Báo cáo thí nghiệm môn Kỹ thuật số

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 1

MỤC LỤC

BÀI 1. KHẢO SÁT CỔNG LOGIC VÀ FLIP-FLOP.............................2

I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦ U .............................................................................................2

II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ..............................................................................................2

III. CÁC THÍ NGHIỆM .......................................................................................................2

1. Các cổng logic cơ bả n ..................................................................................................2

2. Cấu tạo ngõ ra của cổng TTL.......................................................................................5

4. Khảo sát hoạt động của các Flip-Flop..........................................................................9

BÀI 2. KHẢO SÁT HỆ TỔ HỢ P VÀ HỆ TUẦN TỰ ...........................11

I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦ U ...........................................................................................11

II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ............................................................................................11

III. CÁC THÍ NGHIỆM .....................................................................................................11

1. Khảo sát mạch đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp) ...................................................11

2. Khảo sát mạch đếm đồng bộ (74LS193)....................................................................12

3. Khảo sát mạch so sánh 4 bít (74LS85) ......................................................................13

4. Khảo sát thanh ghi dịch 4 bít (74LS194) ...................................................................15

5. Khảo sát mạch cộng nhớ nhanh 4 bít (74LS283).......................................................18

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 2

BÀI 1. KHẢO SÁT CỔNG LOGIC VÀ FLIP-FLOP

I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

Khảo sát các cổng logic cơ bản dùng các vi mạch tích hợp TTL và CMOS, khảo sát hoạt động

của các FLIP-FLOP, thực hiện một số mạch điều khiển đơn giản: mạch điều khiển bus dữ liệu,

mạch chia tần số sử dụng JKFF, DFF…

Để hoàn thành bài thí nghiệm này sinh viên cần nắm vững lý thuyết đã được học trong giáo trình

Kỹ Thuật Số về đại số Boole, các cổng logic và Flip-Flop.

II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

• 1 FACET Base Unit. (Đế lắp mạch thí nghiệm).

• 1 Digital Logic Fundamental circuit board (Board mạch thí nghiệm).

• 1 VOM.

• 1 Dao động ký.

• Các dây nối và các connector.

III. CÁC THÍ NGHIỆM

1. Các cổng logic cơ bản

Mục đích bài thí nghiệm: nhằm kiểm tra hoạt động của các cổng logic cơ bản AND, NAND, OR,

NOR, XOR, XNOR được thực hiện bằng các vi mạch cổng TTL.

Các khối được sử dụng trên board mạch: AND/NAND, OR/NOR, XOR/XNOR, CLOCK,

INPUT SIGNALS.

Các vi mạch được sử dụng thực hiện các khối trên:

▪ 74LS00: 04 cổng NAND 2 ngõ vào

▪ 74LS02: 04 cổng NOR 2 ngõ vào

▪ 74LS04: 06 cổng NOT (Inverter)

▪ 74LS136: 04 cổng XOR

a. Kiểm tra nguồn cung cấp cho các vi mạch:

• Lắp board TN vào đế, bật công tắc nguồn (đèn LED chỉ thị nguồn sáng báo +5V).

• Dùng VOM đo nguồn cung cấp cho các vi mạch (đo chân 14 và chân 16 của các IC), giá

trị điện áp nguồn cung cấp là: Vcc = 4.92 (V)

b. Kiểm tra nguồn xung Clock và các tín hiệu Input A, B:

• Dùng VOM đo giá trị điện áp ra của nguồn xung clock là: V₁= 2.16 V

• Dùng VOM đo giá trị điện áp tại chân số 3 của IC NE555, giá trị đo được V₂= 2.16 V

• Ta thấy V₁= V₂

• IC NE555 thực hiện vai trò là mạch dao động tạo xung Clock

• Quan sát hình dạng của xung clock bằng cách sử dụng kênh 1 (kênh X) của dao động ký.

Từ dạng sóng quan sát được trên dao động ký hãy xác định chu kỳ và tần số dao động

của xung clock:

Thời gian có xung:

T_ON= 10.1 µs

Thời gian không có xung: T_OFF= 12 µs

Chu kỳ dao động:

T

= T_ON+ T_OFF= 22.1 µs

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Tần số dao động:

Trang 3

f = 1/T = 45 Hz

• Sử dụng thêm kênh 2 (kênh Y) của dao động ký quan sát dạng sóng tại chân số 6 của IC

NE555 để hiểu rõ về quá trình nạp xả của tụ điện C.

• Điện áp nạp của tụ không tăng tuyến tính vì tăng theo hàm mũ

• Nếu muốn tạo ra điện áp nạp tuyến tính (điện áp có dạng tam giác) phải cải tiến mạch dao

động này bằng cách cho tụ nạp xả liên tục thì thời hằng τ=RC lớn , có thể tăng R hay

giảm điện dung tụ điện

• Giá trị điện áp trung bình của nguồn xung clock theo công thức:

1 ^T

T_ON

T

V_TB



V_CC2.24(V)

_T^{v(t)dt }

0

• Kiểm tra mức logic ‘0’ và ‘1’ của các ngõ vào input A, B bằng cách sử dụng VOM ta có

bảng sau:

Mức

Logic

Điện áp đo được bằng VOM

Input A Input B

Logic 0

0.25mV

4.91V

3mV

4.93V

Logic 1

c. Kiểm tra bảng chân trị của các cổng logic:

Sử dụng các dây nối, các connector lần lượt cấp tín hiệu logic ‘0’ và ‘1’ cho các đầu vào A và B

của các cổng logic AND. Dùng các công tắc thay đổi mức logic ở các ngõ vào A, B. Quan sát trạng

thái đèn LED tại ngõ ra của cổng AND và dùng VOM đo điện áp ngõ ra tương ứng cho mỗi trường

hợp để kiểm tra lại bảng chân trị (bảng trạng thái) của cổng AND OR, NAND, NOR, XOR, XNOR.

Ứng với mỗi trường hợp của tổ hợp 2 biến A, B kết quả đo sau:

Bảng chân trị cổng AND:

A

B

Y = A.B

Điện áp V_Y

0

0.1V

0

1

0

1

0

1

0.1V

3.97V

Bảng chân trị cổng NAND

A

0

B

0

Y

Điện áp V_Y

4.12V

0.11V

1

0

1

0

1

Bảng chân trị cổng OR

Điện áp V_Y

A

B

Y

0

0.14V

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 4

0

1

0

1

3.69V

Bảng chân trị cổng NOR

Điện áp V_Y

A

B

Y

0

1

0

1

0

3.95V

0.17V

0

1

Bảng chân trị cổng XOR

Điện áp V_Y

A

B

Y

0

1

0

1

0

1

0

0.15V

4.95V

0.15V

0

1

Bảng chân trị cổng XNOR

A

0

B

0

Y

Điện áp V_Y

4.95V

0.16V

4.95V

1

0

1

0

1

0

1

d. Sử dụng cổng AND và NAND để đóng/mở tín hiệu:

• Cổng AND và NAND cho tín hiệu đi qua khi ngõ vào

: A = 0

• Cổng AND và NAND không cho tín hiệu đi qua khi ngõ vào: A = 1

• Sự khác nhau của dạng sóng ngõ ra Y₁và Y₂khi sử dụng cổng AND và NAND để đóng

mở tín hiệu xung clock là độ rộng sườn xung đóng mở tín hiệu khác nhau

5V

+V

AND

A

Y1

Y2

NAND

B

e. Sử dụng cổng XOR và XNOR để đệm và đảo mức tín hiệu:

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Khối XOR/XNOR

Trang 5

5V

+V

XOR

A

X1

X2

XNOR

B

Trong đó: A đóng vai trò là ngõ vào điều khiển (control) và B đóng vai trò là ngõ vào dữ liệu

(data).

Sử dụng 2 kênh của dao động ký để quan sát các tín hiệu sau:

• Kênh 1 quan sát tín hiệu ngõ vào B

• Kênh 2 quan sát tín hiệu ngõ ra X₁

B không đổi khi A=1 : thời gian có xung X1 lớn hơn khi A=0

Lần lượt thay đổi vị trí của công tắc A để thay đổi mức logic của ngõ vào tín hiệu điều khiển A

và quan sát các tín hiệu ngõ vào B và ngõ ra X₁. Từ dạng sóng quan sát được:

• Khi ngõ vào điều khiển A = 1 thì: X₁= B

• Khi ngõ vào điều khiển A = 0 thì: X₁= B

Không thể dùng cổng XOR / XNOR để đóng/mở tín hiệu dữ liệu được

Kết luận :

Chỉ có thể dung cổng NAND or NOR để đóng mở tín hiệu

2. Cấu tạo ngõ ra của cổng TTL

Các khối mạch được sử dụng: OPEN COLLECTOR, TRI-STATE OUTPUT.

Các vi mạch được sử dụng:

• 7407:

06 cổng đệm cấu tạo ngõ ra cực thu để hở (Hex Buffer with Open Collector)

• 74LS14: 06 cổng đảo Schmitt Trigger (Hex Schmitt Trigger Inverter)

• 74LS04: 06 cổng đảo

• 74LS126: 04 cổng đệm với cấu tạo ngõ ra 3 trạng thái.

a. Đặc tính của cổng ĐẢO loại Schmitt Trigger (74LS14)

Chúng ta thử quan sát điện áp tại đầu ra của cổng ĐẢO khi đặt ở đầu vào một tín hiệu xung có

tần số thấp và sườn của xung thay đổi rất chậm (sườn xung rất rộng), xét 2 trường hợp: cổng đảo

loại chuẩn (standard) và cổng đảo loại Schmitt. Dạng sóng quan sát được mô tả trên đồ thị sau đây:

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 6

V_UTP

V_LTP

Cổng đảo chuẩn (Standard)

Cổng đảo Schmitt Trigger

Rõ ràng khi sử dụng cổng đảo Schmitt Trigger đối với các tín hiệu biến thiên chậm (tần số thấp)

dạng sóng ngõ ra sẽ tốt hơn, loại bỏ được các nhiễu không mong muốn tác động vào mạch.

Đặc tuyến truyền đạt của cổng ĐẢO loại Schmitt Trigger như sau:

Vo

V_UTP: Upper-Trip-Point Voltage

V_LTP: Lower-Trip-Point Voltage

V_OL: Low-state Output Voltage

V_OL: High-state Output Voltage

V_OH

V_OL

Vi

V_LTP

V_UTP

Yêu cầu của thí nghiệm: xác định được các giá trị điện áp V_UTPvà V_LTPcủa cổng đảo Schmitt

Trigger 74LS14, và vẽ được đặc tuyến truyền đạt của vi mạch đảo 74LS14.

Thực hiện mạch sau đây:

74LS14

A

Y

+

Schmitt

V

Trong đó V là nguồn điện áp được lấy từ khối TTL/CMOS COMPARISON và có thể thay đổi

giá trị điện áp bằng cách điều chỉnh trimmer POSITIVE SUPPLY trên đế cắm board mạch thí

nghiệm (Base Unit).

Các bước tiến hành:

• Lắp mạch thí nghiệm như hình vẽ trên:

• Dùng VOM đo điện áp ở ngõ vào A, điều chỉnh điện áp vào V_Acó giá trị nhỏ nhất (xấp

xỉ 0V) tương ứng với mức logic ngõ vào A là mức logic 0.

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 7

• Quan sát điện áp ngõ ra Y trên kênh 1 của dao động ký, sẽ thấy điện áp V_Ytương ứng

mức logic 1 (xấp xỉ 5V)

• Điều chỉnh trimmer nguồn cung cấp để tăng dần điện áp vào V_Avà quan sát trên dao

động ký cho đến khi ngõ ra Y vừa chuyển xuống mức logic 0 thì dừng lại. Điện áp ngõ

vào V_Ađo được bằng VOM chính là điện áp V_UTP, có giá trị là:

V_UTP= 6.08 (V)

• Tiếp tục tăng điện áp vào V_A, ngõ ra Y không đổi mức logic, ngõ ra lúc này bằng : V_OL

= 0.145(V)

• Tiếp tục xác định mức ngưỡng thấp V_LTPbằng cách giảm điện áp ngõ vào V_Acho đến khi

ngõ ra Y chuyển từ mức logic 0 lên mức logic 1 thì dừng lại, đo các giá trị điện áp V_Yvà

V_LTPta có:

V_OH= 4.23 (V), V_LTP= 0.328 (V)

• Vẽ đặc tuyến truyền đạt của cổng đảo Schmitt 74LS14

b. Khảo sát ngõ ra cực thu để hở

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 8

Mạch thí nghiệm sau (trên khối OPEN COLLECTOR):

+V

Y1

Y2

A

X1

X2

B

: X₁và X₂không nối nhau.

• Các biểu thức logic của Y₁, Y₂theo A và B

• Y₁=bù A

• Y₂=bù B

• Kiểm tra lại các biểu thức logic của Y₁và Y₂bằng cách cho tín hiệu logic 0 và 1 vào A,

B và dùng VOM đo điện áp ra tại Y₁và Y₂, kết quả kiểm tra vào bảng sau:

A

Y₁

V_Y1

B

Y₂

V_Y2

0 V

1

4.96V

0 V

1

4.26V

5 V

0

0.14V

5 V

0

0.13V

• Giải thích các kết quả điện áp đo được trong bảng do Y₁=bù A Y₂=bù B

• Để cổng logic ngõ ra cực thu để hở hoạt động được cần phải có điều kiện là không nối X₁

và X₂lại với nhau

• Bây giờ dùng CONNECTOR nối X₁và X₂(lúc này Y₁= Y₂). Thay đổi các giá trị logic

ngõ vào A và B, dùng VOM đo điện áp logic ngõ ra, ghi các kết quả vào bảng sau:

A

0

B

0

1

0

1

Y₁

1

V_Y1

4.95V

0

0.073V

0.072V

0.069V

1

0

1

0

• Các kết quả trên là do nối X₁và X₂(lúc này Y₁= Y₂)

Mạch logic trên thực hiện hàm chức năng NOR

c. Khảo sát ngõ ra 3 trạng thái

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 9

Thực hiện thí nghiệm trên khối TRI-STATE OUTPUT.

• Nêu ý nghĩa chức năng của các ngõ vào A (INPUT) và B (OUTPUT ENABLE) ?

• Giải thích hoạt động của mạch ?

Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra lại các kết luận ở trên về hoạt động của ngõ ra 3 trạng thái:

B

A

Y

Trạng thái

LED đỏ

(Output Enable) (Input) (Output) LED xanh

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

• Mức tích cực của tín hiệu cho phép ngõ ra (B – Output enable) là mức logic: 1

• Ngõ ra 3 trạng thái có thể ứng dụng ở những mạch TTL

• Để mức tích cực của tín hiệu Output Enable (B) là mức logic ‘0’ cần cải tiến mạch trên

bằng cách mắt một cổng đảo trước B để mức tích cực đảo từ ‘1’ sang ‘0’

4. Khảo sát hoạt động của các Flip-Flop

Bài thí nghiệm này nhằm mục đích kiểm tra lại hoạt động của các Flip Flop thông dụng (DFF,

JKFF), sau đó thực hiện một số chuyển đổi qua lại giữa các loại FF, cuối cùng ứng dụng JKFF và

DFF thực hiện các mạch chia tần số.

Các khối mạch sử dụng: D-TYPE FLIP-FLOP và JK FLIP-FLOP.

a. Khảo sát bảng trạng thái của các Flip Flop

Tiến hành thí nghiệm :

• Kiểm tra lại bảng trạng thái của DFF và JKFF

• Kiểm tra chức năng của các ngõ vào điều khiển trực tiếp CLEAR và PRESET đối với cả

2 loại Flip-Flop: DFF và JKFF

b. Dùng JKFF thực hiện chức năng của RSFF, TFF và DFF

• Các sơ đồ sử dụng JKFF thực hiện chức năng của RSFF, TFF và DFF

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 10

c. Ứng dụng JKFF và DFF thực hiện các mạch chia tần số

Do có thể chuyển đổi giữa cổng JKFF  DFF nên sơ đồ thực hiện chia tần số giống DFF

• Vẽ sơ đồ sử dụng JKFF thực hiện mạch chia 2 tần số xung CLK

• Thực hiện mạch chia 4 tần số bằng cách ghép nối tầng 2 mạch chia 2 ở trên. Quan sát

dạng sóng ra tại ngõ ra Q trên dao động ký Tần số ngõ ra Q = f_Ck/4

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 11

BÀI 2. KHẢO SÁT HỆ TỔ HỢP VÀ HỆ TUẦN TỰ

I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

Trong bài thí nghiệm này sinh viên sẽ được khảo sát một số mạch tổ hợp và mạch tuần tự đơn

giản: mạch so sánh 4 bít, mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit, bộ đếm không đồng bộ, bộ đếm đồng

bộ, thanh ghi dịch 4 bít.

Qua bài thí nghiệm sinh viên có thể hiểu được nguyên tắc hoạt động của một số mạch tổ hợp và

mạch tuần tự đơn giản, làm quen với một số vi mạch số TTL thường được sử dụng. Sau khi hoàn

thành bài thí nghiệm này, sinh viên có thể tự mình hệ thống hoá lại kiến thức đã tích luỹ trong giờ

học lý thuyết, trên cơ sở đó vận dụng để thiết kế được những mạch ứng dụng phức tạp hơn.

Để hoàn thành bài thí nghiệm này sinh viên cần nắm vững lý thuyết đã được học trong giáo trình

Kỹ Thuật Số về các hệ tổ hợp và hệ tuần tự.

II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

• 1 FACET Base Unit. (Đế lắp mạch thí nghiệm).

• 1 Digital Circuit Fundamental 1 board (Board mạch thí nghiệm).

• 1 VOM.

• 1 máy phát sóng vuông

• Các dây nối và các connector.

III. CÁC THÍ NGHIỆM

1. Khảo sát mạch đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp)

Khối mạch thực hiện: ASYNCHRONOUS RIPPLE COUNTER

a. Khảo sát tác dụng của các ngõ vào CLR và PR:

• Quan sát sơ đồ mạch của bộ đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp) sử dụng 4 JKFF (được

thực hiện bằng 2 vi mạch 74LS76) thực hiện chức năng của TFF mắc nối tiếp với nhau.

• Khảo sát hoạt động xóa (CLEAR) và đặt trước (PRESET) bộ đếm bằng cách cấp tín hiệu

logic tương ứng cho các ngõ vào CLR và PR.

• Dùng tụ điện có giá trị C = 10 (F) mắc thêm vào mạch để khảo sát tác dụng của mạch

RC trong việc “tự động” xóa FF và thiết lập FF lúc ban đầu khi bật nguồn cung cấp.

b. Khảo sát hoạt động đếm lên:

• Cấp xung Clock từ khối tạo xung PULSE vào ngõ vào CLOCK của mạch.

• Xóa bộ đếm về 0.

• Thay đổi vị trí công tắc ở khối PULSE để tạo xung kích khởi cho bộ đếm và quan sát sự

thay đổi trạng thái ngõ ra của bộ đếm từ giá trị 0000 đến 1111. Lưu ý: đèn sáng tương

ứng mức logic “1”, đèn tắt tương ứng mức logic “0”.

• Dùng máy phát sóng cấp tín hiệu xung vuông có tần số 1 Hz vào ngõ vào CLOCK của

bộ đếm và quan sát hoạt động đếm lên của mạch.

• Tăng tần số xung CLOCK của máy phát sóng để tăng tốc độ đếm.

• Nhận xét : khi tăng tần số xung Clock của bộ đếm thì trang thái đếm của đèn tăng lên,

khi tần số khoảng 630Hz thì trạng thái của 4 đèn đều sáng

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 12

2. Khảo sát mạch đếm đồng bộ (74LS193)

Khối mạch thực hiện: SYNCHRONOUS COUNTER

Vi mạch TTL 74LS193 là bộ đếm đồng bộ thuận/nghịch 4 bít, với các ngõ vào dữ liệu cho phép

nhập giá trị bắt đầu của bộ đếm (nội dung đếm).

• CLEAR

• LOAD

• A, B, C, D

• COUNT UP

: ngõ vào xóa bộ đếm về 0000.

: ngõ vào cho phép nhập dữ liệu vào bộ đếm.

: các ngõ vào dữ liệu.

: ngõ vào nhận xung cho phép đếm lên, kích khởi sườn lên.

• COUNT DOWN : ngõ vào nhận xung cho phép đếm xuống, kích khởi sườn lên.

• Q_A, Q_B, Q_C, Q_D: các ngõ ra bộ đếm.

• CARRY và BORROW : các ngõ ra này cho phép người thiết kế có thể ghép nối tầng

nhiều vi mạch 74LS193 với nhau để thực hiện các mạch đếm với số lượng lớn hơn.

Chẳng hạn: 1 vi mạch 74LS193 có thể thực hiện bộ đếm 4 bít tương ứng 16 (= 2⁴) trạng

thái phân biệt, ghép nối tầng 2 vi mạch đếm 4 bít 74LS193 bằng cách sử dụng các ngõ ra

CARRY hoặc BORROW có thể thực hiện mạch đếm 8 bít với số lượng trạng thái đếm là

16x16 = 256 (= 2⁸) trạng thái phân biệt, tất nhiên có thể thực hiện hoặc đếm lên hoặc đếm

xuống (CARRY cho đếm lên và BORROW cho đếm xuống).

a. Hoạt động đếm lên:

• Cấp nguồn cho mạch.

• Xóa bộ đếm về không.

• Dùng máy phát sóng cấp tín hiệu xung vuông có tần số 1 Hz vào ngõ vào UP của bộ đếm

và quan sát hoạt động đếm lên của vi mạch (nội dung bộ đếm thay đổi từ 0000  1111).

Quan sát trạng thái của các ngõ ra CARRY và BORROW.

• Khi đến lên từ 0000 đến 1111 thì ngỏ ra CARRY nháy đèn báo hiệu đếm xong

• Khi đến xuống từ 1111 đến 0000 thì ngỏ ra BORROW nháy đèn báo hiệu đếm xong

• Tăng tần số ngõ vào xung đếm của máy phát sóng thì sẻ tăng tốc độ đếm.

b. Hoạt động đếm xuống:

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 13

Khảo sát hoạt động đếm xuống hoàn toàn tương tự như phần a bằng cách cấp nguồn xung clock

tần số 1 Hz từ máy phát sóng vào ngõ vào DOWN của vi mạch.

Với ngõ vào UP để trống.

c. Nhập dữ liệu vào bộ đếm:

Sử dụng ngõ vào LOAD và các công tắc A, B, C, D ở khối INPUT SIGNALS để nhập dữ liệu

ban đầu cho bộ đếm (nội dung ban đầu của bộ đếm).

• Đưa ngõ vào LOAD xuống mức 0 và sử dụng các công tắc A, B, C, D để nhập dữ liệu

ban đầu 0011 cho bộ đếm (D=0, C=0, B=1, A=1).

Trạng thái các ngõ ra của bộ đếm Q_D, Q_C, Q_B, Q_Alúc này bằng 0011

• Vẫn giữ ngõ vào LOAD ở mức ‘0’, cấp xung clock tần số 1 Hz vào ngõ vào UP, nội dung

bộ đếm không thay đổi theo xung clock

• Đưa ngõ vào LOAD lên mức ‘1’ để chuyển sang hoạt động đếm. Lúc này mạch sẽ thực

hiện đếm lên bắt đầu từ giá trị 0011 (3 thập phân).

• Trong khi đang đếm nếu CLEAR thì dừng đếm hoặc LOAD thì cũng dừng đếm

d. Ứng dụng bộ đếm để xây dựng mạch định thời

Chúng ta có thể ứng dụng bộ đếm để xác định một khoảng thời gian, đó gọi là hoạt động định

thời gian, hay gọi tắt là hoạt động định thời hay chỉ đơn giản là định thời.

Hoạt động đếm xuống và đếm lên của các vi mạch đếm, chẳng hạn 74LS193, có thể được ứng

dụng để định các khoảng thời gian. Để đơn giản trong phần này chúng ta thử xét ứng dụng của hoạt

động đếm xuống trong việc định thời sự kiện.

Chẳng hạn muốn làm trễ một khoảng thời gian là 10s chúng ta có thể cho bộ đếm bắt đầu đếm

ngược (đếm xuống) từ giá trị thập phân là 10 (1010 nhị phân) đến 0 (0000 nhị phân) với tần số xung

nhịp ở ngõ vào DOWN là 1 Hz, tương ứng với chu kỳ xung nhịp là 1s. Khi bộ đếm đạt đến giá trị

0000₂nghĩa là đã đếm được 10 trạng thái và sẽ tương ứng 10 xung nhịp clock đã tác động ở ngõ

vào với chu kỳ mỗi xung là 1s, lúc này ngõ ra BORROW sẽ chuyển từ mức logic ‘1’ xuống mức

logic ‘0’, đây chính là dấu hiệu nhận biết khoảng thời gian 10s đã trôi qua tính từ lúc bắt đầu tác

động xung đếm ở đầu vào xung nhịp. Tín hiệu xung mức 0 ở ngõ ra BORROW có thể được sử

dụng để kích khởi cho một mạch điện tử nào đó hoạt động.

Phần thí nghiệm: Sử dụng vi mạch 74LS193 thực hiện các công việc sau:

• Nhập dữ liệu thích hợp để định thời các khoảng thời gian là 5s, 6s, 12s, 15s.

• Các giá trị nhập dữ liệu

• 5s : 0101

• 6s : 0110

• 12s : 1100

• 15s : 1111

•

Ứng dụng hoạt động đếm lên để định thời cần sử dụng ngõ ra CARRY làm dấu hiệu

nhận biết

3. Khảo sát mạch so sánh 4 bít (74LS85)

Khối mạch thực hiện: 4 BIT COMPARATOR

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 14

Vi mạch 74LS85 thực hiện so sánh 2 số nhị phân 4 bít A (A₃A₂A₁A₀) và B (B₃B₂B₁B₀) theo mã

nhị phân 8421 về mặt độ lớn (4-BIT MAGNITUDE COMPARATOR). Sơ đồ chân và bảng trạng

thái mô tả hoạt động của vi mạch này được cho trên hình vẽ sau:

Giải thích bảng trạng thái của vi mạch 74LS85:

• A₃, A₂, A₁, A₀; B₃, B₂, B₁, B₀là các ngõ vào nhận các bít dữ liệu so sánh của 2 số A, B.

• A>B, A<B, A=B là các ngõ ra chỉ thị kết quả so sánh mức tích cực là mức 1.

• Các ngõ vào nối tầng (cascading inputs) cho phép ghép nối nhiều vi mạch so sánh

74LS85 với nhau để thực hiện so sánh 2 số nhị phân nhiều bít (ví dụ: so sánh 2 số 8 bít,

12 bít, 16 bít, 20 bít, 24 bít, .....), làm tăng khả năng mở rộng của vi mạch 74LS85.

• Trong bài thí nghiệm chỉ thực hiện việc so sánh 2 số nhị phân 4 bít sử dụng 1 vi mạch

74LS85 nên chúng ta thiết lập ngõ vào nối tầng (A=B) = 1.

Tiến hành thí nghiệm:

a. So sánh các số nhị phân 4 bít sau đây:

Các ngõ ra

A

B

Kết luận

A>B A<B A=B

0001

1101

1010

0110

0011

1100

1010

1001

X

B lớn hơn A

A lớn hơn B

A=B

X

B>A

Các ngõ vào của B chính là các giá trị ngõ ra Q_A, Q_B, Q_C, Q_Dcủa vi mạch đếm 74LS193.

b. Thực hiện mạch đếm modulo M:

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 15

Sử dụng 2 khối mạch: Bộ đếm đồng bộ (74LS193) và Bộ so sánh 4 bít (74LS85) để thực hiện

mạch đếm modulo M bất kỳ, bằng cách: nối một ngõ ra thích hợp của mạch so sánh (A>B hoặc

A=B hoặc A<B) đến ngõ vào CLEAR của bộ đếm để xóa bộ đếm về 0000 khi đạt đến giá trị đếm

M đã được thiết lập bằng các công tắc A, B, C, D ở khối INPUT SIGNALS.

• Đếm lên đếm 5 (M=5)

• Đếm lên đếm 8 (M=7)

• Đếm lên đếm 10 (M=10)

4. Khảo sát thanh ghi dịch 4 bít (74LS194)

Khối mạch khảo sát: 4 BIT SHIFT REGISTER

Khối mạch này được thực hiện bằng vi mạch 74LS194, đây là thanh ghi dịch 4 bít cho phép dịch

trái và dịch phải, có các ngõ vào dữ liệu nối tiếp, các ngõ vào dữ liệu song song đồng bộ. Sơ đồ

chân của vi mạch này được cho như sau:

Ý nghĩa của các chân tín hiệu:

• CLEAR: Ngõ vào xóa, tích cực mức thấp.

• CLOCK: Ngõ vào xung clock, tích cực sườn lên.

• A, B, C, D: Các ngõ vào dữ liệu song song.

• SL (Serial Left): Ngõ vào nối tiếp của dữ liệu dịch trái.

• SR (Serial Right): Ngõ vào nối tiếp của dữ liệu dịch phải.

• Q_A, Q_B, Q_C, Q_D: Các ngõ ra dữ liệu song song.

• S1, S0 : Các ngõ vào chọn chế độ hoạt động của thanh ghi. Thanh ghi dịch 74LS194 có 4

chế độ hoạt động khác nhau được mô tả trong bảng sau:

S1

S0

Chế độ hoạt động (MODE)

Giữ nguyên trạng thái ngõ ra

Dịch dữ liệu sang phải

Dịch dữ liệu sang trái

Nhập dữ liệu vào song song đồng bộ với clock

0

1

0

1

0

1

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Phần thí nghiệm:

Trang 16

a. Hoạt động dịch phải dữ liệu:

Xóa thanh ghi về 0000 (CLEAR=0).

• Nhập dữ liệu “0001” vào thanh ghi (D=0, C=0, B=0, A=1), lưu ý: A=LSB, D=MSB.

• Thiết lập ngõ vào dữ liệu dịch phải SR=1.

• Cấp xung clock sườn lên cho thanh ghi từ khối tạo xung PULSE GENERATOR.

• Chuyển sang chế độ dịch phải (S1=0, S0=1).

• Lần lượt chuyển công tắc ở khối tạo xung để cấp xung clock cho thanh ghi và quan sát sự

dịch chuyển dữ liệu “0001” từ trái sang phải tại các ngõ ra Q_A, Q_B, Q_C, Q_Dtheo như sơ

đồ sau:

• Khảo sát hoạt động dịch phải của thanh ghi bằng cách thay đổi dữ liệu nhập ban đầu cho

thanh ghi bằng các giá trị sau: 0011, 0111, 0110, 0010.

Lưu ý: A = LSB, D=MSB

b. Hoạt động dịch trái dữ liệu:

Xóa thanh ghi về 0000 (CLEAR=0).

• Nhập dữ liệu “1000” vào thanh ghi (D=1, C=0, B=0, A=0), lưu ý: A=LSB, D=MSB.

• Thiết lập ngõ vào dữ liệu dịch trái SL=0.

• Cấp xung clock sườn lên cho thanh ghi từ khối tạo xung PULSE GENERATOR.

• Chuyển sang chế độ dịch trái (S1=1, S0=0).

• Lần lượt chuyển công tắc ở khối tạo xung để cấp xung clock cho thanh ghi và quan sát sự

dịch chuyển dữ liệu “1000” từ phải sang trái tại các ngõ ra Q_A, Q_B, Q_C, Q_D.

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 17

• Khảo sát hoạt động dịch trái của thanh ghi bằng các dữ liệu nhập ban đầu cho thanh ghi

như sau: 0100, 0110, 0010, và ngõ vào dữ liệu nối tiếp SL=1.

c. Hoạt động dịch vòng dữ liệu:

• Thực hiện mạch dịch vòng dữ liệu từ trái sang phải bằng cách nối ngõ ra Q_Dvề ngõ vào

dữ liệu nối tiếp SR như sơ đồ mạch sau:

• Sau đó nhập dữ liệu “0001” cho thanh ghi (A=1, B=0, C=0, D=0).

• Dùng máy tạo sóng cấp xung vuông có tần số 1 Hz vào ngõ vào CLOCK của thanh ghi.

• Chuyển thanh ghi sang chế độ dịch phải dữ liệu (S1=0, S0=1) và quan sát hoạt động dịch

vòng dữ liệu “0001”, sẽ thấy một điểm sáng chạy vòng tại ngõ ra.

• Bây giờ từ từ tăng tần số xung clock của máy phát sóng lên sẽ thấy tốc độ chạy của điểm

sáng (tốc độ quét) tăng lên. Tiếp tục tăng tần số xung clock cho đến khi thấy cả 4 đèn

LED ở ngõ ra sáng đồng thời.

• Khi tăng tần số lên quá 24Hz thì mắt ta mắt ta lại thấy 4 đèn như cùng sáng một lúc

• Do mắt ra chỉ nhận thấy được 24hình /s

• Thí nghiệm dịch vòng dữ liệu bằng cách thay đổi dữ liệu nhập ban đầu cho thanh ghi là:

“0111”, “1011”, “1101”, “1110”

• Thực hiện mạch dịch vòng từ phải sang trái, tương tự như đã làm ở mạch dịch vòng sang

phải, theo sơ đồ sau đây:

Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ

Trang 18

• Ứng dụng của mạch dịch vòng là

• Trình bày sơ đồ nguyên lý mạch chọn kênh ứng dụng thanh ghi dịch ?

• Trình bày sơ đồ nguyên lý mạch phân kênh ứng dụng thanh ghi dịch?

5. Khảo sát mạch cộng nhớ nhanh 4 bít (74LS283)

Khối mạch thực hiện: 4 BIT ADDER

Khảo sát vi mạch cộng nhớ nhanh 4 bít 74LS283, đây là vi mạch cộng nhớ nhanh hay còn gọi là

mạch cộng với số nhớ nhìn thấy trước (Fast Carry – Carry Look Ahead).

Sơ đồ bố trí trên board mạch thí nghiệm và sơ đồ khối của mạch cộng 4 bít nhớ nhanh:

Trong sơ đồ này chúng ta lưu ý rằng các ngõ vào A4, A3, A2, A1 của vi mạch được nối đến các

ngõ vào tín hiệu D, C, B, A tại khối INPUT SIGNALS; trong khi các ngõ vào B4, B3, B2, B1 của

vi mạch được nối đến các ngõ ra QD, QC, QB, QA của bộ đếm đồng bộ.

Bởi vậy để cộng 2 số nhị phân 4 bít A=A₄A₃A₂A₁và B=B₄B₃B₂B₁trước tiên chúng ta nhập số

liệu cho B trước bằng cách sử dụng chế độ nhập số liệu vào bộ đếm, sau đó chúng ta nhập tiếp số

liệu cho A bằng cách sử dụng các công tắc A, B, C, D ở khối INPUT SIGNALS.

Phần thí nghiệm: Thực hiện các phép toán cộng 2 số nhị phân 4 bít và hoàn thành bảng sau:

Giá trị đầu vào

Kết quả phép toán

16

C4

0

8

4

1

4

3

0

2

2

0

1

1

1

Số thập phân

C0

A

B

0

1

0

1

0101

1100

0111

1111

0100

1011

1000

1111

9

1

0

1

23

15

16

30

31

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

Ý nghĩa của ngõ vào C0 và ngõ ra C4

C0 : Nhớ trước khi cộng

C4 : Số nhớ trong khi cộng

Ứng dụng của ngõ vào C0 và ngõ ra C4 trong việc thiết kế mạch cộng 2 số nhị phân N bít là làm số

nhớ trước và sau khi cộng .

----- oOo -----