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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP *** BÀI BÁO CÁO MƠN KỸ THUẬT SỐ NHĨM SINH VIÊN: NGUYỄN HOÀI PHONG 16142178 TRẦN NGỌC VŨ KHA 16142127 TP.HCM THÁNG 5/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP *** BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH CỘNG TRỪ NHỊ PHÂN TỒN PHẦN CĨ CHÂN ĐIỀU KHIỂN S NẾU S=0 MẠCH CỘNG NHỊ PHÂN, NẾU S=1 MẠCH TRỪ NHỊ PHÂN NHÓM SINH VIÊN: NGUYỄN HOÀI PHONG 16142178 TRẦN NGỌC VŨ KHA 16142127 GVHD: NGUYỄN TRƯỜNG DUY TP.HCM THÁNG 5/2018 BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ STT Nội dung Tính tốn thiết kế Sơ đồ ngun lý Ngun lý hoạt động Sơ đồ mơ Nguyễn Hồi Phong x x Trần Ngọc Vũ Kha x x MỤC LỤC PHẦN GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU .1 PHẦN NỘI DUNG 2.1 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1.1 Mạch giải mã LED đoạn 2.1.1.1 Giới thiệu 2.1.1.2 Cấu tạo led đoạn 2.1.1.3 Hình ảnh led đoạn 2.1.1.4 Mạch giải mã led đoạn loại anode chung 2.1.2 Cổng logic EXOR 2.2 Mạch cộng trừ nhị phân .6 2.2.1 Cộng nhị phân (Binary Addition) 2.2.1.1 Nguyên tắc cộng nhị phân .6 2.2.1.2 Cộng bán phần (Haft Adder - HA) 2.2.1.3 Cộng toàn phần (Full adder – FA) 2.2.2 Trừ nhị phân (Binary Subtraction) 2.2.2.1 Nguyên tắc trừ nhị phân: 2.2.2.2 Trừ bán phần (Haft Subtractor – HS) 2.2.2.3 Trừ toàn phần (Full Subtractor – FS) 2.3 Mạch cộng 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 .14 PHẦN KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN .18 3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .18 3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 Page |1 PHẦN GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, tiến khoa học kĩ thuật tiên tiến ngày ứng dụng rộng rãi vào sống ngày người Làm cho sống ngày thay đổi, văn minh đại Trong ngành điện tử đóng vai trò quan trọng tiên phong tạo hàng loạt thiết bị công nghiệp, dân dụng, y tế, quân sự…với tốc độ xử lí nhanh, độ xác cao, gọn nhẹ,… Tầm quan trọng mức độ phổ biến điện tử phần lớn công lao kỹ thuật số Những thiết bị như: máy tính bỏ túi, đồng hồ, máy DVD, đóng vai trò quan trọng sống Kỹ thuật số môn học thiếu sinh viên ngành điện nói chung ngành điện tử nói riêng Nhóm định chọn đề tài: “Thiết kế mạch cộng trừ nhị phân tồn phần có chân điều khiển S Nếu S = mạch cộng nhị phân, S = mạch trù nhị phân” 1.2 MỤC TIÊU Sau trình học lý thuyết lớp, nhóm vận dụng kiến thức học để thiết kế mạch cộng trừ nhị phân theo đề tài đề Sau từ mạch thiết kế mô phần mềm để kiểm tra hoạt động mạch Page |2 PHẦN NỘI DUNG 2.1 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1.1 Mạch giải mã LED đoạn 2.1.1.1 Giới thiệu Led đoạn dùng để hiển thị liệu hiển thị kết sau xử lý dạng số thập phân Dữ liệu hệ thống số số nhị phân người quen thuộc với hệ thống số thập phân nên từ liệu số nhị phân phải chuyển đổi thành mã đoạn để điều khiển led sáng tạo số thập phân tương ứng với số nhị phân – gọi mạch giải mã led đoạn 2.1.1.2 Cấu tạo led đoạn Led đoạn thiết kế từ led đơn, led đơn có chân anode cathode nên kết nối tạo kiểu kết nối khác nhau: kêt nối chung đầu anode kết nối chung đầu cathode Sơ đồ ký hiệu Sơ đồ nguyên lý Page |3 Dòng làm việc led thường từ đến 15mA áp từ 1.5V đến 2V Led có nhiều kích thước khác nên thơng số dòng áp thay đổi 2.1.1.3 Hình ảnh led đoạn Led đoạn có nhiều loại kích thước khác nhiều chủng loại khác Loại led Loại led quét Loại led quét Hình ảnh led đoạn proteus Số hệ nhị phân 0110 hiển trị led đoạn Page |4 2.1.1.4 Mạch giải mã led đoạn loại anode chung Mạch giải mã BCD sang led đoạn anode có ngõ vào mã BCD (A, B, C, D) với A LSB D MSB, ngõ mã đoạn led anode Theo sơ đồ nguyên lý led anode đoạn led sáng cung cấp ngõ vào mức tương ứng (Led sáng mức thấp) xem ngõ tác động mức thấp nên sơ đồ khối có ký hiệu đầu vào ngõ Bảng trạng thái mạch: Hàm ngõ Page |5 Mạch điện hình Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã BCD sang led đoạn anode 2.1.2 Cổng logic EXOR Phần tử thực hàm phần tử Exclusive OR (hay cổng EXOR) Cổng có ngõ vào Cổng thành phần phép so sánh Khi ngõ vào giống nhau, ngõ mức logic 0, ngõ vào khác nhau, ngõ có mức logic Ký hiệu bảng trạng thái cổng EXOR ngõ Page |6 Hàm ngõ Tổng quát: hàm EXOR cho giá trị số chữ số tổ hợp số lẻ Đây tính chất hàm cộng module n biến 2.2 Mạch cộng trừ nhị phân 2.2.1 Cộng nhị phân (Binary Addition) 2.2.1.1 Nguyên tắc cộng nhị phân Nguyên tắc 1: + =0 Nguyên tắc 2: + = Nguyên tắc 3: + = Nguyên tắc 4: + = chuyển = 10 Nguyên tắc 5: + + = chuyển = 11 2.2.1.2 Cộng bán phần (Haft Adder - HA) Cộng bán phần cộng hai số nhị phân bit cho kết ghi lại bit nhớ lại bit Cộng bán phần thực cho cột số cuối số nhị phân Mạch cộng bán phần có đầu vào A B, có đầu tổng S (Sum) chuyển C0 Page |7 Mạch điện 2.2.1.3 Cộng toàn phần (Full adder – FA) Cộng toàn phần cộng hai số nhị phân bit cộng thêm bit nhớ cột có số nhỏ đơn vị Cộng toàn phần cho phép cộng cột số số nhị phân Mach cộng tồn phần có ba đầu vào A, B, C i (Carry – in có nghĩa chuyển nội hay chuyển trong) Hai đầu tổng S chuyển C0 Hàm logic FA Page |8 Mạch điện Nhận xét: Từ mạch logic FA ta dễ dàng thấy mạch logic FA xây dựng từ hai mạch HA thêm nửa cửa OR lối C0 Nếu Ci = (Nối đất) mạch FA trở mạch HA 2.2.2 Trừ nhị phân (Binary Subtraction) 2.2.2.1 Nguyên tắc trừ nhị phân: Nguyên tắc 1: – = Nguyên tắc 2; – = mượn Nguyên tắc 3: – = Page |9 Nguyên tắc 4: – = 2.2.2.2 Trừ bán phần (Haft Subtractor – HS) Trừ bán phần mạch logic thực trừ hai số nhị phân bit Đầu vào A B, đầu D mượn B0 2.2.2.3 Trừ toàn phần (Full Subtractor – FS) Mạch trừ tồn phần có đầu vào A, B, B i (Borrow – in có nghĩa mượn nội hay mượn trong) Hai đầu hiệu D mượn B0 Nhận xét: P a g e | 10 Có thể xây dựng mạch FS từ hai mạch HS thêm OR lối B0 Nếu Bi = (nối đất) FS trở HS 2.3 Mạch cộng trừ hai số nhị phân n bit 2.3.1 Mạch cộng n bit Ở ta mạch cộng hai số nhị phân bit Giải sử có hai số nhị phân bit A B (A = A4A3A2A1 B4B3B2B1) cần cộng với cần dùng mạch FA Lưu ý FA thứ có Ci = làm nhiệm vụ HA P a g e | 11 Mạch cộng song song n bit: đầu C0 FA thứ nối với Ci FA thứ hai, C0 FA thứ hai nối với Ci FA thứ ba,… 2.3.2 Mạch trừ n bit P a g e | 12 P a g e | 13 2.4 Mạch cộng/trừ nhị phân Sơ đồ khối cho mạch cộng song song mạch trừ song song hai số nhị phân n bit gần giống Muốn dùng làm mạch FA để thực hai phép tính, ta cần tạo thêm đầu điều khiển S cho S = – Các số liệu B không đổi (B’ = B) S = – Các số liệu B đổi thành để đến FA ( B’ = ) Sử dụng cổng EXOR S Khi S = 0, số liệu B 4, B3, B2, B1 qua cửa EXOR để đến mạch FA Mạch mạch cộng bit P a g e | 14 Kết S = C0 S4 S3 S2 S1 Khi S = 1, số liệu B 4, B3, B2, B1 bị đảo qua cửa EXOR Như B chuyển sang dạng số “bù 1” Đầu Ci đặt mức logic tức số bù cộng chuyển sang số bù hai Bây phép trừ chuyển sang phép cộng: A + (-B) Trong kết mạch hiệu: B0 để ta phân tịch kết D4 D3 D2 D1 2.5 Thí nghiệm, mạch mơ Giới thiệu: Mạch cộng trừ bit mạch thực phép cộng trừ số nhị phân bit thông qua đầu điều khiển S Nó thực phép cộng S = 0, S =1 thực phép trừ Sơ đồ nguyên lý mạch P a g e | 15 S Chúng ta xây dựng mạch từ IC 74LS83 IC 74LS83 mạch tổng bit Ở nghiên cứu hoạt động IC 74LS83 Sơ đồ thí nghiệm: P a g e | 16 Mạch mô proteus Xét số nhị phân bit 0111 (số 7) 0001 (số 1) Mức tác động led sáng mức tác động led tắt Hình có chân điều khiển S = nên mạch cộng nhị phân Kết thu 1000 (số 8) P a g e | 17 Hình có chân điều khiển S = nên mạch trừ nhị phân Kết thu 0110 (số 6) P a g e | 18 P a g e | 19 PHẦN KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Mạch hoạt động cho kết thu với yêu cầu ban đầu đề Quan sát trình hoạt động kết thu qua việc mô Hiểu rõ nguyên lý làm việc trình hoạt động mạch 3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Kỹ thuật số, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2013 Tài liệu tham khảo trang dạy học số HCMUTE Tài liệu tham khảo qua internet ... ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP *** BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH CỘNG TRỪ NHỊ PHÂN TỒN PHẦN CĨ CHÂN ĐIỀU KHIỂN S NẾU... làm việc trình hoạt động mạch 3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Kỹ thuật số, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2013 Tài liệu tham khảo trang dạy học số HCMUTE Tài liệu tham khảo qua internet