1 Mục đích

Bài thí nghiệm này nhằm giúp sinh viên làm quen với phần mềm Proteus;trang bị phương pháp, kỹ năng mô phỏng mạch số bằng phần mềm Proteus trênmáy tính

1.1.2 Yêu cầu

a Phương tiện, dụng cụ thí nghiệm

- Máy vi tính có cài đặt phần mềm Proteus

b Yêu cầu đối với sinh viên

- Nắm vững kiến thức lý thuyết về đại số logic

- Biết cách sử dụng chương trình mô phỏng Proteus

- Đọc kỹ hướng dẫn thí nghiệm trước khi thí nghiệm

1.2 TÓM TẮT THUYẾT

1.2.1 Cơ sở lý thuyết chung

a Lý thuyết về LED đơn, LED 7 thanh

- LED đơn

LED, viết tắt của Light Emitting Diode có nghĩa là “đi-ốt phát quang”, làmột nguồn sáng phát sáng khi có dòng điện tác động lên nó Được biết tới từnhững năm đầu của thế kỷ 20, công nghệ LED ngày càng phát triển, từ nhữngdiode phát quang đầu tiên với ánh sáng yếu và đơn sắc đến những nguồn phátquang đa sắc, công suất lớn hay phát ra các tia hồng ngoại hoặc tử ngoại

LED được cấu tạo từ một mặt ghép bán dẫn PN Khi mặt ghép PN đượccho phân cực thuận với nguồn điện ngoài, một dòng điện kích thích khi chạy quamặt ghép bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện tử và các dao động này sẽphát ra sóng điện từ trường đó chính là các tia sáng LED có 2 chân: chân âm cựchay Ka-tốt (Cathode, do chân này cho nối vào cực âm của nguồn điện) và chândương cực hay A-nốt (Anode, do chân này cho nối vào cực dương của nguồnđiện) Khi cho dòng điện chạy qua LED, nó sẽ phát ra chùm tia sáng, và để cóđiểm sáng đủ mạch, người ta dùng vật liệu nhựa trong suốt làm kính hội tụ

Như vậy khi LED được phân cực thuận thì sẽ phát sáng, và ngược lại khiLED được phân cực ngược thì sẽ không phát sáng Trong chương trình điện tử

số, chúng ta đã biết cách quy mức điện áp về các giá trị logic tương ứng:

+ Khi nối cực dương của LED với mức logic ‘1’, cực âm với mức logic

‘0’ thì LED sẽ phát sáng, và ngược lại nếu nối cực dương của LED với mức logic

‘0’, cực âm với mức logic ‘1’ thì LED s không phát sáng ẽ không phát sáng.

Hình 1.1 LED đơn

+ Thông thường để hạn chế dòng chạy qua LED và tránh đánh thủng mặtghép PN, một điện trở có giá trị đủ lớn được mắc nối tiếp với LED

Ví dụ: Xét mạch sau:

Hình 1.2 Mắc thêm trở cho LED đơn

Ta có R1min = (Unguồn – ULED) / ILED

Xét trường hợp: Unguồn = +5V, loại LED bình thường có ULED = 2,2V, ILED

= 10mA, từ đó tính được giá trị R1min = (5 – 2,2) / 0,01 = 280 Ôm

Do đó giá trị điện trở nhỏ nhất cần mắc nối tiếp với LED để nó không bịđánh thủng là 280 Ôm Khi lựa chọn giá trị điện trở này cũng không được lựachọn giá trị quá cao, sẽ làm cho LED sáng rất yếu

- LED 7 thanh

LED 7 thanh (Seven Segment Display) là một linh kiện rất phổ dụng,

được dùng như là một công cụ hiển thị đơn giản nhất LED 7 thanh bao gồm ítnhất 7 LED đơn mắc lại với nhau, vì vậy mà có tên là LED 7 thanh Bảy LEDđơn được mắc sao cho có thể hiển thị được các số từ 0 - 9, và một vài chữ cái

thông dụng, để phân cách thì người còn dùng thêm 1 LED đơn để hiển thị dấuchấm (dot).

Các LED đơn lần lượt được đặt tên theo chữ cái a – b – c – d – e – f – g,

và dấu chấm dot Như vậy nếu muốn hiển thị ký tự nào thì chỉ cần cấp nguồn vàocác chân tương ứng là LED 7 thanh sẽ sáng như mong muốn

Hình 1.3 LED 7 thanh

LED 7 thanh thường có 2 loại:

+ LED 7 thanh loại A-nốt chung (cực dương của các LED đơn được mắcchung với nhau)

+ LED 7 thanh loại Ka-tốt chung (cực âm của các LED đơn được mắcchung với nhau)

Bảng 1.1 LED 7 thanh mắc Ka-tốt chung

b Tổng quan về phần mềm Proteus

- Giới thiệu phần mềm Proteus

Proteus là một tổ hợp phần mềm được phát triển bởi công ty Lab CenterEletronics Hai công cụ cơ bản trong phần mềm này gồm có:

+ ISIS Schematic Capture: dùng để vẽ các mạch nguyên lý và mô phỏng

hoạt động của mạch trên máy tính ISIS hỗ trợ thư viện khá đầy đủ các IC và linhkiện của điện tử số và điện tử tương tự, cũng như các công cụ cần thiết cho việc

mô phỏng kiểm tra thiết kế Chương trình dùng để thiết kế sơ đồ nguyên lý và môphỏng các mạch số và tương tự, trên cơ sở sở đó có thể chuyển thành mạch in

+ ARES PCB layout: dùng để thiết kế mạch in trên cơ sở sơ đồ nguyên lý

đã được thiết kế, chương trình hỗ trợ các công cụ để vẽ mạch in và kiểm tra trướckhi xuất ra định dạng cần thiết cho quá trình thiết kế mạch

Trong khuôn khổ chương trình thí nghiệm, sinh viên sẽ được hướng dẫn

sử dụng ISIS để thiết kế, mô phỏng và kiểm tra các mạch logic tổ hợp và tuần tự

sử dụng các IC số được học như 74LS138, 74LS83… Mô phỏng trên môi trườngphần mềm có ưu điểm là có khả năng tùy biến cao và cho phép khảo sát, đánh giánhiều dạng mạch với độ phức tạp khác nhau

- Vẽ sơ đồ nguyên lý trên ISIS

Bước 1: Tạo project mới

Tại cửa sổ chương trình ISIS Schematic Capture  chọn File/New Design, sẽ xuất hiện một cửa sổ con hỏi về kích thước của design, đây thuần túy

là kích thước không gian bản vẽ, có thể chọn một khổ bất kỳ, ví dụ chọn A2

Hình 1.4 Chọn kích thước cho bản thiết kế

Để chọn lại kích thước của bản thiết kế, từ thanh công cụ, chọn System\Set

Sheet size và chọn kích thước bản thiết kế theo yêu cầu của đề bài.

Ấn OK để quay trở lại màn hình chính, sau đó chọn File/ Save hoặc ấn

vào biểu tượng đĩa mềm màu xanh trên thanh công cụ, chọn đường dẫn lưu thiết

kế ở ô Save in đến thư mục D:\student\ISIS, và điền file name là first_example (có thể chọn tùy ý) Ấn Save để tiếp tục.

Hình 1.5 Lưu bản thiết kế Bước 2: Lấy linh kiện, nối dây

Hình 1.6 Lấy linh kiện trong thư viện của ISIS

- Để lấy một linh kiện trong thư viện, thực hiện các bước như sau:

+ Chọn công cụ trên thanh công cụ đứng

+ Ấn vào nút P trên cửa sổ Devices.

+ Hiện lên cửa sổ Pick Devices Để tìm linh kiện NAND gõ ô tìm kiếm

Keywords là NAND sau đó một loạt linh kiện của NAND hiện lên Tùy theo yêucầu của bài tập mà chọn, giả sử muốn chọn 74LS00: kích đúp vào 74LS00 sẽ

thấy linh kiện có tên 74LS00 hiện ra ở cửa sổ Devices ngoài bản vẽ

+ Các linh kiện khác chọn tương tự

- Chọn OK để quay trở lại cửa sổ chính

Trên cửa sổ Pick Devices hiển thị thông tin chi tiết mô tả về linh kiện ở cửa sổ Results, sơ đồ nguyên lý (Schematic View), và sơ đồ chân cho mạch in (PCB view).

- Để lấy nguồn bấm chuột vào biểu tượng trên thanh công cụ đứng,sau đó chọn GROUND, POWER… tương ứng

Hình 1.7 Lấy nguồn cho bản thiết kế

- Để nối dây dẫn giữa các linh kiện có thể làm một trong hai cách sau:

+ Nối trực tiếp: di chuyển vị trí con chuột tới các đầu vào, hoặc ra của linh

kiện cần kết nối, khi thấy có xuất hiện ô vuông mầu đỏ thì click chuột sau đó di

chuyển tới đầu cần nối (cũng sẽ thấy xuất hiện ô vuông mầu đỏ) và click chuộtmột lần nữa.

+ Nối bằng cách đặt tên dây dẫn: Trong trường hợp linh kiện đặt xa nhau,

hoặc có nhiều dây nối, nếu nối trực tiếp hết sẽ rất rối hình, thì sử dụng phươngpháp thứ hai là đặt tên dây dẫn trùng nhau

Di chuyển chuột tới vị trí đầu vào hoặc đầu ra cho tới khi xuất hiện ôvuông màu đỏ, click chuột sau đó kéo dài dây dẫn một đoạn đủ để đặt tên, kíchđúp chuột trái để kết thúc đi đây

Nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ, sau đó di chuyển đến phầndây dẫn vừa kéo dài, khi thấy dây nối hiện màu đỏ kích chuột trái để đặt tên nhưhộp thoại dưới đây

Hình 1.8 Nối dây bằng các đặt tên dây dẫn

Làm tương tự với đầu nối còn lại, để cho hai dây dẫn nối với nhau thì đặttên chúng phải giống nhau

Xem ví dụ như hình dưới đây:

Hình 1.9 Cách đặt tên và nối dây

Ngoài các thao tác cơ bản trên sinh viên có thể tìm hiểu thêm các thao táckhác như nối dây bằng Bus, tạo các component con, đặt đầu vào đầu ra…

Bước 3: Mô phỏng thiết kế

Góc trái dưới của màn hình có khối điều khiển mô phỏng, từ trái qua phảilần lượt là các nút:

- PLAY: Bắt đầu chạy mô phỏng với thời gian không hạn chế

- STEP: sẽ chạy mô phỏng với một bước thời gian xác định

- PAUSE: Tạm dừng mô phỏng

- STOP: Kết thúc mô phỏng

Chú ý: khi đang chạy mô phỏng không thể thực hiện các động tác thayđổi thiết kế bản vẽ

1.2.2 Quy trình, phương pháp thí nghiệm

Bài thí nghiệm trên phần mềm Proteus được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Tạo project mới

Tạo project mới với đầy đủ các linh kiện trong bản thiết kế, điền vào bảng:

Bảng 1.2 Bảng thống kê linh kiện STT Tên linh kiện Tên thư viện Mô tả

Bước 2: Tiến hành kết nối mạch

Sắp xếp các linh kiện hợp lý và tiến hành kết nối các linh kiện với nhautheo yêu cầu thiết kế mạch của bài toán

Bước 3: Mô phỏng trên phần mềm và viết báo cáo kết quả thực hiện

1.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

- Mô phỏng hoạt động của LED đơn điều khiển bởi mức logic

- Mô phỏng hoạt động của LED đơn điều khiển bởi xung clock

- Mô phỏng hoạt động của LED 7 thanh

b Dụng cụ, vật tư và trang thiết bị thí nghiệm

Máy vi tính có cài đặt phần mềm Proteus

1.4.2 Tiến hành thí nghiệm

a Mô phỏng hoạt động của LED đơn điều khiển bởi mức logic.

Bước 1: Tạo project mới

Tạo một project mới với đầy đủ các linh kiện sau:

Bảng 1.3 B ng th ng kê linh ki nảng thống kê linh kiện ống kê linh kiện ện

STT Tên linh kiện Tên thư viện Mô tả

1 LED GREEN DISPLAY LED đơn màu xanh

2 LOGICSTATE ACTIVE Đặt trạng thái logic 0/1

Vì nguồn và đất được sử dụng trong tất cả các bài thí nghiệm, do đó cácphần tiếp theo sẽ không liệt kê chúng vào bảng thống kê linh kiện nữa

Bước 2: Tiến hành kết nối mạch

Hình 1.10 Điều khiển LED đơn bằng mức logic

Bước 3: Chạy mô phỏng trên phần mềm

Thay đổi mức logic các đầu vào A1, A2, ghi kết quả vào bảng sau:

Bảng 1.4 Kết quả mô phỏng hoạt động của LED đơn n

A1 (Mức logic)

A2 (Mức logic)

D1 (Sáng / Tắt)

D2 (Sáng / Tắt)

b Mô phỏng hoạt động của LED đơn điều khiển bởi xung clock

Bước 1: Tạo project mới

Tạo một project mới với đầy đủ các linh kiện sau:

Bảng 1.5 B ng th ng kê linh ki nảng thống kê linh kiện ống kê linh kiện ện

STT Tên linh kiện Tên thư viện Mô tả

1 LED GREEN DISPLAY LED đơn màu xanh

Bước 2: Tiến hành kết nối mạch

Hình 1.11 Điều khiển LED đơn bằng xung clock

Lấy thiết bị tạo xung Clock bằng cách: Kích chuột vào biểu tượng trên thanh công cụ bên trái  Chọn DCLOCK

Bước 3: Chạy mô phỏng trên phần mềm

Tần số ban đầu mặc định của xung Clock là 1Hz Thay đổi tần số choxung Clock bằng cách: Click đúp chuột trái vào hình xung Clock trên bản thiết

kế  cửa sổ thuộc tính của xung Clock hiện ra  Thay đổi giá trị tần số củaxung ở ô Frequency:

Hình 1.12 Lấy xung clock trong thư viện

Hình 1.13 Thay đổi tần số cho xung clock

Chạy mô phỏng phần mềm và ghi lại kết quả thực hiện vào bảng sau:

Bảng 1.6 Bảng kết quả hoạt động của LED đơn

điều khiển bởi xung clock Tần số Xung Clock

(Hz)

D1 nhấp nháy (Nhanh / Chậm)

120,5Chú ý: Lấy kết quả D1 nhấp nháy ứng với tần số 1 Hz của xung Clock làmchuẩn, kết quả nhanh hơn hay chậm hơn của các trường hợp sau được so sánhvới trường hợp chuẩn này

c) Mô phỏng hoạt động của LED 7 thanh

Bước 1: Tạo project mới

Tạo một project mới với đầy đủ các linh kiện sau:

Bảng 1.7 B ng th ng kê linh ki nảng thống kê linh kiện ống kê linh kiện ện

1 7SEG-COM-CAT-BLUE DISPLAY LED 7 thanh màu xanh

2 LOGICSTATE ACTIVE Đặt trạng thái logic 0/1

Bước 2: Tiến hành kết nối mạch

Hình 1.14 Điều khiển LED 7 thanh bằng mức logic Bước 3: Chạy mô phỏng trên phần mềm

Thay đổi mức logic ở các đầu vào a, b, c, d, e, f, g để hiển thị được các số

từ 0 đến trên LED 7 thanh, ghi lại kết quả thực hiện vào bảng sau:

Bảng 1.8 Bảng hiển thị của LED 7 thanh i u khi n b i m c logicđ ều khiển bởi mức logic ển bởi mức logic ởi mức logic ức logic

LED 7 (Số hiển thị) a b c d e f g

0123456789

1.4.3 Tổng hợp, xử lý và đánh giá kết quả thí nghiệm

Phần này sinh viên tổng hợp lại các kết quả thí nghiệm thu được trong cácphần trên

1.5 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bài thực hành làm quen với phần mềm Proteus là một trong hai bài điềukiện của môn thí nghiệm điện tử số Sinh viên có thể tiến hành bài thí nghiệm tạinhà, hoặc trên phòng thí nghiệm Giáo viên sẽ tiến hành kiểm tra việc sử dụngphần mềm Proteus của sinh viên, làm cơ sở tiến hành các bài thí nghiệm tiếptheo

Bài 2 LÀM QUEN VỚI PANEL THÍ NGHIỆM

2.1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU

2.1.1 Mục đích

Bài thí nghiệm này nhằm giúp sinh viên thực hành làm quen với panel thínghiệm điện tử số, cách hoạt động của các thành phần chính trên panel, đồng thờitrang bị phương pháp, kỹ năng khảo sát các IC trên panel thí nghiệm điện tử số

2.1.2 Yêu cầu

a Phương tiện, dụng cụ thí nghiệm

- Máy vi tính có cài đặt phần mềm Proteus

- Panel thí nghiệm Điện tử số

- Đồng hồ vạn năng, hộp IC thí nghiệm, dây nối…

b Yêu cầu đối với sinh viên

- Nắm vững kiến thức lý thuyết về đại số logic, các hàm logic cơ bản

- Biết cách sử dụng chương trình mô phỏng Proteus

- Biết cách phân biệt IC, đọc sơ đồ chân và cắm IC vào mạch

- Đọc kỹ hướng dẫn thí nghiệm trước khi thí nghiệm

VCC/GND – Là các đường cung cấp nguồn và đất.

Vol - Voltage output low Giá trị điện áp cao nhất ở đầu ra được cổng

logic coi là mức logic thấp ‘0’

Vil - Voltage input low Giá trị điện áp cao nhất ở đầu vào được cổng

logic coi là mức logic thấp ‘0’

Vih - Voltage input high Giá trị điện áp thấp nhất ở đầu vào được cổng

logic coi là mức logic cao ‘1’

Voh - Voltage output high Giá trị điện áp thấp nhất ở đầu ra được cổng

logic coi là mức logic cao ‘1’

Hình 2.1 Mức logic theo giá trị điện áp

Trong các hệ mạch logic, tín hiệu số theo chuẩn TTL:

- Đối với đầu vào mạch logic: mức điện áp từ 2V – 5V quy định mức logic

‘1’ (mức cao - H), mức điện áp từ 0V – 0,8V quy định mức logic ‘0’ (mức thấp –L)

- Đối với đầu ra mạch logic: mức điện áp từ 2,7V – 5V quy định mứclogic ‘1’ (mức H), mức điện áp từ 0V – 0,5V quy định mức logic ‘0’ (mức thấp -mức L)

Qua đó thấy, giá trị biên độ tín hiệu không hoàn toàn quyết định giá trịcủa tín hiệu Giả sử, nếu tại thời điểm t0 nhận được tín hiệu số thì dù biên độ củatín hiệu có giá trị là 2,7V, 4V, 4,5V hay 5V đều chứa đựng một lượng thông tincủa tín hiệu là như nhau và đều có mức logic ‘1 ‘(mức H) Tương tự khi biên độcủa tín hiệu nằm trong khoảng từ 0V đến 0,8V đều là mức logic ‘0’ (mức L)

Trong tài liệu này, chỉ đề cập tới mạch logic ứng với mức logic thuận.Mức H tương ứng với mức logic ‘1’, còn mức L ứng với mức logic ‘0’

b Tổng quan về mạch thí nghiệm điện tử số

Hình 2.2 Mạch thí nghiệm Điện tử số

Hình 2.3 Panel thí nghiệm Điện tử số

Mạch thí nghiệm điện tử số được gắn trên giá cấp nguồn tạo thành Panelthí nghiệm điện tử số.

Các khối chính trên mạch thí nghiệm gồm có:

1 Khối nguồn cấp

Nguồn đầu vào với giắc cắm chuẩn 32 x 2 chân cung cấp nguồn điện chotoàn bộ mạch thí nghiệm

Hình 2.4 Khối nguồn của mạch thí nghiệm

2 Khối hiển thị LED 7 thanh

Hình 2.5 Khối hiển thị LED 7 thanh

Khối hiển thị LED 7 thanh bao gồm:

- Bốn LED 7 thanh: LED7-1, LED7-2, LED7-3, LED7-4 được bố trí trênmột hàng, dùng để hiển thị cho 4 ký tự riêng biệt

+ Các đầu ra của 74LS47 tích cực ở mức thấp, được nối tương ứng vàocác đầu vào a, b, c, d, e, f, g của LED 7 thanh (các LED đơn a, b, c, d, e, f, gđược nối chung cực dương (Anode)).

Chú ý: Khi khảo sát các bài thí nghiệm có sử dụng LED 7 thanh trên mạch thí nghiệm thì không cần phải cắm IC 74LS47 vào mạch.

- Bốn vị trí cắm Jumper H1, H2, H3, H4 cung cấp đầu vào là mã NBCDcho các IC74LS47 tương ứng Trên mỗi vị trí cắm Jumper bố trí 2 hàng, 2Jumper thẳng hàng tương ứng nằm trên 2 hàng được nối thông nhau, vì vậy cóthể cắm Jumper ở một trong hai hàng này

3 Khối hiển thị LED đơn

Khối hiển thị LED đơn bao gồm 2 phần được bố trí ở 2 bên phải, trái phíatrên của mạch thí nghiệm:

Hình 2.6 Khối hiển thị LED đơn

- Phần bên phải, ký hiệu là 3A, gồm có 8 LED đơn được đánh số theo thứ

tự từ D1 đến D8

Hai hàng Jumper được nối thông với các LED tương ứng Các Jumper trênmỗi hàng được đánh số thứ tự từ 1 đến 8 tương ứng với các LED đơn từ LED 1đến LED 8 Hai Jumper thẳng hàng tương ứng nằm trên 2 hàng được nối thôngnhau, vì vậy có thể cắm Jumper ở một trong hai hàng này

- Phần bên trái, ký hiệu là 3B, gồm có 8 LED đơn được đánh số theo thứ

tự từ D9 đến D16

Hai hàng Jumper dùng cấp tín hiệu cho các LED Các Jumper trên mỗihàng được đánh số thứ tự từ 9 đến 16 tương ứng với các LED từ LED 9 đếnLED16, hai Jumper thẳng hàng tương ứng nằm trên 2 hàng được nối thông nhau,

vì vậy có thể cắm Jumper ở một trong hai hàng này

4 Đế cắm IC

Hình 2.7 Đế cắm IC

Đế IC dùng để giữ cố định IC trên mạch thí nghiệm, xung quanh đế có các

vị trí cắm Jumper cấp tín hiệu vào, ra, cấp nguồn và đất cho IC Trên mạch thínghiệm bố trí 6 vị trí cắm IC Chi tiết về mục này sẽ được đề cập trong phầnnghiên cứu về cách cắm IC vào đế IC

5 Khối điều khiển Switch

Hình 2.8 Khối điều khiển Switch

Khối điều khiển Switch dùng để chuyển đổi qua lại giữa mức logic ‘0’ vàlogic ‘1’ bằng cách gạt Switch tương ứng qua phải hoặc trái Thông thường cácđầu vào của mạch được nối với các Switch dùng để điều khiển mức logic cho cácđầu vào đó.

Khối bao gồm 16 Switch chia thành 2 phần được bố trí như sau:

- Phần bên trái, ký hiệu là 5A gồm có 8 Switch được bố trí từ trên xuốngdưới theo thứ tự từ SW1 đến SW8

Hai hàng Jumper dùng cấp tín hiệu cho các Switch Các Jumper trên mỗihàng được đánh số thứ tự từ 1 đến 8 tương ứng với các Switch từ SW1 đến SW8,hai Jumper thẳng hàng tương ứng nằm trên 2 hàng được nối thông nhau, vì vậy

có thể cắm Jumper ở một trong hai hàng này

- Phần bên phải, ký hiệu là 5B gồm có 8 Switch được bố trí từ trên xuốngdưới theo thứ tự từ SW9 đến SW16

Hai hàng Jumper dùng cấp tín hiệu cho các Switch Các Jumper trên mỗihàng được đánh số thứ tự từ 9 đến 16 tương ứng với các Switch từ SW9 đếnSW16, hai Jumper thẳng hàng tương ứng nằm trên 2 hàng được nối thông nhau,

vì vậy có thể cắm Jumper ở một trong hai hàng này

6 Khối bàn phím (Keypad)

Hình 2.9 Khối bàn phím

Khối bàn phím sử dụng trong quá trình tạo xung tín hiệu, cũng như trongcác bài toán mã hóa ưu tiên.

Khối bàn phím bao gồm 10 phím được phân bố thành 2 nhóm:

- Nhóm thứ nhất nằm ở phía dưới cùng bên trái của mạch thí nghiệm, kýhiệu là 6A, gồm có 5 phím KP1, KP2, KP3, KP4, KP5 được bố trí từ trái quaphải

Hai hàng Jumper dùng cấp tín hiệu cho các phím Các Jumper trên mỗihàng được đánh số thứ tự từ 1 đến 5 tương ứng với các phím từ KP1 đến KP9,hai Jumper thẳng hàng tương ứng nằm trên 2 hàng được nối thông nhau, vì vậy

có thể cắm Jumper ở một trong hai hàng này

- Nhóm thứ hai nằm ở phía dưới cùng bên phải của mạch thí nghiệm, kýhiệu là 6B, gồm có 5 phím KP6, KP7, KP8, KP9, KP10 được bố trí từ trái quaphải

Hai hàng Jumper dùng cấp tín hiệu cho các phím Các Jumper trên mỗihàng được đánh số thứ tự từ 6 đến 10 tương ứng với các phím từ KP6 đến KP10,hai Jumper thẳng hàng tương ứng nằm trên 2 hàng được nối thông nhau, vì vậy

có thể cắm Jumper ở một trong hai hàng này

7 Khối tạo xung

Hình 2.10 Khối tạo xung

Khối tạo xung dùng để tạo ra xung tín hiệu vuông có tần số 1Hz cấp chomạch Khi khối hoạt động thì đèn LED đơn sẽ nhấp nháy với chu kỳ 1s, thể hiệntần số của xung được tạo ra là 1Hz

8 9 10 Vị trí cấp nguồn, đất và xung tín hiệu

Trên mạch thí nghiệm bố trí nhiều vị trí cấp nguồn, đất và xung tín hiệu

Để cấp nguồn, đất hay cấp tín hiệu cho các chân vào, ra của mạch, dùng dây nốicác chân của mạch với bất kỳ Jumper nào ở các vị trí cấp

ình 2.11 Vị trí cấp nguồn, đất và xung tín hiệu

Trên sơ đồ: Khối 8 là vị trí cấp nguồn, khối 9 là vị trí cấp đất, và khối 10

là vị trí cấp xung

c) Cách đọc sơ đồ chân của IC

IC (Integrated circuit ), hay vi mạch tích hợp, là một mạch điện chứa cáclinh kiện bán dẫn (như transistor, đi-ốt, điện trở ) được kết nối với nhau trênmột diện tích có kích thước rất nhỏ, để thực hiện được một chức năng xác định

và được bọc bên ngoài bằng lớp vỏ plastic hoặc kim loại

IC có rất nhiều loại, được phân biệt bởi chức năng và số lượng chân của

IC Theo số lượng chân của IC thường sử dụng IC 20 , IC 16 và IC 14 chân

Quy tắc xác định số thứ tự các chân của IC như sau:

- Quay phần khuyết của IC lên phía trên

- Thứ tự các chân của IC được đánh ngược theo chiều kim đồng hồ, bắtđầu từ vị trí cao nhất bên trái là chân số 1

- Chân của IC được chia thành 2 nửa bố trí ở 2 bên trái, phải của IC:

+ Đối với IC có 20 chân: mỗi bên của IC có 10 chân: nửa bên trái tính từtrên xuống tương ứng là các chân 1, 2, , 10; nửa bên phải tình từ dưới lên tươngứng là các chân 11, 12, , 20

Hình 2.12 IC 20 chân

+ Đối với IC có 16 chân: mỗi bên của IC có 8 chân: nửa bên trái tính từtrên xuống tương ứng là các chân 1, 2, ,8; nửa bên phải tình từ dưới lên tươngứng là các chân 9, 10, , 16.

Hình 2.13 IC 16 chân

+ Đối với IC có 14 chân: mỗi bên của IC có 7 chân: nửa bên trái tính từtrên xuống tương ứng là các chân 1, 2, ,7; nửa bên phải tình từ dưới lên tươngứng là các chân 8, 9, , 14

Hình 2.14 IC 14 chân

Để IC hoạt động đúng chức năng của nó, thì IC phải được cấp nguồn, cấpđất và các chân vào ra của IC phải được cấp đúng dữ liệu:

- Chân nguồn của IC được nối vào các vị trí Jumper nguồn trên mạch

- Chân đất của IC được nối vào các vị trí Jumper đất trên mạch

- Chân vào của IC được nối với các Switch hay các xung điều khiển

- Chân ra của IC được nối với LED đơn hay LED 7 thanh

2.2.2 Quy trình, phương pháp làm thí nghiệm

a Cắm IC vào mạch

Hình 2.15 Vị trí cắm IC và nối dây

Đế cắm IC gồm có 20 chân cắm Các chân của đế cắm IC cũng được đánh

số thứ tự giống như các chân của IC

Tất cả các IC khi cắm vào đế (IC 20 chân, 16 chân, 14 chân) thì phải đảmbảo tương ứng chân số 1 của IC cắm vào chân số 1 của đế cắm IC

Xung quanh đế cắm IC bố trí 6 cột Jumper, mỗi cột có 10 Jumper đơn

- Ba Jumper thẳng hàng nằm trên 3 cột C1, C2, C3 bên trái được nối thôngnhau và nối thông với vị trí chân cắm tương ứng trên đế cắm IC, ví dụ như trênhình: 3 Jumper thẳng hàng ở vị trí số 1 của 3 cột C1, C2, C3 được nối thông vớinhau và nối thông với chân cắm số 1 của đế cắm IC

- Ba Jumper thẳng hàng nằm trên 3 cột C1, C2, C3 bên phải được nốithông nhau và nối thông với vị trí chân cắm tương ứng trên đế cắm IC

- Cắm IC 14 chân vào đế

Hình 2.18 Cắm IC 14 chân vào đế

Vì IC có 14 chân, nên khi cắm IC vào đế sẽ còn trống 6 chân trên đế IC ởphía dưới không sử dụng Khi đó sử dụng 2 cột Jumper C3 để kết nối các châncho IC Mặt khác vì 3 Jumper thẳng hàng tương ứng trên 3 cột C1, C2, C3 thôngnhau, nên có thể sử dụng các Jumper của các cột C1 và C2

Chú ý: Sau khi cắm IC vào đế, gạt chốt giữ IC xuống phía dưới để giữ chặt IC vào đế:

Hình 2.20 Cấp nguồn và đất trực tiếp cho IC

- Cách 2: Cấp nguồn, đất cho IC từ cột Jumper số 4, 5

Hình 2.21 Cấp nguồn và đất qua Jumper nối

Hai cột Jumper đôi C4 và C5 dùng để cấp nguồn và đất cho IC HaiJumper đơn nằm cạnh nhau trên mỗi cột Jumper đôi khi được nối tắt bằng 1 chiếcJumper đôi (cầu nối ngắn mạch 2 Jumper đơn) thì sẽ thông nhau

Hình 2.22 Cầu nối ngắn mạch 2 Jumper đơn

Các Jumper bên phải cột C4 được nối thông với các Jumper cùng hàngtrên các cột C1, C2, C3, còn các Jumper bên trái cột C4 được nối thông vớinguồn hoặc đất

Các Jumper bên trái cột C5 được nối thông với các Jumper cùng hàng trêncác cột C1, C2, C3, còn các Jumper bên phải cột C5 được nối thông với nguồnhoặc đất

Như vậy, khi muốn cấp nguồn và đất cho IC, cần xác định chân nguồn

và đất của IC được nối thông với Jumper nào trên các cột C4 và C5 (các Jumper bên phải cột C4, còn C5 là các Jumper bên trái) bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng để đo thông Sau đó dùng các Jumper cắm đôi trong khay linh kiện cắm vào các vị trí chân nguồn và đất tương ứng.

Kết luận: Nên sử dụng cách 2 để thiết kế được tiện lợi.

Xét ví dụ trên:

- Chân số 8 của IC là chân GND – được nối thông với Jumper số 8 của cộtC2 (vì IC 16 chân, nên sử dụng cột Jumper C2) – và được nối thông với Jumperbên phải của cột C4 cùng hàng  dùng Jumper cắm đôi để nối 2 Jumper cạnhnhau của C4  IC đã được cấp đất

- Chân số 16 của IC là chân VCC – được nối thông với Jumper số 16 củacột C2 (vì IC 16 chân, nên sử dụng cột Jumper C2) – và được nối thông vớiJumper bên trái của cột C5 cùng hàng  dùng Jumper cắm đôi để nối 2 Jumpercạnh nhau của C5  IC đã được cấp nguồn

- Các đầu vào của IC thường được kết nối với các Switch thông qua các vịtrí cắm Jumper trên khối Switch Thay đổi giá trị logic của các đầu vào từ ‘0’ 

‘1’ và ngược lại bằng cách gạt Switch sang phải hoặc trái

- Các đầu ra của IC thường được kết nối với các LED đơn, hay LED 7thanh thông qua các vị trí cắm Jumper trên 2 khối LED đơn và LED 7 thanh Tínhiệu trên các đèn LED này thể hiện giá trị logic của đầu ra

- Với LED đơn, nếu đầu ra tích cực ở mức cao thì khi đèn LED sáng thểhiện giá trị logic ‘1’, và khi LED tắt thể hiện giá trị logic ‘0’ Trường hợp đầu racủa IC tích cực ở mức thấp thì ngược lại.

Hình 2.23 Dãy LED đơn và vị trí cắm Jumper

Hình 2.24 Dãy LED 7 thanh và vị trí cắm Jumper

c) Bật công tắc nguồn cho mạch và quan sát thí nghiệm

Sau khi cắm xong mạch trên Panel thí nghiệm, sinh viên báo cáo với giáoviên Giáo viên sau kiểm tra xong thì sinh viên mới tiến hành bật công tắc nguồncủa Panel, và quan sát thí nghiệm

2.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

- Khảo sát hoạt động của các LED đơn bằng cách điều khiển các Switch

- Khảo sát hoạt động của các LED đơn bằng các xung điều khiển

- Khảo sát hoạt động của các LED 7 thanh

- Thực hành cắm IC vào mạch và kết nối dữ liệu cho các chân của IC

b Dụng cụ, vật tư và trang thiết bị thí nghiệm

Trên mỗi bàn thí nghiệm bố trí 01 máy tính PC, 01 Panel thí nghiệm.Các dụng cụ phục vụ thí nghiệm (đồng hồ vạn năng ), và các linh kiệnliên quan đến bài thí nghiệm, dây nối, học viên tự đăng ký mượn với giáo viênhướng dẫn thí nghiệm Trong trường hợp khi giáo viên hướng dẫn thí nghiệm đãhướng dẫn đầy đủ về các quy tắc an toàn nguồn điện, an toàn mạch thí nghiệm

mà học viên làm sai, không tuân thủ theo các nguyên tắc đó, gây ra hiện tượngchập cháy, hỏng linh kiện thì học viên sẽ phải hoàn toàn chịu trách nhiệm

2.4.2 Tiến hành thí nghiệm

a Khảo sát hoạt động của các LED đơn bằng cách điều khiển các Switch

Bước 1: Tiến hành nối dây

Trên mạch thí nghiệm tiến hành nối dây cho mạch theo sơ đồ sau:

Hình 2.25 Sơ đồ khảo sát LED đơn bằng Switch

- Dùng 8 dây dẫn nối 8 Jumpers trên khối Switch (từ SW1 đến SW8) với 8Jumpers tương ứng trên khối LED đơn (từ LED1 đến LED8).

Bước 2: Bật công tắc nguồn của panel thí nghiệm

Bước 3: Quan sát thí nghiệm

Thay đổi giá trị logic cho các đầu vào bằng cách gạt các Switch tương ứngsang phải hoặc trái Ghi lại kết quả vào bảng sau:

Bảng 2.1 Kết quả điều khiển LED đơn trên panel thí nghiệm

LED1 (Sáng/ Tắt) LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8

Chú ý: Các ô SW ghi giá trị logic ‘0’ hoặc ‘1’

Các ô LED ghi “Sáng” hoặc “Tắt”

Bước 4: Tắt nguồn, rút dây ra khỏi mạch.

b Khảo sát hoạt động của các LED đơn bằng các xung điều khiển

Bước 1: Tiến hành nối dây

Trên mạch thí nghiệm tiến hành nối dây cho mạch theo sơ đồ sau:

Hình 2.26 Sơ đồ khảo sát LED đơn bằng xung tín hiệu

- Dùng dây dẫn nối Jumper số 1 trên khối LED đơn (tương ứng với LED1)với Jumper ở các vị trí cấp xung trên mạch thí nghiệm

Bước 2: Bật công tắc nguồn của panel thí nghiệm.