Báo cáo Thực Tập Cơ Bản Mạch Kỹ Thuật Số | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Tín hiệu số còn được biết thông dụng với tên gọi tín hiệu digital có biên độ rời rạc, không liên tục nhau theo từng thời điểm. Dạng tín hiệu này vận hành theo hệ nhị phân - tại bất kỳ một thời điểm nào, tín hiệu chỉ được thể hiện thông qua chữ số 0 và 1. Với 1 thể hiện mức điện thế cao (ở trạng thái ON) và 0 biểu diễn mức điện thế thấp (ở trạng thái OFF). Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Thực tập cơ bản 331 tài liệu
Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội 5.6 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ----- -----
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN
MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN (00 đến 59)
GVHD: Tào Văn Cường Mã lớp: 742340
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Thành Vinh – 20223828 Trần Minh Quang – 20224117
Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2024 Mục lục
I) Tìm hiều về tín hiệu sốz 2 1. Tín hiệu số là gì? 2
2. Ưu/nhược điểm tín hiệu số 2
3. Ứng dụng của tín hiệu số 3
II) Các cổng logic cơ bản và thuật toán logic 3 1. Cổng BUFFER3 2. Cổng NOT 4 3. Cổng AND 5 4. Cổng OR 5 5. Cổng NAND 6 6. Cổng NOR 7 7. Cổng XOR 8 8. Cổng XNOR 9
III) Các Ics và LED 7 thanh trong mạch đếm thuận 9 1. IC 74LS90 9 2. IC giải mã 74LS47 13 3. IC 74LS00 15 4. LED 7 thanh 16
IV) Nguyên lý hoạt động của mạch kỹ thuật với bộ đếm thuận từ 00 đến 59 19 1. Linh kiện 19 2. Sơ đồ khối 19 3. Nguyên lý hoạt động 19
I. Tìm hiểu về tín hiệu số 1. Tín hiệu số là gì?
Tín hiệu số còn được biết thông dụng với tên gọi tín hiệu digital có biên độ rời rạc,
không liên tục nhau theo từng thời điểm. Dạng tín hiệu này vận hành theo hệ nhị
phân - tại bất kỳ một thời điểm nào, tín hiệu chỉ được thể hiện thông qua chữ số 0 và
1. Với 1 thể hiện mức điện thế cao (ở trạng thái ON) và 0 biểu diễn mức điện thế thấp
(ở trạng thái OFF). Nói một cách đơn giản, khi ở trạng thái 0 thiết bị ngừng hoạt động,
còn ở trạng thái 1 là thời gian thiết bị hoạt động. Tín hiệu số được hình thành từ công
nghệ do đó thuận tiện hơn trong việc xử lý và lưu trữ dữ liệu.
Tín hiệu digital là tín hiệu không có thật trong tự nhiên, được con người tạo ra bằng
công nghệ nên có thể thay đổi điều chỉnh theo mục đích của mình. Ví dụ: Điều chỉnh
âm lượng loa các thiết bị đa phương tiện, điều chỉnh âm thanh của loa. Nôm na là
không có sẵn mà phải nhờ tác động của con người thông qua công nghệ
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 tử khác, áp
suất âm, từ hóa của phương tiện lưu trữ từ tính,… 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.
Hình 1.1 Tín hiệu số (digital signal)
2. Ưu/nhược điểm tín hiệu số Ưu điểm
▪ Tốc độ không làm ảnh hưởng hay gây méo dao động
▪ Khi sử dụng tín hiệu Digital trong quá trình truyền tải sẽ giúp loại bỏ các tạp âm
▪ Việc sao chép các thông tin được thực hiện chất lượng hơn và không bịhạn chế
▪ Tín hiệu Digital không bị ảnh hưởng bởi điện áp và dao động nhiệt. Dù là các
biến dạng tuyến tính hay không tuyến tính, digital vẫn không bị biến dạng Nhược điểm
▪ So với tín hiệu analog, hệ thống, quy trình xử lý tín hiệu digital phức tạp và tốn kém hơn rất nhiều
▪ Một điểm trừ nữa của tín hiệu Digital chính là không thể cắt nối hay ghi âm được
▪ Tín hiệu digital được biểu thị dưới dạng số 0 và 1 do vậy chúng dễ bị tổn thất khi
truyền tải. Trong quá trình truyền âm thanh nhưng sai sót một vài byte dữ liệu
cũng khiến cho âm thanh bị lỗi 2
Mỗi tín hiệu đều có những ưu và nhược điểm riêng. Trong cuộc sống chúngta không
thể không có tín hiệu digital để lưu trữ và xử lý thông tin. Mặc dù ứngdụng này có thể
được thay thế bằng tín hiệu analog, tuy nhiên analog không thểtruyền tải được thông
tin đi xa, do đó digital vẫn không thể thay thế.
3. Ứng dụng của tín hiệu số
Xử lý tín hiệu số có nhiều ứng dụng da 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 giọng nói, xử lý âm thanh, và tăng cường chất lượng hình ảnh và truyền hình.
Các công nghệ trên MPEG hay WMV hiện nay đều dựa trên tiến bộ của công nghệ xử lý tín hiệu số.
II. Các cổng logic cơ bản và thuật toán logic
Trong điện tử học, cổng logic (logic gate) là mạch điện thực hiện một hàm Boole lý
tưởng hóa. Có nghĩa là, nó thực hiện một phép toán logic trên một hoặc nhiều logic
đầu vào, và tạo ra một kết quả logic ra duy nhất, với thời gian thực hiện lý tưởng hóa là không có trễ.
Các cổng đơn giản nhất có số ngõ vào tối thiểu của phép toán (1 hoặc 2) đôi khi được
hiểu là cổng logic cơ bản. Đó là 8 cổng: cổng Đệm, cổng NOT (đảo), cổng OR, cổng
AND, cổng NOR, cổng NAND, cổng XOR, cổng XNOR. Các cổng phức hợp thì nhiều ngõ
hơn. Gắn với cổng là bảng chân lý theo đại số Boole. 1. Cổng BUFFER
Cổng logic BUFFER là loại cổng logic đơn giản nhất trong hệ thống, không thực hiện
bất kỳ phép toán logic nào.
Nguyên lý hoạt động: cổng logic BUFFER là sao chép chính xác tín hiệu đầu vào lên
đầu ra mà không thay đổi giá trị hoặc tính chất của tín hiệu.
Ứng dụng cổng BUFFER:
▪ Tăng cường tín hiệu: Trong các mạch điện tử phức tạp, tín hiệu có thể yếu hoặc
bị suy giảm khi đi qua nhiều mạch hoặc dây dẫn dài. Cổng Đệm được sử dụng
để tăng cường tín hiệu, giúp nó duy trì độ mạnh và chất lượng trong quá trình truyền đi
▪ Chuyển đổi mức logic: Trong một số ứng dụng, tín hiệu có thể cần được chuyển
đổi từ mức logic thấp sang mức logic cao hoặc ngược lại. Cổng Đệm có thể được
sử dụng để thực hiện chức năng chuyển đổi này mà không làm thay đổi giá trị logic của tín hiệu
▪ Phân tách tín hiệu: Trong các mạch logic có đầu ra chia sẻ, cổng Đệm được sử
dụng để phân tách tín hiệu đầu ra ra nhiều đường dẫn mà không ảnh hưởng đến
giá trị của tín hiệu gốc
▪ Chia tín hiệu: Trong một số ứng dụng, cần phải sao chép một tín hiệu ra nhiều
đường dẫn. Cổng Đệm được sử dụng để sao chép tín hiệu một cách đáng tin cậy và chính xác 3
▪ Tham số cân bằng tải: Trong các mạch phức tạp, cổng Đệm có thể được sử dụng
để cân bằng tải giữa các phần của mạch, giúp duy trì tính ổn định và hiệu suất của hệ thống Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 INPU OUTPU T T A NOT A 0 0 1 1 Bảng 1.1 2. Cổng NOT
Cổng NOT là một cổng logic đơn giản, thực hiện phép phủ định trạng thái của một tín
hiệu đầu vào. Nó đảo ngược trạng thái của tín hiệu từ TRUE thành FALSE và ngược lại.
Cổng NOT thường được sử dụng để đảo ngược hoặc điều khiển các tín hiệu logic trong mạch điện tử.
Nguyên lý hoạt động: Cổng NOT chỉ có một đầu vào và một đầu ra. Nguyên tắc cơ
bản của nó là chuyển đổi giá trị logic của đầu vào thành giá trị logic đối ngược ở đầu
ra. Nếu đầu vào của cổng NOT là 0 (mức logic thấp), thì đầu ra sẽ là 1 (mức logic cao);
và nếu đầu vào là 1 (mức logic cao), thì đầu ra sẽ là 0 (mức logic thấp). Điều này
tương đương với việc “phủ định” giá trị của đầu vào.
Ứng dụng cổng NOT:
▪ Mạch logic: Cổng OR được sử dụng để kết hợp tín hiệu từ nhiều nguồn khác
nhau. Ví dụ, trong các bộ xử lý dữ liệu, nó được sử dụng để xác định điều kiện
hoạt động hoặc kích hoạt
▪ Mạch điều khiển: Cổng OR có thể được sử dụng để kích hoạt các hành động
hoặc tình trạng cụ thể dựa trên nhiều điều kiện
▪ Xử lý tín hiệu số: Cổng OR được sử dụng để kết hợp hoặc phân tích các tín hiệu
từ nhiều nguồn, như trong các bộ lọc hoặc các quá trình xử lý tín hiệu
▪ Mạch lưu trữ dữ liệu: Trong các hệ thống lưu trữ dữ liệu như RAM (Random
Access Memory), cổng OR được sử dụng để chọn đường dẫn truy cập hoặc xác
định vị trí lưu trữ cụ thể 4 Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 INPU OUTPU T T A NOT A 0 1 1 0 Bảng 1.2
Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau 3. Cổng AND
Cổng AND là một cổng logic đa năng, cho phép kiểm tra điều kiện của nhiều tín hiệu
đầu vào cùng một lúc. Nó chỉ cho ra kết quả đầu ra TRUE khi tất cả các tín hiệu đầu
vào đều là TRUE. Cổng AND thường được sử dụng để kiểm tra điều kiện logic, điều
khiển các mạch và xây dựng các bộ lọc.
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của cổng AND là dựa trên logic Boolean,
trong đó cổng này sẽ cho ra kết quả đầu ra là “1” chỉ khi cả hai đầu vào đều có giá trị
là “1”. Nếu một hoặc cả hai đầu vào có giá trị là “0”, thì đầu ra sẽ là “0”.
Ứng dụng cổng AND: Cổng AND là một trong những cổng logic cơ bản nhất và có
nhiều ứng dụng thực tiễn trong điện tử và các lĩnh vực khác. Dưới đây là một số ứng
dụng phổ biến của cổng AND:
▪ Hệ thống đèn giao thông tự động: Cổng AND được sử dụng để kích hoạt đèn
xanh chỉ khi cả hai điều kiện là đúng: đến lượt và không có xe đi ngang
▪ Trong bộ nhớ RAM: Cổng AND được sử dụng để lựa chọn dòng và cột để truy cập một ô nhớ cụ thể
▪ Trong một multiplexer: Cổng AND được sử dụng để chọn đường dẫn dữ liệu được
truyền từ một trong nhiều nguồn đầu vào đến một đầu ra duy nhất
▪ Trong các bộ lọc số: Cổng AND được sử dụng để kích hoạt hoặc vô hiệu hóa các
bộ lọc tùy thuộc vào các điều kiện đầu vào
▪ Hệ thống kiểm soát truy cập: Cổng AND có thể được sử dụng để mở cửa chỉ khi
thẻ truy cập và mã PIN đều chính xác Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 5 INPU OUTPU T T A AND A B B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Bảng 1.3
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 4. Cổng OR
Cổng OR cũng là một cổng logic quan trọng, cho phép kết hợp nhiều tín hiệu đầu vào
thành một tín hiệu đầu ra. Nếu ít nhất một trong các tín hiệu đầu vào là TRUE, kết quả
đầu ra sẽ là TRUE. Cổng OR được sử dụng trong việc kết hợp điều kiện và tạo ra các
kết quả logic phức tạp từ các tín hiệu đơn giản.
Nguyên lý hoạt động: Cổng NOT chỉ có một đầu vào và một đầu ra. Nguyên tắc cơ
bản của nó là chuyển đổi giá trị logic của đầu vào thành giá trị logic đối ngược ở đầu
ra. Nếu đầu vào của cổng NOT là 0 (mức logic thấp), thì đầu ra sẽ là 1 (mức logic cao);
và nếu đầu vào là 1 (mức logic cao), thì đầu ra sẽ là 0 (mức logic thấp). Điều này
tương đương với việc “phủ định” giá trị của đầu vào.
Ứng dụng cổng OR:
▪ Inverter trong mạch logic: Cổng NOT thường được sử dụng làm inverter trong
các mạch logic. Điều này có nghĩa là nó chuyển đổi tín hiệu đầu vào từ mức
logic cao thành mức logic thấp và ngược lại
▪ Điều khiển tín hiệu: Trong các hệ thống điều khiển và tự động hóa, cổng NOT
được sử dụng để chuyển đổi trạng thái của các thiết bị điện tử, như các relay
hoặc transistor, từ trạng thái bật sang trạng thái tắt hoặc ngược lại
▪ Xử lý tín hiệu audio và video: Cổng NOT có thể sử dụng để đảo ngược tín hiệu
âm thanh hoặc video, hữu ích trong việc điều chỉnh âm lượng, phân phối tín
hiệu và kiểm soát các yếu tố khác của tín hiệu
▪ Điều khiển đèn LED: Cổng NOT được sử dụng để điều khiển hoặc đảo ngược
trạng thái của đèn LED, đèn hiển thị, đèn chiếu sáng tự động hoặc trong các hệ
thống chiếu sáng thông minh
▪ Chuyển đổi tín hiệu Digital: Trong các hệ thống kỹ thuật số, cổng NOT có thể
được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu digital, thường kết hợp với các cổng khác
như AND, OR và XOR để tạo ra các chức năng logic phức tạp hơn Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 6 INPU OUTPU T T A B A OR B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Bảng 1.4
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. 5. Cổng NAND
Cổng NAND là cổng kết hợp giữa cổng AND và cổng NOT. Nó cho ra kết quả đầu ra
TRUE chỉ khi tất cả các tín hiệu đầu vào đều là TRUE, ngược lại, kết quả đầu ra sẽ là
FALSE. Cổng NAND có khả năng thực hiện tất cả các phép toán logic cơ bản và có thể
được sử dụng để xây dựng các mạch logic phức tạp.
Nguyên lý hoạt động: Cổng NAND có hai hoặc nhiều đầu vào và một đầu ra.
Nguyên lý hoạt động của cổng NAND là nếu cả các đầu vào của nó đều là logic cao
(1), thì đầu ra sẽ là logic thấp (0); trong tất cả các trường hợp còn lại, đầu ra sẽ là
logic cao (1). Tóm lại, cổng NAND hoạt động như một cổng AND sau đó kết hợp với một cổng NOT.
Ứng dụng cổng NAND:
▪ Cổng NAND được sử dụng để tạo ra các mạch lưu trữ như bộ nhớ flash và các
phần tử logic trong vi xử lý. Các mạch NAND flash được sử dụng rộng rãi trong
lưu trữ dữ liệu mà không cần nguồn điện liên tục
▪ Trong công nghệ tích hợp mạch, cổng NAND được sử dụng để tạo ra các mạch
logic phức tạp và vi mạch. Cổng NAND nhỏ gọn và hiệu quả, điều này rất quan
trọng trong việc giảm kích thước và tiêu thụ năng lượng của các mạch tích hợp
▪ Trong lĩnh vực bảo mật thông tin, cổng NAND được sử dụng để tạo ra các mạch
mã hoá và giải mã, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thông tin và dữ liệu
▪ Cổng NAND được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động để thực hiện
các hàm logic phức tạp và quyết định điều khiển dựa trên các tín hiệu đầu vào Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 7 INPU OUTPUT T A NAND A B B 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Bảng 1.5
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. 6. Cổng NOR
Cổng NOR là sự kết hợp giữa cổng OR và cổng NOT. Khi tất cả các tín hiệu đầu vào là
FALSE, kết quả đầu ra sẽ là TRUE. Chỉ khi ít nhất một trong các tín hiệu đầu vào là
TRUE, kết quả đầu ra mới là FALSE.
Nguyên lý hoạt động: Cổng NOR có hai đầu vào và một đầu ra. Đầu ra của cổng
NOR chỉ là mức logic cao (1) khi cả hai đầu vào đều là mức logic thấp (0); nếu bất kỳ
một trong hai đầu vào là mức logic cao (1), thì đầu ra sẽ là mức logic thấp (0).
Ứng dụng cổng NOR:
▪ Trong các mạch nhớ, các cổng NOR thường được sử dụng để xây dựng các bộ
nhớ latches và flip-flops, đóng vai trò trong việc lưu trữ dữ liệu trong các ứng dụng như bộ nhớ RAM
▪ Cổng NOR có thể được sử dụng để giảm nhiễu trong các tín hiệu, đặc biệt là
trong các mạch số hoặc mạch xử lý tín hiệu Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 INPU OUTPUT T A B A NOR B 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Bảng 1.6
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. 8 7. Cổng XOR
Cổng XOR (eXclusive OR) là một trong các cổng logic cơ bản trong điện tử kỹ thuật số.
Cổng này thực hiện phép toán XOR giữa hai đầu vào. Cổng XOR tạo ra kết quả đầu ra
TRUE khi số lượng tín hiệu đầu vào TRUE là lẻ. Nếu số lượng tín hiệu đầu vào TRUE là
chẵn, kết quả đầu ra sẽ là FALSE. Cổng XOR thường được sử dụng trong việc so sánh
và xác định các điều kiện tương đối giữa các tín hiệu đầu vào.
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của cổng XOR được mô tả bằng bảng
chân lý. Đầu vào A và B là hai tín hiệu đầu vào của cổng XOR, đầu ra là kết quả của
phép toán XOR giữa hai đầu vào đó.
Ứng dụng cổng XOR:
▪ Cổng XOR được sử dụng rộng rãi trong các thuật toán mã hóa và giải mã, như
AES (Advanced Encryption Standard) và một số thuật toán mã hóa dựa trên khóa đối xứng khác
▪ XOR cũng được sử dụng trong các thuật toán kiểm tra lỗi và sửa lỗi. Ví dụ, mã
Hamming là một loại mã sửa lỗi được sử dụng trong viễn thông số, và nó sử
dụng phép toán XOR để xác định và sửa lỗi trong dữ liệu
▪ Trong các mạch điện tử, cổng XOR được sử dụng trong việc xử lý và điều khiển
tín hiệu. Ví dụ, trong một số ứng dụng vi xử lý tín hiệu số, cổng XOR có thể được
sử dụng để thực hiện các phép toán logic đơn giản trên dữ liệu đầu vào
▪ XOR được coi là một vấn đề quan trọng trong máy học và mạng nơ-ron nhân
tạo. Một mạng nơ-ron nhân tạo cần có khả năng học và thực hiện phép toán
XOR để có thể giải quyết các bài toán phức tạp hơn. Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 INPU OUTPUT T A B A XOR B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Bảng 1.7
Nhận xét: Ngõ ra của cổng XOR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic bằngnhau. Ngõ ra
của cổng XOR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic khácnhau 8. XNOR
Cổng XNOR tương tự như cổng XOR, nhưng kết quả đầu ra là TRUE khi số lượng tín
hiệu đầu vào TRUE là chẵn và FALSE khi số lượng tín hiệu đầu vào TRUE là lẻ. Cổng
XNOR thường được sử dụng trong việc so sánh và kiểm tra tính tương đương giữa các tín hiệu đầu vào. 9
Nguyên lý hoạt động: Cổng XNOR là một loại cổng logic trong hệ thống điện tử số,
thường được sử dụng để so sánh hai tín hiệu đầu vào và tạo ra một tín hiệu đầu ra
dựa trên kết quả của phép so sánh. Tên gọi “XNOR” đến từ viết tắt của “exclusive
NOR”, chỉ rằng đầu ra của cổng này sẽ là mức cao (1) khi cả hai đầu vào cùng là mức
cao (1) hoặc cả hai đầu vào đều là mức thấp (0). Ngược lại, nếu một trong hai đầu vào
là mức cao và một là mức thấp, đầu ra sẽ là mức thấp (0).
Ứng dụng cổng XNOR:
▪ Cổng XNOR được sử dụng để so sánh hai số hoặc hai tín hiệu. Nó cho phép xác
định liệu hai giá trị đầu vào có bằng nhau hay không
▪ Trong một số mạch bộ nhớ latching, cổng XNOR được sử dụng để tạo ra tín hiệu
đầu vào cho việc xác định trạng thái của mạch nhớ
▪ Trong hệ thống cơ sở dữ liệu logic, cổng XNOR được sử dụng để thực hiện các
phép toán logic trên dữ liệu
▪ Trong các mạch tổ hợp logic phức tạp, cổng XNOR có thể được sử dụng để thực
hiện các phép toán logic phức tạp hơn như tích hợp hoặc phép chia
▪ Trong mạch DAC, cổng XNOR có thể được sử dụng để so sánh giá trị đầu vào
analog và tạo ra một đầu ra kỹ thuật số tương ứng. Ký hiệu IEEE Std US ANSI 91- 91/91a- Biểu diễn 1984 IEEE DIN Bảng chân lý 1991IEC Boole Std 91/91a- 40700/1976 60617-12: 1991 1997 INPU OUTPUT T A XNOR A B B 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Bảng 1.8
Nhận xét: Ngõ ra của cổng XNOR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau. Ngõ
ra của cổng XNOR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau.
III. Các ICs và LED 7 thanh trong mạch đếm thuận 1. IC đếm 74LS90
IC 74LS90 thuộc họ TTL có công dụng đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD. Cứ mỗi xung vào thì
IC74LS90 đếm tiến lên 1 và được mã hóa 4 chân khi đếm đến 10 thì nó sẽ reset và trở
về ban đầu. IC 74LS90 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số đếm lên
vàtrong các mạch chia tần số 10
Hình 2.1 IC 74LS90 và sơ đồ chân Số chân Tên chân Mô tả 1 Clock input 2(CLKB)
Ngõ vào xung đồng hồ 2 (xung kích cạnhxuống) 2 Reset 1 (R0(1))
Chân Reset 1 (Reset về 0) – Tích cực mức 1 3 Reset 2 (R0(2))
Chân Reset 2 (Reset về 0) – Tích cực mức 1 4 Not connected (NC) Không sử dụng 5 Supply voltage (Vcc)
Chân cấp nguồn 5V (4.75 - 5.25V) 6 Reset 3 (R9(1))
Chân Reset 3 (Reset về 9) – Tích cực mức 1 7 Reset 4 (R9(2))
Chân Reset 4 (Reset về 9) – Tích cực mức 1 8 Output 3 (Qc) Ngõ ra 3229 9 Output 2 (Qb) Ngõ ra 210 10 Ground (GND) Chân nối đất 11 Output 4 (Qd) Ngõ ra 4 12 Output 1 (Qa) Ngõ ra 1 13 Not connected (NC) Không sử dụng
Ngõ vào xung đồng hồ 1 (xung kích 14 Clock input 1(CLKA) cạnhxuống)
Bảng 2.1 Bảng chân IC 74LS90
Hoạt động IC 74LS90: 11
IC 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã BCD ởcác ngõ ra.
74LS90 bao gồm bốn flip-flop JK chủ-tớ được kết nối bên trong đểcung cấp mạch đếm
MOD-2 (2 trạng thái đếm) và mạch đếm MOD-5 (5 trạngthái đếm). 74LS90 có một flip-
flop độc lập được điều khiển bởi đầu vào CLKAvà ba flip-flop JK tạo thành một bộ đếm
không đồng bộ được điều khiển bởi đầuvào CLKB.
Cấu tạo bộ đếm IC 74LS90:
Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD. Thứ tự đếm của 74LS90 được
kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức là khi tín hiệu xung đồng hồ
CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng
hồ tác động vào mạch đếm. Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân
RESET. Khi các ngõ vào RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị
RESET trở về 0 (0000) còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch
đếm được RESET về số 9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại.
Bộ đếm 74LS90 bao gồm bộ đếm chia cho 2 và bộ đếm chia cho 5 trong cùng một gói.
Sau đó, ta có thể sử dụng một trong hai bộ đếm để chỉ tạo ra bộ đếm tần số chia cho
2, chỉ sử dụng bộ đếm tần số chia cho 5 hoặc cả hai cùng nhau để tạo ra bộ đếm BCD
chia cho 10 mà chúng ta mong muốn.Với bốn flip-flop tạo nên phần bộ đếm chia cho 5
bị vô hiệu hóa, nếu tín hiệu đồng hồ được áp dụng cho chân đầu vào 14 ( CLK A ) và
đầu ra lấy từ chân 12 ( Q A ), chúng ta có thể tạo ra một phép chia tiêu chuẩn -by-2
bộ đếm nhị phân để sử dụng trong các mạch phân chia tần số như được hiển thị.
Bộ đếm chia 2 74LS90:
Hình 2.2 Bộ đếm chia 2 74LS90
Khi IC đếm hoạt động ở chế độ này thì phần mạch đếm chia 5 bị vô hiệu hóa. Nếu tín
hiệu đồng hồ được đưa vào chân số 14 (CLK A) và tín hiệu được lấy ra ở chân số 12 12
(Q0/QA) thì chúng ta có thể tạo ra một bộ đếm nhị phân chia 2 (MOD = 2) để sử dụng
trong các mạch chia tần số như được hiển thị ở hình trên.
Để tạo ra bộ đếm chia cho 5 tiêu chuẩn, chúng ta có thể vô hiệu hóa flip-flop đầu tiên
ở trên và cấp tín hiệu đầu vào đồng hồ trực tiếp vào chân 1 (CLK B) với tín hiệu đầu ra
được lấy từ chân 11 (Q D) như hình.
Bộ đếm chia 5 74LS90:
Hình 2.3 Bộ đếm chia 5 74LS90
Lưu ý rằng với cấu hình bộ đếm chia cho 5 này, dạng sóng đầu ra không đối xứng mà
có tỷ lệ không gian đánh dấu 4:1. Đó là bốn tín hiệu đồng hồ đầu vào tạo ra đầu ra
THẤP hoặc logic “0” và tín hiệu đồng hồ đầu vào thứ năm tạo ra đầu ra CAO hoặc
logic “1”.Để tạo ra bộ đếm thập phân BCD chia cho 10, cả hai mạch đếm bên trong
đều được sử dụng để đưa ra giá trị chia cho 2 nhân 5. Do đầu ra Q A đầu tiên từ flip-
flop “A” không được kết nối bên trong với các giai đoạn tiếp theo, nên bộ đếm có thể
được mở rộng để tạo thành bộ đếm BCD 4 bit bằng cách kết nối đầu ra Q A này với
đầu vào CLK B như được hiển thị.
Bộ đếm chia 10 74LS90:
Hình 2.4 Bộ đếm chia 10 74LS90
Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng bộ đếm BCD là bộ đếm nhị phân đếm từ 0000 đến
1001 và sau đó đặt lại vì nó có khả năng xóa tất cả các flip-flop của nó sau lần đếm
thứ chín. Nếu chúng ta kết nối một công tắc nút nhấn ( SW 1 ) với đầu vào đồng hồ
CLK A , mỗi lần công tắc nút nhấn được nhả ra thì bộ đếm sẽ đếm một. Nếu chúng ta
kết nối điốt phát sáng (LED) với các cực đầu ra, Q A , Q B , Q C và Q D như được hiển
thị, chúng ta có thể xem số thập phân được mã hóa nhị phân khi nó diễn ra. 13
Bộ đếm thập kỷ 74SL90 BCD:
Hình 2.5 Bộ đếm thập kỷ 74LS90 BCD
Các ứng dụng tiếp theo của công tắc nút nhấn, SW 1 sẽ tăng số đếm lên đến chín,
1001. Ở ứng dụng thứ mười, đầu ra ABCD sẽ đặt lại về 0 để bắt đầu chuỗi đếm mới.
Với số xung tròn MOD-10 như vậy, chúng ta có thể sử dụng bộ đếm thập kỷ để điều
khiển màn hình kỹ thuật số. Nếu chúng ta muốn hiển thị chuỗi đếm bằng màn hình
bảy đoạn, đầu ra BCD cần được giải mã thích hợp trước khi có thể hiển thị. Một mạch
kỹ thuật số có thể giải mã bốn đầu ra của bộ đếm 74LS90 BCD của chúng tôi và làm
sáng các đoạn cần thiết của màn hình được gọi là bộ giải mã.
Để hiện thị các số đếm trên led 7 đoạn chúng ta cần một IC giải mã BCD sang led 7
đoạn. IC 74LS47 hoặc 74LS247 được thiết kế để làm được việc đó. 74LS47 có bốn ngõ
vào cho các chữ số BCD A, B, C và D và có 7 ngõ ra để điều khiển các đoạn của led 7 đoạn. 2. IC giải mã 74LS47
Hình 2.6 IC 74LS47 và sơ đồ chân 14 Số chân Tên chân Mô tả 1 INPUT B Ngõ vào B 2 INPUT C Ngõ vào C 3 LAMP TEST
Kiểm tra các đoạn của LED 4
Blank Input/RippleBlanking Output Xem phần hoạt động (BI/RBO) 5 RBI Xem phần hoạt động 6 INPUT D Ngõ vào D 7 INPUT A Ngõ vào A 8 GND Chân nối đất 9 OUTPUT e 10 OUTPUT d 11 OUTPUT c 12 OUTPUT b Ngõ ra mã 7 đoạn 13 OUTPUT a 14 OUTPUT g 15 OUTPUT f 16 Vcc Chân cấp nguồn 5V (4.75 - 5.25V)
Bảng 2.2 Bảng chân IC 7LS447
7447 thường được sử dụng ở 4 chế độ hoạt động:
▪ Sáng bình thường đủ các số từ 0 ÷ 9 (thường dùng nhất). Các chânBI/RBO, RBI
và LT phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao.
▪ Chân BI/RBO nối xuống mức thấp thì tất các đoạn của LED đềukhông sáng bất
chấp trạng thái của các ngõ vào còn lại.
▪ Bỏ trạng thái số 0 (khi giá trị BCD tại ngõ vào bằng 0 thì tất cả cácđoạn của LED
7 đoạn đều tắt). Chân RBI ở mức thấp. Tất cả các ngãra kể cả RBO đều xuống mức thấp.
▪ Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao và chân LT phải nốixuống mức
thấp. Tất cả các đoạn của LED 7 đoạn đều sáng (số 8), bấtchấp các ngõ vào
BCD. Nếu có một đoạn nào đó không sáng lên thì tasẽ biết LED của đoạn đó đã bị hỏng 15 3. IC 74LS00
Hình 3.1 IC 74LS00 và sơ đồ chân
74LS00 là một trong những cổng phổ biến cơ bản nhất của họ các cổng logic. Có ba
loại cổng AND, OR và NOT. Tất cả ba cổng đều có mạch bên trong khác nhau và chúng
có những ứng dụng khác nhau ở mọi thiết bị. Bằng cách kết hợp ba mạch này, chúng
ta có thể tạo ra một số cổng khác là NAND, NOR, XOR và XNOR.
IC 7400 là chip 14 chân và bao gồm 4 cổng NAND 2 đầu vào. Mỗi cổng đều sử dụng 2
chân đầu vào & 1 chân đầu ra, 2 chân còn lại là nguồn & nối đất. Con chip này được
chế tạo với các gói khác nhau như gắn trên bề mặt và xuyên lỗ, bao gồm cả gói kép
và gói phẳng bằng gốm (hoặc) nhựa. Số chân Tên chân Mô tả 1 A-input Gate-1 (1A) Ngõ vào A cổng số 1 2 B-input Gate-1 (1B) Ngõ vào B cổng số 1 3 Y-output Gate-1 (1Y) Ngõ ra Y cổng số 1 4 A-input Gate-2 (2A) Ngõ vào A cổng số 2 5 B-input Gate-2 (2B) Ngõ vào B cổng số 2 6 Y-output Gate-2 (2Y) Ngõ ra Y cổng số 2 7 Ground (GND) Chân nối đất 8 Y-output Gate-3 (3Y) Ngõ ra Y cổng số 3 9 A-input Gate-3 (3A) Ngõ vào A cổng số 3 10 B-input Gate-3 (3B) Ngõ vào B cổng số 3 16 11 Y-output Gate-4 (4Y) Ngõ ra Y cổng số 4 12 A-input Gate-4 (4A) Ngõ vào A cổng số 4 13 B-input Gate-4 (4B) Ngõ vào B cổng số 4 14 Supply voltage (Vcc)
Chân cấp nguồn 5V (4.75 - 5.25V)
Bảng 2.3 Bảng chân IC 74LS00
Thông số kỹ thuật của IC 74LS00:
▪ Điện áp hoạt động của 74LS00 là 4,75 đến 5,25
▪ Điện áp nguồn tối đa có thể là 7V nhưng trong trường hợp điện áp tăng nhẹ trên
7V, IC có thể dễ bị cháy
▪ Dòng điện tối đa từ mỗi cổng ở đầu ra sẽ là 8mA
▪ IC có ESD lớn nhất khoảng 3,5KV
▪ IC có thời gian tăng và giảm phổ biến là 15ns
▪ IC có nhiệt độ hoạt động tối đa khoảng từ 0 - 75 độ
▪ Điện áp đầu vào mức Thấp tại cổng sẽ là 0,8V và mức CAO sẽ là 2V
▪ IC có điện áp kẹp bên trong khoảng -1,5V
Các tính năng IC 74LS00:
▪ IC này có thể được sử dụng như một cổng NAND tuy nhiên do tính phổ biến của
cổng NAND, nó có thể được chuyển đổi thành các cổng khác một cách dễ dàng.
▪ Cấu trúc bên trong của IC dựa trên giao tiếp tín hiệu song song TTL, đó là lý do tại
sao đầu ra của nó cũng có dạng TTL.
▪ Nó có nhiều package: SOIC, PDIP và SOP.
▪ Nó có thể được sử dụng trong các hệ thống tần số cao.
▪ Nó có thể thực hiện hoạt động tốc độ logic NAND CAO trong vòng nano giây mà
không cần sử dụng vi điều khiển hoặc bộ xử lý. 4. LED 7 thanh
LED 7 thanh hay còn được gọi là LED 7 đoạn, bao gồm 7 đoạn đèn LED được xếp lại
với nhau thành hình chữ nhật. Khi các đoạn lập trình để chiếu sáng thì sẽ hiển thị chữ
số của hệ thập phân hoặc thập lục phân. Đôi khi LED số 8 được hiển thị dấu thập phân
khi có nhiều LED 7 thanh được nối với nhau để có thể hiển thị được các số lớn hơn 2 chữ số. 17
Hình 4.1 LED 7 thanh (7 đoạn) và cấu tạo
Cấu tạo LED 7 thanh:
LED 7 đoạn là một loại LED có cấu tạo khá đơn giản và thường được sử dụng để hiển
thị các chữ số và chữ cái đơn giản. Nó được gọi là “7 đoạn” vì gồm tối thiểu 8 đoạn
LED, từ a đến g và một đoạn chấm thập phân, được kết nối với nhau để có thể hiển thị
được các ký tự như “0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F,…” và các số không phải là số nguyên.
Nó được gọi là “7 đoạn” vì bao gồm tối thiểu 8 đoạn LED hàng đơn (segment) và một
đoạn chấm thập phân (Decimal Point). Mỗi đoạn LED hàng đơn có thể hiển thị một
trong 7 phần của các ký tự nhưng không thể hiển thị kết hợp các đoạn LED hàng đơn
để tạo ra các ký tự phức tạp hơn. Các đoạn LED hàng đơn được ký hiệu theo bảng chữ
cái Alphabet từ a đến g và được sắp xếp sao cho khi các đoạn LED này được kết nối
với nhau, ta có thể hiển thị ra các chữ số và chữ cái thông qua sự bật/tắt của từng đoạn LED.
Nguyên lý làm việc LED 7 thanh:
Như vậy bằng cách phân cực thuận (forward biasing) các chân của led theo một thứ
tự cụ thể, một số đoạn sẽ sáng và một số đoạn khác không sáng cho phép hiển thị ký
tự mong muốn. Điều này cho phép chúng ta hiển thị các số thập phân từ 0 đến 9 trên cùng một led 7 đoạn.
Chân chung được sử dụng để phân loại led 7 đoạn. Vì đèn led có 2 chân, 1 chân là
anode và 1 chân là cathode nên có 2 loại led 7 đoạn là cathode chung (CC) và anode chung (CA).
Sự khác nhau giữa 2 loại có thể thấy ngay ở tên gọi của nó. Loại CC là các chân
cathode được nối chung với nhau. Còn loại CA là các chân anode được nối chung với
nhau. Cách chiếu sáng mỗi loại như sau:
Loại CC (common cathode): Tất cả các chân cathode được nối với nhau và nối đất,
hay logic là 0. Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở đặt tín hiệu
logic 1 (hay mức cao) để phân cực thuận từng cực anode (từ a đến g). 18 Hình 4.2
Loại CA (common anode): Tất cả các chân anode được nối với nhau với logic là 1. Mỗi
phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic 0 (hay low) vào
các cực cathode (từ a đến g). Hình 4.3
Nói chung loại CA phổ biến hơn trong 2 loại. Loại CA không thay thế được cho loại CC
trong mạch điện, và ngược lại vì cách nối đèn led bị đảo ngược.
Tùy vào chữ số thập phân nào được hiển thị mà một bộ đèn led cụ thể sẽ được phân
cực thuận. Ví dụ để hiển thị chữ số 0, cần phải chiếu sáng 6 đoạn tương ứng là a, b, c,
d, e và f. Như vậy các số từ 0 đến 9 có thể hiển thị bằng 1 led 7 đoạn như hình bên dưới. Hình 4.4 19
Tài liệu liên quan:
-
Báo cáo Thực Tập Cơ Bản: Linh Kiện và IC Trong Mạch Điện | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
41 21 -
Báo cáo Thực Tập Cơ Bản: Thiết Kế Mạch Điện Tử | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
34 17 -
Báo cáo về Chủ nghĩa Xã hội Khoa học và Vai trò của C. Mác - Ph. Ăngghen | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
40 20 -
Báo cáo Thực Tập Cơ Bản: Thiết Kế Mạch Đếm Thuận 0-9 Bằng Altium | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
34 17 -
Báo cáo thực tập Mạch khuếch đại âm tần - Điện tử | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
35 18