Thiết kế mạch cộng 2 số 4 bit-- Bài tập lớn xung số FULL tất cả trong trang cá nhân ( đồ án cơ điện tử, thiết kế hệ thống cơ điện tử,..)

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH CỘNG HAI SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT
VÀ HIỂN THỊ LÊN LED 7 THANH

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. Nguyễn Thị Thu Hà

Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nguyên

2018600954

Phạm Quang Nghĩa

2018600753

Nguyễn Ngọc Thành

2018600328

Hà Nội – 2021


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất cô
Nguyễn Thị Thu Hà – người đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, động viên
chúng em trong suốt q trình nghiên cứu thực hiện đồ án mơn học này.

Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các q thầy cơ khoa Cơ Khí trường
Đại Học Cơng Nghiệp hà Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức
cơ bản, cũng như đã nhiệt tình quân tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để chúng
em được học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Kỹ thuật xung số này.
Chúng em xin cám ơn.
Trân trọng!
Hà Nội, ngày tháng

năm 2021

Sinh viên thực hiện


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quên thuộc với nhiều người, bởi vì
sự phát triển của nghành kỹ thuật số đã có ảnh hưởng rất lớn đến nghành kinh tế tồn
cầu. Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là “nền kinh tế
kỹ thuật số”, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kỹ thuật. Nhờ
có ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế
của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng. Số
hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều linh vực kỹ thuật và kinh tế khác
nhau. Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học.
Ngày nay, kỹ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử,
Điều khiển tự động, Phát thanh truyền hình, Y tế, Nơng nghiệp... và ngay cả trong các
dụng cụ sinh hoạt gia đình. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, việc
ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm bằng
các linh kiện rời. Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày càng nhiều.
Nó thâm nhập nhanh chóng vào các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp.
Nhận thấy sự phát triển và rất nhiều ứng dụng của kỹ thuật số hay kỹ thuật điện tử
trong tương lai vì vậy nhóm chúng em xin phép chọn đề tài: “Thiết kế mạch cộng hai

số nhị phân 4 Bit và hiển thị kết quả trên LED 7 thanh”.


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BIỂU BẢNG


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG
1. Giới thiệu chung
Trong lĩnh vực điện tử, mạch cộng là một mạch điện tử thực hiện việc cộng số.
Trong máy tính hiện đại phép cộng nằm bên trọng đơn vị xử lý số luận lý (ALU). Mặc
dù các mạch cộng có thể được tạo ra cho nhiều hệ đếm, loại mạch cộng thường dùng
nhất hoạt động trên hệ nhị phân.
CHƯƠNG 2. Phân loại mạch cộng
Mạch cộng được chia ra làm 2 loại chính: mạch cộng bán phần và mạch cộng
tồn phần.
• Mạch cộng bán phần
Một mạch bán cộng là mạch luận lý thực hiện việc cộng 2 số A và B và xuất ra
tổng S và số dư của phép tính C
Bảng chân trị mạch bán cộng

Bảng 1: Bảng chân trị mạch cộng

Sơ đồ mạch bán cộng

Hình 1: Sơ đồ mạch bán cộng

6


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

• Mạch cộng toàn phần
Một mạch cộng toàn phần là mạch cho phép thực hiện cộng 3 bit nhị
phân A, B và Cin (số dư của phép tính trước) và xuất ra 2 số, tổng S và số dư Cout.
Bảng chân trị mạch cộng toàn phần:

Bảng 2: Bảng chân trị mạch cộng tồn phần

Sơ đồ mạch cộng tồn phần:

Hình 2: Sơ đồ mạch cộng tồn phần

CHƯƠNG 3. Phương pháp cộng
Có thể tạo mạch logic sử dụng nhiều phép toàn cộng cho N bit số. Có 2
phương pháp chính là phương pháp nối tiếp và phép cộng bán song song.
1. Phương pháp nối tiếp:

7

KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

• Đầu tiên tính 2 bit đầu tiên thơng qua mạch cộng tồn phần, lấy của phép
tính này áp dụng vào của phép tính sau cho tới hết. Mặc dù đơn giản và
dễ thiết kế nhưng sẽ lâu vì phép tính này phải chờ của phép tính trước.
Sơ đồ khối mạch cộng 4 bit:

Hình 3: Sơ đồ khối mạch cộng 4 bit

2. Phép cộng bán song song:
• Để giảm thời gian tính toán, kĩ sư nghĩ ra cách nhanh hơn để cộng hai số
lại với nhau sử dụng carry lookahead adder. Nó làm việc bằng cách tạo
thêm 2 tín hiệu P và G cho mỗi vị trí bit, dựa trên khi nào carry truyền
qua từ vị trí thấp hơn. Trong mọi trường hợp, P là phép bán cộng của đầu
vào và G là carry của phép tổng.
• Sơ đồ khối chip cộng 4 bit 4008 dựa trên phép cộng bán song song:

Hình 4: Sơ đồ khối chip cộng 4 bit 4008 đựa trên phép cộng bán song song

8


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

1. Ứng dụng thực tế

Trong nhiều máy tính và các loại vi xử lý, bộ cộng không chỉ được sử dụng
trong đơn vị logic số học, mà còn được sử dụng trong những phần khác của vi xử li,
chúng được sử dụng để tính tốn các địa chỉ, chỉ số bảng, tốn tử tăng và giảm, và các
toán tử tương đương.

9


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG
1. Tính tốn hệ thống
CHƯƠNG 5. Bảng trạng thái:

Mã bcd

Mã nhị phân
S4
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1

1
1
1
1
1
1

S3
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1

S2
0
0
1
1

0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1

S1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

B4
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0

C4=0
B3 B2
0
0
0
0
0
1
0
1
1

0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0

B1
0
1
0
1
0

1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

B4
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0

C4=1
B3 B2
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0

0
0
0
0

B1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

Bảng 3: Bảng trạng thái

10


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

CHƯƠNG 6. Lập bảng Karnaugh cho ngõ vào B4

000 001 011 010 110 111 101 100
00
01
11
10

1

1
1
1

1

1

Bảng 4: Bảng Karnaugh cho ngõ vào B4

Kết quả:

CHƯƠNG 7. Lập bảng Karnaugh cho ngõ vào B3

000 001 011 010 110 111 101 100
00
01
11

10

1
1
1
1

1
1

1

1
1

1

1

1

Bảng 5: Bảng Karnaugh cho ngõ vào B3

Kết quả:

1.1. Lập bảng Karnaugh cho ngõ vào B2

000 001 011 010 110 111 101 100
00
01

11
10

1

1

1

1
1

1
1

1

1

1
1

1

Bảng 6: Bảng Karnaugh cho ngõ vào B2

Kết quả:

11

Bảng 1. 1


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

CHƯƠNG 8. Lập bảng Karnaugh cho ngõ vào B1

000 001 011 010 110 111 101 100
00
01
11
10

1
1
1
1

1
1
1
1

1
1
1
1

1
1
1
1

Bảng 7: Bảng Karnaugh cho ngõ vào B1

Kết quả:

12


KỸ THUẬT XUNG SỐ

C4
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1

1

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Mã nhị phân
S4
S3
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0

1
1
0
1
0
1
1
1
1

S2
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

Mã BCD
X3

X2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0

1
0
1

X4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

CHƯƠNG

X1
0
0
0
0
0

1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1

Bảng trạng thái mã hóa hàng chục:
Bảng 8: Bảng trạng thái mã hóa hàng chục

CHƯƠNG 10. Lập bảng Karnaugh cho ngõ vào X1

00
00
01
11
10

1

01

11

10

1

1
1

1

1

Bảng 9: Bảng Karnaugh cho ngõ vào X1

Kết quả:
CHƯƠNG 11. Lập bảng Karnaugh cho ngõ vào X2

00
01
11
10

00

01

11

10

1

1

1
1

1
1
13


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Bảng 10: Bảng Karnaugh cho ngõ vào X2

Kết quả:

14


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

1. Mô phỏng và thiết kế
CHƯƠNG 12. Mơ phỏng trên proteus

Hình 5: Mô phỏng trên proteus

CHƯƠNG 13. Vẽ mạch in

15


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Hình 6: Mô Phỏng đi dây mạch

CHƯƠNG 14. CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU
CHỈNH
1. Chọn linh kiện
CHƯƠNG 15. IC 74LS247 – IC giải mã led 7 thanh

Hình 7: Sơ đồ nguyên lí Ic 74LS247

16


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Hình 8: IC 74LS247

17

KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

CHƯƠNG 16. IC 7483

Hình 9: Sơ đồ ngun lí IC 7483

Hình 10: IC 7483

CHƯƠNG 17. Cổng and – IC 7408

Hình 11: Sơ đồ nguyên lí IC 7408

18


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Hình 12: IC 7408

CHƯƠNG 18. Cổng OR – IC 7432

Hình 13: Sơ đồ ngun lí IC 7432

Hình 14: IC7432
19

KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

CHƯƠNG 19. Cổng NOT – IC 7404

Hình 15: Sơ đồ ngun lí IC 7483

Hình 16: IC 7404

1. Một số linh kiện khác

Hình 18: Nút nhấn

Hình 17: Led 7 thanh
20


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Hình 19: Điện trở

Hình 20: Dimono 2p

2. Chế tạo các bộ phận điện tử và lắp ghép.
CHƯƠNG 20. Làm mạch và lắp linh kiện

Hình 21: In mạch

21


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Hình 22: Gắn linh kiện lên mạch

CHƯƠNG 21. Chạy thử mạch

22


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Hình 23: Kiểm tra mạch 0 + 15 = 15

Hình 24: Kiểm tra mạch 1+15=16
23


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Hình 25: Kiểm tra mạch 10+8=18

Hình 26: Kiểm tra mạch 11+8=19

24


KỸ THUẬT XUNG SỐ

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU HÀ

Tổng kết
Trong q trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã tiếp thu
được thêm nhiều kiến thức, tìm kiếm thêm các nguồn tài liệu để bổ sung thêm kiến
thức để hồn thành đồ án. Nhóm em đã biết cách thiết kế, lựa chọn các linh kiện phù
hợp với đề tài. Việc hoàn thành tốt đồ án kỹ thuật xung số này là cơ sở để nhóm em
thực hiện những đồ án quan trọng sau này như đồ án cơ điện tử và đồ án tốt nghiệp.
Tuy rằng hệ thống đã hoạt động tốt theo yêu cầu đặt ra, nhưng khơng thể tránh
khỏi sai sót trong q trình vận hành và điều khiển hệ thống. Vì vậy, nhóm chúng em
rất mong nhận được những góp ý để hồn thành hệ thống tốt hơn. Xin chân thành cảm
ơn!

25