Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC Bài 1: Thiết kế mạch thực hiện chức năng logic.1.1Khảo sát IC tách kênhgiải mã tiêu biểu 74LS138 1.2Ứng dụng IC 74138 vào thiết kế mạch thực hiện chức năng logic. Bài 2: Thiết kế mạch thực hiện chức năng cộng trừ 2 số nhị phân 4 bit. 2.1 Tìm hiểu IC 74LS83 2.2 Thiết kế mạch cộng trừ sử dụng IC 74LS83 Bài 3: Thiết kế mạch thực hiện chức năng nhân 2 số nhị phân 4 bit. 3.1 Nhân hai số nhị phân 3.2 Mạch nhân 2 số nhị phân 4 bit dùng 3 IC 74LS38 thiết kế như hình Bài 4: Thiết kế mạch thực hiện chức năng chia 2 số nhị phân 4 bit. 4.1 Chia 2 số nhị phân Bài 5: Tìm hiểu cấu tạo,tính năng của IC 74LS181 và khối ALU 4 bit. 5.1 Mục đích 5.2 Thiết kế ALU Bài 1: Thiết kế mạch thực hiện chức năng logic: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR .1.1 :Khảo sát IC tách kênhgiải mã tiêu biểu 74LS138•74LS138 là IC MSI giải mã 3 đường sang 8 đường hay tách kênh 1 đường sang 8 đường thường dùng và có hoạt động logic tiêu biểu, nó còn thường được dùng như mạch giải mã địa chỉ trong các mạch điều khiển và trong máy tính.•Sơ đồ chân và kí hiệu logic như hình dưới đây : Hình 1: Kí hiệu khối và chân ra của 74LS138•Trong đó
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ SỐ Bài số 11: Thiết kế 1 khối ALU 4 bit thực hiện các phép tính toán học và logic Mô hình hệ thống Thực hiện chức năng logic: AND,OR,NOT,NAND,NOR,XOR,XNOR Thực hiện các phép toán: cộng, trừ, nhân, chia. Giảng viên hướng dẫn: ThS. TRẦN THÚY HÀ Nhóm Sinh viên thực hiện: TRỊNH CÔNG THỨC NGUYỄN VĂN HUY MAI XUÂN DUY NGUYỄN VIỆT TIẾN Hà Nội, tháng 5/2012 1 MỤC LỤC Bài 1: Thiết kế mạch thực hiện chức năng logic. 1.1 Khảo sát IC tách kênh/giải mã tiêu biểu 74LS138 1.2 Ứng dụng IC 74138 vào thiết kế mạch thực hiện chức năng logic. Bài 2: Thiết kế mạch thực hiện chức năng cộng trừ 2 số nhị phân 4 bit. 2.1 Tìm hiểu IC 74LS83 2.2 Thiết kế mạch cộng trừ sử dụng IC 74LS83 Bài 3: Thiết kế mạch thực hiện chức năng nhân 2 số nhị phân 4 bit. 3.1 Nhân hai số nhị phân 3.2 Mạch nhân 2 số nhị phân 4 bit dùng 3 IC 74LS38 thiết kế như hình Bài 4: Thiết kế mạch thực hiện chức năng chia 2 số nhị phân 4 bit. 4.1 Chia 2 số nhị phân Bài 5: Tìm hiểu cấu tạo,tính năng của IC 74LS181 và khối ALU 4 bit. 5.1 Mục đích 5.2 Thiết kế ALU 2 Bài 1: Thiết kế mạch thực hiện chức năng logic: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR . 1.1 :Khảo sát IC tách kênh/giải mã tiêu biểu 74LS138 • 74LS138 là IC MSI giải mã 3 đường sang 8 đường hay tách kênh 1 đường sang 8 đường thường dùng và có hoạt động logic tiêu biểu, nó còn thường được dùng như mạch giải mã địa chỉ trong các mạch điều khiển và trong máy tính. • Sơ đồ chân và kí hiệu logic như hình dưới đây : Hình 1: Kí hiệu khối và chân ra của 74LS138 • Trong đó o A0, A1, A2 là 3 đường địa chỉ ngõ vào o E1, E2 là các ngõ vào cho phép (tác động mức thấp) o E3 là ngõ vào cho phép tác động mức cao o O0 đến O7 là 8 ngõ ra (tác động ở mức thấp ) Hình 2: Cấu trúc bên trong 74LS138 1.2 Ứng dụng IC 74138 vào thiết kế mạch thực hiện chức năng logic. 3 1 1 U86 OR U87 AND A 1 B 2 C 3 E1 6 E2 4 E3 5 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 U88 74LS138 1 0 0 1 1 U89 NOT A1B1 IC 74LS138 OR U90 AND U91 AND U92 AND U93 OR U94 OR U95 OR 0 1 1 0 0 0 A2B2 A3B3 A4B4 1 1 0 T1 T2 T3 T4 Hình 3: mạch thực hiện chức năng logic OR sử dụng IC 74138 Khối Logic Đầu vào lựa chọn chế độ hoạt động T4 T3 T2 T1 AND 1 0 0 0 OR 1 0 0 1 NOT 1 0 1 0 NAND 1 0 1 1 NOR 1 1 0 0 XOR 1 1 0 1 XNOR 1 1 1 0 Khối logic Khối tính toán 1 1 1 1 0 x x x Bảng 1: bảng điều khiển lựa chọn chế độ hoạt động của mạch thực hiện chức năng logic 4 U13 AND U14 AND U15 AND U16 AND U18 OR U19 OR U20 OR U25 OR 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 U26 AND U27 AND U28 AND U29 AND U30 AND U31 AND U32 AND U33 AND U34 NOT U35 NOT U36 NOT U37 NOT U38 AND U39 AND U40 AND U41 AND U43 NAND U42 NAND U44 NAND U45 NAND U46 AND U47 AND U48 AND U49 AND U50 NOR_2 U51 NOR_2 U52 NOR_2 U53 NOR_2 U54 AND U55 AND U56 AND U57 AND U58 XOR U59 XOR U60 XOR U61 XOR U62 AND U63 AND U64 AND U65 AND 1 2 3 U66:A 4077 5 6 4 U66:B 4077 8 9 10 U66:C 4077 12 13 11 U66:D 4077 U67 AND U68 AND U69 AND U70 AND 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A 1 B 2 C 3 E1 6 E2 4 E3 5 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 U17 74LS138 0 0 1 1 U71 NOT U72 NOT U73 NOT U74 NOT U75 NOT U76 NOT U77 NOT AND OR NOT NAND NOR XOR XNOR 74LS138 1 T1 T2 T3 T4 M IC giai ma dia chi Hình 4: Mạch thực hiện chức năng logic Bài 2: Thiết kế mạch thực hiện chức năng cộng trừ 2 số nhị phân 4 bit. 2.1 Tìm hiểu IC 74LS83 Để thiết kế mạch thực hiện chức năng cộng trừ ta sử dụng IC 74LS83 Hình 5:Kí hiệu khối và chân ra 74LS83 Trong đó 2 số 4 bit vào là A 4 A 3 A 2 A 1 và B 4 B 3 B 2 B 1 Số nhớ ban đầu là C 0 Vậy tổng ra sẽ là C 4 S 4 S 3 S 2 S 1 , với C 4 là số nhớ của phép cộng Ta cũng có thể nối chồng IC cộng lại với nhau để cho số bit gấp đôi. Khi đó bit MSB (C 4 ) của tầng đầu được nối tới ngõ vào nhớ ban đầu (C 0 ) của tầng sau. 5 Hình 6: Mạch logic của 74LS83 Bảng 2: Bảng sự thật của mạch cộng 4 bit 74LS83: 2.2 Thiết kế mạch cộng trừ sử dụng IC 74LS83 Mạch cộng 4 bit: Sơ đồ 1: mạch cộng 4 bít 6 Đây là một mạch cộng song song vì các hàng được cộng cùng một lúc tuy nhiên như cấu trúc mạch ở trên thì các bit ra của tổng không phải là đồng thời bởi vì các phép cộng ở các bit cao thì chậm hơn do phải chờ bit nhớ ở phép cộng trước đưa tới. Tức là đã có trì hoãn làm giảm tính đồng bộ của mạch. Nếu thêm vào mạch cho phép cung cấp sẵn các bit nhớ để phục vụ cho các phép cộng ở các hàng được cùng lúc thì sẽ khắc phục được điểm này. Với công nghệ tích hợp cao, việc thêm mạch cung cấp sẵn các bit nhớ trở nên dễ dàng hơn khi đó mạch trở thành mạch cộng có số nhớ nhìn trước. Mạch trừ 4 bit: Mạch trừ 4 bit song song Trừ 4 bit nối tiếp Sơ đồ 2: mạch trừ 4 bít Mạch cộng trừ kết hợp 7 Bây giờ nếu thêm vào một số cổng logic cần thiết ta đã có 1 mạch có thể cộng hay trừ tuỳ theo ngõ vào điều khiển CT Khi CT = 0, các cổng XOR có 1 ngõ ở thấp nên cho số B qua không bị đảo, tức là mạch thực hiện phép cộng Khi CT = 1, các cổng XOR có 1 ngõ ở cao nên hoạt động như 1 cổng NOT, số B bị đảo, khi này mạch thực hiện phép cộng A + (-B) tức là phép trừ. Co3 là bit LSB của tổng được vòng trở lại (qua cổng AND) về Ci0; sẽ cho phép cộng nhiều bit. sơ đồ 3: Mạch cộng trừ dùng bù 1 Ngoài cách dùng bù 1, ta cũng có thể dùng bù 2 (lấy bù 1 rồi cộng thêm 1) để thực hiện phép toán trừ nhị phân kể cả số có dấu. Cách này được sử dụng phổ biến ở VXL và máy tính. Hình bên là mạch cộng trừ 2 số 4 bit dùng bù 2. Để ý là mạch khá giống như nó ở cách dùng bù 1 nhưng bit nhớ ra cuối cùng không cần đem về tầng đầu. Tổng hay hiệu ra ở dạng bù 2, muốn lấy đúng kết quả thì phải chuyển trở lại. Khi đó mạch cộng trừ nhị phân 4 bit dùng bù 2 sẽ như sau : sơ đồ 4: Mạch cộng trừ dùng bù 2 Ta có mạch cộng trừ 2 số 4 bít được mô phỏng bởi proteus như hình vẽ: 8 U15 AND U16 AND 0 0 U30 AND U31 AND U32 AND U33 AND 0 0 0 0 1 U77 NOT AND OR A1 10 S1 9 A2 8 S2 6 A3 3 S3 2 A4 1 S4 15 B1 11 B2 7 B3 4 B4 16 C0 13 C4 14 U78 74LS83 U79 XOR U80 XOR U81 XOR U82 XOR 0 1 1 1 S1 S2 S3 S4 1 C4 0 Dieu Khien Cong (M=0) Va Tru (M=1) Ket Qua Cong / Tru M 74LS38 Hình 7: mạch thiết kế cộng trừ 4 bit M Phép Tính Biểu Thức M=0 Cộng A4A3A2A1+B4B3B2B1=C4S4S3S2S1 M=1 Trừ A4A3A2A1- B4B3B2B1=S4S3S2S1 Bảng3: Bảng điều khiển tính năng cộng trừ: Ví dụ: Cộng: 11(1011) + 5(0101) = 16(10000) Trừ: 11(1011) - 5(0101) = 6(0110) Bài 3: Thiết kế mạch thực hiện chức năng nhân 2 số nhị phân 4 bit. 3.1 Nhân hai số nhị phân Phép tính nhân trong hệ nhị phân cũng tương tự như phương pháp làm trong hệ thập phân. Hai số A và B được nhân với nhau bởi những tích số của các kí số 0 và 1 của A và B: với mỗi con số ở B, tích của nó với số một con số trong A được tính và viết xuống một hàng mới, mỗi hàng mới phải chuyển dịch vị trí sang bên trái 1 bit. Tổng của các tích cục bộ này cho ta kết quả tích số cuối cùng. Ví dụ: 9 x 6 = 54 (1001 x 110 = 110110) Để dễ hiểu, bạn xem 2 hình dười đây, hình thứ nhất biểu diễn cách nhân 2 số thập phân và hình thứ 2 là cách nhân 2 số nhị phân. 9 Nhân 2 số thập phân Nhân 2 số nhị phân 10 [...]... Hình 8: mạch nhân 2 số 4 bit VD: nhân 2 số 1101(13) x 0110(6) =01001110(78) Bài 4: Thiết kế mạch thực hiện chức năng chia 2 số nhị phân 4 bit 4.1 Chia 2 số nhị phân Phép chia số nhị phân tương đối phức tạp hơn phép cộng, trừ và nhân Cách chia số nhị phân cũng giống như chia 2 số thập phân, do đó các bạn cần nắm vững cách chia trên số thập phân, đồng thời cần nắm vững cách trừ 2 số nhị phân Đầu tiên... B3B2B1B0) 16 CYN : số nhớ ban đầu vào (tác động ở mức thấp) S0 – S3 : Mã số chọn (S = S3S2S1S0) để chọn chức năng của ALU M điều khiển kiểu (chế độ) hoạt động logic (M =1) hay số học (M = 0) Q0 – Q3 : dữ liệu nhị phân 4 bit ra tác động ở thấp (Q = Q3Q2Q1Q0) CYN + 4 số nhớ ra (tác động thấp) Ở phép trừ nó chỉ dấu của kết quả : o Logic 0 chỉ kết quả dương o Logic 1 chỉ kết quả âm ở dạng số bù 2 Ngõ số nhớ vào... các bạn cần nắm vững cách chia trên số thập phân, đồng thời cần nắm vững cách trừ 2 số nhị phân Đầu tiên hãy xem hình 1 để nhớ lại cách chia 2 số thập phân, sau đó xem hình 2 các bạn sẽ hiểu cách chia số nhị phân 11 Chia 2 số thập phân 12 Chia 2 số nhị phân Bài 5: Tìm hiểu cấu tạo,tính năng của khối ALU 74LS181 5.1 Mục đích -Thực hiện chức năng logic: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR - Độ dài các... theo chức năng Những việc cần làm: Thiết kế MUX Những việc sau đây nên làm trước: • • • Thiết kế MUX: bộ phận này được dùng nhiều và nên được thiết kế sẵn Sau khi thiết kế, ghi lại chi tiết vào bản báo cáo thí nghiệm Thiết kế bộ phận xử lý logic: có thể lựa một trong các cách sau, tuy nhiên phải nêu được nguyên nhân tại sao lại chọn cách đó Sử dụng các cổng logic và MUX 4:1 Thiết kế bộ phận xử lý... ngoài trừ mạch có thêm ngõ cho phép Bảng sự thật của 74LS155 IC 7485 SO SÁNH So sánh 2 số 1 bit 24 Nhận thấy Trường hợp A = B là ngõ ra của 1 cổng EXNOR 2 ngõ vào A và B Trường hợp A < B là ngõ ra của 1 cổng AND 2 ngõ vào A v Trường hợp A > B là ngõ ra của 1 cổng AND 2 ngõ vàoĠ và B Đây được gọi là mạch so sánh độ lớn 1 bit Cấu trúc mạch sẽ như sau : Hình: Khối so sánh 1 bit Hình: Mạch so sánh 1 bit... chuỗi các xung vuông thì mạch khi này phải là mạch so sánh độ lớn nhiều bít Hình thức so sánh của mạch 4 bit cũng giống như mạch 1 bit và rõ ràng là phải so sánh bit MSB trước rồi mới lùi dần 7485/LS85 là 1 IC tiêu biểu có chứa mạch so sánh 4 bit Kí hiệu khối của IC như hình, còn sơ đồ chân có thể xem trong phần datasheet Hình: Mạch so sánh độ lớn 4 bit 74LS85 Bảng: Bảng sự thật của 74LS85 25 26 ... CN S0 S1 S2 S3 M 0 1 74LS181 Cn M Hình 10: ALU 74LS181 Đầu vào lựa chọn chế độ hoạt động S3 S0 Cn M AND 1 0 1 1 x 1 OR 1 1 1 0 x 1 NOT 0 0 0 0 x 1 0 1 0 0 x 1 NOR 0 1 1 1 x 1 XOR 0 1 1 0 x 1 XNOR Khối số học S1 NAND Khối Logic S2 1 0 0 1 x 1 Cộng 1 0 0 1 1 0 Trừ(A-B trừ 1) 0 1 1 0 0 0 Nhân x x x x x x Chia x x x x x x Bảng 6: bảng điều khiển chế độ hoạt động của ALU 74181 18 Hình 11: cấu tạo mạch logic... Y2 Y3 0 A B 0 A U94 U93 U92 U91 NOT NOT NOT NOT Y3 Y2 Y1 Y0 22 Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí IC 74LS155 Mạch tách kênh 1 sang 4 Hình: Mạch tách kênh 1 sang 4 Mạch tách kênh từ 1 đường sang 4 đường nên số ngõ chọn phải là 2 Khi ngõ cho phép G ở mức 1 thì nó cấm không cho phép dữ liệu vào được truyền ra ở bất kì ngõ nào nên tất cả các ngõ ra đều ở mức 0 Như vậy khi G = 0 BA = 00 dữ liệu S được đưa ra...3.2 Mạch nhân 2 số nhị phân 4 bit phải dùng 3 IC 74LS38 được thiết kế như hình sau: B4B3B2B1 A4A3A2A1 P1 U24 ? ? ? ? ? ? ? ? P8 P7 U83 AND U84 AND U1 14 C4 U85 C0 B4 B3 B2 B1 15 2 6 9 S4 S3 S2 S1 A4 A3 A2 A1 13 16 4 7... bit ra tác động ở thấp (Q = Q3Q2Q1Q0) CYN + 4 số nhớ ra (tác động thấp) Ở phép trừ nó chỉ dấu của kết quả : o Logic 0 chỉ kết quả dương o Logic 1 chỉ kết quả âm ở dạng số bù 2 Ngõ số nhớ vào Cn và ngõ số nhớ ra CYN+4 cho phép nối chồng nhiều IC 74LS181 A = B : logic 1 ở ngõ vào này chỉ A = B, logic 0 chỉ A ≠ B G (carry generate output) và P (carry propagate input) : hai ngõ này được dùng khi nối chồng . HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ SỐ Bài số 11: Thiết kế 1 khối ALU 4 bit thực hiện các phép tính toán học. P1P7 Hình 8: mạch nhân 2 số 4 bit VD: nhân 2 số 1101(13) x 0110(6) =01001110(78) Bài 4: Thiết kế mạch thực hiện chức năng chia 2 số nhị phân 4 bit. 4.1 Chia 2 số nhị phân Phép chia số nhị phân tương. phân. Hai số A và B được nhân với nhau bởi những tích số của các kí số 0 và 1 của A và B: với mỗi con số ở B, tích của nó với số một con số trong A được tính và viết xuống một hàng mới, mỗi hàng