THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 6 docx

69
Bài 6: bộ logic và số học
(Arithmetic and Logic Circuits)
A. Phần tóm tắt lý thuyết
Bộ logic và số học (ALU) là một mạch tổ hợp, thực hiện một số thuật toán
logic và số học. Cấu tạo ALU bao gồm 1 bộ hợp kênh có các lối vào là các mạch
thực hiện các thuật toán số học hoặc logic . Các đầu chọn S
0
, S
1
của hợp kênh
làm nhiệm vụ chọn 1 thuật toán nào đó đợc thực hiện và cho kết quả ở lối ra của
hợp kênh .
Dới đây là một ví dụ về ALU 1 bit. Bằng 2 đầu chọn lọc S
0
, S
1
của hợp kênh 4
lối vào ta thực hiện đợc 1 thuật toán số học và 3 thuật toán logic : , Q
1
, Q
2
, Q
3

cho hai số nhị phân 1 bit .

Hoạt động của bộ ALU này tuân theo bảng chân lý dới đây. Thuật toán số
học nhờ mạch FA, các thuật toán logic nhờ cửa AND, OR và EXOR. Hợp kênh vào
4 ra 1 với hai đầu chọn lọc S
0
, S
1
sẽ dẫn thuật toán nào đến đầu ra Q.

S
1
S
0
Q
3
Q
2
Q
1

Q
0 0 x x x
0 1 x x Q
1
x
1 0 x Q
2
x x

1 1 Q
3
x x x

Q
1

Q
2

Q
3
Q
Q3=AB+AB
Q2=A+B
Q1=A.B
S0
S1
Ci
B
A
74LS153
I3a
I2a
I1a
I0a
S1
S0
I3b
I2b

I1b
I0b
Ea
Eb
Ya
Yb
FA
Ci
A
B
S
Co

70
Bộ logic số học 4 bit 74LS382 thuộc họ 74. Với 3 đầu vào chọn lọc S
0
,
S
1
, S
2
ta có thể thực hiện đợc 8 thuật toán cho hai số nhị phân 4 bit:
(A = A
3
A
2
A
1
A
0

và B = B
3
B
2
B
1
B
0
).






ở đây kể cả hai thuật toán CLEAR (F = 0000) và PRESET (F = 1111) thì tổng
số thuật toán thực hiện đợc là 8.
C
i
dùng cho phép tổng ,
i
C dùng cho phép hiệu.
C
0
là đầu chuyển đi cho cả bộ ALU này (Carry in = C
i
, Carry out = C
0
).
F

3
, F
2
, F
1
, F
0
là các đầu ra chức năng.
OVR là đầu ra vợt thang (OVERFLOW). Đầu ra OVR báo rằng kết quả của
thuật toán số học hoặc lớn hơn +7 hoặc bé hơn 8.
Minus : bớt đi hoặc trừ đi
Plus : thêm vào hoặc cộng vào.

BA : A hoặc tuyệt đối B
A + B : A hoặc B
A . B : A và B.
Ví dụ:
0011
1010
0123
0123
==
==
BBBBB
AAAAA

=
=+
=
=
0010.
1011
0111min
1101
BB
BA
BusA
BplusA

Phép toán 8 bit:

Với mỗi ALU 74LS382 ta thực hiện đợc các thuật toán hai số nhị phân
Đầu vào
S
2
S
1
S
0
Chức năng
0 0 0
0 0 1
0 1 0

0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
F = 0000 (clear)
F = B minus A minus 1 plus C
i

F = A minus B minus 1 plus C
i
F = A plus B plus C
i

F = A
B
F = A + B
F = A . B
F = 1111 (preset)
A1
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
Ci
S0
S1

S2
F3
F2
F1
F0
Co
Over
74LS382

71
4-bit . Muốn thực hiện các thuật toán với hai số nhị phân 8bit.
A = A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1

và B = B
7
B
6

B
5
B
4
B
3
B
2
B
1

thì phải ghép nối tiếp 2 ALU 74LS382. Ta làm nh sau:
ADD/SUB C
i
là đầu chuyển vào của tầng thứ nhất.
Đầu chuyển ra C
01
của tầng thứ nhất nối với đầu chuyển vào C
i
tầng thứ hai.
Các đầu chọn S
0
, S
1
, S
2
mắc song song. Kết quả F là một số nhị phân 8-bit :

01234567
FFFFFFFFF

=

C
02
là đầu chuyển ra của tầng thứ hai.











Co
F7
F6
F5
F4
F3
F2
F1
F0
SUB/ADD
S0
S1
S2
B7

B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
A1
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
Ci
S0
S1
S2
F3
F2
F1

F0
Co
Over
74LS382
A1
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
Ci
S0
S1
S2
F3
F2
F1
F0
Co
Over
74LS382

72
B. Phần thực nghiệm
1. Nghiên cứu hoạt động của ALU 74LS382
ở phần này ta nghiên cứu hoạt động của bộ logic số học 74ls382. Ngoài ra
sinh viên còn có thể tự nghiên cứu sự hoạt động của ALU 74ls181 ở địa chỉ:
[Digital By Function/Arithmetic/74ls181]. Đây là bộ logic số học có thể thực

hiện đợc 16 thuật toán.
Sơ đồ thí nghiệm:
S0
0V
S1
0V
S2
0V
F0
F1F2F3C0
Ci
0V
B3
0V
B2
0V
B1
0V
B0
0V
A3
0V
A2
0V
A1
0V
A0
0V
74LS382
A0

A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
Ci
S0
S1
S2
F3
F2
F1
F0
Co
Over


Các bớc tiến hành thí nghiệm:
Bớc1:

Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng:
01 ALU 74ls382 [User defined/Macro/74ls382]
12 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)
05 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9)
Bớc 2:

Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào nh sau:
A = 5

(10)
= 0101
B = 6
(10)
= 0110
Bớc 3:


73
- Bằng cách thay đổi các giá trị của S
0
,

S
1
, S
2
để thực hiện các thuật
toán khác nhau. Điền đầy đủ kết quả vào bảng số liệu sau:

Đầu ra
Đầu vào
C
i
= 0 C
i
= 1
S
2
S

1
S
0
Over C
0
F
3
F
2
F
1
F
0
Over C
0
F
3
F
2
F
1
F
0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0

1 1 1
- Giải thích kết quả thu đợc.
2. Thực hiện các phép toán với 2 số nhị phân 8 bit sử dụng ALU 74LS382
Mục đích là ta ghép 2 bộ ALU 4 bit (74LS382) để thực hiện các phép toán 2
số nhị phân 8 bit
Sơ đồ thí nghiệm:
ALU thứ hai
ALU thứ nhất
S0
0V
S1
0V
S2
0V
A4
0V
A5
0V
A6
0V
A7
0V
B4
0V
B5
0V
B6
0V
B7
0V

Ci
0V
B3
0V
B2
0V
B1
0V
B0
0V
A3
0V
A2
0V
A1
0V
A0
0V
Co
F7
F6 F5
F3 F2 F1
F0
F4
A0
A1
A2
A3
B0
B1

B2
B3
Ci
S0
S1
S2
F3
F2
F1
F0
Co
Over
74LS382
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
Ci
S0
S1
S2
F3
F2
F1
F0
Co

Over
74LS382

74

Các bớc tiến hành thí nghiệm:
Bớc1:

Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng:
02 ALU 74ls382 [User defined/Macro/74ls382]
20 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)
09 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9)
Bớc 2:

a. Thực hiện phép tổng 2 số nhị phân 8 bit: A = 57
10
, 28
10
.
- Chuyển 2 số A = 57
10
và B = 28
10
sang hệ nhị phân:
A = A
7
A
6
A
5

A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
= ( )
2
B = B
7
B
6
B
5
B
4
B
3
B
2
B
1
B
0
= ( )
2

- Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào A và B
- Tiến hành thí nghiệm, ghi đầy đủ kết quả vào bảng số liệu sau:
S
2
S
1
S
0
C
i1
A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
B
7
B

6
B
5
B
4
B
3
B
2
B
1
B
0
C
02
F
7
F
6
F
5
F
4
F
3
F
2
F
1
F

0
0 1 1 0
0 1 1 1
- So sánh kết quả:
F = 57
10
+ 28
10
= ( )
10

F = F
7
F
6
F
5
F
4
F
3
F
2
F
1
F
0
= ( )
2

b. Thực hiện phép hiệu 2 số nhị phân 8 bit: A = 57
10
, 28
10
.
- Chuyển 2 số A = 57
10
và B = 28
10
sang hệ nhị phân:
A = A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
= ( )
2
B = B
7

B
6
B
5
B
4
B
3
B
2
B
1
B
0
= ( )
2

- Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào A và B
- Tiến hành thí nghiệm, ghi đầy đủ kết quả vào bảng số liệu sau:
S
2
S
1
S
0
C
i1
A
7
A

6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
B
7
B
6
B
5
B
4
B
3
B
2
B
1
B
0
C

02
F
7
F
6
F
5
F
4
F
3
F
2
F
1
F
0
0 1 0 1
0 0 1 1

75
- Hãy giải thích kết quả trên:
c. Thực hiện thuật toán logic A
B với A = 57
10
, 28
10
.
- Chuyển 2 số A = 57
10

và B = 28
10
sang hệ nhị phân:
A = A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
= ( )
2
B = B
7
B
6
B
5
B
4
B

3
B
2
B
1
B
0
= ( )
2

- Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào A và B
- Tiến hành thí nghiệm, ghi đầy đủ kết quả vào bảng số liệu sau:
S
2
S
1
S
0
C
i1
A
7
A
6
A
5
A
4
A
3

A
2
A
1
A
0
B
7
B
6
B
5
B
4
B
3
B
2
B
1
B
0
C
02
F
7
F
6
F
5

F
4
F
3
F
2
F
1
F
0
1 0 0 0
1 0 0 1
- Hãy kiểm tra lại kết quả trên.
3. Kiểm tra kiến thức
Hãy thiết kế mạch có sơ đồ sau:

Chứng minh nó là ALU 4 bit hoạt động theo bảng chân lý sau:


76

S
1
S
0
C
1
F
0 0 0 F = B
1 0 0

F =
B
0 1 0 F = A plus B
1 1 1 F = A minus B
Ghi chú:
Bộ tổng toàn phần FA ta có thể sử dụng IC 74LS183 ở địa chỉ:
[User Difined/Macro/74LS183].










77
C. Phô lôc
Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng
dông sö dông trong bµi thùc hµnh.
1. Bé logic vµ sè häc 4 bÝt (4 bit Arithmetic Logic Unit)
Tªn IC: 74x181 (TTL)

78

2. Bé logic vµ sè häc 4 bÝt (4 bit Arithmetic Logic Unit)
Tªn IC: 74x382 (TTL)













79

80
Bài 7: trigơ
(Trigger)
A. Phần tóm tắt lý thuyết
Mạch logic đợc phân làm hai loại : Mạch tổ hợp (Combinational circuits) và
mạch dãy (Sequential circuits).
Mạch logic tổ hợp
là mạch mà đầu ra của nó chỉ phụ thuộc vào giá trị các
đầu vào ở thời điểm hiện tại không phụ thuộc vào giá trị đầu vào ở thời điểm
trớc đó. Các cửa logic cơ bản, các phân kênh - hợp kênh, mạch giải mã, mạch số
học là những mạch logic tổ hợp.
Mạch logic dãy
là mạch mà mỗi đầu ra của nó không những chỉ phụ
thuộc vào các đầu vào hiện tại mà còn phụ thuộc trạng thái quá khứ của các đầu
vào. Nh vậy trong mạch dãy có các phần tử nhớ (memory elements). Trigơ đợc
xếp vào loại mạch dãy. Trigơ có hai trạng thái cân bằng. Khi có tín hiệu tác dụng
vào đầu vào, trigơ sẽ ở một trong hai trạng thái cân bằng này. Điều lý thú ở chỗ,

khi ngừng tác dụng tín hiệu trigơ vẫn duy trì trạng thái cân bằng cũ, nghĩa là có
tính chất nhớ. Trigơ chỉ chuyển trạng thái khi có tín hiệu thích hợp tác dụng
vào đầu vào .
1. Trigơ RS.
Sơ đồ logic, ký hiệu logic và bảng chân lý của trigơ RS xây dựng từ cửa
không hoặc.









S R
Q
Q
0 0
0 1
1 0
1 1
Không đổi
0 1
1 0
Không xác định
Q
Q
R
S

S
R Q
_
Q