Báo cáo thực hành môn: KỸ THUẬT SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ GVHD: NGUYỄN THU HÀ NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 9 LỚP ĐIỆN 4 KHÓA 6 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ngành kỹ thuật điện có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người. Các hệ thống điện ngày nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay các đồng hồ số. Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về môn kĩ thuật số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, cáccổng logic và một số kiến thức về các linh kiện điện tử. Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế mà bài tập còn thiếu xót, chúng em rất mong nhận được cácý kiến đóng góp của thầy cô giáo và các bạn. Xin chânthành cảm ơn! Chương 1: tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động Phần 1: mạch tổ hợp Đặc điểm cơ bản và phương pháp thiết kế mạch tổ hợp đặc điểm và phương pháp phân tích chức năng mạch tổ hợp đặc điểm: mạch tổ hợp có đặc điểm cơ bản là giá trị ( logic 1 hoặc logic 0) tín hiệu đầu ra của mạch tại thời điểm bất kì chỉ phụ thuộc vào tổ hợp giá trị tín hiệu vào ở thời điểm đó các phương pháp biểu thị chức năng cũng như một mạch logic khác, để mô tả mối quan hệ giữa tín hiệu đầu ra với các tín hiệu đầu vào của mạch tổ hợp thường sử dụng các hàm logic, bảng chân lí, sơ đồ logic, bảng các-nô và đồ thị dạng sóng theo thời gian. Mạch tổ hợp được xây dựng từ các mạch điện cổng logic. Các mạch cổng logic được liên kết vơi nhau để diễn tả mối quan hệ giữa các biến ra với các biến vào. Sơ đồ khối: -n biến vào là x1,x2,….,xn; -m biến ra là z1,z2,… ,zm; m là hàm số logic tương ứng; Ta có thể biểu diễn các quan hệ dưới dạng: Z1= f1(x1,x2, ,xn) Z2=f2(x1,x2,…,xn) ……………………. Zm=fm(x1,x2,…,xm) Và dạng tổng quát: Z=F(X); 1.3 phương pháp phân tích chức năng logic của mạch tổ hợp. Từ kết cấu sơ đồ mạch tổ hợp logic phải xác lập được bảng chân lý hoặc các biểu thức đại số mô tả quan hệ của các biến ra và các biến vào ở dạng đơn giản nhất. Gồm các bước sau: - viết biểu thức mô tả mối quan hệ các biến ra theo các biến vào; - rút gọn các biểu thức vừa có, khi cần thiết bằng các phương pháp đã học; - liệt kê bảng chân lí: tìm giá trị logic của biến ra theo tổ hợp giá trị logic của biến vào. 2. phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp. -phân tích yêu cầu: diễn tả yêu cầu bài toán bằng lời, bằng bài toán logic cụ thể, xác định biến vào, ra và quan hệ logic của chúng. - kẻ bảng chân lí: dùng các giá trị logic (1 hoặc 0) để mô tả giá trị các biến tùy thuộc vào tổ hợp các biến vào, rồi lập thành bảng. - tiến hành tối thiểu hóa: dùng biểu đồ cac-nô hoặc thông qua biến đổi biểu thức tìm biểu thức tối thiểu. - vẽ sơ đồ logic: sư dụng các mạch cổng logic cơ bản để mô tả biểu thức tối thiểu đã xác định. 2. Bộ mã hóa 2.1 Bộ mã hóa nhị phân Trong mã hóa nhị phân, người ta dùng mã nhị phân để biểu thị tín hiệu cần mã hóa. Bộ mã hóa là mạch điện dùng n bit để mã hóa 2 n =N tín hiệu. Cụ thể đối với tín hiệu N=2, vậy số nhị phân dài n=3 vì 2 3 =8 Ta kí hiệu 8 tín hiệu cần mã hóa là: y0, y1, y2, y3, y4, y5, y6 và y7. Các bit dùng để mã hóa kí hiệu là A, B, C trong đó C là bít có trọng số cao nhất. Có bảng chân lý: 2.2 Bộ mã hóa nhị phân- thập phân Số thập phân gòm 10 chữ số từ 0 đến 9. Bộ mã hóa nhị phân-thập phân là mạch điện có nhiệm vụ chuyển từ 10 chữ số hệ thập phân sang nhị phân, nên còn có tên là BCD ( Binary Code Decimal). Mạch điện của bộ mã hóa có 10 đầu vào tương ứng với 10 chữ số cần mã hóa được kí hiệu lân lượt là y0, y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7, y8 và y9 với N=10 Đầu ra là mã nhị phân với số bít sao cho n 2 >10. Với N=4, 2 n =16 tổ hợp mã nhị phân, các bit của mã nhị phân theo thứ tự có trọng số tăng dần được kí hiệu là A, B, C và D. Có bảng chân lý: 2.3 Bộ mã hóa ưu tiên Các bộ mã hóa đã nêu trên tại mỗi thời điểm chỉ có một biến vào duy nhất ở trạng thái tích cực. trong một số trường hợp, cùng một thời điểm có thể có từ 2 biến vào trở lên ở trạng thái tích cực, nên cần thiết phải có sự ưu tiên khi mã hóa. Biến váo náo có mức ưu tiên cao hơn được mã hóa trước. đó là bộ mã hóa ưu tiên. Xét bộ mã hóa ưu tiên thực hiện mã hóa 10 tín hiệu vào là y0, y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7, y8,và y9, trong đó y9 có mức ưu tiên lớn nhất, y0 có mức ưu tiên thấp nhất. Các bit ở cửa ra có trọng số giảm dần là D, C, B và A Ta có bảng chức năng: Trong đó H là mức logic 1 (mức cao), L là mức logic thấp (mức thấp), x là mức bất kì của biến vào. Từ bảng chức năng ta xây dựng bảng chân lý cho bộ mã ưu tiên. Chỉ cần thay mức cao (H) bằng số 1, mức thấp (L) bằng số 0, “x giữ nguyên” 2.1.4 Một số mã thông dụng - Mã 8421 : các số 8, 4, 2, 1 là trọng số của các bit tương ứng trong số nhị phân 4 bit. Nếu cộng các trọng số của bit tương ứng có giá trị bằng 1 ta được số thập phân mà mã biêủ diễn. - Mã dư 3: suy ra từ số nhị phân tương ứng cộng với số nhị phân 0011 - Mã 2421 : có 2 phương án là A và B. cả hai đều là mã có trọng số giông nhau nhưng khác biệt ở trình tự các bit của các từ mã khác với số nhị phân tương ứng. trọng số này không là đơn vị. - Mã 5211 : có cách thức lập tương tự như đối với mã 2421, điểm khác là mã có trọng số đơn vị. - Mã vòng dư 3: suy ra từ mã Gray bằng cách dịch chuyển các chữ mã Gray về phía nhỏ hơn 3 đơn vị. Mỗi khi số thập phân mà mã biểu diễn thay đổi 1 đơn vị thì chữ số của mã cũng chỉ có 1 bit thay đổi trị số. - Mã dịch phải: có đặc điểm là 2 mã kề nhau cũng chỉ khác nhau 1 bit, ngoài ra, mã dịch phải dùng số nhị phân dài 5 bit để mã hóa 10 chữ số thập phân nên số tổ hợp dư còn nhiều, mã bắt đầu từ số 0 dài 5 bit dịch phải thêm 1 bit vào có trọng số cao nhất cho đến khi đủ 5 bit đều là 1, thì dịch phải rồi thêm 0 vào bit có trọng số cao nhất. Ta có bảng các loại mã nhị phân: -Mã tiêu chuẩn quốc tế (ISO): là mã được công nhận chung của quốc tế. mã ISO sử dụng số nhị phân dài 7 bit để mã hõa các kí tự. - Mã của Mỹ (ASCII): là mã được sử dụng rộng rãi ở Mỹ. Mã ASCII sử dụng số nhị phân dài 8 bit để mã hóa các kí tự. -Mã Gray (mã vòng): sử dụng số nhị phân dài 4 bit để mã hóa 16 chữ số của hệ 16. Ưu điểm của mã là 2 số liền kề với nhau có mã chỉ khác nhau 1 bit, nhưng có nhược điểm là thứ tư mã không trực quan. 3. Bộ giải mã Khi tín hiệu đã được mã hóa và sử lý bằng thiết bị điện tử số. kết quả xử lí cũng là tín hiệu số, bởi vậy cần chuyển đổi tín hiệu dạng số thành tín hiệu mà ta dễ hiểu. các thiết bị ddieenjj tử thực hiện chức năng này được gọi là bộ giải mã. Các bộ mã hóa bao giờ cũng có bộ giải mã tương ứng cunar mình. 3.1 Bộ giải mã nhị phân Bộ giải mã nhị phân có chức năng phiên dịch mã nhị phân thành tín hiệu đầu ra tương ứng với một tín hiệu quy định nào đó. Bộ giải mã nhị phân là mạch điện tạo được N=2 n cửa ra từ tín hiệu vào là mã nhị phân n bit. Bộ giải mã nhị phân 3 bit. Kí hiệu bit có trọng số giảm dần: C, B, A, biến ra của bộ giải mã là N=2 3 =8 tín hiệu được kí hiệu: y0,y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7. Viết được biểu thức cho các biến ra: yo= . .C B A ; y1= .AC B ; y2= .ACB ; y3= .CB A y4= C B A ; y5= C BA ; y6= CB A ; y7= CBA 3.2 Bộ giải mã nhị phân thập phân Bộ giải mã BCD có 4 cửa vào là 4 bit nhị phân, cửa ra là 10 số hệ thập phân. Kí hiệu biến ra D,C,B,A, và các cửa ra y0,y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7,y8,y9. Mỗi tổ hợp biến vào chỉ có 1 biến ra xuất hiện. trong trường hợp này ta quy định mức thấp L là mức tích cực của biến ra, vậy các biến còn lại sẽ có mức cao H Ta có bảng chức năng bộ giải mã: Thay giá trị mức L bằng số 0, thay giá trị mức H bằng số 1 ta được bản chân lý của bộ giải mã BCD theo mã 8421. 3.3 Bộ giải mã hiển thị kí tự