Báo cáo thực tập cơ bản mạch đếm số 00 59 | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ------ 
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN MẠCH ĐẾM SỐ 00 – 59
Giảng viên hướng dẫn:
Thầy Phan Văn Phương Sinh viên: Nguyễn Đức Mạnh MSSV: 20213993 Mã lớp học 726391 Mục lục
I. Tín hiệu số......................................................................................................3 II.
Cổng logic cơ bản và các ic thông dụng tương ứng....................................4
1. Cổng logic cơ bản........................................................................................4
a) Cổng NOT........................................................................................................4
b) Cổng AND........................................................................................................4
c) Cổng OR...........................................................................................................5
d) Cổng BUFFER.................................................................................................5
e) Cổng NAND.....................................................................................................6
f) Cổng NOR........................................................................................................7
2. Các ic thông dụng tương ứng......................................................................7
III. Tìm hiểu về đại số Boole và Định lý De Morgan..........................................9
IV. Trigger nhớ và các bộ đếm thuận nghịch....................................................10
V. Bộ đếm 00-59...............................................................................................12
VI. Kết luận.......................................................................................................14 2 I. Tín hiệu số
Tín hiệu số là tín hiệu được sử dụng để biểu diễn dữ liệu dưới dạng một chuỗi
các giá trị rời rạc; tại bất kỳ thời điểm nào, nó chỉ có thể đảm nhận một trong số
các giá trị hữu hạn. Điều này tương phản với một tín hiệu tương tự, đại diện cho
các giá trị liên tục; tại bất kỳ thời điểm nào, tín hiệu tương tự đại diện cho một số
thực trong phạm vi giá trị liên tục.
Các tín hiệu số đơn giản biểu thị thông tin trong các dải rời rạc của các mức
tương tự. Tất cả các cấp trong một dải các giá trị đại diện cho cùng một trạng thái
thông tin. Trong hầu hết các mạch kỹ thuật số, tín hiệu có thể có hai giá trị có
thể; đây được gọi là tín hiệu nhị phân hoặc tín hiệu logic. Chúng được biểu thị
bằng hai dải điện áp: một dải gần giá trị tham chiếu (thường được gọi là điện áp
đất hoặc 0 volt) và giá trị kia gần điện áp cung cấp. Các giá trị này tương ứng với
hai giá trị “0” và “1” (hoặc “sai” và “đúng”) của miền Boolean, do đó tại bất kỳ
thời điểm nào, tín hiệu nhị phân đại diện cho một chữ số nhị phân (bit). Do sự rời
rạc này, những thay đổi tương đối nhỏ đối với các mức tín hiệu tương tự không
rời khỏi đường bao rời rạc và kết quả là bị bỏ qua bởi mạch cảm biến trạng thái
tín hiệu. Kết quả là, tín hiệu số có khả năng chống nhiễu; nhiễu điện tử, miễn là
nó không quá lớn, sẽ không ảnh hưởng đến các mạch kỹ thuật số, trong khi nhiễu
luôn làm suy giảm hoạt động của tín hiệu tương tự ở một mức độ nào đó.
Tín hiệu số có nhiều hơn hai trạng thái đôi khi được sử dụng; mạch sử dụng các
tín hiệu như vậy được gọi là logic đa trị. Ví dụ, các tín hiệu có thể giả sử ba trạng
thái có thể được gọi là logic ba giá trị.
Trong tín hiệu số, đại lượng vật lý đại diện cho thông tin có thể là dòng điện hoặc
điện áp thay đổi, cường độ, pha hoặc phân cực của trường quang hoặc điện từ
khác, áp suất âm, từ hóa của phương tiện lưu trữ từ tính, vân vân. Tín hiệu số
được sử dụng trong tất cả các thiết bị điện tử kỹ thuật số, đáng chú ý là thiết bị
điện toán và truyền dữ liệu.
Tín hiệu số nhận được có thể bị suy giảm do nhiễu và biến dạng mà không nhất
thiết ảnh hưởng đến các số. 3
II. Các cổng logic cơ bản và ic nhớ thông dụng: 1.
Các cổng logic cơ bản a) Cổng NOT
Còn gọi là cổng đảo (Inverter), dùng để thực hiện hàm đảo
Ký hiệu (ig. 2), mũi tên chỉ chiều di chuyển của tín hiệu và vòng tròn là ký
hiệu đảo. Trong những trường hợp không thể nhầm lẫn về chiều này,
người ta có thể bỏ mũi tên.
Figure 2 Kí hiệu công NOT và bảng chân lí b) Cổng AND
Dùng thực hiện hàm AND 2 hay nhiều biến.
Cổng AND có số ngã vào tùy thuộc số biến và một ngã ra. Ngã ra của
cổng là hàm AND của các biến ngã vào.
Ký hiệu cổng AND 2 ngã vào cho 2 biến (ig. 3a) Nhận xét:
Ngã ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả ngã vào lên cao.
Khi có một ngã vào = 0, ngã ra = 0 bất chấp các ngã vào còn lại.
Khi có một ngã vào =1, ngã ra = AND của các ngã vào còn lại.
Vậy với cổng AND 2 ngã vào ta có thể dùng 1 ngã vào làm ngã kiểm soát (ig.
3b), khi ngã kiểm soát = 1, cổng
mở cho phép tín hiệu logic ở ngã vào còn lại
qua cổng và khi ngã kiểm soát = 0, cổng đóng , ngã ra luôn bằng 0, bất chấp ngã vào còn lại.
Với cổng AND có nhiều ngã vào hơn, khi có một ngã vào được đưa lên mức cao
thì ngã ra bằng AND của các biến ở các ngã vào còn lại.
Hình (ig. 4) là giản đồ thời gian của cổng AND hai ngã vào. Trên giản đồ, ngã ra
Y chỉ lên mức 1 khi cả A và B đều ở mức 1. 4
4 Giản đồ thời gian cổng AND c) Cổng OR
Dùng để thực hiện hàm OR 2 hay nhiều biến.
Cổng OR có số ngã vào tùy thuộc số biến và một ngã ra. Ký hiệu cổng OR 2 ngã vào
Figure 5 Kí hiệu cổng OR Bảng chân lí: -
6 Bảng chân lí cổng OR Nhận xét:
Ngã ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi cả 2 ngã vào xuống thấp.
Khi có một ngã vào =1, ngã ra = 1 bất chấp ngã vào còn lại.
Khi có một ngã vào =0, ngã ra = OR các ngã vào còn lại. 5
Vậy với cổng OR 2 ngã vào ta có thể dùng 1 ngã vào làm ngã kiểm soát, khi ngã
kiểm soát = 0, cổng mở, cho phép tín hiệu logic ở ngã vào còn lại qua cổng và
khi ngã kiểm soát = 1, cổng đóng, ngã ra luôn bằng 1.
Với cổng OR nhiều ngã vào hơn, khi có một ngã vào được đưa xuống mức thấp
thì ngã ra bằng OR của các biến ở các ngã vào còn lại. d) Cổng BUFFER
Còn gọi là cổng đệm. Tín hiệu số qua cổng BUFFER không đổi trạng thái logic.
Cổng BUFFER được dùng với các mục đích sau: Sửa dạng tín hiệu.
Đưa điện thế của tín hiệu về đúng chuẩn của các mức logic.
Nâng khả năng cấp dòng cho mạch. Ký hiệu của cổng BUFFER.
Figure 7 Kí hiệu cổng BUFFER
Tuy cổng đệm không làm thay đổi trạng thái logic của tín hiệu vào cổng nhưng
nó giữ vai trò rất quan trọng trong các mạch số. e) Cổng NAND
Là kết hợp của cổng AND và cổng NOT. (Ở đây chỉ xét cổng NAND 2
ngã vào, độc giả tự suy ra trường hợp nhiều ngã vào).
Ký hiệu của cổng NAND: Gồm AND và NOT, cổng NOT thu gọn lại một vòng tròn.
Tương tự như cổng AND, ở cổng NAND ta có thể dùng 1 ngã vào làm ngã
kiểm soát. Khi ngã kiểm soát = 1, cổng mở cho phép tín hiệu logic ở ngã
vào còn lại qua cổng và bị đảo, khi ngã kiểm soát = 0, cổng đóng, ngã ra luôn bằng 1.
Khi nối tất cả ngã vào của cổng NAND lại với nhau, nó hoạt động như một cổng đảo
Figure 8 Kí hiệu cổng NAND 6 f) Cổng NOR
Là kết hợp của cổng OR và cổng NOT.
Ký hiệu của cổng NOR: Gồm cổng OR và NOT, nhưng cổng NOT thu gọn lại một vòng tròn
2. Các ic thông dụng: a) TTL:
Transistor-transistor logic hay TTL l một lớp mạch kỹ thuật số được xây dựng
từ c c transistor lưỡng cực (BJT) v một số điện trở phụ trợ. Tên
gọi transistortransistor logic l do nó đảm nhiệm hai chức năng, một l lm (ví dụ cổng logic
AND) v hai l chức năng khu:ch đại được c c transistor thực hiện - Phân loại
+ TTL ngõ ra cực thu để hở
=> Cấu trúc của một cổng nand 2 ngõ vo v có ngõ ra cực thu để hở
Cổng NAND thường sẽ tốn kém v phức tạp hơn c ch c ch dùng cổng NAND cực thu để hở (open colector: CO) mặc dù cả 2 c ch đều logic
+ TTL có ngõ ra 3 trạng th i: - Đặc tính điện
+ Nguồn nuôi v công suất tiêu t n: Công thức tiêu t n được nói đ:n để đ nh gi
chất lượng của IC, rõ rng n:u mạch logic no có nó thấp thV được đ nh gi cao hơn
nhưng cũng có một tiêu chuẩn kh c cần quan tâm l tốc độ chuyển mạch của cổng
+ Tốc độ chuyển mạch: Tích số tốc độ - công suất cng nhỏ thV cổng cng tốt v
thích hợp với nhiều ứng dụng tốc độ cao hay công suất tiêu t n thấp hay cả hai
+ Tính chống nhi\u: Đôi khi c c điện p v dòng điện vo ra cổng logic đã được
đảm bảo ngoi vùng bất định nhưng mạch vẫn có thể hoạt động sai logic đó l do 7
ảnh hưởng của nhi\u gồm những từ bên ngoi thâm nhập vo
+ Hệ số tải (số tỏa ra: Fanout): Hệ số tải v c c thông số dòng p vo ra ở trên
được coi l thông số nền tảng để tính to n sự giao ti:p giữa c c mạch TTL kh c loại b) IC họ CMOS
- Cấu tạo: l một cổng NOT gồm một transistor NMOS v một transistor PMOS như hVnh Đặc tính kĩ thuật:
+ Công suất tiêu thụ: Khi mạch CMOS ở trạng th i tĩnh (không chuyển mạch) thV
công suất tiêu t n PD của mạch rất nhỏ
+ Tốc độ chuyển mạch: Tốc độ chuyển mạch của CMOS thV nhanh hơn hẳn loại
TTL do điện trở đầu ra thấp ở mỗi trạng th i. Tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên khi
tăng nguồn nhưng điều ny cũng lm tăng công suất tiêu t n ngoi ra nó cũng còn
ảnh hưởng bởi tải điện dung
+ Tính kh ng nhi\u: Về giới hạn nhi\u nói chung l tốt hơn c c loại TTL
+ Hệ số tải: Dòng ra của c c CMOS kh lớn trong lúc điện trở vo của c c CMOS
lại rất lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dòng vo rất nhỏ nên số toả ra rất lớn.
c) Các ic tương ứng cổng logic: Tên cổng Kí hiệu Chức năng Ic tương ứng Khiến xảy ra một sự kiện khi chỉ cần một 1. Cổng OR
điều kiện quyết định
sự kiện đó được đáp ứng. Cổng đảo có chức năng như một 2. Cổng cổng đệm nhưng ngõ NOT ra luôn đảo so với ngõ vào. Thực hiện quan hệ:
một sự kiện sẽ xảy ra 3. Cổng khi tất cả mọi điều AND kiện quyết định sự kiện đó được đáp ứng. 7408 8 4. Cổng Thực hiện phép toán NAND nhân đảo Thực hiện: tín hiệu ngõ ra chỉ bằng 1 khi ` tất cả các ngõ vào 5. Cổng bằng 0, tín hiệu ngõ NOR ra sẽ bằng 0 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 1 6. Cổng Dùng để so sánh 2 XOR tín hiệu. Nếu 2 tín hiệu bằng nhau thì ngõ ra bằng 0 và ngược lại 2 ngõ tín hiệu vào không bằng nhau thì ngõ ra bằng 1 9
III. TÌM HIỂU VỀ ĐẠI SỐ BOOLE VÀ ĐL DE MORGA
1. Đại số Boole chỉ có 3 phép toán là: 1.
Phép cộng thể hiện qua hàm OR 2.
Phép nhân thể hiện qua hàm AND 3.
Phép phủ định thể hiện qua hàm NOT Nhắc lại: OR 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 1 AND 0.0 = 0 0.1 = 0 1.0 = 0 1.1 = 1 NOT 10
IV. TÌM HIỂU VỀ TRIGGER NHỚ VÀ BỘ ĐẾM THUẬN NGHỊCH.
1. Trigơ – Phần tử nhớ của mạch tuần tự
- Định nghĩa: Trigơ là phần tử có khả năng lưu trữ (nhớ) một trong hai trạng thái 0 và
Trigơ có từ 1 đến một vài lối điều khiển, có hai lối ra luôn luôn ngược nhau là Q
và . Tuỳ từng loại trigơ có thể có thêm các lối vào lập (PRESET) và lối vào xoá
(CLEAR). Ngoài ra, trigơ còn có lối vào đồng bộ (CLOCK). - Phân loại: 11
- Một số IC Trigơ thông dụng:
+ Trigơ JK: IC 54/7473- IC này gồm hai trigơ JK có lối vào xóa và không có lối
vào lập hoạt động tại sườn âm của xung Clock
+ Trigơ D: IC 54/7474- IC này gồm hai trigơ D có lối vào xóa và lối vào lập, hoạt
động tại sườn dương của xung Clock
+ Trigơ JK: IC 54/7476- IC này gồm hai trigơ JK có lối vào xóa và lối vào lập,
hoạt động tại sườn âm của xung Clock. IC đếm 74LS90
2. Bộ đếm thuận nghịch: - Định nghĩa :
+ Bộ đếm là một mạch tuần tự tuần hoàn có một lối vào đếm và một lối ra, mạch
có số trạng thái trong bằng chính hệ số đếm (ký hiệu là Md).
+ Dưới tác dụng của tín hiệu vào đếm, mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong này
đến một trạng thái trong khác theo một thứ tự nhất định.
+ Cứ sau Md tín hiệu vào đếm mạch lại trở về trạng thái xuất phát ban đầu.
+ Bộ đếm được dùng rất nhiều trong các dụng cụ đo lường chỉ thị số, các máy tính điện tử.
+ Bộ đếm theo cả hai hướng Lên hoặc Xuống tùy thuộc vào trạng thái của chân điều khiển đầu vào 12 V. MẠCH ĐẾM 00-59
1. Sơ đồ nguyên lý của mạch đếm.
2. Kiểm nghiệm mạch đếm thực tế:  Khi chưa cấp điện: 13
 Khi được cấp điện: 14 VI. Kết luận
Qua bài thực tập này, nhóm em dưới sự hướng dẫn tận tình của giảng viên
hướng dẫn, đã học được nguyên lí của mạch, sử dụng các linh kiện điện tử, sắp
xếp linh kiện, đến cách đi dây đúng quy tắc. Do thời gian không nhiều, nên
không thể tránh được những sai sót trong quá trình thiết kế mạch cũng như làm
báo cáo. Cuối cùng, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng
viên đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hành. 15