Nhóm 3THIẾT KẾ MẠCH TRỪ 2 SỐ NHỊ PHÂN 4BIT HIỂN THỊ KẾT QUẢ TRÊN LED 7 THANH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC

KĨ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH TRỪ 2 SỐ NHỊ PHÂN 4
BIT HIỂN THỊ KẾT QUẢ TRÊN LED 7 THANH
Giáo viên hướng dẫn:

Hà Thị Phương

Sinh viên thực hiện:

Hà Nội : 2023


MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................ 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ............................................................ 7
1.1. Giới thiệu chung đề tài......................................................................... 7
1.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................... 7
1.1.2. Nội dung nghiên cứu ....................................................................... 7
1.1.3. Mục đích nghiên cứu....................................................................... 8
1.1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................ 8
1.2. Tổng quan về mạch logic ..................................................................... 8
1.2.1. Khái niệm cơ bản ............................................................................ 8

1.2.2. Các bước thiết kế mạch ................................................................... 8
CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG........... 10
2.1. Tính tốn hệ thống ............................................................................. 10
2.1.1. Mạch trừ bán phần ........................................................................ 10
2.1.2. Mạch trừ tồn phần ....................................................................... 11
2.2. Mơ phỏng và thiết kế.......................................................................... 12
2.2.1. Mô phỏng proteus ......................................................................... 12
2.3. Chọn linh kiện .................................................................................... 14
2.3.1. IC 7483 .......................................................................................... 14
2.3.2. IC CD4077 .................................................................................... 15
2.3.3. IC 7404 .......................................................................................... 16
1


2.3.4. IC 7408 .......................................................................................... 17
2.3.5. IC 7432 .......................................................................................... 19
2.3.6. IC 7447 .......................................................................................... 20
2.3.7. Led 7 thanh .................................................................................... 22
2.3.8. Một số linh kiện khác .................................................................... 23
2.3.9. Vẽ mạch in .................................................................................... 24
CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ........ 26
3.1.1. Làm mạch ...................................................................................... 26
3.1.2. Chạy thử nghiệm ........................................................................... 28
TỔNG KẾT.................................................................................................... 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 30

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Sơ đồ mạch trừ bán phần. ............................................................... 10
Hình 2.2. Sơ đồ mạch trừ tồn phần. .............................................................. 12
Hình 2.3. Mơ phỏng mạch trừ bán phần. ........................................................ 12
Hình 2.4. Mơ phỏng mạch trừ tồn phần. ....................................................... 13
Hình 2.5. Mạch trừ hai số nhị phân 4 bit sử dụng các cổng logic .................. 13
Hình 2.6: IC 7483 ............................................................................................ 14
Hình 2.7. Sơ đồ chân IC 7483 ......................................................................... 15
Hình 2.8. IC CD4077 ...................................................................................... 15
Hình 2.9. Sơ đồ chân IC CD4077 ................................................................... 16
Hình 2.10. IC 7404 .......................................................................................... 16
Hình 2.11. Sơ đồ chân IC 7404 ....................................................................... 17
Hình 2.12. IC 7408 .......................................................................................... 17
Hình 2.13. Sơ đồ chân IC 7408 ....................................................................... 18
Hình 2.14. IC 7432 .......................................................................................... 19
Hình 2.15. Sơ đồ chân IC 7432 ....................................................................... 19
Hình 2.16. IC 7474 .......................................................................................... 20
Hình 2.17. Sơ đồ chân IC 7447 ....................................................................... 20
Hình 2.18. Led 7 thanh .................................................................................... 22
Hình 2.19. Sơ đồ chân led 7 thanh .................................................................. 22
Hình 2.20 Cơng tắc bit 4 số............................................................................. 23
Hình 2.21. điện trở 220 ohm ........................................................................... 23
Hình 2.22. Mạch trừ 2 số nhị phân 4 bit sử dụng IC tích hợp ........................ 24
3


Hình 2.23. Sơ đồ mạch ngun lí trên phần mềm proteus. ............................. 24
Hình 2.24. Mạch in 2D trên phần mềm proteus. ............................................. 25
Hình 2.25. Mạch in 3D trên phần mềm proteus. ............................................. 25
Hình 3.1. Là mạch in ....................................................................................... 26
Hình 3.2. Phíp đồng sau khi là ........................................................................ 26

Hình 3.3. Ăn mịn mạch .................................................................................. 27
Hình 3.4. Khoan các lỗ trên mạch ................................................................... 27
Hình 3.5. Mạch hồn chỉnh sau khi hàn linh kiện .......................................... 28
Hình 3.6. Kết quả chạy thực nghiệm............................................................... 28

4


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng chân lí mạch trừ bán phần. .................................................... 10
Bảng 2.2: Bảng chân lí mạch trừ toàn phần. ................................................... 11
Bảng 2.3: Các linh kiện được sử dụng ............................................................ 14
Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật IC 7483. ............................................................. 15
Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật IC 4077 .............................................................. 16
Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật IC 7404 .............................................................. 17
Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật IC 7408 .............................................................. 18
Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật IC 7432 .............................................................. 19
Bảng 2.9: Bảng chân lí IC 7447 ...................................................................... 21
Bảng 2.10: Thơng số kĩ thuật led 7 thanh ....................................................... 22
Bảng 2.11: Bảng chân lí led 7 thanh ............................................................... 23

5


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 lỹ 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.
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 tong các
dụng cụ sinh hoạt gia đình. Với sự phát triển khơng 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 thơng
dụng và chun nghiệp. Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài: Thiết
kế mạch trừ 2 số nhị phân 4 bit hiển thị trên led 7 thanh.

6


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu chung đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật,
những tiến bộ của khoa học kĩ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng
rãi vào cuộc sống hằng ngày của con người. Làm cho cuộc sống của chúng ta
ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.
Trong đó ngành điện tử đóng vai trị quan trọng và tiên phong tạo ra hàng
loạt những thiết bị trong công nghiệp, dân dụng, y tế, quân sự … với tốc độ xử
lí nhanh, độ chính xác cao, gọn nhẹ.
Một mạch kỹ thuật sô được sử dụng để thực hiện trừ các số được gọi là
bộ trừ trong lĩnh vực điện điện tử. Thông thường, trong lĩnh vực điện tử, kỹ
thuật số các số được biểu thị ở dạng nhị phân trong đó 0 đại diện cho mức logic
thấp và 1 đại diện cho mức logic cao.
Để thực hiện các chức năng phức tạp trong kỹ thuật số, các số 0 và 1 đơn

giản này được xử lý bằng các phép toán học là cộng, trừ, nhân và chia. Bây giờ
chúng ta đang xét việc trừ các số nhị phân và mạch được sử dụng để thực hiện
chức năng này được gọi là một bộ trừ.
1.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả
trên led 7 thanh.
Đầu vào là hai số nhị phân 4 bit, giá trị của các bit được điều khiển thông
qua các switch. Kết quả đầu ra được hiển thị trên led 7 thanh và 1 đèn led báo
giá trị âm hay dương của phép trừ.
1.1.2. Nội dung nghiên cứu
Tính tốn, thiết kế sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết
quả trên led 7 thanh.
7


Chế tạo sản phẩm mạch in, chạy thử nghiệm sản phẩm mạch trừ hai số
nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Đánh giá sản phẩm và đề xuất
hướng cải tiến và hướng phát triển sản phẩm.
1.1.3. Mục đích nghiên cứu
Chế tạo mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn
nhẹ,dễ lắp đặt, dễ sữa và rẻ tiền.
1.1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hệ thống được ứng dụng trong việc:


Thực hiện các phép tính.



Bộ đếm nhị phân và digital.



Các dự án thiết kế logic kỹ thuật số.



Báo thức và đồng hồ kĩ thuật số.

1.2. Tổng quan về mạch logic
1.2.1. Khái niệm cơ bản
Mạch logic là mạch gồm các phần tử logic AND, OR, NOR, NOT,
NAND, XOR, XNOR để thực hiện các yêu cầu của bài toán đưa ra. Một mạch
logic dù đơn giản hay phức tạp thì kết quả đầu ra của mạch cũng chỉ nhận một
trong hai mức logic là “1” hoặc “0”.
Biến logic là đại lượng được biểu diễn được biểu diễn bằng kí hiệu nào
đó chỉ lấy giá trị “1” hoặc “0”.
Hàm logic: biểu diễn nhóm các biến logic liên hệ với nhau thông qua các
phép toán logic, một hàm logic chỉ nhận giá trị là “1” hoặc là “0”.
1.2.2. Các bước thiết kế mạch
Các bước thiết kế mạch logic:


Lập bảng chân lí.
8




Xây dựng phương trình logic theo chuẩn tắc tuyển hoặc chuẩn tắc

hội.



Sử dụng bảng karnaugh hoặc các phương pháp đại số để tối thiểu hóa
hàm logic.



Mơ phỏng mạch trên phần mềm mô phỏng như Proteus,…



Lựa chọn linh kiện và thiết kế mạch.

9


CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG
2.1. Tính tốn hệ thống
2.1.1. Mạch trừ bán phần
Mạch trừ bán phần là mạch trừ 2 số nhị phân 1 bit A và B xuất ra hiệu H
và bit nhớ C.


Bảng chân lí:
Ai

Bi

Hi

Ci

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

Bảng 2.1: Bảng chân lí mạch trừ bán phần.




Phương Trình:
Hi = A̅i Bi + Ai B̅i = Ai ⨁Bi

(2.1)

Ci = A̅i Bi

(2.2)

Sơ đồ mạch bán trừ bán phần:

Hình 2.1: Sơ đồ mạch trừ bán phần.
10


2.1.2. Mạch trừ tồn phần
Mạch trừ tồn phần hay cịn gọi là mạch trừ có nhớ là mạch cho phép
thực hiện trừ 3 bit nhị phân A, B và Ci (là bit nhớ của phép tính trước).


Bảng chân lí:

Ai

Bi

Ci−1

Hi

Ci

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

Bảng 2.2: Bảng chân lí mạch trừ tồn phần.


Phương trình:
̅𝑖 𝐶𝑖−1 + 𝐴̅𝑖 𝐵𝑖 ̅̅̅̅̅̅
̅𝑖 ̅̅̅̅̅̅
𝐻𝑖 = 𝐴̅𝑖 𝐵
𝐶𝑖−1 + 𝐴𝑖 𝐵
𝐶𝑖−1 + 𝐴𝑖 𝐵𝑖 𝐶𝑖−1

(2.3)

̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅
⟺ 𝐻𝑖 = 𝐴̅𝑖 (𝐵𝑖 ⨁𝐶𝑖−1 ) + 𝐴𝑖 (𝐵
𝑖 ⨁𝐶𝑖−1 )

(2.4)

⟺ 𝐻𝑖 = 𝐴𝑖 ⨁𝐵𝑖 ⨁𝐶𝑖−1

(2.5)

̅𝑖 𝐶𝑖−1 + 𝐴̅𝑖 𝐵𝑖 ̅̅̅̅̅̅
𝐶𝑖 = 𝐴̅𝑖 𝐵
𝐶𝑖−1 + 𝐴̅𝑖 𝐵𝑖 𝐶𝑖−1 + 𝐴𝑖 𝐵𝑖 𝐶𝑖−1

(2.6)

̅𝑖 𝐶𝑖−1 + 𝐵𝑖 ̅̅̅̅̅̅
⟺ 𝐶𝑖 = 𝐴̅𝑖 (𝐵
𝐶𝑖−1 ) + (𝐴̅𝑖 + 𝐴𝑖 )𝐵𝑖 𝐶𝑖−1

(2.7)

⟺ 𝐶𝑖 = 𝐴̅𝑖 (𝐵𝑖 ⨁𝐶𝑖−1 ) + 𝐵𝑖 𝐶𝑖−1

(2.8)

11




Sơ đồ mạch trừ tồn phần:

Hình 2.2. Sơ đồ mạch trừ toàn phần.
Ưu điểm của bộ cộng trừ toàn phần là có thể kết hợp xếp tầng hai hoặc nhiều
bộ trừ tồn phần, nên chúng ta có thể thực hiện phép số các số có nhiều bit.
2.2. Mơ phỏng và thiết kế
2.2.1. Mơ phỏng proteus


Mơ phỏng bộ trừ bán phần:

Hình 2.3. Mô phỏng mạch trừ bán phần.

12



Mơ phỏng bộ trừ tồn phần:

Hình 2.4. Mơ phỏng mạch trừ tồn phần.


Mơ phỏng mạch trừ hai số nhị phân 4 bit sử dụng các cổng logic

Hình 2.5. Mạch trừ hai số nhị phân 4 bit sử dụng các cổng logic
13


2.3. Chọn linh kiện
Tên linh kiện

Số lượng

IC 7483

3

IC CD4077

1

IC 7404

1

IC 7408

1

IC 7432

1

IC 7447

2

Led 7 thanh

2

Led đơn

1

Điện trở

11

Swich

2

DC in

1

Bảng 2.3: Các linh kiện được sử dụng
2.3.1. IC 7483

Hình 2.6: IC 7483
Một vi mạch được tích hợp thực hiện phép logic cộng full 4 bit bên
trong. Chúng ta chỉ cần cấp 2 số 4 bit ở đầu vào và nguồn cấp, không cần nối
mạch như sơ đồ trên và nó giúp giảm bớt tác vụ để thiết kế mạch cộng full 4 bit.
14


Hình 2.7. Sơ đồ chân IC 7483
Thơng số kĩ thuật IC 7483
Điện áp hoạt động danh nghĩa

5V

Điện áp hoạt động tối đa

5,5V

Độ trễ truyền đầu ra

16ns

Điện áp thấp đầu vào tối đa

0,8V

Điện áp cao đầu vào tối thiểu

2V

Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật IC 7483.
2.3.2. IC CD4077

Hình 2.8. IC CD4077
15


Cấu tạo bên trong ic số CD4077 có 4 cổng logic XNOR, mỗi cổng có 2
ngõ vào và 1 ngõ ra.

Hình 2.9. Sơ đồ chân IC CD4077
Thơng số kĩ thuật IC CD4077
Điện áp hoạt động IC

Từ +4,75V đến +5,25V

Dòng điện tối đa ở đầu ra

8mA

Dãy bảo vệ ESD tối đa cho IC

3,5kV

Thời gian tăng và giảm phổ biến cho IC

15nS

Nhiệt độ hoạt động

0°C đến 70°C
Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật IC 4077

2.3.3. IC 7404

Hình 2.10. IC 7404
16


IC 7404 có sáu cổng NOT. Các cổng NOT này thực hiện chức năng đảo
ngược tín hiệu.

Hình 2.11. Sơ đồ chân IC 7404
Thông số kĩ thuật IC 7404
Điện áp hoạt động

3V đến 15V

Dòng điện

10mA

Nhiệt độ hoạt động

-40°C đến 85°C
Bảng 2.6: Thơng số kĩ thuật IC 7404

2.3.4. IC 7408

Hình 2.12. IC 7408
17


IC 7408 có bốn cổng AND , mỗi cổng có hai đầu vào.

Hình 2.13. Sơ đồ chân IC 7408
Thơng số kĩ thuật IC 7408
Dải điện áp hoạt động

+4,75V đến +5,25V

Điện áp hoạt động được đề xuất

+5V

Điện áp nguồn tối đa

7V

Dòng điện tối đa ở đầu ra

8mA

Thời gian tăng điển hình

18ns

Thời gian giảm điển hình

18ns

Nhiệt độ hoạt động

0 ° C đến 70 ° C

Nhiệt độ bảo quản

-65 ° C đến 150 ° C
Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật IC 7408

18


2.3.5. IC 7432

Hình 2.14. IC 7432
Cấu tạo bên trong ic số 7432 có bốn cổng logic OR, mỗi cổng có 2 ngõ
vào và 1 ngõ ra.

Hình 2.15. Sơ đồ chân IC 7432
Thông số kĩ thuật IC 7432
Số chân

14

Điện áp hoạt động

2V – 6V DC

Dòng ngõ ra

5,2mA

Nhiệt độ hoạt động

-40°C đến 125°C
Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật IC 7432
19


2.3.6. IC 7447

Hình 2.16. IC 7474
IC 7474 là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung. IC
7447 chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung.Ứng dụng khi
ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng vi điều
khiển, hoặc muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển.

Hình 2.17. Sơ đồ chân IC 7447

20


Bảng chân lí:

INPUT

OUTPUT

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Bảng 2.9: Bảng chân lí IC 7447

21

2.3.7. Led 7 thanh

Hình 2.18. Led 7 thanh

Hình 2.19. Sơ đồ chân led 7 thanh
Thông số kĩ thuật led 7 thanh
Số chân

10

Điện áp rơi trên LED

2,2V

Dòng tối đa chạy qua mỗi LED

25mA

Dịng chạy bình thường

10mA

Bảng 2.10: Thơng số kĩ thuật led 7 thanh
22


Mã hiển thị led 7 thanh dạng nhị phân

Số hiển thị trên

led 7 đoạn

dp

g

f

e

d

c

b

a

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

2

1

0

1

0

0

1

0

0

3

1

0

1

1

0

0

0

0

4

1

0

0

1

1

0

0

1

5

1

0

0

1

0

0

1

0

6

1

0

0

0

0

0

1

0

7

1

1

1

1

1

0

0

0

8

1

0

0

0

0

0

0

0

9

1

0

0

1

0

0

0

0

Bảng 2.11: Bảng chân lí led 7 thanh
2.3.8. Một số linh kiện khác

Hình 2.21. điện trở 220 ohm

Hình 2.20 Cơng tắc bit 4 số

23




Mô phỏng mạch trừ 2 số nhị phân 4 bit sử dụng ic tích hợp:

Hình 2.22. Mạch trừ 2 số nhị phân 4 bit sử dụng IC tích hợp
2.3.9. Vẽ mạch in

Hình 2.23. Sơ đồ mạch ngun lí trên phần mềm proteus.

24