Báo Cáo Thực Tập Cơ Bản: Mạch Đếm Thuận | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
────────────────────────
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN MẠCH ĐẾM THUẬN 20213882
Giáo viên hướng dẫn: Phan Văn Phương
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Đức Mã lớp: 726384
Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2022 1 Mục Lục I.Tín hiệu số 3 II.Đại số Boole 3 III.Trigger nhớ(flip-flop) 3 IV.Họ IC TTL và CMOS 4 V.Cổng logic 4 VI.Kết luận 9 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. II. Đại số Boole
Đại số Boole gồm 6 định lý cơ bản và một tập hợp A, được trang bị hai phép toán nhị
phân ∧ (được gọi là “AND” hay “phép nhân”), ∨ (gọi là “OR” hay “phép cộng”), một phép toán
đơn nhất ¬ (gọi là “NOT” hay “phép phủ định”) và hai giá trị 0 và 1 tương ứng với mức thấp (ký
hiệu ⊥) và mức cao (ký hiệu ⊤).
III. Trigger nhớ (flip-flop)
Flip-flop đôi khi gọi là chốt trong kĩ thuật điện tử, là mạch có khả năng lật lại trạng thái ngõ ra
tùy theo sự tác động thích hợp của ngõ vào, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc lưu trữ dữ
liệu trong mạch và xuất dữ liệu ra khi cần.
Mạch này thực hiện xử lý trạng thái của tín hiệu của một hoặc nhiều nhỡ vào và cho kết quả ở
ngõ ra. Đây là yếu tớ cơ bản lưu trữ trong logic tuần tự. Flip-flop và chốt(lacth) là vật liệu xây
dựng cơ bản của các hệ thống thiết bị điện tử kỹ thuật số, được sử dụng trong các máy tính, truyền
thông, và nhiều loiạ khác của hệ thống điều khiển.
Nếu các ngõ vào sẽ quyết định ngõ ra là cái gì thì ngõ đồng hồ ck lại chỉ ra rằng khi nào mới có
sự thay đổi đó. Chân Ck có thể tác động mức thấp hay mức cao tùy vào cấu trúc bên trong của
từng IC FF, do đố cới một IC FF cố định thì chỉ có một kiểu tác động và chỉ một mà thôi, ví dụ với
IC 74112 chỉ có một cách tác động là xung Ck tác động theo cạnh xuống. 3
IV. Họ IC TTL và CMOS 1. TTL
Transistor-transistor logic viết tắt là TTL là họ logic (logic family) được xây dựng từ các
transistor lưỡng cực. Tên gọi transistor-transistor logic là do nó đảm nhiệm hai chức năng, một là
làm cổng logic (ví dụ AND) và hai là chức năng khuếch đại được các transistor thực hiện.
Nó khác với các tiền nhiệm là Resistor-transistor logic (RTL) và Diode-transistor logic (DTL).
TTL nổi bật là lớp IC được sử dụng rộng rãi đến ngày nay trong nhiều ứng dụng như máy tính,
điều khiển công nghiệp, thiết bị kiểm tra và đo đạc, điện tử tiêu dùng,… 2. CMOS
Công nghệ MOS (Metal Oxide Semiconductor-kim loại oxit bám dẫn) có tên gọi xuất xứ từ cấu
trúc MOS cơ bản của một điện cực nằm trên lớp oxit cách nhiệt, dưới lớp oxit là đế bán dẫn.
Transistor trong công nghệ MOS là transistor hiệu ứng trường, gọi là MOSFET ( metal oxide
silicon field effect transistor). Có nghĩa điện trường ở phía điện cực kim loại của lớp oxit cách
nhiệt có ảnh hưởng đến điện trở của đế. Phần nhiều IC số MOS được thiết kế hết bằng MOSFET,
không cần đến linh kiện nào khác.
Ưu điểm chính cỉa MOSFET là dễ chế tạo, phí tổn thấp, cỡ nhỏ, tiêu hao rất ít điện năng. Kĩ
thuật làm IC MOS chỉ rắc rối bằng 1/3 kĩ thuật làm IC TTL. Thêm vào đó, thiết bị MOS chiếm ít
chỗ trên chip hơn so với BJT, thông thường, mỗi MOSFET chỉ cần 1mm2, trong jgu BJT đòi hỏi khoảng 50 mm2.
Quan trọng hơn, IC số MOS thường không dùng các thành phần điện trở trong IC, vốn chiếm
quá nhiều diện tích chip trong IC lưỡng cực.
Vì vậy, IC MOS có thể dung nạp nhiều phần tử mạch trên 1 chip đơn hơn so với IC TTL. Bằng
chứng là ta sẽ thấy MOS dùng nhiều trong vi mạch tích hợp LSI,VLSI hơn hẳn TTL. Mật độ tích
hợp cao của IC MOS làm chúng đặc biệt thích hợp cho các IC phức tạp, như chip vi xử lí và chip
nhớ. Sửa đổi trong công nghệ IC MOS đã cho ra những thiết bị nhanh hơn 74, 74LS của TTL, với
đặc điểm điều khiển dòng gần như nhau.
Do vậy, thiết bị MOS đặc biệt là CMOS đã được sử dụng khá rộng rãi trong mạch MSI mặc dù
tốc độ có thua các IC TTL cao cấp và dễ hư hỏng do bị tĩnh điện.
V. Các cổng locgic cơ bản. 1. Cổng NOT.
• Còn gọi là cổng đảo (Inverter), dùng để thực hiện hàm đảo.
• Ký hiệu (fig. 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. 4
2. Cổng AND và NAND a. 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 (fig. 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 (fig. 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 (fig. 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. 5 b. 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. 3. Cổng OR và NOR. a. 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 • Bảng chân lý: Nhận xét:
• Ngã ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi cả 2 ngã vào xuống thấp. 6
• 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.
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. b. 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. 4. 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:
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.
• 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. 7
5. Cổng EX-OR và EX-NOR. a. EX-OR
• Dùng để thực hiện hàm EX-OR.
• Cổng EX-OR chỉ có 2 ngã vào và 1 ngã ra. • Ký hiệu (fig. 10a).
• Một tính chất rất quan trọng của cổng EX-OR:
➢ Tương đương với một cổng đảo khi có một ngã vào nối lên mức cao, (fig. 10b).
➢ Tương đương với một cổng đệm khi có một ngã vào nối xuống mức thấp, (fig. 10c). b. EX-NOR.
• Là kết hợp của cổng EX-OR và cổng NOT.
• Cổng EX-NOR có 2 ngã vào và một ngã ra.
• Các tính chất của cổng EX-NOR giống cổng EX-OR nhưng có ngã ra đảo lại.
6. Cổng phức AOI (AND-OR-INVERTER).
Ứng dụng các kết quả của Đại số BOOLE, người ta có thể kết nối nhiều cổng khác
nhau trên một chip IC để thực hiện một hàm logic phức tạp nào đó. Cổng AOI là một
kết hợp của 3 loại cổng AND (A), OR (O) và INVERTER (I). Thí dụ để thực hiện hàm logic. 8 ❖ Ta có cổng phức sau: VI. Kết luận.
Qua bài thực hành này, nhóm bọn em dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Phan
Văn Phương, đã học được nhiều kiến thức bổ ích từ cách hiểu nguyên lí của mạch, sử
dụng các linh kiện điện tử, sắp xếp linh kiện, đến cách đi dây sao cho đẹp mà vẫn 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. 9