(TIỂU LUẬN) hệ THỐNG số (CO1024) thí nghiệm 5 hiểu cách mạch MSI hoạt động thiết kế và hiện thực mạch đếm đồng bộ cơ bản và mạch MSI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA
HỌC & KỸ THUẬT MÁY TÍNH

HỆ THỐNG SỐ (CO1024)
Thí nghiệm 5

GVHD:
Huỳnh Phúc Nghị
SV thực hiện: Võ Văn Dũng – 2110102
Đào Duy Thành – 2112288
Nguyễn Thanh Liêm – 2111637

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 08/2022


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Mục lục
1 Giới thiệu
1.1 Mục tiêu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Dụng cụ thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2 Quy trình thí nghiệm
2.1 Bài 2.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Bài 2.3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Bài 2.3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Bài 2.3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2
2
6
10
12

Tài liệu tham khảo

14

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

2
2

Trang 1/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Giới thiệu

1

1.1

Mục tiêu

• Hiểu quy trình thiết kế mạch đếm đồng bộ.
• Hiểu cách mạch MSI hoạt động
• Thiết kế và hiện thực mạch đếm đồng bộ cơ bản và mạch MSI.

1.2

Dụng cụ thí nghiệm

• KIT hệ thống kỹ thuật số
• Dụng cụ thí nghiệm: VOM, Máy hiện sóng
• Mạch tích hợp (IC) 74-Series: loại mới! 74151, 74138, 7485

Quy trình thí nghiệm

2

2.1

Bài 2.3.1

Thiết kế, mơ phỏng và hiện thực mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4 sử dụng D flip-flops

• Đặt vấn đề và giải quyết:
- Vấn đề ở đây là ta phải thiết kế mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4 sử dụng D flip-flops.
- Cách giải quyết vấn đề có 5 bước sau:
1. Xác định số lượng Flip-flops cần thiết để hỗ trợ số trạng thái trong chuỗi đếm.
- Với mạch đếm xuống MOD-4, ta có 4 trạng thái. Vì vậy, cần ít nhất 2 D flip-flops để hiện thực
mạch.
2. Xây dựng sơ đồ chuyển đổi trạng thái. Đảm bảo bao gồm tất cả các trạng thái

Hình 1: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

3. Lập bảng trạng thái.
- Excitation table của mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4:
Q1

Q0

D1

D0

1
1
0
0

1
0
1
0

1
0
0
1

0
1
0

1

Q1(Next)
1
0
0
1

Q0 (Next)
0
1
0
1

Bảng 1: Excitation table của mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 2/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

4. Đơn giản hóa các biểu thức cho các đầu vào của mỗi FF bằng phương pháp K-Map.
- Ta dùng biểu đồ Karnaugh để tìm ra biểu thức luận lý của D1 và D0 theo Q1 và Q0 đó là:
D1 = Q1.Q0 + Q1.Q0 và D0 = Q0

• Sơ đồ luận lý:

Hình 2: Sơ đồ luận lý của mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

• Sơ đồ mạch:

Hình 3: Sơ đồ mạch đối với mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

• Mơ phỏng mạch bằng Logisim:
- Bảng chân trị của mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4:
CLK
↑
↑
↑
↑

Q1

Q0

1
1
0
0

1
0
1
0

Q1(Next)
1

0
0
1

Q0(Next)
0
1
0
1

Bảng 2: Bảng chân trị của mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

- Có 4 trường hợp khi mơ phỏng mạch đó là:
- Trường hợp 1: CLK - ↑; Q1 - 1; Q0 - 1

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 3/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 4: Mơ phỏng trường hợp 1 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

- Trường hợp 2: CLK - ↑; Q1 - 1; Q0 - 0

Hình 5: Mô phỏng trường hợp 2 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

- Trường hợp 3: CLK - ↑; Q1 - 0; Q0 - 1

Hình 6: Mơ phỏng trường hợp 3 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

- Trường hợp 4: CLK - ↑; Q1 - 0; Q0 - 0

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 4/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 7: Mơ phỏng trường hợp 4 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

• Mạch hiện thực: - Có 4 trường hợp khi hiện thực mạch đó là:
- Trường hợp 1: CLK - ↑; Q1 - 1; Q0 - 1

Hình 8: Hiện thực trường hợp 1 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

- Trường hợp 2: CLK - ↑; Q1 - 1; Q0 - 0

Hình 9: Hiện thực trường hợp 2 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

- Trường hợp 3: CLK - ↑; Q1 - 0; Q0 - 1
Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 5/14

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 10: Hiện thực trường hợp 3 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

- Trường hợp 4: CLK - ↑; Q1 - 0; Q0 - 0

Hình 11: Hiện thực trường hợp 4 cho mạch đếm xuống đồng bộ MOD-4

2.2

Bài 2.3.2

Thiết kế, mô phỏng và hiện thực mạch chọn kênh 8-to-1 sử dụng IC 74151

• Sơ đồ mạch:

Hình 12: Sơ đồ mạch đối với mạch chọn kênh 8-to-1

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 6/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

• Mơ phỏng mạch bằng Logisim:
- Bảng chân trị của mạch chọn kênh 8-to-1:

Hình 13: Bảng chân trị của mạch chọn kênh 8-to-1

- Trường hợp 1: A - 0; B - 1; C - 0; Y0 - 0; Y1 - 0; Y2 - 1; Y3 - 0; Y4 - 0; Y5->Y7 - 1; Y - Y2 - 1; WY2-0

Hình 14: Mơ phỏng trường hợp 1 cho mạch chọn kênh 8-to-1

- Trường hợp 2: A - 0; B - 0; C - 0; Y0->Y4 - 0; Y5->Y7 - 1; Y - Y0 - 0; W - Y 0 - 1

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 7/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 15: Mơ phỏng trường hợp 2 cho mạch chọn kênh 8-to-1

- Trường hợp 3: A - 1; B - 0; C - 0; Y0 - 0; Y1 - 1; Y2-Y4 - 0; Y5->Y7 - 1; Y - Y1 - 1; W - Y 1 - 0

Hình 16: Mơ phỏng trường hợp 3 cho mạch chọn kênh 8-to-1

• Mạch hiện thực:
- Select A, B, C lần lượt được nối với switch 7, 6, 5
- Y0, Y1, Y2, Y3, Y4 lần lượt được nối với switch 0, 1, 2, 3, 4
- Y5, Y6, Y7 được nối với nguồn 5V
- Led 0 được nối với đầu ra W
- Led 1 được nối với đầu ra Y
- Trường hợp 1: A - 0; B - 1; C - 0; Y0 - 0; Y1 - 0; Y2 - 1; Y3 - 0; Y4 - 0; Y5->Y7 - 1; Y - Y2 - 1; WY2-0

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 8/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 17: Hiện thực trường hợp 1 cho mạch chọn kênh 8-to-1

- Trường hợp 2: A - 0; B - 0; C - 0; Y0->Y4 - 0; Y5->Y7 - 1; Y - Y0 - 0; W - Y 0 - 1

Hình 18: Hiện thực trường hợp 2 cho mạch chọn kênh 8-to-1

- Trường hợp 3: A - 1; B - 0; C - 0; Y0 - 0; Y1 - 1; Y2-Y4 - 0; Y5->Y7 - 1; Y - Y1 - 1; W - Y 1 - 0

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 9/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 19: Hiện thực trường hợp 3 cho mạch chọn kênh 8-to-1

2.3

Bài 2.3.3

Thiết kế và mô phỏng mạch giải mã 3-to-8 sử dụng IC 74138 bằng Logisim

• Sơ đồ luận lý:

Hình 20: Sơ đồ luận lý của mạch giải mã 3-to-8

• Sơ đồ mạch:

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 10/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 21: Sơ đồ mạch đối với mạch giải mã 3-to-8

• Mơ phỏng mạch bằng Logisim:
- Bảng chân trị của mạch giải mã 3-to-8:

Hình 22: Bảng chân trị của mạch giải mã 3-to-8

- Trường hợp 1: A - 0; B - 0; C - 0

Hình 23: Mô phỏng trường hợp 1 cho mạch giải mã 3-to-8

- Trường hợp 2: A - 1; B - 0; C - 1

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 11/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 24: Mơ phỏng trường hợp 2 cho mạch giải mã 3-to-8

- Trường hợp 3: A - 1; B - 1; C - 1

Hình 25: Mơ phỏng trường hợp 3 cho mạch giải mã 3-to-8

2.4

Bài 2.3.4

Thiết kế và mô phỏng mạch so sánh 2 số nhị phân 8 bit sử dụng IC 7485 bằng Logisim.

• Đặt vấn đề và giải quyết:
- Vì IC 7485 mà IC dùng để so sánh 2 số nhị phân 4 bit.
- Do đó, để so sánh 2 số nhị phân 8 bit ta phải kết hợp 2 IC 7485.
• Sơ đồ mạch:

Hình 26: Sơ đồ mạch đối với mạch so sánh 2 số nhị phân 8 bit

• Mơ phỏng mạch bằng Logisim:
- Bảng chân trị của mạch giải mã 3-to-8:
Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 12/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 27: Bảng chân trị của mạch so sánh 2 số nhị phân 8 bit

- Trường hợp 1: A - 00000100; B - 00000000; A > B

Hình 28: Mơ phỏng trường hợp 1 cho mạch so sánh 2 số nhị phân 8 bit

- Trường hợp 2: A - 11111111; B - 11111111; A = B

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 13/14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính

Hình 29: Mơ phỏng trường hợp 2 cho mạch so sánh 2 số nhị phân 8 bit

- Trường hợp 3: A - 00000000; B - 10000000; A < B

Hình 30: Mơ phỏng trường hợp 3 cho mạch so sánh 2 số nhị phân 8 bit

Tài liệu
[1] Digital Systems: Principles and Applications (11th Edition) – Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer,

Gregory L. Moss, 2010

[2] Lecture Slides/Videos – Assoc. Prof. Dr. Tran Ngoc Thinh.
[3] Tutorial videos on Digital Systems Experiments.

Báo cáo thí nghiệm 3 mơn Hệ Thống Số (CO1024) - Niên khóa 2021-2022

Trang 14/14