BÁO CÁO KTS THIẾT KẾ MẠCH CỘNG TRỪ NHỊ PHÂN TOÀN PHẦN

BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT SỐĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH CỘNG TRỪ NHỊ PHÂN TOÀN PHẦN CÓ CHÂN ĐIỀU KHIỂN S. NẾU S=0 MẠCH CỘNG NHỊ PHÂN, NẾU S=1 MẠCH TRỪ NHỊ PHÂNGVHD: NGUYỄN TRƯỜNG DUY2.4 Mạch cộngtrừ nhị phânSơ đồ khối cho mạch cộng song song và mạch trừ song song hai số nhị phân n bit gần như giống nhau. Muốn dùng làm mạch FA để thực hiện cả hai phép tính, ta cần tạo thêm một đầu điều khiển S sao choS = 0 – Các số liệu B không đổi (B’ = B)S = 1 – Các số liệu B đổi thành B ̅ để đến FA ( B’ = B ̅ )Sử dụng cổng EXOR SKhi S = 0, các số liệu B4, B3, B2, B1 qua các cửa EXOR để đến các mạch FA. Mạch trên đây là mạch cộng 4 bit.Kết quả S = C0 S4 S3 S2 S1Khi S = 1, các số liệu B4, B3, B2, B1 bị đảo khi qua các cửa EXOR. Như vậy B đã được chuyển sang dạng số “bù 1”Đầu Ci đặt ở mức logic 1 tức là số bù 1 được cộng 1 và chuyển sang số bù hai. Bây giờ phép trừ đã được chuyển sang phép cộng: A + (B). Trong kết quả của mạch hiệu:B0 chỉ để ta phân tịch kết quả D4 D3 D2 D12.5 Thí nghiệm, mạch mô phỏngGiới thiệu: Mạch cộng trừ 4 bit là mạch có thể thực hiện phép cộng hoặc trừ 2 số nhị phân 4 bit thông qua đầu điều khiển S. Nó sẽ thực hiện phép cộng khi S = 0, còn khi S =1 nó sẽ thực hiện phép trừ. Sơ đồ nguyên lý mạch SChúng ta sẽ xây dựng mạch từ IC 74LS83. IC 74LS83 là mạch tổng 4 bit. Ở đây chúng ta sẽ nghiên cứu sự hoạt động của IC 74LS83Sơ đồ thí nghiệm:Mạch được mô phỏng trong proteusXét 2 số nhị phân 4 bit là 0111 (số 7) và 0001 (số 1). Mức tác động 0 thì led sáng còn mức tác động 1 thì led tắtHình trên có chân điều khiển S = 0 nên đây là mạch cộng nhị phânKết quả thu được là 1000 (số 8)Hình trên có chân điều khiển S = 1 nên đây là mạch trừ nhị phânKết quả thu được là 0110 (số 6)  PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

***

BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT SỐ

CHÂN ĐIỀU KHIỂN S NẾU S=0 MẠCH CỘNG NHỊ PHÂN, NẾU S=1 MẠCH

STT Nội dung Nguyễn Hoài Phong Trần Ngọc Vũ Kha

1 Tính toán thiết kế x

2 Sơ đồ nguyên lý x

PHẦN 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 1

PHẦN 2 NỘI DUNG 2

2.1 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2

2.1.1 Mạch giải mã LED 7 đoạn 2

2.1.1.1 Giới thiệu 2

2.1.1.2 Cấu tạo led 7 đoạn 2

2.1.1.3 Hình ảnh led 7 đoạn 3

2.1.1.4 Mạch giải mã led 7 đoạn loại anode chung 4

2.1.2 Cổng logic EXOR 5

2.2 Mạch cộng trừ nhị phân 6

2.2.1 Cộng nhị phân (Binary Addition) 6

2.2.1.1 Nguyên tắc cộng nhị phân 6

2.2.1.2 Cộng bán phần (Haft Adder - HA) 6

2.2.1.3 Cộng toàn phần (Full adder – FA) 7

2.2.2 Trừ nhị phân (Binary Subtraction) 8

2.2.2.1 Nguyên tắc trừ nhị phân: 8

2.2.2.2 Trừ bán phần (Haft Subtractor – HS) 9

2.2.2.3 Trừ toàn phần (Full Subtractor – FS) 9

2.3 Mạch cộng hoặc trừ hai số nhị phân n bit 10

2.3.1 Mạch cộng n bit 10

2.3.2 Mạch trừ n bit 11

2.4 Mạch cộng/trừ nhị phân 12

2.5 Thí nghiệm, mạch mô phỏng 14

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 18

3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 18

3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

PHẦN 1 GIỚI THIỆU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

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

bộ của khoa học kĩ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sốnghằng ngày của con người Làm cho cuộc sống chúng ta ngày một thay đổi, văn minh

và hiện đại hơn Trong đó ngành điện tử đóng vai trò quan trọng và tiên phong tạo rahàng loạt những thiết bị trong công nghiệp, dân dụng, y tế, quân sự…với tốc độ xử línhanh, độ chính xác cao, 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, đóng vai trò quantrọng 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 Nhóm đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế mạch cộng trừnhị phân toàn phần có chân điều khiển S Nếu S = 0 mạch cộng nhị phân, nếu S = 1mạch trù nhị phân”

1.2 MỤC TIÊU

Sau quá trình học lý thuyết trên lớp, nhóm sẽ vận dụng các kiến thức đã học đểthiết kế mạch cộng trừ nhị phân theo đề tài đề ra Sau đó từ mạch thiết kế đó sẽ môphỏng trên phần mềm để kiểm tra sự hoạt động của mạch

PHẦN 2 NỘI DUNG

2.1 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

2.1.1 Mạch giải mã LED 7 đoạn

2.1.1.1 Giới thiệu

Led 7 đoạn dùng để hiển thị dữ liệu hoặc hiển thị kết quả sau khi xử lý dạng sốthập phân Dữ liệu trong hệ thống số là các con số nhị phân trong khi con người quenthuộc với hệ thống số thập phân nên từ dữ liệu số nhị phân phải chuyển đổi thành mã 7đoạn để điều khiển các led sáng tạo ra con số thập phân tương ứng với số nhị phân –gọi là mạch giải mã led 7 đoạn

2.1.1.2 Cấu tạo led 7 đoạn

Led 7 đoạn được thiết kế từ các led đơn, do led đơn có 2 chân anode và cathodenên khi kết nối sẽ tạo ra 2 kiểu kết nối khác nhau: kêt nối chung các đầu anode và kếtnối chung các đầu cathode

Sơ đồ ký hiệu

Sơ đồ nguyên lý

Dòng làm việc của led thường từ 5 đến 15mA và áp từ 1.5V đến 2V

Led có nhiều kích thước khác nhau nên các thông số dòng và áp cũng thay đổi

2.1.1.3 Hình ảnh led 7 đoạn

Led 7 đoạn có nhiều loại kích thước khác nhau và nhiều chủng loại khác nhau

Loại 1

led

Loại 2 led quét Loại 3 led quét

Hình ảnh led 7 đoạn trong proteus

Số 6 trong hệ nhị phân 0110 được hiển trị trong led 7 đoạn

2.1.1.4 Mạch giải mã led 7 đoạn loại anode chung

Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn anode có ngõ vào là mã BCD (A, B, C, D)với A là LSB và D là MSB, ngõ ra là mã 7 đoạn của led anode Theo sơ đồ nguyên lýled anode thì các đoạn led sẽ sáng khi cung cấp ngõ vào mức 0 tương ứng (Led sángmức thấp) xem như ngõ ra tác động mức thấp nên trong sơ đồ khối có ký hiệu đầu vào

ở ngõ ra Bảng trạng thái mạch:

Hàm ngõ ra

Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn anode

2.1.2 Cổng logic EXOR

Phần tử thực hiện hàm này là phần tử Exclusive OR (hay cổng EXOR) Cổng này

có 2 ngõ vào Cổng này là thành phần cơ bản của phép so sánh Khi 2 ngõ vào giốngnhau, ngõ ra ở mức logic 0, còn khi 2 ngõ vào khác nhau, ngõ ra có mức logic 1

Ký hiệu và bảng trạng thái của cổng EXOR 2 ngõ và

Hàm ngõ ra

Tổng quát: hàm EXOR cho giá trị 1 khi số các chữ số 1 trong tổ hợp là một số

lẻ Đây chính là tính chất của hàm cộng module n biến

Nguyên tắc 4: 1 + 1 = 0 và chuyển đi 1 = 10

Nguyên tắc 5: 1 + 1 + 1 = 1 và chuyển đi 1 = 11

2.2.1.2 Cộng bán phần (Haft Adder - HA)

Cộng bán phần là cộng hai số nhị phân 1 bit cho ra kết quả ghi lại 1 bit và nhớ lại

1 bit Cộng bán phần chỉ thực hiện cho cột số cuối cùng của một số nhị phân

Mạch cộng bán phần có 2 đầu vào là A và B, có 2 đầu ra là tổng S (Sum) vàchuyển đi C0

Mạch điện

2.2.1.3 Cộng toàn phần (Full adder – FA)

Cộng toàn phần là cộng hai số nhị phân 1 bit và cộng thêm 1 bit nhớ của cột cótrong số nhỏ hơn 1 đơn vị Cộng toàn phần cho phép cộng bất kỳ ở cột số nào của sốnhị phân

Mach cộng toàn phần có ba đầu vào là A, B, Ci (Carry – in có nghĩa là chuyểnnội bộ hay chuyển trong)

Hai đầu ra là tổng S và được chuyển đi C0

Hàm logic FA

Mạch điện

Nhận xét:

Từ mạch logic của FA ta có thể dễ dàng thấy rằng mạch logic FA được xây dựng

từ hai mạch HA và thêm một nửa cửa OR ở lối ra C0

Nếu Ci = 0 (Nối đất) thì mạch FA trở về mạch HA

2.2.2 Trừ nhị phân (Binary Subtraction)

2.2.2.1 Nguyên tắc trừ nhị phân:

Nguyên tắc 1: 0 – 0 = 0

Nguyên tắc 2; 0 – 1 = 1 và mượn 1

Nguyên tắc 3: 1 – 0 = 1

2.2.2.2 Trừ bán phần (Haft Subtractor – HS)

Trừ bán phần là mạch logic thực hiện trừ hai số nhị phân 1 bit Đầu vào là A và

B, đầu ra là D và mượn ngoài B0

2.2.2.3 Trừ toàn phần (Full Subtractor – FS)

Mạch trừ toàn phần có 3 đầu vào là A, B, Bi (Borrow – in có nghĩa là mượn nội

bộ hay mượn trong) Hai đầu ra là hiệu D và mượn ngoài B0

Nhận xét:

Có thể xây dựng mạch FS từ hai mạch HS và thêm một của OR ở lối ra B0

Nếu Bi = 0 (nối đất) thì FS trở về HS

2.3 Mạch cộng hoặc trừ hai số nhị phân n bit

2.3.1 Mạch cộng n bit

Ở trên ta mới nó mạch cộng hai số nhị phân 1 bit Giải sử có hai số nhị phân 4 bit

A và B (A = A4A3A2A1 và B4B3B2B1) cần cộng với nhau thì cần dùng 4 mạch FA Lưu ýrằng FA thứ nhất có Ci = 0 làm nhiệm vụ như HA

hai, C0 của FA thứ hai nối với Ci của FA thứ ba,…

2.3.2 Mạch trừ n bit

Sơ đồ khối cho mạch cộng song song và mạch trừ song song hai số nhị phân n bitgần như giống nhau Muốn dùng làm mạch FA để thực hiện cả hai phép tính, ta cần tạothêm một đầu điều khiển S sao cho

S = 0 – Các số liệu B không đổi (B’ = B)

Kết quả S = C0 S4 S3 S2 S1

Khi S = 1, các số liệu B4,B3,B2,B1 bị đảo khi qua các cửa EXOR Như vậy B đãđược chuyển sang dạng số “bù 1”

Đầu Ci đặt ở mức logic 1 tức là số bù 1 được cộng 1 và chuyển sang số bù hai

Bây giờ phép trừ đã được chuyển sang phép cộng: A + (-B) Trong kết quả của mạchhiệu:

B0 chỉ để ta phân tịch kết quả D4 D3 D2 D1

2.5 Thí nghiệm, mạch mô phỏng

Giới thiệu: Mạch cộng trừ 4 bit là mạch có thể thực hiện phép cộng hoặc trừ 2 sốnhị phân 4 bit thông qua đầu điều khiển S Nó sẽ thực hiện phép cộng khi S = 0, cònkhi S =1 nó sẽ thực hiện phép trừ

Sơ đồ nguyên lý mạch

S

Chúng ta sẽ xây dựng mạch từ IC 74LS83 IC 74LS83 là mạch tổng 4 bit Ở đâychúng ta sẽ nghiên cứu sự hoạt động của IC 74LS83

Sơ đồ thí nghiệm:

Mạch được mô phỏng trong proteus

Xét 2 số nhị phân 4 bit là 0111 (số 7) và 0001 (số 1) Mức tác động 0 thì led sángcòn mức tác động 1 thì led tắt

Hình trên có chân điều khiển S = 0 nên đây là mạch cộng nhị phân

Kết quả thu được là 1000 (số 8)

Hình trên có chân điều khiển S = 1 nên đây là mạch trừ nhị phân

Kết quả thu được là 0110 (số 6)

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN

3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Mạch hoạt động và cho kết quả thu được đúng với yêu cầu ban đầu đề ra

Quan sát quá trình hoạt động cùng kết quả thu được qua việc mô phỏng

Hiểu rõ được nguyên lý làm việc cùng quá trình hoạt động của mạch

3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Giáotrình Kỹ thuật số, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2013

Tài liệu tham khảo trên trang dạy học số HCMUTE

Tài liệu tham khảo qua internet