Nhóm 1- Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân 3 bit sử dụng các cổng logic cơ bản, hiển thị trên led 7 thanh

+

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
-------------------------------------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KĨ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân 3 bit sử dụng các cổng
logic cơ bản, hiển thị trên led 7 thanh

Giáo viên hướng dẫn: Hà Thị Phương
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 1

Hà nội - 2023


LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ CỘNG...............................................4
1.1 Giới thiệu đề tài.....................................................................................4
1.2 Tổng quan về mạch cộng......................................................................5
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ PHỎNG...............................8
2.1 Tổng qt về mạch đếm........................................................................8
2.2 Thiết kế bộ cộng...................................................................................12
2.3 Tính tốn..............................................................................................13
2.4 Mơ phỏng.............................................................................................16
CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH
.......................................................................................................................19
3.1 Lựa chọn linh kiện...............................................................................19
3.2 Nguyên lý làm việc...............................................................................20
3.3 Lắp ráp và thử nghiệm.......................................................................23

CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN...............................................26
4.1 Đánh giá sản phẩm.............................................................................26
4.2 Tính thực thế của sản phẩm..............................................................26
4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển................................................26

2


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học cơng nghệ,cuộc sống
của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết
bị hiện đại phục vụ cơng cuộc cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước. Đặc
biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần
không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Những thiết bị
điện,điện tử được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời
sống cũng như sản suất. Từ những thời gian đầu phát triển kĩ thuật số đã cho
thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được
khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái
tưởng chừng như khơng thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời
sống vật chất và tinh thần cho con người.
Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế
của môn kĩ thuật xung số chúng em sau một thời gian học tập được các thầy
cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành,đồng thời được
sự giúp đỡ nhiệt tình của cơ Hà Thị Phương, cùng với sự lỗ lực của bản thân,
chúng em đã “Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân 3 bít sử dụng cổng logic cơ
bản, hiển thị kết quả trên led 7 thanh “ nhưng do thời gian, kiến thức và kinh
nghiệm của chúng em cịn có hạn nên sẽ khơng thể tránh khỏi những sai sót.
Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cơ và các
bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ CỘNG
1.1 Giới thiệu đề tài
1.1.1 Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thế kỉ của khoa học-kĩ thuật, của tri thức
cùng với nó là sự phát triển nhanh chóng,mạnh mẽ của cơng nghệ thông tin và
khoa học ứng dụng. Kĩ thuật số cũng nằm trong số đó,nó đang phát triển rất
nhanh và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xã hội. Chúng ta đang chuyển
dần từ điều khiển bằng tay sang điều khiển tự động.
Ngày nay công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ với sự ra đời của
hàng loạt các vi mạch. Sự phát triển của kĩ thuật số như hiện nay khiến cho
nhu cầu tiếp xúc với điện tử số không thể thiếu được.
Để xây dựng một thiết bị số hồn chỉnh bao giờ cũng phải có mạch
đếm,thanh ghi,bộ nhớ... trong đó mạch đếm là thơng số cơ bản của hệ thống
bộ cộng là một bộ SD khá thơng dụng và cơ bản. Chính vì vậy chúng em đã
lựa chọn đề tài này để báo cáo.
Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
-Mục tiêu:
+Tìm hiểu về mạch đếm và một số vấn đề liên quan
+Hoàn thành thiết kế-thực nghiệm thực tế,mạch hoạt động ổn
định với độ bền cao.
-Nhiệm vụ:
+Tìm hiểu kiến thức cơ bản về mạch cộng
+Tìm hiểu các vi mạch cộng thông dụng
+Mạch giải mã 7 thanh và hiển thị 7 thanh.
+Thiết kế bộ cộng nhị phân, sử dụng các cổng logic cơ bản

4


Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-Lý thuyết về mạch cộng nhị phân 3 bit và thiết kế mạch cộng nhị
phân.
-Mạch cộng nhị phân, các cổng logic cơ bản.
Ý nghĩa nghiên cứu
-Nắm vững,hiểu biết về mạch cộng.
-Nâng cao kĩ năng thực hành,lắp ráp và thiết kế mạch cộng.
Phương pháp nghiên cứu
-Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm.
1.2 Tổng quan về mạch cộng
Khái niệm
- 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.
- Trong nhiều máy tính và các loại vi xử lý, bộ cộng khơng chỉ được sử
dụng trong đơn vị logic số hoc, 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, toán tử
tăng và giảm, và các tốn tử tương đương.
- Mặc dù bộ cộng có thể được xây dựng cho nhiều kiểu số, như Số thập
phân mã hóa nhị phân hay excess-3, các bộ cộng thơng dụng hoạt động trên
số nhị phân. Trong các trường hợp mà two's complement hay ones'
complement được sử đụng để thể hiện số âm, người ta thường biến tấu bộ
cộng thành bộ cong– bộ trừ. Các Cách biểu diễn số có dấu yêu cầu bộ cộng
phức tạp hơn.
Phân loại:
Mạch cộng chia làm 2 loại:

Mạch cộng bán phần:

5


Một mạch bán cộng là mạch luận lý thực hiện việc cộng 2 số A và B và
xuất ra tổng số dư của phép tính C.

Sơ đồ mạch cộng bán phần
Bảng chân lý:
Vào
A
0
0
1
1

B
0
1
0
1

Ký hiệu:

Ra
S
0
1
1

0

C0

0
0
0
1

Mạch cộng toàn phần:
Mạch cộng toàn phần là mạch cho phép thực hiện cộng 3-bit nhị phân
A, B,C ¿ (số dư của phép tính trước) và xuất ra 2 số, tổng S và số dư C out trước
nó.

Sơ đồ mạch cộng tồn phần

6


Bảng chân lý:
Vào
A
0
1
0
1
0
1
0
1

B
0
0
1
1
0
0
1
1

Ký hiệu

C i−1

0
0
0
0
1
1
1
1

Ra
S
0
1
1
0

1
0
0
1

7

Ci

0
0
0
1
0
1
1
1


CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ PHỎNG
2.1 Tổng qt về mạch đếm
Khái quát đề tài
Mạch cộng nhị phân 3 bit sử dụng 3 khối chính:

Khối
nguồn

Khối giải
mã

Khối cộng

Các linh kiện sử dụng trong mạch
STT

Tên linh kiện

Số lượng

1

IC 7805

1

2

IC7447

2

3

IC7408

4

4

IC7404

1

5

IC7432

1

6

IC7486

2

7

LED 7 thanh ( annot chung)

2

8

Điện trở 10k

6

9

Điện trở 1k

14

10

Công tắc gạt dipswitch 3bit

2

11

Header 2p

1

Nguyên lý và chức năng của từng khối
Khối nguồn
Nguyền điện sử dụng ở đây là nguồn 1 chiều lấy từ ắc quy hoặc pin. Cung
cấp điện áp 5VDC ôn định cho mạch.
8


IC 7805 có nhiệm vụ ổn định điện áp ra là 5VDC.

Khối cộng

9


Phần tử logic AND – IC 7408

Đối với hàm và giá trị của hàm chỉ bằng 1 khi các biến của nó đều bằng 1;
hay chỉ có một biến bằng 0 hàm sẽ có giá trị bằng 0.

Hàm hoặc – XOR – IC7486

Phần tử logic phủ định NOT – IC7404
10


Phần tử logic OR – IC 7432

Khối giải mã BCD sang led 7 thanh

11


2.2 Thiết kế bộ cộng
Để thiết kế mạch cộng ta tiến hành theo các bước sau:
Bước 1: Xác định các u cầu của bài tốn
Phân tích u cầu của đề bài để tìm ra loại mạch cộng thích hợp.
Bước 2: Xác định mạch cần dùng
Căn cứ vào yêu cầu của mạch cộng cần thiết kế như: loại mạch
cộng và một số các yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động
của bộ đếm.
Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa các trạng
thái trong của mạch cộng theo mã đã cho.
Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng ra để xác định phương trình
cần tìm.
Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực hiện.

Thiết kế mơ phỏng:
Để có mạch cộng có thể làm việc: cộng hai số nhị phân 3 bit
người ta sử dụng tín hiệu điều khiển. Ở đây ta sử dụng các nút nhân
12


dipswitch 3 bit để đưa giá trị cần nhập vào mạch. Dựa và yêu cầu đề
bài ta sử dụng 3 mạch cộng toàn phần và một mạch cộng bán phần để
mơ phỏng.
2.3 Tính tốn
Thiết kế mạch cộng hai số nhị phân 3 bit sử dụng các cổng logic cơ bản,
hiển thị trên led 7 thanh.
Mạch cộng hai số nhị phân 3 bit là là một trong những thiết kế đơn giản
trong mạch cộng.Ở đây ta có thể sử dụng mạch cộng toàn phần và mạch cộng
bán phần để thiết kế.

Sơ đồ mạch cộng bán phần

Sơ đồ mạch cộng toàn phần
Dựa và kết quả trả về của mạch cộng bán phần và mạch cộng tồn
phần, ta sẽ tính được giá trị trả về và giá trị nhớ của mạch. Từ đó lấy kết quả
mà mình mong đợi.
Như vậy, ta có mạch cộng hai số nhị phân 3 bit như sau:

13


Hiển thị trên led 7 thanh:
Để hiển thị giá trị trên led 7 thanh, ta cần giải mã các giá trị của chúng,
ngồi cách tính từng giá trị hiển thị trên led bằng bìa Karnaugh thì ta cịn có

thể sử dụng bộ giải mã led 7 thanh với IC 74LS47 như sau:

14


Ta thấy trên bảng giải mã led 7 thanh thì cột B3,B2 đều có giá trị bằng
khơng nên ta sẽ không cần phải thực hiện rút gọn chúng nữa, cho nên ta sẽ rút
gọn các giá trị của các cột thơng qua bìa Karnaugh như sau:
Với B0:

Với C3:

Với C2:

15


Với C1:

Với C0:

16


Như vậy, ta đã rút gọn được bộ giải mã led 7 thanh, việc rút gọn này sẽ
giúp chúng ta thiết kế mạch dễ dàng hơn đồng thời giảm thiểu chi phí thiết kế
cũng như các khâu thiết kế mạch theo yêu cầu đề bài.
2.4 Mô phỏng
Sơ đồ mô phỏng bộ cộng nhị phân 3bit sử dụng cổng logic cơ bản hiển
thị kết quả trên LED 7 thanh. (Trên phần mềm proteus)

Mô phỏng trên Proteus

17


Sau khi mơ phỏng đúng. Sau đó vẽ sơ đồ nguyên lý trên phần
mềm altium:
Sau khi vẽ xong sơ đồ nguyên lý thì đi dây theo sơ đồ nguyên lý
ta được:

Hình Sơ đồ nguyên lý trên Altium

18


Hình Thiết kế mạch in trên Altium

CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU
CHỈNH
3.1 Lựa chọn linh kiện
Giá trị, chức năng linh kiện
Tên linh kiện
IC 74LS47

IC 7805
LED 7 thanh

IC 74LS08

Giá trị

Số lượng

4.75 -5.25V

2

5V-18V

1

2.2V

2

4.75 -5.25V

4

4.75 -5.25V
IC 74LS04

IC 74LS32

1

4.75 -5.25V

1

19

Chức năng
IC giải mã cho LED
7SEG
Tạo nguồn 5V

Hiển thị giá trị số đếm

Cổng logic AND

Cổng logic NOT

Cổng logic OR


Cổng logic XOR

IC 74LS86

4.75 -5.25V

2

Điện trở 10K

10KΩ

6

Chống cháy

14

Chống cháy

2

Bật/ tắt

1

Cấp nguồn cho mạch

Điện trở 1K

1KΩ

Công tắc gạt
dipswitch 3bit
Header 2p

Bảng liệt kê linh liện, giá trị linh kiện và chức năng
3.2 Ngun lý làm việc
LED 7 thanh

Hình LED 7 thanh
IC 74LS47
Thơng số kỹ thuật:

Điện áp cung cấp: 5 VDC.
Dải nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 70oC.

20