Báo cáo Thực Tập Cơ Bản Mạch Kỹ Thuật Số| Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ====o0o====
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN ĐỀ TÀI:
MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN ( từ 00 đến 59)
Giáo viên hướng dẫn: Phan Văn Phương Sinh viên thực hiện: Trần Quang Huy - 20213955 Hoàng Minh Tú - 20210890 Lớp: Điện tử 06-K66 Hà Nội, 11/2022 1 LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với môn Nhập môn Điện tử- Viễn thông, học môn Thực tập cơ bản là quan
trọng đối với học sinh, sinh viên của tất cả các nghành trong trường nhất là nghành
Điện tử- Viễn thông của trường ta. Vì vậy thông qua việc thực tập sẽ giúp cho mỗi
sinh viên sẽ có cái nhìn sâu hơn về cách thiết kế mạch và sử dụng linh kiện, và qua
đây sẽ giúp cho mỗi học sinh – sinh viên đánh giá được khả năng tích luỹ kiến thức
về môn học này đồng thời biết cách vận dụng môn học vào thực tế.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Văn Phương đã nhiệt tình hướng dẫn.
Dù chúng em đã cố gắng nhưng không tránh khỏi hạn chế thiếu xót vì thiếu
kinh nghiệm cũng như kiến thức chuyên môn. Rất mong được sự đóng góp ý kiến
của toàn thể các thầy cô.
Chúng em xin chân thành cảm ơn ! 2 Mục lục
Lời nói đầu………………………………………………………………………….2
Mục lục………………………………………………………………………..........3
I. Cơ sở lý thuyết…………………………………………………………………...4
1.Tín hiệu số và ứng dụng...………………………………………………………4
2. Các cổng logic và thuật toán logic cơ bản………………………………….......4
3. Đại số Boole và Định lí De Morgan……………………………………............7
4. Mạch dãy, mạch đếm…………………………………………………………...9
5.Tìm hiểu cách chế tạo IC và phân tích IC số họ TTL và CMOS……………...10
II. Thực hành……………………………………………………………………...13
1.Tên bài thực hành……………………………………………………………...13
2. Linh kiện………………………………………………………………………13
3. Sơ đồ khối……………………………………………………………………..14
4, Sơ đồ thiết kế………………………………………………………………….14
III. Kết quả……………………………………………………………………. ….15 3 I,Cơ sở lý thuyết.
1, Tín hiệu số và ứng dụng. a, 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. b, Ứng dụng
Xử lý tín hiệu số có nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ như trong lĩnh vực điện tử
y sinh, trong điều chỉnh động cơ diesel, xử lý thoại, các cuộc gọi điện thoại khoảng
cách xa, xử lý tiếng nói, xử lý âm thanh, và tăng cường chất lượng hình ảnh và
truyền hình. Các công nghệ nén MPEG hay WMV hiện nay đều dựa trên tiến bộ
của công nghệ xử lý tín hiệu số.
2, Các cổng logic và thuật toán logic cơ bản. a, Cổng NOT
- Định nghĩa: Cổng NOT là một cổng Logic thực hiện thuật toán phủ định Logic tín hiệu đầu vào. - Kí hiệu: - Bảng trạng thái:
Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau. - Biểu thức logic: 4 Q = b, Cổng AND
- Định nghĩa: Cổng AND là một cổng logic thực hiện thuật toán nhân logic các tín hiệu đầu vào. - Kí hiệu: - Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao.
Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại. - Biểu thức logic: Q = A.B c, Cổng OR
- Định nghĩa: Cổng OR là một cổng logic thực hiện thuật toán tổng logic các tín hiệu đầu vào. - Kí hiệu: 5 - Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các ngõ vào xuống thấp.
Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp các ngõ vào còn lại. - Biểu thức logic: Q = A + B d, Cổng NAND
- Định nghĩa: Cổng NAND là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ định
tích logic các tín hiệu đầu vào. - Kí hiệu: - Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0.
Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1. - Biểu thức logic: 6 Y = e,Cổng NOR
- Định nghĩa: Cổng NOR là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ định tổng
logic của các tín hiệu đầu vào. - Kí hiệu: - Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0.
Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá trị 1 - Biểu thức logic: Y =
3. Đại số Boole và Định lí De Morgan a. Đại số Boole
- Trong đại số trừu tượng, đại số Boole hay đại số Boolean là một cấu trúc đại
số có các tính chất cơ bản của cả các phép toán trên tập hợp và các phép toán
logic. Cụ thể, các phép toán trên tập hợp được quan tâm là phép giao, phép hợp,
phép bù; và các phép toán logic là Và, Hoặc, Không.
- Đại số Boole được đặt tên theo George Boole (1815–1864), một nhà toán học người Anh.
- Đại số Boole làm việc với các đại lượng chỉ nhận giá trị Đúng hoặc Sai và có
thể thể hiện hệ thống số nhị phân, hoặc các mức điện thế trong mạch điện logic.
- Định nghĩa: 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 ∨ 7
“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 ⊤), giả sử a,
b, c thuộc tập hợp A, ta có các tiên đề sau:
- Lưu ý rằng, phép hấp thụ có thể được loại trừ khỏi tập các tiên đề vì nó có
thể được bắt nguồn từ các tiên đề khác.
- Một đại số Boole chỉ với một phần tử được gọi là đại số bẩm sinh hoặc một
đại số Boole thoái hoá. (Một số tác giả yêu cầu 0 và 1 là các phần tử riêng
biệt để loại trừ trường hợp này).
- Xuất phát từ ba cặp tiên đề cuối cùng ở trên (Phép đồng nhất, phân phối và
bù), hoặc từ phép hấp thụ, ta có
a = b ∧ a khi và chỉ khi a ∨ b = b b. Định lí De Morgan
- De Morgan, hay còn gọi là định lý De Morgan, được phát biểu và chứng
minh bởi nhà toán học và logic học người Anh sinh trưởng tại Ấn Độ tên
là Augustus De Morgan (1806-1871).
- Luật De Morgan cho rằng sự bổ sung của sự kết hợp của hai bộ là giao
điểm của bổ sung của họ và phần bù của các giao điểm của hai bộ là sự kết
hợp của bổ sung của họ. Chúng được đề cập sau nhà toán học vĩ đại De
Morgan. Định luật này có thể được biểu diễn dưới dạng (A ∪ B) ‘= A’ ∩ B
‘. Trong lý thuyết tập hợp , các luật này liên hệ giao điểm và sự kết hợp của
các tập hợp bằng các phần bổ sung.
- Theo định luật thứ nhất của De Morgan, phần bù của hợp của hai tập A và
B bằng giao của phần bù của tập A và B 8
- Định lý này được phát biểu và dùng lại trong lô gíc và đại số Boole như sau:
Từ hai mệnh đề trên cùng với bảng chân trị của phép hội (A.B) và phép
nghịch đảo (Ᾱ) người ta có thể chứng minh rằng mọi mệnh đề lô gíc đều có
thể được biểu diễn bằng một mệnh đề mà chỉ bao gồm hai phép toán hội và phép nghịch đảo.
- Định lý De Morgan là tiền đề cơ bản cho sự phát triển của ngành máy tính
vì chỉ cần có hai cổng điện toán - cổng đảo dấu (NOT gate) và cổng
và (AND gate) chẳng hạn - thì người ta có thể thiết lập nên bất kì một phép
toán lô gíc nào bằng tổ hợp của hai cổng điện toán trên. 4. Mạch dãy, mạch đếm. a, Mạch đếm:
-Mạch đếm hay Counter là một mạch tích hợp thực hiện đếm và chứa số lần
xảy ra sự kiện hoặc quá trình nào đó, thông thường thì có gắn với xung nhịp clock.
-Mạch đếm sử dụng chip 74LS90 đây là chíp đếm thông dụng với 2 bộ đếm
5 và 2 tích hợp sẵn trong chip . Từ 2 bộ đếm này kết hợp với bảng trạng thái
chúng ta có thể reset bộ đếm trong khoảng từ 0 đến 10 . Kết hợp nhiều chip lại
chúng ta có thể đếm đến các số lớn hơn
-IC7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5
+ Bộ chia 2 do input A điều khiển đầu ra QA
+ Bộ chia 5 do input B điều khiển đầu ra QB,QC,QD (trong đó QD có trọng số lớn nhất) 9 b, Mạch dãy:
-Mạch tuần hoàn là mạch logic có tính chất nhớ, có khâu trễ
-Trạng thái tiếp theo của mạch phụ thuộc vào giá trị của kích thích ở lối vào
và trạng thái hiện tại của mạch.
-Mạch tuần tự thường hoạt động đồng bộ theo sự điều khiển của tín hiệu nhịp clock.
5.Tìm hiểu cách chế tạo IC và phân tích IC số họ TTL và CMOS. IC họ TTL
Transistor-transistor logic hay TTL là một lớp mạch kỹ thuật số được xây
dựng từ các transistor lưỡng cực (BJT) và một số điện trở phụ trợ. 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 - Phân loại
+ TTL ngõ ra cực thu để hở
=> Cấu trúc của một cổng nand 2 ngõ vào và có ngõ ra cực thu để hở Cổng NAND thường sẽ tốn kém và phức tạp hơn cách cách dùng cổng NAND cực thu để hở (open colector: CO) mặc dù cả 2 cách đều
dùng để thực hiện hàm logic 10
+ TTL có ngõ ra 3 trạng thái 11 - Đặc tính điện
+ Nguồn nuôi và công suất tiêu tán: Công thức tiêu tán được nói đến để đánh
giá chất lượng của IC, rõ ràng nếu mạch logic nào có nó thấp thì được đánh giá cao
hơn nhưng cũng có một tiêu chuẩn khác cần quan tâm là tốc độ chuyển mạch của cổng
+ Tốc độ chuyển mạch: Tích số tốc độ - công suất càng nhỏ thì cổng càng tốt và
thích hợp với nhiều ứng dụng tốc độ cao hay công suất tiêu tán thấp hay cả hai
+ Tính chống nhiễu: Đôi khi các điện áp và dòng điện vào ra cổng logic đã được
đảm bảo ngoài vùng bất định nhưng mạch vẫn có thể hoạt động sai logic đó là do
ảnh hưởng của nhiễu gồm những từ bên ngoài thâm nhập vào
+ Hệ số tải (số tỏa ra: Fanout): Hệ số tải và các thông số dòng áp vào ra ở trên
được coi là thông số nền tảng để tính toán sự giao tiếp giữa các mạch TTL khác loại *IC họ CMOS
- Cấu tạo: là một cổng NOT gồm một transistor NMOS và một transistor PMOS như hình Đặc tính kĩ thuật
+ Công suất tiêu thụ: Khi mạch CMOS ở trạng thái tĩnh (không chuyển mạch) thì
công suất tiêu tán PD của mạch rất nhỏ
+ Tốc độ chuyển mạch: Tốc độ chuyển mạch của CMOS thì nhanh hơn hẳn loại
TTL do điện trở đầu ra thấp ở mỗi trạng thái. Tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên khi
tăng nguồn nhưng điều này cũng làm tăng công suất tiêu tán ngoài ra nó cũng còn
ảnh hưởng bởi tải điện dung
+ Tính kháng nhiễu: Về giới hạn nhiễu nói chung là tốt hơn các loại TTL
+ Hệ số tải: Dòng ra của các CMOS khá lớn trong lúc điện trở vào của các
CMOS lại rất lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dòng vào rất nhỏ nên số toả ra rất lớn 12 II, Thực hành. 1. Tên bài thực hành:
MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN( từ 00 đến 59) 2. Linh kiện. S Linh Số T kiện lượng Vai trò T 1 Board 1
Thiết bị đơn giản cho phép tạo ra mạch điện mà không cần phải hàn. 2 IC 2
IC 74LS90 thuộc họ TTL có công dụng đếm mã nhị phân 74SL90
chia 10 mã hóa BCD. Cứ mỗi xung vào thì IC 74LS90 đếm
tiến lên 1 và được mã hóa ra 4 chân. Khi đếm đến 10 nó sẽ
reset và trở về ban đầu. IC 74LS90 này có ứng dụng rộng
trong các mạch số ứng dụng đếm 10 và trong các mạch chia tần. 3 IC 2
IC SN7447AN là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn 74LS47
anode chung. IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung.
Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong
mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết
kiệm chân cho vi điều khiển. 4 IC 1
IC SN7447AN là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn 74LS00
anode chung. IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung.
Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong
mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết
kiệm chân cho vi điều khiển. 5 LED 7 2
Hiển thị số đếm cho mạch đếm thanh 6 Điện trở 2
Khống chế dòng điện ở mức phù hợp. 4kΩ 7 Điện trở 2
Khống chế dòng điện ở mức phù hợp. 2kΩ 13 8 Tụ điện 1 Có tác dụng lọc 10 µF 9 Dây dẫn 5 Kết nối các linh kiện 20cm 10 Nguồn 1 Cung cấp nguồn điện điện 3V 3. Sơ đồ khối. 4. Sơ đồ nguyên lí. a. Sơ đồ nguyên lí 14 b.Sơ đồ lắp ráp III,Kết quả.
Thông qua việc vẽ và thiết kế mạch đếm thuận(từ 00 đến 59), em đã nắm bắt
được một cách cơ bản các bước, các cách, trình tự thực hiện để tạo ra một mạch hoàn chỉnh. 15