Đề tài : Tìm hiểu ( một số thiết bị ) | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ~~~~~~*~~~~~~
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN ĐỀ TÀI :
TÌM HIỂU ( MỘT SỐ THIẾT BỊ )
GVHD:TÀO VĂN CƯỜNG
SINH VIÊN THỰC HIỆN :
Đỗ Tiến Mạnh - 20213991
Nguyễn Ngọc Hiệp - 20213915 HÀ NỘI – 201... Hà Nội, 2022 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 nhị phân, còn được gọi là tín hiệu logic, là tín hiệu số có hai mức phân biệt
II. Các cổng logic cơ bản Khái niệm
Trong điện tử học, cổng logic (tiếng Anh: 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 đại lượng nhị phân trong thực tế là những đại lượng Vật lý khác nhau (dòng
điện, điện áp,áp suất…). Các đại lượng đó có thể thể hiện bằng hai trạng thái có ‘1’ hoặc không ’0’.
Các cổng logic là các phần tử đóng vai trò chủ yếu để thực hiện các chức năng
logic đơn giản nhất trong các sơ đồ logic nhằm thực hiện một hàm logic nào đó.
Quan hệ logic cơ bản nhất có ba loại: AND, OR, NOT. Cổng logic gồm các phần
tử có nhiều đầu vào và chỉ có một đầu ra. Đầu ra là tổ hợp của các đầu vào. Từ các
cổng logic ta có thể kết hợp lại để tạo ra nhiều mạch logic thực hiện các hàm logic phức tạp hơn. Bảng chân lí
Mô tả đáp ứng của mạch tại ngõ ra đối với các tổ hợp mức logic khác nhau tại các
ngõ vào. Mức logic tại các ngõ vào/ra chỉ nhận một trong hai giá trị 0 hoặc 1. Với
mạch logic có N ngõ vào thì sẽ có tổ hợp hay trạng thái của ngõ ra. VD
Mạch logic 2 ngõ vào, 1 ngõ ra:
Phân loại các cổng logic
Trước khi đi vào tìm hiểu một số loại cổng logic, quy định về mức 0 và mức 1 như sau:
•Nếu IC của TTL thì điện áp vào là 5V, khi đó ta có mức 1 = 5V và mức 0 là = 0V.
•Nếu IC của CMOS thì điện áp vào Vdd = 3V – 18V cho nên mức 1 =
Vdd và mức 0 vẫn là = 0V. Cổng logic cơ sở Cổng OR (HOẶC)
Cổng HOẶC có 2 hoặc nhiều lối vào và chỉ có một lối ra. Lối ra ở mức 1 nếu có ít
nhất một lối vào ở mức 1 (Lối ra có tín hiệu khi một lối vào có tín hiệu ).Ta
có bảng chân lý sau:
Ta viết Y = A + B và nói cổng HOẶC thực hiện phép cộng logic. Nhận xét:
Y = 0 : khi tất cả các biến vào đều bằng 0
Y = 1: khi có ít nhất một biến vào bằng 1 Giản đồ xung:
Trường hợp tổng quát cổng OR có nhiều biến vào độc lập
Ta có thể xem cổng HOẶC như một mạch điện mắc song song như hình dưới:
Trong mạch điện, ta thấy chỉ cần một chuyển mạch A, B hoặc C đóng, đèn sẽ sáng ngay.
Cổng logic OR thực hiện quan hệ: một sự kiện sẽ xảy ra khi chỉ cần một điều kiện
quyết định sự kiện đó được đáp ứng. Cổng AND (VÀ)
Cổng VÀ có 2 hoặc nhiều lối vào và chỉ có một lối ra. Lối ra chỉ ở mức 1 nếu tất
cả lối vào đều ở mức 1 (Lối ra có tín hiệu khi tất cả lối vào đều có tín hiệu).
Ta viết Y = AB và nói cổng VÀ thực hiện phép nhân logic Nhận xét:
Y = 0 : khi có ít nhất một biến vào bằng 0
Y = 1: khi tất cả các biến vào đều bằng 1 Giản đồ xung:
Trường hợp tổng quát cổng AND có nhiều biến vào độc lập
Ta có thể xem cổng AND như một mạch điện mắc nối tiếp:
Trong mạch điện, ta thấy khi tất cả các chuyển mạch A, B, C đều đóng, đèn mới sáng được.
Cổng logic AND thực hiện quan hệ: một sự kiện sẽ xảy ra khi tất cả mọi điều kiện
quyết định sự kiện đó được đáp ứng. Cổng NO (KHÔNG)
Còn gọi là cổng đảo. Cổng chỉ có một lối vào và một lối ra. Cổng KHÔNG thực
hiện phép phủ định logic. Cổng KHÔNG còn gọi là cổng chặn. Giản đồ xung: Các cổng logic ghép
Cổng NAND (KHÔNG VÀ)
Cổng KHÔNG VÀ là cổng VÀ bị phủ định. Biểu diễn: Bảng sự thật với hàm NAND 2 biến: Nhận xét:
Y = 0 : khi tất cả các biến vào đều bằng 1
Y = 1: khi có ít nhất một biến vào bằng 0 Giản đồ xung:
Trường hợp tổng quát cổng NAND có nhiều biến vào độc lập Cổng NOR (KHÔNG HOẶC)
Cổng KHÔNG HOẶC là cổng HOẶC bị phủ định. Biểu diễn:
Bảng sự thật với hàm NOR 2 biến: Nhận xét:
Y = 0 : khi có ít nhất một biến vào bằng 1
Y = 1: khi tất cả các biến vào đều bằng 0 Giản đồ xung:
Trường hợp tổng quát cổng NOR có nhiều biến vào độc lập Cổng khác dấu
Cổng Exclusive OR (HOẶC loại trừ)
Cổng hoặc loại trừ còn gọi là cổng cộng modul 2 hoặc là cộng không nhớ, gọi tắt
là EX-OR. Có biểu thức logic:
Ta có sơ đồ mạch như hình:
Bảng sự thật với hàm EX-OR 2 biến: Nhận xét:
Y = 0 : khi tất cả hai biến vào có giá trị giống nhau
Y = 1 : khi tất cả hai biến vào có giá trị khác nhau
So sánh với cổng logic OR, ta thấy 3 trạng thái đầu là của cổng logic OR chỉ khác
trạng thái thứ tư, ta gọi là cổng logic KHÔNG đồng trị hay là HOẶC loại trừ
(Exclusive OR), có ký hiệu:
Đầu ra của cổng EX-OR bằng 1 khi hai đầu vào khác trạng thái và bằng 0 khi cùng
trạng thái. Nếu nhiều đầu vào thì đầu ra sẽ bằng 1 khi số bit 1 ở đầu vào là số lẻ và
bằng 0 khi số bit 1 ở đầu vào là số chẵn.
Lưu ý: Cổng EX-OR chỉ có 2 ngõ vào. Giản đồ xung:
Cổng Exclusive NOR (không hoặc loại trừ)
Một cổng logic khác cũng thường được sử dụng đó là cổng Exclusive NOR (EX-
NOR) còn gọi là cổng đồng dấu. Biểu diễn:
Mạch logic để thực hiện hàm logic trên:
Bảng sự thật với hàm EX-NOR 2 biến: Nhận xét:
Y = 0 : khi tất cả hai biến vào có giá trị khác nhau
Y = 1 : khi tất cả hai biến vào có giá trị giống nhau Cổng EX-NOR logic:
Lưu ý: Cổng EX-NOR chỉ có 2 ngõ vào. Giản đồ xung:
Đầu ra của cổng EX-NOR bằng 1 khi hai đầu vào cùng trạng thái và bằng 0 khi
khác trạng thái. Nếu nhiều đầu vào thì đầu ra sẽ bằng 1 khi số bit 0 ở đầu vào là số
lẻ và bằng 0 khi số bit 0 ở đầu vào là số chẵn. Thí dụ: bảng trạng thái của một cổng EX-NOR 3 đầu vào:
Ta thường dùng các cổng EX-OR và EX-NOR trong các bộ so sánh, bộ cộng…
Trong các cổng trên, hai cổng NAND và NOR được dùng rất linh hoạt. Từ hai
cổng này, ta có thể tạo ra các cổng logic cơ bản NO, AND, OR •Dùng các cổng NAND: •Dùng các cổng NOR:
Cổng logic 3 trạng thái TS (three state)
Cổng logic ba trạng thái là cổng logic mà đầu ra có thêm trạng thái thứ ba gọi là
trạng thái treo ngoài hai trạng thái 1 và 0. Đầu ra Y có thể nằm ở một trong ba trạng thái sau:
Trạng thái mức cao và mức thấp 1 hoặc 0. Trạng thái thứ ba là trạng thái treo hay
còn gọi là trạng thái tổng trở cao. Lúc đó đầu ra Y tách ra khỏi hệ thống.
Mô tả mạch logic 3 trạng thái:
Khi K1 đóng đầu ra có trạng thái 0, Khi K1, K2 đóng, đầu ra có trạng thái 1. Khi
K1, K2 cùng tắt, mạch ở trạng thái thứ 3 tổng trở cao. Đầu ra Y tách khỏi mạch (dù
thực tế nó vẫn nôi với mạch. CS (Chip Select) dùng để chọn chip. CS sẽ điều khiển
mạch ở trạng thái thứ ba. Khi CS = 1 (hoặc 0 thì hai khóa đều mở, độc lập với tín hiệu vào A, B.
Cổng logic 3 trạng thái được sử dụng khi ta cần ghép kênh các tín hiệu cần truyền
luân lưu trên một dây dẫn AB (AB còn gọi là bus).
•Trạng thái treo ở mức thấp:
•Trạng thái treo ở mức cao:
Ưu điểm nổi bật của các vi mạch logic ba trạng thái là ta có thể nối đầu ra của vi
mạch lên cùng một kênh truyền chung. Điều này làm đơn giản rất nhiều cho việc
tạo lập kênh truyền số liệu trong một hệ thống logic. Một ví dụ về việc nối vi mạch
logic trên một kênh truyền:
Nếu tín hiệu điều khiển C, C’ , C’’ có thứ tự thời gian ở mức cao, thì các tín hiệu
dữ liệu ở ba nhóm đầu vào sau khi đã thực hiện quan hệ logic sẽ đưa ra bus luân
lưu theo thứ tự thời gian tương ứng. Để các cổng TS hoạt động bình thường thì ở
một thời điểm bất kỳ chỉ cho phép một cổng duy nhất ở trạng thái công tác. Nếu
không sẽ xảy ra trường hợp một lúc có đến hai đầu ra của cổng cùng thông với bus,
nếu hai cổng này có đầu ra khác trạng thái một ở muác cao, một ở mức thấp sẽ đưa đến hỏng cổng.
Ứng dụng của các cổng logic
Các ứng dụng của cổng logic chủ yếu được xác định dựa trên bảng trạng thái của
chúng, tức là phương thức hoạt động của chúng. Các cổng logic cơ bản được sử
dụng trong nhiều mạch điện như khóa nút nhấn, kích hoạt báo trộm bằng ánh sáng,
bộ điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống tưới nước tự động, v.v.
Ngoài ra, cổng logic cũng chính là các phần tử cấu thành nên các mạch tổ hợp
chẳng hạn như mạch giải mã, mạch mã hóa, mạch đa hợp, mạch giải đa hợp,…
III. IC 7400, IC 7490, IC 7447 IC 7400
IC 7400 là một chip 14 chân và nó bao gồm bốn cổng NAND 2 đầu vào. Mỗi cổng
đều sử dụng chân 2 đầu vào & chân 1 đầu ra, bởi 2 chân còn lại là nguồn và đất.
Con chip này được tạo ra với các gói khác nhau như giá đỡ bề mặt và lỗ xuyên
qua, bao gồm gói gốm (hoặc) nhựa kép trong dòng và gói phẳng. Chức năng của các chân: Số chân MÔ TẢ 1 A1-INPUT1 của GATE 1 2 B1-INPUT2 của GATE 1 3 Y1-OUTPUT của GATE1 4 A2-INPUT1 của GATE 2 5 B2-INPUT2 của GATE 2 6 Y2-OUTPUT của GATE2 9 A3-INPUT1 của GATE 3 10 B3-INPUT2 của GATE 3 số 8 Y3-OUTPUT của GATE3 12 A4-INPUT1 của GATE 4 13 B4-INPUT2 của GATE 4 11 Y4-OUTPUT của GATE4 7 GND- Kết nối với đất 14
VCC-Được kết nối với điện áp dương để cung cấp điện cho cả bốn cổn Thông số kỹ thuật:
•Dải điện áp hoạt động: +4.75 đến + 5.25V
•Điện áp cung cấp tối đa: 7V
•Dòng điện tối đa được phép rút qua mỗi đầu ra cổng: 8mA •Đầu ra TTL •ESD tối đa: 3,5KV
•Thời gian tăng điển hình: 15ns
•Thời gian giảm điển hình: 15ns
•Nhiệt độ hoạt động: 0°C đến 75°C IC 7490
IC 7490 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số đếm lên và trong các mạch chia tần số. Chức năng của các chân: Số chân Tên chân Mô tả 1
Clock input 2 Ngõ vào xung đồng hồ 2 (xung kích cạnh (CLKA) xuống) 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
Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 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 3 9 Output 2 (QB) Ngõ ra 2 10 Ground (0V) Chân nối đất 11 Output 4 (QD) Ngõ ra 4 12 Output 1 (QA) Ngõ ra 1 13 Not connected Không sử dụng 14
Clock input 1 Ngõ vào xung đồng hồ 1 (xung kích cạnh (CLKA) xuống) Thông số kỹ thuật
•Dãy nguồn đầu vào cho IC là 4,75V đến 5,25V.
•Dãy nhiệt độ hoạt động cho IC là 0 đến 70 độ.
•Dãy điện áp đầu vào IC ở trạng thái mức CAO nhỏ nhất 2,0V và trạng thái THẤP là tối đa 0,7V.
•IC cho dòng điện đầu ra ở trạng thái mức CAO là -0,4mA và ở trạng thái THẤP là 8,0mA
•Dãy bảo vệ diode kẹp bên trong là -1,5V. IC 7447
IC 7447 là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung. IC 7447 chuyển
đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung. Chức năng của các chân: Số chân Tên chân Mô tả 1 B Đầu vào BCD của IC 2 C Đầu vào BCD của IC 3
Display test / Lamp Kiểm tra hiển thị LED test 4 Blank input Tắt các LED hiển thị 5 Store
Lưu trữ hoặc nhấp nháy mã BCD 6 D Đầu vào BCD của IC 7 A Đầu vào BCD của IC 8 GND Chân nối mass 9 e Đầu vào 1 LED 7 đoạn 10 d Đầu vào 2 LED 7 đoạn 11 c Đầu vào 3 LED 7 đoạn 12 b Đầu vào 4 LED 7 đoạn 13 a Đầu vào 5 LED 7 đoạn 14 g Đầu vào 6 LED 7 đoạn 15 f Đầu vào 7 LED 7 đoạn