Báo cáo điện tử số: Vẽ, mô phỏng, phân tích mạch đo công suất tiêu tán động của cổng logic CMOS: D22d.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Báo cáo giữa kỳ
Mơn: Điện tử số (ELT2041_2)

Nhóm 3:
Đào Ngọc Việt Anh
Lê Tiến Đoàn
Nguyễn Trọng Hải
Phan Nho Hoàng
Nguyên Duy Huân


Danh sách thành viên và công việc
ST
T
1
2
3
4
5

Họ và tên
Lê Tiến Đồn (nhóm trưởng)
Đào Ngọc Việt Anh
Nguyễn Trọng Hải
Phan Nho Hồng
Nguyễn Duy Huân

MSSV

Bài

18020312 10
18020163 8
18020447 6
18020562 4
18020578 16

Mục lục
Câu 4: D2-2d.

2

Câu 6: D2-4a

4

Câu 8. D3-2

6

Câu 10. D4-1, D4-2, D4-3

8

Câu 16: D7-4

13

1


Nội dung báo cáo
Câu 4: D2-2d.
Vẽ, mơ phỏng, phân tích mạch đo công suất tiêu tán động của cổng logic
CMOS: D2-2d.
Hình 2-2d. Sơ đồ cơng suất tiêu tán động của cổng logic CMOS

+ Dạng xung lối ra của IC1/a tại Vdd = 5V, f = 1kHz, không lối C3

+ Thay đổi nguồn Vdd (5V, 10V, 15V)
Vdd

Kiểu làm việc 1kHz

5kHz

10kHz

5V

C3 = 0

0.21mA

0.24mA

0.41mA

C3 = 4.7nF

0.3mA

0.57mA

2.5mA

C3 = 0

16.7mA

16.83mA

46.5mA

C3 = 4.7nF

19.75mA

11.9mA

1.7mA

15V

2


+ Nguyên tắc hoạt động

- Lối ra (dưới) và lối vào (trên): Cổng NAND thuộc họ CMOS, được cấu tạo bởi
các MOSFET.

- Trong đó T1 và T3 là MOSFET kênh N chưa có sẵn, làm nhiệm vụ khuếch đại.
T2 và T4 là MOSFET kênh P chưa có sẵn làm nhiệm vụ trở tải. Chỉ khi A và B đều
3


ở mức cao , T1 và T3 đều thơng, cịn T2 và T4 đều ngắt , đầu ra Z mới ở mức thấp.
Các trường hợp còn lại ở mức cao.
- Cổng NAND khi bỏ lửng 1 chân thì hoạt động giống như cổng đảo (C = Ā).
- Xung lối vào A qua cổng NAND, mức cao sẽ bị đảo ngược thành mức thấp và
ngược lại. Khi có tụ sẽ gây ra một số đoạn nhiễu nhỏ như hình, do quá trình nạp và
xả của tụ.
- Từ giá trị cường độ dòng điện thu được từ ampe kế và giá trị biên độ theo máy
dao động kí, ta có thể đo được công suất tiêu tán động.
Câu 6: D2-4a
Vẽ, mô phỏng, phân tích sơ đồ vi mạch logic 3 trạng thái: D2-4a, D2-4b, D2- 4c.
D2-4a: Cấu trúc sơ đồ vi mạch logic 3 trạng thái
- Nguyên tắc hoạt động cổng NAND 3 trạng thái
+ Khi E ở trạng thái 1: T1 thông => C = 0
+ Khi E ở trạng thái 0: T1 khóa
1. A= 1, B= 1 => D1, D2 khóa => T2, T5 thơng cịn T3, T4 khóa => C =0
2. A= 0, B= 1 => D1 thông , D2 khóa => Vb = 0,7 => T2, T5 khóa cịn T3, T4
thơng => C = 1
3. A= 1, B= 0 => D1 khóa , D2 thơng => Vb = 0,7 => T2, T5 khóa cịn T3, T4
thơng => C = 1
4. A= 0, B= 0 => D1, D2 thông => Vb = 0,7 => T2, T5 khóa cịn T3, T4 thông
=> C = 1

Bảng D2-10
DS1 (E)
0
0
0
0
1

LS7 (A)
1
1
0
0
X

LS8 (B)
1
0
1
0
X

Lối ra C
0
1
1
1
0

D2-4b: Bộ chuyển đổi số liệu 1 chiều 3 trạng thái

Bảng D2-11
4


LS8 (E bù)
0
0
1

LS9 (A)
1
0
X

Lối ra C
1
0
0

⇨ Nếu chân 1E bù được đặt ở mức thấp thì mới cho phép ngõ rat hay đổi theo
ngõ vào .
• Bộ chuyển số liệu hai chiều 3 trạng thái
D2-4c: Bộ chuyển đổi số liệu 2 chiều 3 trạng thái
Bảng chức năng
OE bù

DIR

Ai

Bn

L

L

A=B

I

L

H

I

B=A

H

X

Z

Z

- Loại vi mạch trên khơng chỉ có chưa 8 mạch đệm có điều khiển mà cịn có khả
năng chọn được hướng điều khiển, bởi vì cấu trúc của vi mạch này có chứa 2 nhóm
với mỗi nhóm có 8 mạch đệm ngược chiều nhau sao cho có thể chọn được theo 1
chiều vào (ra ) nhất định.

- Bảng chức năng điều khiển trên đây cho thấy rằng nếu chân OE bù được đặt ở
mức thấp thì nó mới cho phép ngõ ra tác động theo ngõ vào. Ngược lại nếu OE bị
đặt ở mức cao thì mạch ở trạng thái bị ngắt điện mạch ngoài.
- Đặc biệt, ngay khi chân OE bù đặt ở mức thấp cho phép các mạch đệm thông
mạch thì nó có thể thơng từ A -> B hoặc từ B-> A tùy thuộc mức logic được đặt
vào chân chọn hướng là DIR, sao cho nếu DIR = H thì A là ngõ vào, B là ngõ ra.
Ngược lại DIR = L thì các chân B là ngõ vào, A à ngõ ra.
Bảng D2-12
A1 = 1 A2 = 0 A3 = 1 A4 = 0 A5 = 1 A6 = 0 A7 = 1 A8 = 0
B1 = 0 B2 = 0 B3 = 0 B4 = 0 B5 = 0 B6 = 0 B7 = 0 B8 = 0
B1 = 1 B2 = 0 B3 = 1 B4 = B5 = 1 B6 = 0 B7 = 1 B8 = 0
5


0
Bảng D2-13
B1 = 1 B2 = 0 B3 = 1 B4 = 0 B5 = 1 B6 = 0 B7 = 1 B8 = 0
A1 = 0 A2 = 0 A3 = 0 A4 = 0 A5 = 0 A6 = 0 A7 = 0 A8 = 0
A1 = 1 A2 = 0 A3 = 1 A4 = A5 = 1 A6 = 0 A7 = 1 A8 = 0
0

Câu 8. D3-2
Vẽ, mơ phỏng, phân tích bộ đếm 2 số hạng với chỉ thị LED 7 đoạn: D3-2
1. Mạch D3-2: Bộ đếm 2 số hạng với chỉ thị LED 7 đoạn

2. Phân tích mạch

6

- Mạch sử dụng 2 IC là 74LS90 và 74LS47
+ IC 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã BCD ở các ngõ
ra
+IC giải mã hiển thị 74LS47 nhận mã BCD từ các ngõ ra của IC đếm 74LS90
và tạo các tín hiệu cần thiết
để điều khiển các đoạn của led 7 đoạn để hiện thị
được các số đếm. Vì IC giải mã 74LS47 được thiết kế
để điều khiển led 7 đoạn
loại anode chung nên khi ngõ ra ở mức THẤP (logic 0) sẽ làm cho LED kết nối
với ngõ ra này phát sáng trong khi ngõ ra ở mức CAO (logic 1) sẽ làm cho
LED này TẮT. Đối với hoạt
động bình thường, tất cả các chân LT (Lamp Test),
BI / RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output) và RBI (Ripple Blanking
Input) đều phải được bỏ trống hoặc kết nối với logic 1 (mức CAO)
-Bộ đếm BCD gồm 2 chữ số sẽ được tính theo số thập phân từ 00 đến 99
(0000 0000 đến 1001 1001) và sau đó tự động RESET về 00
3. Bảng mơ phỏng
LỐI VÀO

DỊCH
MÃ
2→10

LỐI RA

CL
R

CL
K

D
2

C
2

B
2

A
2

D
1

C
1

B
1

A
1

1

x

0

0

0

0

0

0

0

0

0

↑

0

0

0

0

0

0

0

0

↑

0

0

0

0

0

0

0

↑

0

0

0

0

0

0

↑

0

0

0

0

0

↑

0

0

0

0

↑

0

0

0

↑

0

0

↑

0

CHỈ SỐ
LED 7
ĐOẠN
x10

x1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

2

0

2

0

1

1

3

0

3

0

1

0

0

4

0

4

0

0

1

0

1

5

0

5

0

0

0

1

1

0

6

0

6

0

0

0

0

1

1

1

7

0

7

0

0

0

0

1

0

0

0

8

0

8

↑

0

0

0

0

1

0

0

1

9

0

9

0

↑

0

0

0

1

0

0

0

0

10

1

0

0

↑

0

0

0

1

0

0

0

1

11

1

1
7


Câu 10. D4-1, D4-2, D4-3
Vẽ, mơ phỏng, phân tích bộ cộng, bộ trừ sử dụng cổng logic, bộ cộng/trừ dùng
vi mạch: D4-1, D4-2, D4-3.
1. Mạch D4-1: Bộ cộng sử dụng cổng logic

Phân tích mạch:
- Mạch cộng logic D4-1 gồm 2 module, mỗi module có 3 lối vào: X (số hạng
thứ nhất), Y (số hạng thứ 2), C_IN (nhớ lối vào) và 2 lối ra: S (kết quả phép
cộng) và C_OUT (nhớ lối ra). Nhớ lối ra của module thứ nhất được nối tới
nhớ lối vào của module thứ 2.
- Mỗi module thực hiện phép cộng X+Y+C_in cho kết quả S và nhớ lối ra
C_out.
- Mạch có thể thực hiện cộng 2 bit: Module trên dùng để cộng logic bit thứ
nhất, module dưới dùng để cộng logic bit thứ 2.

- Biểu thức tổng đại số logic:

8


Bảng kết quả mô phỏng:
Bảng D4-1a: Bộ cộng 1 bit
LỐIVÀO (Input)

LỐI RA (output)

DS4
Ci1

LS8
X1

LS7
Y1

Tổng
S1

Số nhớ
“+” Co1

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

Bảng D4-1b: Bộ cộng 2 bit
LỐI VÀO - INPUT

LỐI RA - OUTPUT

DS4
Ci1

LS3
X2

LS4
Y2

LS8
X1

LS7
Y1

Co1

S1

S2

Co2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1
9


2. Mạch D4-2: Bộ trừ sử dụng cổng logic

Phân tích mạch:
- Bộ trừ logic D4-2 gồm 3 lối vào: X_1 (số bị trừ), Y_1 (số trừ), B_in_1 (số
nhớ lối vào) thực hiện phép trừ X_1 – Y_1 – B_in_1 cho kết quả là hiệu D
và số nhớ lối ra B_out.
- Bộ trừ thực hiện được nhờ sự kết hợp của các cổng logic cơ bản AND, NOT,
NOX, XOR.
- Biểu thức logic:

Bảng kết quả mô phỏng:
Bảng D4-2: Bộ trừ sử dụng cổng logic.

10

Lối vào - INPUT

Lối ra - OUTPUT

DS4
Bin 1

LS1
X1

LS2
Y1

Hiệu
D

0

0

0

0

Số nhớ “+”
Bout
0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

3. Bộ cộng và trừ loại vi mạch

11


Phân tích mạch:
- Vi mạch IC 74LS83 có 16 chân gồm:
+ 1 chân nguồn nuôi, 1 chân nối đất;
+ 1 chân chọn phép tính thực hiện C0;
+ 8 chân tín hiệu lối vào (4 chân A4, A3, A2, A1 là 4 bit số hạng thứ nhất;
B4, B3, B2, B1 là 4 bit số hạng thứ 2);
+ 4 chân lối ra;
+ 1 chân nhớ (tràn) C4.
- Khi C0 = 0, mạch thực hiện cộng nhị phân A+B cho kết quả D và nhớ C4
(C4 hoạt động ở mức cao, có nhớ khi C4=1).
- Khi C0 = 1, mạch thực hiện trừ nhị phân A-B cho kết quả D và nhớ C4 (C4
hoạt động ở mức thấp, có nhớ khi C4=0).
Bảng kết quả mô phỏng:
Bảng D4-3a: Phép cộng nhị phân
Lối vào - INPUT

Lối ra - OUTPUT

Ci
n

A
4

A
3

A
2

A
1

B
4

B
3

B
2

B
1

C
4

D
4

D
3

D
2

D
1

Số thập phân
A+B=D

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

10+10=20

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

1

10+3=13

0

1

1

1

1

0

1

1

0

1

0

1

0

1

15+6=21

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

15+15=30

Bảng D4-3b: Phép trừ nhị phân
Lối vào - INPUT

Lối ra - OUTPUT

Ci
n

A
4

A

3

A
2

A
1

B
4

B
3

B
2

B
1

C
4

D
4

D
3

D

2

D
1

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=-5
12


Câu 16: D7-4
Vẽ, mơ phỏng, phân tích sơ đồ bộ đếm thuận nghịch 7 bit mã BCD: D7-4.
a, Linh kiện điện tử
- Xung CLOCK: xung đầu vào
- Các công tắc Logic: tùy ý điều chỉnh các giá trị nhị phân 0 1 dùng cho
nhiều chúc năng khác nhau.
- IC 74LS27: là cổng NOR.
b, Nguyên tắc hoạt động
Các công tắc Logic từ SW4 đến SW11 dùng để nạp mã nhị phân từ các lối
vào song song cho bộ đếm. Chúng ta thu được giá trị thập phân được hiển thị trên
LED.
Ví dụ: TS1= 4(0100), TS2= 5(0101)
Công tắc SW2 nối với chân PL để nạp mã từ các lối vào song song cho bộ
đếm. Cơng tắc DS1 nối MR để xóa nội dung bộ đếm
Xung CLOCK lối vào nối vào chân UP để nạp xung cho IC U1. Công tắc
SW1 dùng để làm công tắc tắt bật cho hệ thống
Ta ghép 2 tầng đếm lại với nhau. Sau đó cấp xung CLOCK cho tầng U1 để
đếm hàng đơn vị. Sau đó nối đầu ra của tầng này với đầu vào của tầng U2 để đếm
hàng chục. Mỗi khi tầng đơn vị đếm từ 0 đến 9 thì sẽ cấp xung cho đầu vào tầng
chục đếm thêm 1 đơn vị.

Bộ đếm thuận
Khi ta đóng khóa K ở chân UP và CARRY thì IC74192 sẽ đếm lên 1 đơn vị
theo mã nhị phân.
- Kết quả mô phỏng:

13


Bộ đếm nghịch
Khi ta đóng khóa K ở chân DOWN và BORROW thì IC74192 sẽ trừ từ 99
xuống 1 đơn vị theo mã nhị phân.
- Kết quả mô phỏng:

Hệ thống sẽ đếm từ 99 đến 0 và dừng lại. Ở trường hợp này chúng ta phải
đặt trước giá trị như đồng hồ đếm ngược và hệ thống sẽ đếm xuống 1 đơn vị cho
tới khi về 0.
14


15