Báo cáo Thực Tập Cơ Bản về Tín Hiệu Số và Các Cổng Logic | 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 THUẬN
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Đức Anh 20233253
Dương Anh Chiến 20233286 Lớp: Thực tập cơ bản Nhóm: 2 1 Mục lục I.
Tín hiệu số……………………………………………………2
Khái niệm tín hiệu………………………………………...2
Khái niệm tín hiệu số……………………………………...3
Ứng dụng………………………………………………….4
Ưu điểm và nhược điểm của tín hiệu số…………………..8 II.
Các cổng logic cơ bản………………………………………...11
Cổng AND………………………………………………...11
Cổng OR…………………………………………………..12
Cổng NOT…………………………………………………13
Cổng NAND………………………………………………14
Cổng NOR…………………………………………………15
Cổng XOR…………………………………………………16
Cổng XNOR……………………………………………….17 III.
IC 7490, IC 7447, IC 7400…………………………………...18
IC 7490…………………………………………………….18
IC 7447…………………………………………………….21
IC 7400…………………………………………………….24 IV.
Led 7 thanh…………………………………………………27 V.
Tài liệu tham khảo……………………………………………..31 1
I . Tín hiệu số ( Digital signal ).
1.1 Khái niệm tín hiệu ( Signal ).
Tín hiệu là một đại lượng vật lý chứa đựng thông tin hay dữ liệu có thể
truyền đi xa và tách thông tin ra được. Hầu hết các tín hiệu đáng quan
tâm đều ở dạng các hàm số, các phân bố hay các quá trình thay đổi ngẫu
nhiên của thời gian hoặc vị trí.
Ví dụ về tín hiệu trong đời sống :
- Tín hiệu tương tự: Sóng âm thanh, tín hiệu điện từ micro
- Tín hiệu số: Tín hiệu truyền qua mạng internet, tín hiệu âm thanh trên đĩa cd
- Tín hiệu trong hệ thống điều khiển: Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ
- Tín hiệu trong lập trình và hệ điều hành: Tín hiệu trong Unix/Linux (Signal) 2
- Đèn tín hiệu giao thông: Đèn đỏ, đèn vàng và đèn xanh là các tín hiệu
dùng để điều khiển và hướng dẫn giao thông. Các tín hiệu này thông báo
cho tài xế về việc dừng lại, chuẩn bị di chuyển hoặc tiếp tục di chuyển.
1.2 Khái niệm tín hiệu số ( Digital Signal ).
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.
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.[4] 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. 3
1.3 Một số ứng dụng của tín hiệu số.
Điện thoại di động: Khi
bạn gọi điện hoặc nhắn tin, dữ liệu thoại hoặc
văn bản được mã hóa thành tín hiệu số (chuỗi bit 0 và 1) và được truyền
đi của mạng di động dưới dạng sóng điện từ.
Internet và Wi-Fi: Dữ liệu trên internet, như email, video, âm nhạc và
hình ảnh, đều được mã hóa dưới dạng tín hiệu số trước khi được truyền
qua các mạng như Wi-Fi, Ethernet. Ví dụ: khi bạn xem một video trên
YouTube, dữ liệu video được truyền dưới dạng các gói tín hiệu số đến thiết bị của bạn 4
TV kỹ thuật số: Các chương trình truyền hình hiện đại sử dụng tín hiệu
số để truyền hình ảnh và âm thanh. So với truyền hình analog trước đây,
truyền hình số có chất lượng hình ảnh và âm thanh tốt hơn và cũng hỗ
trợ nhiều tính năng hơn như kênh HD, phát sóng trực tuyến. 5
Máy ảnh kỹ thuật số: Khi bạn chụp ảnh bằng máy ảnh kỹ thuật số hoặc
điện thoại, hình ảnh được chuyển đổi thành tín hiệu số, lưu dưới dạng
các tệp như JPEG hoặc PNG.
Đầu đọc thẻ ngân hàng: Khi bạn sử dụng thẻ ngân hàng (thẻ từ, thẻ
chip, thẻ NFC), các thông tin trên thẻ (số thẻ, mã PIN) được truyền tới
máy quét và xử lý dưới dạng tín hiệu số. 6
Đồng hồ thông minh (Smartwatch): Các thiết bị đồng hồ thông minh
đo nhịp tim, số bước đi, và các chỉ số sức khỏe khác, sau đó gửi dữ liệu
này đến điện thoại hoặc máy tính dưới dạng tín hiệu số để phân tích và lưu trữ.
Hệ thống định vị GPS: Hệ thống GPS sử dụng tín hiệu số để xác định
vị trí của bạn trên bản đồ. Các vệ tinh GPS phát tín hiệu số tới thiết bị
GPS của bạn, từ đó tính toán vị trí chính xác của bạn. 7
Đèn LED thông minh: Các đèn LED thông minh nhận tín hiệu điều
khiển từ ứng dụng hoặc thiết bị điều khiển, được mã hóa dưới dạng tín
hiệu số để thay đổi màu sắc, cường độ ánh sáng hoặc thời gian bật/tắt.
1.4 Ưu điểm và nhược điểm của tín hiệu số. 1.4.1 Ưu điểm.
Chất lượng ổn định và ít bị nhiễu: Tín hiệu số chỉ có hai trạng thái 0
và 1, giúp dễ dàng nhận dạng và phân biệt ngay cả khi tín hiệu bị nhiễu.
Điều này làm cho tín hiệu số ít bị suy giảm chất lượng hơn so với tín
hiệu tương tự khi truyền qua khoảng cách xa.
Dễ nén và mã hóa: Dữ liệu số có thể dễ dàng được nén để giảm dung
lượng lưu trữ và truyền tải. Các phương pháp nén dữ liệu số, như MP3
cho âm thanh hay JPEG cho hình ảnh, cho phép lưu trữ và truyền thông tin hiệu quả hơn.
Tính linh hoạt trong xử lý: Tín hiệu số có thể được dễ dàng xử lý và
biến đổi bằng cách sử dụng các thuật toán và phần mềm. Ví dụ: xử lý
hình ảnh kỹ thuật số, lọc âm thanh số hoặc mã hóa và bảo mật dữ liệu.
Khả năng tái tạo mà không mất dữ liệu: Tín hiệu số có thể được sao
chép nhiều lần mà không bị suy giảm chất lượng. Ngược lại, tín hiệu
tương tự sẽ dần bị mất chất lượng mỗi khi được sao chép hoặc truyền đi.
Tính chính xác cao: Trong các hệ thống đo lường và điều khiển, tín
hiệu số có độ chính xác cao hơn vì nó có thể biểu diễn chính xác các giá
trị nhờ vào số bit sử dụng. 8
Bảo mật và mã hóa dễ dàng hơn: Dữ liệu số dễ dàng được mã hóa để
đảm bảo tính bảo mật. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực
như ngân hàng, truyền thông, và dữ liệu cá nhân.
Tích hợp với các hệ thống số hiện đại: Tín hiệu số có thể dễ dàng tích
hợp với các hệ thống vi xử lý, máy tính, và các thiết bị số khác, giúp
tăng tính hiệu quả và tốc độ xử lý. 1.4.2 Nhược điểm
Chi phí xử lý và thiết bị cao: Hệ thống xử lý tín hiệu số đòi hỏi các
thiết bị phức tạp như vi xử lý, bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC), và bộ
nhớ, dẫn đến chi phí cao hơn so với việc xử lý tín hiệu tương tự.
Yêu cầu băng thông cao: Tín hiệu số thường yêu cầu băng thông cao
hơn để truyền cùng một lượng thông tin so với tín hiệu tương tự. Ví dụ:
một tệp video số có thể cần đường truyền rộng hơn so với tín hiệu video tương tự.
Cần chuyển đổi tín hiệu: Trong nhiều trường hợp, tín hiệu ban đầu
(như âm thanh hoặc hình ảnh) là tín hiệu tương tự và phải được chuyển
đổi thành tín hiệu số để xử lý, điều này có thể làm mất một phần thông
tin hoặc chất lượng nếu không sử dụng bộ chuyển đổi tốt.
Độ phân giải bị giới hạn: Độ chính xác của tín hiệu số phụ thuộc vào
số lượng bit được sử dụng để biểu diễn dữ liệu. Với số bit thấp, thông tin 9
có thể bị mất mát, dẫn đến chất lượng thấp hơn (ví dụ, âm thanh hoặc
video nén quá nhiều sẽ mất chất lượng).
Tín hiệu số không liên tục: Tín hiệu số có tính rời rạc, do đó không thể
biểu diễn hoàn toàn chính xác mọi thông tin liên tục trong thế giới thực.
Điều này có thể gây ra sự khác biệt nhỏ khi so sánh với tín hiệu tương tự,
đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. 1.5 Kết luận.
Tín hiệu số đã trở thành một phần quan trọng trong công nghệ hiện đại
và đời sống hàng ngày. Với khả năng truyền tải thông tin một cách ổn
định, ít bị nhiễu, dễ dàng xử lý và bảo mật, tín hiệu số mang lại nhiều lợi
ích vượt trội so với tín hiệu tương tự. Khả năng nén, mã hóa và tái tạo
mà không làm suy giảm chất lượng đã biến tín hiệu số thành lựa chọn lý
tưởng cho các lĩnh vực như truyền thông, điện tử, viễn thông và công nghệ số.
Tuy nhiên, tín hiệu số cũng có những nhược điểm như chi phí xử lý cao,
yêu cầu băng thông lớn, và cần quá trình chuyển đổi từ tín hiệu tương tự.
Dù vậy, với sự phát triển của công nghệ, những hạn chế này đang dần
được khắc phục, mở rộng phạm vi ứng dụng của tín hiệu số.
Tín hiệu số là nền tảng quan trọng cho sự phát triển của các hệ
thống thông tin hiện đại, và sẽ tiếp tục đóng vai trò chính trong tương
lai của truyền thông và công nghệ số. 10
II. Các cổng logic cơ bản ( Basic logic gates) 1. Cổng AND Ký Hiệu: & Chức năng:
oĐầu ra sẽ là 1 nếu tất cả các đầu vào đều là 1.
oBiểu thức Boolean: Y=A . B A B Y( A AND B ) 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 11 2. Cổng OR Ký hiệu: | Chức năng:
oĐầu ra sẽ là 1 nếu ít nhất một đầu vào là 1.
oBiểu thức Boolean: Y=A + B A B Y( A OR B ) 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 12 3. Cổng NOT Ký hiệu: ~ Chức năng:
oĐầu ra là giá trị ngược lại của đầu vào (đảo ngược tín hiệu). oBiểu thức Boolean: A A Y( NOT A ) 0 1 1 0 13 4. Cổng NAND Ký hiệu: &~ Chức năng:
oĐầu ra sẽ là 0 nếu tất cả các đầu vào đều là 1, ngược lại đầu ra sẽ là 1. oBiểu thức Boolean: A . B A B Y( A NAND B ) 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 14 5. Cổng NOR Ký hiệu: |~ Chức năng:
oĐầu ra sẽ là 1 nếu tất cả các đầu vào đều là 0, ngược lại đầu ra sẽ là 0. oBiểu thức Boolean: Y=A+B A B Y( A NOR B ) 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 15
6. Cổng XOR (Exclusive OR) Ký hiệu: ⊕ Chức năng:
oĐầu ra sẽ là 1 nếu chỉ một trong hai đầu vào là 1, còn lại đầu ra là 0.
oBiểu thức Boolean: Y=A⊕B A B Y ( A OR B ) 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 16
7. Cổng XNOR (Exclusive NOR) Ký hiệu: ⊕ Chức năng:
oĐầu ra sẽ là 1 nếu cả hai đầu vào giống nhau (cùng là 0 hoặc cùng là 1).
oBiểu thức Boolean: Y=A⊕B A B Y ( A NOR B ) 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 17
Ứng dụng của các cổng logic:
Các cổng logic được sử dụng trong các hệ thống số để thực hiện các
phép tính toán, điều khiển tín hiệu và ra quyết định trong các mạch số,
máy tính, bộ vi xử lý và các thiết bị điện tử khác. Các phép toán phức
tạp hơn có thể được xây dựng từ việc kết hợp nhiều cổng logic cơ bản
III . IC 7490, IC 7447, IC 7400 1. IC 7490
IC 7490 là một bộ đếm thập phân (decade counter) sử dụng công nghệ . Nó có khả năng đếm t
TTL (Transistor-Transistor Logic) ừ 0
đến 9 theo chuỗi nhị phân (4 bit), sau đó tự động quay lại 0. IC này rất
phổ biến trong các ứng dụng như đồng hồ kỹ thuật số, bộ đếm sự kiện
và các hệ thống đếm trong các mạch điện tử.
Đặc điểm chính của IC 7490
Loại IC: Bộ đếm thập phân (decade counter).
Chế độ hoạt động: Đếm lên từ 0 đến 9 (có thể cấu hình để đếm từ 0
đến một giá trị khác).
Số chân: 14 chân (DIP - Dual In-line Package).
Loại đếm: 4 bit (chuỗi nhị phân).
Ngõ ra: Tín hiệu nhị phân từ 0000 (0) đến 1001 (9). 18
Điện áp hoạt động: Từ 4.75V đến 5.25V (thường là 5V).
Tần số tối đa: Khoảng 30 MHz.
Ứng dụng: Đếm xung, đồng hồ, bộ đếm sự kiện, và bộ chia tần số. Chân của IC 7490 19