Bao cao thi nghiệm kỹ THUẬT số

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang MỤC LỤC BÀI KHẢO SÁT CỔNG LOGIC VÀ FLIP-FLOP I MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM III CÁC THÍ NGHIỆM Các cổng logic 2 Cấu tạo ngõ cổng TTL Khảo sát hoạt động Flip-Flop BÀI KHẢO SÁT HỆ TỔ HỢP VÀ HỆ TUẦN TỰ 11 I MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 11 II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 11 III CÁC THÍ NGHIỆM 11 Khảo sát mạch đếm không đồng (đếm nối tiếp) 11 Khảo sát mạch đếm đồng (74LS193) 12 Khảo sát mạch so sánh bít (74LS85) 13 Khảo sát ghi dịch bít (74LS194) 15 Khảo sát mạch cộng nhớ nhanh bít (74LS283) 18 BÀI KHẢO SÁT CỔNG LOGIC VÀ FLIP-FLOP I MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU Khảo sát cổng logic dùng vi mạch tích hợp TTL CMOS, khảo sát hoạt động cá đơn giản: mạch điều khiển bus liệu, mạch chia tần số sử dụng JKFF, DFF… Để hoàn thành thí nghiệm sinh viên cần nắm vững lý thuyết học giáo trình Kỹ Flip-Flop II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM • FACET Base Unit (Đế lắp mạch thí nghiệm) • Digital Logic Fundamental circuit board (Board mạch thí nghiệm) • VOM • Dao động ký • Các dây nối connector III CÁC THÍ NGHIỆM Các cổng logic Mục đích thí nghiệm: nhằm kiểm tra hoạt động cổng logic AND, NAND, OR, NO mạch cổng TTL Các khối sử dụng board mạch: AND/NAND, OR/NOR, XOR/XNOR, CLOCK, INPUT Các vi mạch sử dụng thực khối trên: • 74LS00: 04 cổng NAND ngõ vào • 74LS02: 04 cổng NOR ngõ vào • 74LS04: 06 cổng NOT (Inverter) • 74LS136: 04 cổng XOR a Kiểm tra nguồn cung cấp cho vi mạch: • Lắp board TN vào đế, bật công tắc nguồn (đèn LED thị nguồn sáng báo +5V) • Dùng VOM đo nguồn cung cấp cho vi mạch (đo chân 14 chân 16 IC), giá trị b Kiểm tra nguồn xung Clock tín hiệu Input A, B: • Dùng VOM đo giá trị điện áp nguồn xung clock là: V1 = 2.16 V • Dùng VOM đo giá trị điện áp chân số IC NE555, giá trị đo V2 = 2.16 V • Ta thấy V1 = V2 • IC NE555 thực vai trò mạch dao động tạo xung Clock • Quan sát hình dạng xung clock cách sử dụng kênh (kênh X) dao động ký Từ d xác định chu kỳ tần số dao động xung clock: Thời gian có xung: TON = 10.1 µs Thời gian khơng có xung: TOFF = 12 µs Chu kỳ dao động: T = TON + TOFF = 22.1 µs Tần số dao động: f = 1/T = 45 Hz • Sử dụng thêm kênh (kênh Y) dao động ký quan sát dạng sóng chân số IC NE55 • Điện áp nạp tụ khơng tăng tuyến tính tăng theo hàm mũ • Nếu muốn tạo điện áp nạp tuyến tính (điện áp có dạng tam giác) phải cải tiến mạch dao độn τ=RC lớn , tăng R hay giảm điện dung tụ điện • Giá trị điện áp trung bình nguồn xung clock theo cơng thức: 2.24(V) • Kiểm tra mức logic ‘0’ ‘1’ ngõ vào input A, B cách sử dụng VOM ta có bảng Mức Điện áp đo VOM Logic Input A Input B Logic 0.25mV 3mV Logic 4.91V 4.93V c Kiểm tra bảng chân trị cổng logic: Sử dụng dây nối, connector cấp tín hiệu logic ‘0’ ‘1’ cho đầu vào A B mức logic ngõ vào A, B Quan sát trạng thái đèn LED ngõ cổng AND dùng VOM để kiểm tra lại bảng chân trị (bảng trạng thái) cổng AND OR, NAND, NOR, XOR, XNOR Ứng đo sau: Bảng chân trị cổng AND: Bảng chân trị cổng NAND A B Y = A.B Điện áp VY 0 0.1V 0.1V 0 0.1V 1 3.97V A B Y Điện áp VY 0 4.12V 1 4.12V 1 4.12V 1 0.11V A B Y Điện áp VY 0 0.14V 1 3.69V 1 3.69V 1 3.69V A B Y Điện áp VY 0 3.95V Bảng chân trị cổng OR Bảng chân trị cổng NOR 0.17V 0 0.17V 1 0.17V A B Y Điện áp VY 0 0.15V 1 4.95V 1 4.95V 1 0.15V A B Y Điện áp VY 0 4.95V 0.16V 0 0.16V 1 4.95V Bảng chân trị cổng XOR Bảng chân trị cổng XNOR d Sử dụng cổng AND NAND để đóng/mở tín hiệu: • Cổng AND NAND cho tín hiệu qua ngõ vào : A = • Cổng AND NAND khơng cho tín hiệu qua ngõ vào: A = • Sự khác dạng sóng ngõ Y1 Y2 sử dụng cổng AND NAND để đóng mở t mở tín hiệu khác e Sử dụng cổng XOR XNOR để đệm đảo mức tín hiệu: Khối XOR/XNOR Trong đó: A đóng vai trò ngõ vào điều khiển (control) B đóng vai trò ngõ vào liệu (data) Sử dụng kênh dao • Kênh quan sát tín hiệu • Kênh quan sát tín hiệu B khơng đổi A=1 : thời gian có xung X1 lớn A=0 Lần lượt thay đổi vị trí công tắc A để thay đổi mức logic ngõ vào tín hiệu điều khiển A qu dạng sóng quan sát được: • Khi ngõ vào điều khiển A = thì: X1 = B • Khi ngõ vào điều khiển A = thì: X1 = B Khơng thể dùng cổng XOR / XNOR để đóng/mở tín hiệu liệu Kết luận : Chỉ dung cổng NAND or NOR để đóng mở tín hiệu Cấu tạo ngõ cổng TTL Các khối mạch sử dụng: OPEN COLLECTOR, TRI-STATE OUTPUT Các vi mạch sử dụng: • 7407: 06 cổng đệm cấu tạo ngõ cực thu để hở (Hex Buffer with Open Collector) • 74LS14: 06 cổng đảo Schmitt Trigger (Hex Schmitt Trigger Inverter) • 74LS04: 06 cổng đảo • 74LS126: 04 cổng đệm với cấu tạo ngõ trạng thái a Đặc tính cổng ĐẢO loại Schmitt Trigger (74LS14) Chúng ta thử quan sát điện áp đầu cổng ĐẢO đặt đầu vào tín hiệu xung có tần số xung rộng), xét trường hợp: cổng đảo loại chuẩn (standard) cổng đảo loại Schmitt Dạng són R õ ràng sử dụng cổng đảo Schmitt Trigger tín hiệu biến thiên chậm (tần số thấp) dạng không mong muốn tác động vào mạch Đặc tuyến truyền đạt cổng ĐẢO loại Schmitt Trigger sau: Y cầu thí nghiệm: xác định giá trị điện áp VUTP VLTP cổng đảo Schmitt Trigge mạch đảo 74LS14 Thực mạch sau đây: Trong V nguồn điện áp lấy từ khối TTL/CMOS COMPARISON thay đổi giá trimmer POSITIVE SUPPLY đế cắm board mạch thí nghiệm (Base Unit) Các bước tiến • Lắp mạ • Dùng V vào VA mức lo • Quan s thấy • Điều chỉnh trim VA quan sát dao động ký ngõ Y vừa chuyển xuống mức logic dừng điện áp VUTP, có giá trị là: VUTP = 6.08 (V) • • FACET Base Unit (Đế lắp mạch thí nghiệm) • Digital Circuit Fundamental board (Board mạch thí nghiệm) • VOM • máy phát sóng vng • Các dây nối connector III CÁC THÍ NGHIỆM Khảo sát mạch đếm không đồng (đếm nối tiếp) Khối mạch thực hiện: ASYNCHRONOUS RIPPLE COUNTER a Khảo sát tác dụng ngõ vào CLR PR: • Quan sát sơ đồ mạch đếm không đồng (đếm nối tiếp) sử dụng JKFF (được thực h TFF mắc nối tiếp với • Khảo sát hoạt động xóa (CLEAR) đặt trước (PRESET) đếm cách cấp tín hiệu logi • Dùng tụ điện có giá trị C = 10 (µF) mắc thêm vào mạch để khảo sát tác dụng mạch RC tro đầu bật nguồn cung cấp b Khảo sát hoạt động đếm lên: • Cấp xung Clock từ khối tạo xung PULSE vào ngõ vào CLOCK mạch • Xóa đếm • Thay đổi vị trí cơng tắc khối PULSE để tạo xung kích khởi cho đếm quan sát thay đến 1111 Lưu ý: đèn sáng tương ứng mức logic “1”, đèn tắt tương ứng mức logic “0” • Dùng máy phát sóng cấp tín hiệu xung vng có tần số Hz vào ngõ vào CLOCK đếm • Tăng tần số xung CLOCK máy phát sóng để tăng tốc độ đếm • Nhận xét : tăng tần số xung Clock đếm trang thái đếm đèn tăng lên, tần sáng Khảo sát mạch đếm đồng (74LS193) Khối mạch thực hiện: SYNCHRONOUS COUNTER Vi mạch TTL 74LS193 đếm đồng thuận/nghịch bít, với ngõ vào liệu cho phép nhập • CLEAR : ngõ vào xóa đếm 0000 • LOAD : ngõ vào cho phép nhập liệu vào đếm • A, B, C, D : ngõ vào liệu • COUNT UP : ngõ vào nhận xung cho phép đếm lên, kích khởi sườn lên • COUNT DOWN : ngõ vào nhận xung cho phép đếm xuống, kích khởi sườn lên • QA, QB, QC, QD : ngõ đếm • CARRY BORROW : ngõ cho phép người thiết kế ghép nối tầng nhiều vi đếm với số lượng lớn Chẳng hạn: vi mạch 74LS193 thực đếm bít tươn tầng vi mạch đếm bít 74LS193 cách sử dụng ngõ CARRY BORROW có thái đếm 16x16 = 256 (= 28) trạng thái phân biệt, tất nhiên thực đếm lên h BORROW cho đếm xuống) a Hoạt động đếm lên: • Cấp nguồn cho mạch • Xóa đếm khơng • Dùng máy phát sóng cấp tín hiệu xung vng có tần số Hz vào ngõ vào UP đếm q dung đếm thay đổi từ 0000 → 1111) Quan sát trạng thái ngõ CARRY BORROW • Khi đến lên từ 0000 đến 1111 ngỏ CARRY nháy đèn báo hiệu đếm xong • Khi đến xuống từ 1111 đến 0000 ngỏ BORROW nháy đèn báo hiệu đếm xong • Tăng tần số ngõ vào xung đếm máy phát sóng sẻ tăng tốc độ đếm b Hoạt động đếm xuống: Khảo sát hoạt động đếm xuống hoàn toàn tương tự phần a cách cấp nguồn xung clock tần s vi mạch Với ngõ vào UP để trống c Nhập liệu vào đếm: Sử dụng ngõ vào LOAD công tắc A, B, C, D khối INPUT SIGNALS để nhập liệu ban đầ • Đưa ngõ vào LOAD xuống mức sử dụng công tắc A, B, C, D để nhập liệu ban đầu Trạng thái ngõ đếm QD, QC, QB, QA lúc 0011 • Vẫn giữ ngõ vào LOAD mức ‘0’, cấp xung clock tần số Hz vào ngõ vào UP, nội dung đ • Đưa ngõ vào LOAD lên mức ‘1’ để chuyển sang hoạt động đếm Lúc mạch thực đ • Trong đếm CLEAR dừng đếm LOAD dừng đếm d Ứng dụng đếm để xây dựng mạch định thời Chúng ta ứng dụng đếm để xác định khoảng thời gian, gọi hoạt động định thời g đơn giản định thời Hoạt động đếm xuống đếm lên vi mạch đếm, chẳng hạn 74LS193, ứng dụng phần thử xét ứng dụng hoạt động đếm xuống việc định thời kiện Chẳng hạn muốn làm trễ khoảng thời gian 10s cho đếm bắt đầu đếm ngược 10 (1010 nhị phân) đến (0000 nhị phân) với tần số xung nhịp ngõ vào DOWN Hz, tương ứ đến giá trị 00002 nghĩa đếm 10 trạng thái tương ứng 10 xung nhịp clock tác động ngõ BORROW chuyển từ mức logic ‘1’ xuống mức logic ‘0’, dấu hiệu nhận biết k đầu tác động xung đếm đầu vào xung nhịp Tín hiệu xung mức ngõ BORROW hoạt động Phần thí nghiệm: Sử dụng vi mạch 74LS193 thực công việc sau: • Nhập liệu thích hợp để định thời khoảng thời gian 5s, 6s, 12s, 15s • Các giá trị nhập liệu • 5s : 0101 • 6s : 0110 • 12s : 1100 • 15s : 1111 • Ứng dụng hoạt động đếm lên để định thời cần sử dụng ngõ CARRY làm dấu hiệu nhận biết Khảo sát mạch so sánh bít (74LS85) Khối mạch thực hiện: BIT COMPARATOR Vi mạch 74LS85 thực so sánh số nhị phân bít A (A3A2A1A0) B (B3B2B1B0) theo mã n MAGNITUDE COMPARATOR) Sơ đồ chân bảng trạng thái mô tả hoạt động vi mạch đư Giải thích bảng trạng thái vi mạch 74LS85: • A3, A2, A1, A0; B3, B2, B1, B0 ngõ vào nhận bít liệu so sánh số A, B • A>B, A • Các ngõ vào nối tầng (cascading inputs) cho phép ghép nối nhiều vi mạch so sánh 74LS85 vớ bít (ví dụ: so sánh số bít, 12 bít, 16 bít, 20 bít, 24 bít, .), làm tăng khả mở rộng • Trong thí nghiệm thực việc so sánh số nhị phân bít sử dụng vi mạch 74LS85 Tiến hành thí nghiệm: a So sánh số nhị phân bít sau đây: Các ngõ A B 0001 0011 1101 1100 1010 1010 0110 1001 A>B A A Các ngõ vào B giá trị ngõ QA, QB, QC, QD vi mạch đếm 74LS193 b Thực mạch đếm modulo M: Sử dụng khối mạch: Bộ đếm đồng (74LS193) Bộ so sánh bít (74LS85) để thực mạch thích hợp mạch so sánh (A>B A=B A) đến ngõ vào CLEAR đếm để thiết lập công tắc A, B, C, D khối INPUT SIGNALS • Đếm lên đếm (M=5) • Đếm lên đếm (M=7) • Đếm lên đếm 10 (M=10) Khảo sát ghi dịch bít (74LS194) Khối mạch khảo sát: BIT SHIFT REGISTER Khối mạch thực vi mạch 74LS194, ghi dịch bít cho phép dịch trái ngõ vào liệu song song đồng Sơ đồ chân vi mạch cho sau: Ý nghĩa chân tín hiệu: • CLEAR: Ngõ vào xóa, tích cực mức thấp • CLOCK: Ngõ vào xung clock, tích cực sườn lên • A, B, C, D: Các ngõ vào liệu song song • SL (Serial Left): Ngõ vào nối tiếp liệu dịch trái • SR (Serial Right): Ngõ vào nối tiếp liệu dịch phải • QA, QB, QC, QD : Các ngõ liệu song song • S1, S0 : Các ngõ vào chọn chế độ hoạt động ghi Thanh ghi dịch 74LS194 có chế sau: S1 S0 Chế độ hoạt động (MODE) 0 Giữ nguyên trạng thái ngõ Dịch liệu sang phải Dịch liệu sang trái 1 Nhập liệu vào song song đồng với clock Phần thí nghiệm: a Hoạt động dịch phải liệu: Xóa ghi 0000 (CLEAR=0) • Nhập liệu “0001” vào ghi (D=0, C=0, B=0, A=1), lưu ý: A=LSB, D=MSB • Thiết lập ngõ vào liệu dịch phải SR=1 • Cấp xung clock sườn lên cho ghi từ khối tạo xung PULSE GENERATOR • Chuyển sang chế độ dịch phải (S1=0, S0=1) • Lần lượt chuyển công tắc khối tạo xung để cấp xung clock cho ghi quan sát dịch ngõ QA, QB, QC, QD theo sơ đồ sau: • Khảo sát hoạt động dịch phải ghi cách thay đổi liệu nhập ban đầu cho 0010 Lưu ý: A = LSB, D=MSB b Hoạt động dịch trái liệu: Xóa ghi 0000 (CLEAR=0) • Nhập liệu “1000” vào ghi (D=1, C=0, B=0, A=0), lưu ý: A=LSB, D=MSB • Thiết lập ngõ vào liệu dịch trái SL=0 • Cấp xung clock sườn lên cho ghi từ khối tạo xung PULSE GENERATOR • Chuyển sang chế độ dịch trái (S1=1, S0=0) • Lần lượt chuyển cơng tắc khối tạo xung để cấp xung clock cho ghi quan sát dịch ngõ QA, QB, QC, QD • Khảo sát hoạt động dịch trái ghi liệu nhập ban đầu cho ghi s tiếp SL=1 c Hoạt động dịch vòng liệu: • Thực mạch dịch vòng liệu từ trái sang phải cách nối ngõ QD ngõ vào li • Sau nhập liệu “0001” cho • Dùng máy tạo sóng cấp xung vng có tần số Hz vào ngõ vào CLOCK ghi • Chuyển ghi sang chế độ dịch phải liệu (S1=0, S0=1) quan sát hoạt động dịch vòn vòng ngõ • Bây từ từ tăng tần số xung clock máy phát sóng lên thấy tốc độ chạy điểm sáng clock thấy đèn LED ngõ sáng đồng thời • Khi tăng tần số lên 24Hz mắt ta mắt ta lại thấy đèn sáng lúc • Do mắt nhận thấy 24hình /s • Thí nghiệm dịch vòng liệu cách thay đổi liệu nhập ban đầu cho ghi là: “0111 • Thực mạch dịch vòng từ phải sang trái, tương tự làm mạch dịch vòng sang phải • Ứng dụng mạch dịch vòng • Trình bày sơ đồ nguyên lý mạch chọn kênh ứng dụng ghi dịch ? • Trình bày sơ đồ ngun lý mạch phân kênh ứng dụng ghi dịch? Khảo sát mạch cộng nhớ nhanh bít (74LS283) Khối mạch thực hiện: BIT ADDER Khảo sát vi mạch cộng nhớ nhanh bít 74LS283, vi mạch cộng nhớ nhanh hay gọi mạc Carry Look Ahead) Sơ đồ bố trí board mạch thí nghiệm sơ đồ khối mạch cộng bít nhớ nhanh: Trong sơ đồ lưu ý ngõ vào A4, A3, A2, A1 vi mạch nối đến ngõ SIGNALS; ngõ vào B4, B3, B2, B1 vi mạch nối đến ngõ QD, QC, QB Bởi để cộng số nhị phân bít A=A4A3A2A1 B=B4B3B2B1 trước tiên nhập số liệ liệu vào đếm, sau nhập tiếp số liệu cho A cách sử dụng công tắc A, B, C, D Phần thí nghiệm: Thực phép tốn cộng số nhị phân bít hồn thành bảng sau: Giá trị đầu vào Kết phép toán 16 C0 A B 0101 Số thập ph C4 Σ4 Σ3 Σ2 Σ1 0100 0 1100 1011 1 1 23 0111 1000 1 1 15 0111 1000 0 0 16 1111 1111 1 1 30 1111 1111 1 1 31 Ý nghĩa ngõ vào C0 ngõ C4 C0 : Nhớ trước cộng C4 : Số nhớ cộng Ứng dụng ngõ vào C0 ngõ C4 việc thiết kế mạch cộng số nhị phân N bít làm số n - oOo