Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo thí nghiệm 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 CẦU 2 II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2 III. CÁC THÍ NGHIỆM 2 1. Các cổng logic cơ bản 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 HỢP VÀ HỆ TUẦN TỰ 11 I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 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: V 1 = 2.16 V • Dùng VOM đo giá trị điện áp tại chân số 3 của IC NE555, giá trị đo được V 2 = 2.16 V • Ta thấy V 1 = V 2 • 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 Trang 3 Tần số dao động: 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: === ∫ CC ON T TB V T T dttv T V 0 )( 1 2.24(V) • Kiểm tra mức logic ‘0’ và ‘1’ của các ngõ vào input A, B bằng cách sử dụng VOM ta có bảng sau: Mức Điện áp đo được bằng VOM Input A Input B Logic 0 0.25mV 3mV Logic 1 4.91V 4.93V 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 0 0.1V 0 1 0 0.1V 1 0 0 0.1V 1 1 1 3.97V Bảng chân trị cổng NAND A B Y Điện áp V Y 0 0 1 4.12V 0 1 1 4.12V 1 0 1 4.12V 1 1 0 0.11V Bảng chân trị cổng OR A B Y Điện áp V Y 0 0 0 0.14V 0 1 1 3.69V Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 4 1 0 1 3.69V 1 1 1 3.69V Bảng chân trị cổng NOR A B Y Điện áp V Y 0 0 1 3.95V 0 1 0 0.17V 1 0 0 0.17V 1 1 0 0.17V Bảng chân trị cổng XOR A B Y Điện áp V Y 0 0 0 0.15V 0 1 1 4.95V 1 0 1 4.95V 1 1 0 0.15V Bảng chân trị cổng XNOR A B Y Điện áp V Y 0 0 1 4.95V 0 1 0 0.16V 1 0 0 0.16V 1 1 1 4.95V 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 Y 1 và Y 2 khi sử dụng cổng AND và NAND để đóng mở tín hiệu xung clock là độ rộng sườn xung đóng mở tín hiệu khác nhau e. Sử dụng cổng XOR và XNOR để đệm và đảo mức tín hiệu: A NAND AND +V 5V B Y2 Y1 Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 5 Khối XOR/XNOR 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 X 1 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 X 1 . Từ dạng sóng quan sát được: • Khi ngõ vào điều khiển A = 1 thì: X 1 = B • Khi ngõ vào điều khiển A = 0 thì: X 1 = 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: A XOR XNOR +V 5V B X2 X1 Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 6 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: Yêu cầu của thí nghiệm: xác định được các giá trị điện áp V UTP và V LTP của cổng đảo Schmitt Trigger 74LS14, và vẽ được đặc tuyến truyền đạt của vi mạch đảo 74LS14. Thực hiện mạch sau đây: 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). Vi Vo V LTP V UTP V OH V OL 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 UTP V LTP Cổng đảo chuẩn (Standard) Cổng đảo Schmitt Trigger A Schmitt Y + V 74LS1 4 Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 7 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 A có giá trị nhỏ nhất (xấp xỉ 0V) tương ứng với mức logic ngõ vào A là mức logic 0. • Quan sát điện áp ngõ ra Y trên kênh 1 của dao động ký, sẽ thấy điện áp V Y tương ứng mức logic 1 (xấp xỉ 5V) • Điều chỉnh trimmer nguồn cung cấp để tăng dần điện áp vào V A và 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 A đo 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 LTP bằng cách giảm điện áp ngõ vào V A cho đến khi ngõ ra Y chuyển từ mức logic 0 lên mức logic 1 thì dừng lại, đo các giá trị điện áp V Y và V LTP ta 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): : X 1 và X 2 không nối nhau. • Các biểu thức logic của Y 1 , Y 2 theo A và B • Y 1 =bù A • Y 2 =bù B • Kiểm tra lại các biểu thức logic của Y 1 và Y 2 bằng cách cho tín hiệu logic 0 và 1 vào A, B và dùng VOM đo điện áp ra tại Y 1 và Y 2 , kết quả kiểm tra vào bảng sau: A Y 1 V Y1 B Y 2 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 Y 1 =bù A Y 2 =bù B • Để cổng logic ngõ ra cực thu để hở hoạt động được cần phải có điều kiện là không nối X 1 và X 2 lại với nhau • Bây giờ dùng CONNECTOR nối X 1 và X 2 (lúc này Y 1 = Y 2 ). 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 B Y 1 V Y1 0 0 1 4.95V 0 1 0 0.073V 1 0 0 0.072V 1 1 0 0.069V • Các kết quả trên là do nối X 1 và X 2 (lúc này Y 1 = Y 2 ) Mạch logic trên thực hiện hàm chức năng NOR c. Khảo sát ngõ ra 3 trạng thái X2 X1 Y2 Y1 B A +V 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 (Output Enable) A (Input) Y (Output) Trạng thái LED xanh Trạng thái LED đỏ 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 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... 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... 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)... 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... bảng sau: S1 S0 0 0 1 1 0 1 0 1 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 Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 16 Phần thí nghiệm: 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... Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ 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, B0 là các ngõ vào nhận các bít dữ liệu so sánh của 2 số A,... vào của B chính là các giá trị ngõ ra QA, QB, QC, QD của vi mạch đếm 74LS193 b Thực hiện mạch đếm modulo M: Trang 15 Báo cáo thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ 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 . 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 CẦU 2 II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2 III. CÁC THÍ NGHIỆM 2 1. Các cổng. 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) . •. thái X2 X1 Y2 Y1 B A +V 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