Thực tập điện tử số Tuần 4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
********

Báo cáo thực tập Điện tử tương tự tuần 4
Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Mạnh
Lớp tín chỉ: 2122I_ELT3102_25
Mã sinh viên: 19021484


1) Bộ cộng sử dụng cổng logic
1.1)
Bộ cộng 1 bit:
• Hình D4-1
• Bảng D4-1

DS4
Ci1
0
0
0
0
1
1
1
1
•

LỐI VÀO (INPUT)
LS8
X1

0
1
0
1
0
1
0
1

LS7
Y1
0
0
1
1
0
0
1
1

LỐI RA (OUTPUT)
Tổng
Số nhớ “+”
S1
Co1
0
0
1
0
1

0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1

Trên cơ sở kết quả đo, viết biểu thức tổng đại số logic đơn giản
S=0+0=0

Co = 0

S=0+1=1

Co = 0

S=1+0=1

Co = 0

S=1+1= 0

Co = 1

Từ các kết quả thu được, tính phép cộng

11 +10 = 101
Co = 1
S=0
• Giải thích ngun tắc hoạt động:
X1: Chân hiển thị bit đầu vào.
Y1: Chân hiển thị bit đầu vào.
Ci1: Chân hiển thị bit nhớ đầu vào.
S1 : Chân hiển thị kết quả X1 + Y1
Co1:Chân hiển thị số nhớ đầu ra
Bộ cộng sẽ thực hiện phép cộng 2 bit X1 và Y1, kết quả của phép cộng này
sẽ được hiển thị ở chân S1, số nhớ sẽ được hiển thị ở chân Co1. Ví dụ với
trường hợp:
•

LỐI VÀO (INPUT)

LỐI RA (OUTPUT)


DS4
LS8
LS7
Tổng
Số nhớ “+”
Ci1
X1
Y1
S1
Co1
0

1
1
0
1
• Mạch sẽ thực hiện phép cộng của 2 bit X1 là “1” và Y1 là “1”, ta thu được
kết quả
1 + 1 = 10 (bằng 0, nhớ 1) S1 hiển thị bit 0 còn Co1 hiển thị bit nhớ 1

LỐI VÀO (INPUT)
LỐI RA (OUTPUT)
DS4
LS8
LS7
Tổng
Số nhớ “+”
Ci1
X1
Y1
S1
Co1
1
1
1
1
1
• Trường hợp này khác với trường hợp trên ở chỗ Ci1 = 1


•

Mạch cũng thực hiện phép cộng 2 bit X1 và Y1 1 + 1 = 10. Tuy nhiên do có
Ci1 bằng 1 nên + thêm 1 thành 11(bằng 1 nhớ 1) => S1 hiển thị bit 1 còn
Co1 cũng hiển thị bit 1

•

Nhận xét
Mạch cộng nối tiếp, cộng 1-bit
1.2)

Bộ cộng 2-bit sử dụng thực hiện phép cộng


Bảng D4-2
DS4
Ci1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1

LỐI VÀO (INPUT)
LS3
LS4

LS8
X2
Y2
X1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0

1
1

1

1

LỐI RA (OUTPUT)
LS7
Y1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1

Co1

S1

S2

Co2

0

0
0
1
1
0
1
1
1

0
1
1
0
0
1
0
0
1

0
1
1
1
0
0
0
0
0

0

0
0
1
1
0
1
1
1

1

1

1

1


Giải thích nguyên lý hoạt động
Bộ cộng 2-bit thưc hiện phép cộng hoạt động cũng tương tự như mạch cộng
1-bit
Ci1: Chân hiển thị bit nhớ đầu vào.
X2,X1 : Hiển thị 2-bit X2X1
Y2,Y1: Hiển thị 2-bit Y2Y1
Co1: Chân hiển thị bit nhớ khi cộng 2 bit X1 + Y1
Co2: Chân hiển thị bit nhớ khi cộng 2 bit X2 + Y2
S1 : Chân hiển thị kết quả X1 + Y1
S2 : Chân hiển thị kết quả X2 + Y2
• Bộ cộng 2-bit hoạt động tương tự như mạch cộng 1 bit
Đầu tiên, mạch sẽ thực hiện phép cộng giữa 2 bit đầu vào X1 + Y1, kết quả

phép cộng này sẽ được hiển thị ở đầu ra S1 và số nhớ sẽ được hiển thị ở Co1
Tiếp theo, mạch sẽ thực hiện phép cộng giữa 2 bit X2 và Y2, rồi cộng thêm
giá trị bit nhớ Co1, kết quả hiển thị ở S2, số nhớ được hiển thị ở Co2
• Kết quả phép cộng là: X2X1 + Y2Y1 = Co2S2S1
• Ví dụ trường hợp
•

DS4
Ci1
1

LỐI VÀO (INPUT)
LS3
LS4
LS8
X2
Y2
X1
1

1

1

LỐI RA (OUTPUT)
LS7
Y1

Co1

S1

S2

Co2

1

1

1

1

1


•
•

X1 + Y1 = 1 + 1 = 0(Ci1 = 1) => S1 = 0 + Ci1 = 1, Co1 = 1
X2 + Y2 = 1 + 1 = 0(Co1 = 1) => S2 = 0 + Co1= 1, Co2 = 1


2) Bộ trừ 1 bit

Bảng D4-3
DS4
BIN1
0

0
0
0
1
1
1
1

LỐI VÀO (INPUT)
LS1
X1
0
1
0
1
0
1
0
1

LS2
Y1
0
0
1
1
0
0
1
1

LỐI RA (OUTPUT)
Số nhớ “+”
Hiệu D
Bout
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1


•

Viết các biểu thức trừ đại số đơn giản
D=0–0=0

Bo = 0

D=0–1=1

Bo = 1

D=1–0=1

Bo = 0

D=1–1=0

Bo = 0

11 - 10 = 01
So sánh sơ đồ nguyên lý hình D4-2 với D4-1.
Sơ đồ nguyên lý hình D4-1 (trường hợp cộng 1 bit) là mạch cộng 1 bit, sơ đồ
D4-2 là mạch trừ 1 bit. Điểm khác nhau giữa mạch hình D4-1 và D4-2 là
hình D4-2 có cổng NOT, tác dụng của cổng NOT này là đảo giá trị Y1 để
thực hiện phép trừ, phép trừ sẽ được thực hiện bằng cách cộng X1 với mã bù
của Y1(biến đổi giá trị của Y1: 0 → 1 và ngược lại 1 → 0 rồi cộng thêm 1
• Hãy làm thử phép tính trừ nêu trên theo nguyên tắc này và so sánh kết quả
thu được với giá trị đã tính.
•
•

D = 0 + (1 + 1) = 0
D = 0 + (0 + 1) = 1
D = 1 + (1 + 1) = 1
D = 1 + (0 + 1) = 0
• Giải thích nguyên lý hoạt động
X1: Chân đầu vào của số bị trừ

Y1: Chân đầu vào của số trừ
Bin: Chân lối vào mượn của cột trước đưa tới
D : Hiệu X1 – Y1
Bout: Chân hiển thị số nhớ
Bộ trừ 1-bit khác với bộ cộng 1-bit ở chỗ có thêm cổng NOT, đảo giá trị Y1
để thực hiện phép trừ, phép trừ được thực hiện bằng cách cộng X1 với bù
của Y1ra kết quả hiệu D và số nhớ Bout. Ví dụ
DS4
BIN1
0

LỐI VÀO (INPUT)
LS1
X1
1

LS2
Y1
1

LỐI RA (OUTPUT)
Số nhớ “+”
Hiệu D
Bout
0
0


•

X1 - Y1 = 1 – 1 = 0, hiệu D = 0, nhớ 0

3) Bộ cộng và trừ loại vi mạch


3.1) Phép cộng 4 bit: Để mức logic ở chân DS4 = 0 để thực hiện phép cộng
Bảng D4-4
DS
4
Cin

LS
4
A3

LỐI VÀO (INPUT)
LS LS LS LS LS
3
2
1
8
7
A2 A1 A0 B3 B2

LỐI RA (OUTPUT)
LS
6
B1

LS

5
B0

C
4

S
3

S
2

S
1

S
0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

S
10+1
0=
20
10+3
= 13
15+6
= 21
15+1
5=
30

3.2) Phép trừ 4 bit: Thay đổi mức logic ở chân DS4 thành “1” để thực hiện
phép trừ
Bảng D4-5
DS4

LS4 LS3 LS2 LS1

LS8 LS7 LS6 LS5

Cin

A3 A2 A1 A0

B3 B2 B1

B0

B4

D3 D2 D1 D0

Số thập phân
A–B=D

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0 0

10 – 10 = 0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1 1

10 – 3 = 7

1

1

1

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0 1

15 – 6 = 9

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

15 – 15 = 0 (?)

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

5 – 10 = 11 (?)

• So sánh kết quả thí nghiệm với tính toán theo cơ số 2 và cơ số 10
 Với phép cộng:

Kết quả thí nghiệm với tính tốn theo cơ số 2 và cơ số 10 là giống nhau
 Với phép trừ:
Kết quả thí nghiệm với tính tốn theo cơ số 2 và cơ số 10 giống và khác
nhau theo từng trường hợp. Với trường hợp phép trừ ra kết quả >0, kết quả
theo cơ số 2 và cơ số 10 giống nhau. Tuy nhiên, với trường hợp kết quả nhỏ


hơn 0 kết quả thí nghiệm theo cơ số 2 và cơ số 10 có sự khác nhau. Lý do là
khi ra kết quả phép trừ nhỏ hơn 0, kết quả được hiển thị dưới dạng bù 2. Ví
dụ với trường hợp:
DS4

LS4 LS3 LS2 LS1

LS8 LS7 LS6 LS5

Cin

A3 A2 A1 A0

B3 B2 B1

1

0

1

0

1

1

0

1

B0
0

B4
0

D3 D2 D1 D0
1

0

1

1

Số thập phân
A–B=D
5 – 10 = 11

 Ta thu được kết quả

“01011” khi đổi sang hệ thập phân sẽ thu được kết quả là 11. Tuy nhiên vì
“01011” được hiển thị ở dạng bù 2 nên ta sẽ chuyển từ bù 2.
01011 – 1 = 01010
Đảo các bit của “01010”, ta có “10101” với bit “1” đầu tiên là bit dấu âm và
giá trị “0101” = 5 => “10101” = “-5”
 5 – 10 = -5 => kết quả đúng


•

Nguyên lý hoạt động
A3,A2,A1,A0: 4 chân hiển thị số nhị phân A0A1A2A3
B3,B2,B1,B0 : 4 chân hiển thị số nhị phân B0B1B2B3
Cin: Thực hiện phép “+” khi = “0”
Thực hiện phép “-“ khi = “1”
D3,D2,D1,D0: 4 chân hiển thị kết quả phép cộng/trừ
A0A1A2A3 + B0B1B2B3 = D0D1D2D3
A0A1A2A3 - B0B1B2B3 = D0D1D2D3

B4: Với phép cộng: Dùng để hiển thị kết quả với những phép cộng cho ra
kết quả lớn hơn >15. Ví dụ:

DS
4
Cin

LS
4
A3

0

1

LỐI VÀO (INPUT)
LS LS LS LS LS
3
2
1
8
7
A2 A1 A0 B3 B2
1

1

1

1

1

LỐI RA (OUTPUT)
LS
6
B1

LS
5
B0

C
4

S
3

S
2

S
1

S
0

1

1

1

1

1

1

0

S
15+1
5=
30


4 bit S3S2S1S0 chỉ hiện thị kết quả “1110” = 14, không đúng với kết quả
của phép cộng thâp phân 15 + 15, phải dùng thêm C4 để hiển thị thêm 1 bit

1 thành “11110”
Với phép trừ: Dùng để hiển thị dấu
“1” = “+”
“0” = ”- “
Ví dụ với trường hợp:
DS4

LS4 LS3 LS2 LS1

LS8 LS7 LS6 LS5

Cin

A3 A2 A1 A0

B3 B2 B1

1

1

0

1

0

0

0

1

B0
1

B4
1

D3 D2 D1 D0

0

1

1 1

Số thập phân
A–B=D
10 – 3 = 7


4 bit kết quả hiển thị bit “11101”, bit “1110” hiển thị kết quả “7”, bit “1”
cuối cùng hiển thị dấu “-“ => -7
• Nhận xét: Mạch cộng song song, thực hiện phép tính cộng trừ, có thể thực
hiện phép cộng/trừ 4-bit. Có thể thực hiện phép trừ cho ra kết quả âm.
NOTE: Phép cộng nối tiếp và phép cộng song song
Nối tiếp:
Đầu tiên tính 2 bit đầu tiên thơng qua mạch cộng tồn phần, lấy Co của phép
tính này áp dụng vào Ci của phép tính sau cho tới hết
• Chậm hơn song song nhưng đơn giản hơn
•

Song song
•

Cộng 2 bit để cho bit tổng. Số nhớ được đưa tới để cộng chung với 2 bit kế
tiếp để cho bit tổng ở hàng kế tiếp cho đến phép cộng cuối cùng để được bit
tổng ở hàng đó, số nhớ khi này trở thành bit đầu của tổng