Hướng dẫn khai thác bộ thí nghiệm digiB

ỗi ngõ ra của vi mạch 74LS138 có
biểu thức là một tổng của các biến ngõ vào (maxterm). Đối với 74LS151,
ngõ ra của vi mạch cũng có dạng tổng của các tích. Từ các nhận xét đó, có
thể thấy là hàm có thể được thiết kế với các vi mạch chức năng.
Kiểm tra
Kiểm tra sự chính xác của hàm đã thiết kế.
digiB
www.dientuvn.com
33
Bên cạnh việc tạo hàm 3 biến, thử dùng vi mạch 74LS151 để thiết kế
hàm 4 biến sau  ( , , , ) 0,1,3,4,6,7,8,10,12,13f x y z w m
6. THIẾT KẾ MỘT SỐ MẠCH TỔ HỢP
Mục đích
Trong phần này, người thực hành được tự do sử dụng các module B-
MAIN, DI, DO, CLG, và CLF để thiết kế hệ tổ hợp.
Phần này chỉ đưa ra một số gợi ý thiết kế. Người hướng dẫn có thể tùy
ý ra yêu cầu thiết kế.
Thí nghiệm 6.1
Thiết kế mạch thực hiện cộng trừ 2 số 4-bit được biểu diễn dưới dạng bù 2.
Kết quả có thể hiển thị lên led đơn hoặc led 7 đoạn.
Thí nghiệm 6.2
Thiết kế một ALU 4-bit, thực hiện được các phép toán số học +/-, và logic AND,
NOT. Phép tính được chọn tùy thuộc vào một tín hiệu điều khiển kích thước 2-
bit.
PHẦN 2 - THIẾT KẾ MẠCH TUẦN TỰ
Mạch tuần tự là các mạch mà ngõ ra của nó phụ thuộc vào ngõ vào và trạng
thái hiện tại của ngõ ra. Các mạch tuần tự được xây dựng từ các thành phần
nhớ cơ bản là flip-flop và chốt. Các thành phần này sẽ giữ lại trạng thái hiện tại
của mạch, giúp xác định chính xác trạng thái kế tiếp ở ngõ ra.
digiB
www.dientuvn.com
34
7. CÁC THÀNH PHẦN TUẦN TỰ CƠ BẢN
Mục đích
Khảo sát các thành phần tuần tự cơ bản D-FF và JK-FF
Thiết kế các hệ tuần tự cơ bản từ các cổng logic.
Lý thuyết cơ bản
Bảng hoạt động của D-FF (74LS74) và JK-FF (74LS112) được mô tả trong
bảng sau
Sơ đồ chân và bảng hoạt động của D-FF kích cạnh dương 74LS74
digiB
www.dientuvn.com
35
Sơ đồ chân và bảng hoạt động của JK-FF kích cạnh âm 74LS112
Thí nghiệm 7.1
Khảo sát hoạt động của D-FF và JK-FF.
Hướng dẫn
Sử dụng module B-MAIN, DI, DO, SD.
Cấp nguồn +5V từ B-MAIN cho các module DI, DO, và SD. Chân cấp
nguồn có ký hiệu +12V trên module DI dùng cho CMOS nên có thể bỏ
trống vì không cần sử dụng.
Nối các ngõ vào của flip flop đến các switch trên DI, nối ngõ ra của flip
flop đến led đơn trên DO.
Dựa trên bảng sự thật khảo sát lại hoạt động của các cổng này. Lưu ý:
D-FF có clock kích cạnh lên và JK-FF có clock kích cạnh xuống.
digiB
www.dientuvn.com
36
Module SD chứa các thành phần tuần tự cơ bản
Kiểm tra
Xác nhận hoạt động của các thành phần tuần tự cơ bản này.
8. THIẾT KẾ HỆ TUẦN TỰ TỪ CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN
Mục đích
Nắm được nguyên tắc chung để thiết kế hệ tuần tự từ các thành phần
nhớ cơ bản.
Thiết kế các dạng bộ đếm khác nhau.
digiB
www.dientuvn.com
37
Lý thuyết cơ bản
Trong phần này, người thực hành sẽ nắm được cách thiết kế các mạch đếm
dạng nối tiếp hoặc song song từ các thành phần tuần tự cơ bản và các cổng
logic.
Thí nghiệm 8.1
Thiết kế mạch đếm lên từ 0 đến 5 dạng nối tiếp sử dụng D-FF.
Hướng dẫn
Sử dụng module B-MAIN, DI, DO, CLG, SD.
Cấp nguồn +5V từ B-MAIN cho các module DI, DO, CLG và SD. Chân
cấp nguồn có ký hiệu +12V trên module DI dùng cho CMOS nên có thể
bỏ trống vì không cần sử dụng.
Ngõ vào xung clock có thể được lấy từ nguồn clock chuẩn trên B-MAIN
(standard clock 1Hz, TTL), hoặc từ các switch trên DI. Ngõ vào preset, clear
có thể được lấy từ switch trên DI. Ngõ ra của bộ đếm được đưa đến các led
đơn trên DO để kiểm tra (hoặc có thể đưa vào khối led 7 đoạn trên module
DO để đọc giá trị).
Với mạch đếm từ 0 đến 5 (6 trạng thái), 3 D-FF sẽ được sử dụng. Vì là
mạch đếm lên và clock kích cạnh lên nên ngõ ra Q’ của flip-flop trước sẽ
được nối đến ngõ vào clock của flip-flop sau. Tín hiệu reset (để xóa trạng
thái của bộ đếm về 0) sẽ tích cực khi ngõ ra Q2Q1Q0 của mạch có giá trị là
6. Tín hiệu reset này sẽ được tạo từ một mạch tổ hợp tương ứng. Cấu trúc
mạch có dạng tương tự như sau (sơ đồ chỉ mang tính tham khảo)
digiB
www.dientuvn.com
38
Kiểm tra
Xác nhận hoạt động của mạch.
Thí nghiệm 8.2
Thiết kế mạch đếm lên từ 0 đến 7 dạng song song dùng JK-FF.
Hướng dẫn
Thực hiện tương tự thí nghiệm 8.1.
Một số thay đổi quan trọng: ngõ vào clock được nối song song giữa các
flip-flop. Không có mạch tạo tín hiệu preset, clear. Thay vào đó, người thiết
kế cần tính mạch tổ hợp cho các ngõ vào J, K của flip-flop.
Người thiết kế cần xây dựng bảng trạng thái hiện tại – kế tiếp để có thể
xác định được bảng kích thích cho mạch. Sử dụng bảng kích thích để thiết
kế hệ tổ hợp cho các ngõ vào J, K của các flip-flop.
3 ngõ ra của flip-flop có thể đưa đến khối led 7 đoạn trên module DO.
Gợi ý: cấu trúc mạch có dạng tương tự như sau (sơ đồ chỉ mang tính
tham khảo)
digiB
www.dientuvn.com
39
Mô hình tham khảo cho thí nghiệm 8.2
Kiểm tra
Xác nhận hoạt động của mạch.
9. CÁC VI MẠCH TUẦN TỰ CHỨC NĂNG
Mục đích
Khảo sát một số mạch tuần tự chức năng như bộ đếm, thanh ghi dịch
74LS164, 74LS165, 74LS393, 74LS193, 74LS194.
Ứng dụng các vi mạch chức năng này.
Lý thuyết cơ bản
Dưới đây là bảng sự thật và sơ đồ chân của các vi mạch chức năng. Để khảo
sát đầy đủ hơn có thể tham khảo datasheet của các vi mạch này.
digiB
www.dientuvn.com
40
Thanh ghi dịch nối tiếp sang song song 74LS164
Thanh ghi dịch song song sang nối tiếp 74LS165
digiB
www.dientuvn.com
41
Bộ đếm lên/xuống đồng bộ 4-bit 74LS193
Thanh ghi dịch 2 chiều 4-bit 74LS194
digiB
www.dientuvn.com
42
Hai bộ đếm 4-bit 74LS393
Thí nghiệm 9.1
Khảo sát hoạt động của các vi mạch đếm và thanh ghi dịch trên.
Hướng dẫn
Sử dụng module B-MAIN, DI, DO, CLG và SD.
Cấp nguồn +5V từ B-MAIN cho các module DI, DO, CLG và SD. Chân
cấp nguồn có ký hiệu +12V trên module DI dùng cho CMOS nên có thể
bỏ trống vì không cần sử dụng.
Ngõ vào xung clock cho bộ đếm và thanh ghi dịch có thể được lấy từ
nguồn clock chuẩn trên B-MAIN (standard clock 1Hz, TTL), hoặc từ các
switch trên DI. Các ngõ vào khác có thể được lấy từ các switch trên DI. Ngõ
ra của bộ đếm và thanh ghi dịch được đưa đến các led đơn trên DO để
digiB
www.dientuvn.com
43
kiểm tra (ngõ ra bộ đếm có thể đưa vào khối led 7 đoạn trên module DO để
đọc giá trị cho thuận tiện).
Module SLF chứa các vi mạch tuần tự chức năng
Kiểm tra
Thực hiện khảo sát chức năng của các vi mạch. Lưu ý ngõ vào phải nối
đến module DI, ngõ ra phải nối đến module DO.
10.ỨNG DỤNG CÁC VI MẠCH TUẦN TỰ CHỨC NĂNG
Mục đích
Ứng dụng các vi mạch chức năng trong thiết kế hệ tuần tự.
digiB
www.dientuvn.com
44
Phối hợp các vi mạch tuần tự và tổ hợp.
Thí nghiệm 10.1
Thiết kế bộ đếm lên 8-bit.
Hướng dẫn
Sử dụng module B-MAIN, DI, DO, CLG và SD.
Gợi ý: có thể dùng vi mạch 74LS393. Vi mạch này bao gồm 2 bộ đếm 4-
bit, thử tìm cách nối tiếp 2 bộ đếm này.
Ngõ ra của bộ đếm có thể được đưa đến khối led đơn trên DO để kiểm
tra.
Thí nghiệm 10.2
Thiết kế bộ đếm lên có 24 trạng thái từ 0 đến 23.
Hướng dẫn
Sử dụng module B-MAIN, DI, DO, CLG và SD.
Kết hợp vi mạch đếm 74LS393 với module tổ hợp CLG để tạo tín hiệu
reset khi ngõ ra của bộ đếm đạt đến giá trị 24.
Ngõ ra của bộ đếm được nối đến khối led đơn trên module DO.
11.THIẾT KẾ MỘT SỐ MẠCH TUẦN TỰ MỞ RỘNG
Thí nghiệm 11.1
Thiết kế đồng hồ số bao gồm tín hiệu phút và giây. Để đơn giản, đồng hồ
không cần tín hiệu chỉnh, mặc định chạy từ 00:00.
Hướng dẫn
digiB
www.dientuvn.com
45
Sử dụng module B-MAIN, DI, DO, CLG và SD.
Ngõ vào của đồng hồ là tín hiệu xung clock 1Hz.
Ngõ ra của tín hiệu phút và giây có thể được đưa đến khối led 7 đoạn
trên module DO để khảo sát.
PHẦN 3 - THIẾT KẾ MÁY TRẠNG THÁI
12.MÁY MOORE
Mục đích
Lý thuyết cơ bản
Thí nghiệm 12.1
Hướng dẫn
Kiểm tra
13.MÁY MEALY
Mục đích
Lý thuyết cơ bản
Thí nghiệm 13.1
Hướng dẫn
Kiểm tra
PHẦN 4 - THÍ NGHIỆM MẠCH NHỚ
Các vi mạch nhớ như ROM và RAM cũng có thể được sử dụng để thiết kế các
hệ tổ hợp. Lúc này các ngõ vào địa chỉ đóng vai trò là các biến của hệ tổ hợp,
digiB
www.dientuvn.com
46
ngõ ra dữ liệu của mạch nhớ chính là giá trị hàm. Như vậy, một bộ nhớ với 8
đường dữ liệu và 12 đường địa chỉ có thể biểu diễn được 8 hàm đồng thời,
trong đó mỗi hàm có tối đa 12 biến.
14.KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC VI MẠCH NHỚ
Mục đích
Khảo sát hoạt động của các vi mạch nhớ thông dụng là ROM và RAM.
Nắm được cách thức truy xuất bộ nhớ.
Để nắm được chi tiết về hoạt động của các vi mạch này, người thực
hành nên tham khảo thêm datasheet của các vi mạch trước khi bắt đầu thí
nghiệm.
Lý thuyết cơ bản
Sơ đồ chân và mô tả chức năng của hai vi mạch nhơ tiêu biểu là 28C64 và
6264 được tóm tắt như sau
Sơ đồ chân chức năng của bộ nhớ EEPROM 8Kx8 AT28C64
digiB
www.dientuvn.com
47
Sơ đồ chân chức năng của bộ nhớ RAM 8Kx8 HM6264
Thí nghiệm 14.1
Khảo sát hoạt động của vi mạch RAM HM6264.
Hướng dẫn
Sử dụng module B-MAIN, DI, DO và MEM.
Hai tín hiệu CE-ROM và CE-RAM tích cực mức thấp dung để cho phép
các vi mạch ROM và RAM được phép hoạt động. Tại một thời điểm chỉ có
một trong hai tín hiệu được phép tích cực. Vì các tín hiệu này sử dụng
chung bus dữ liệu nên nếu cả hai vi mạch được cho phép đồng thời thì sẽ
xảy ra hiện tượng tranh chấp bus.
digiB
www.dientuvn.com
48
Nối các ngõ vào đến module DI, nối ngõ ra đến khối led đơn của module
DO. Khảo sát vi mạch nhớ RAM bằng cách thử ghi một giá trị ngẫu nhiên
vào bộ nhớ, sau đó đọc vị trí bộ nhớ này để kiểm tra sự chính xác của dữ
liệu.
Module MEM chứa bộ nhớ RAM và ROM 8Kx8
Thí nghiệm 14.2
Thực hiện hiển thị 8 ô nhớ đầu tiên của vi mạch ROM AT28C64 lên led ma trận
của module DO.
digiB
www.dientuvn.com
49
Hướng dẫn
Ngoài các module B-MAIN, DI, DO, MEM, người sử dụng cần phối hợp
thêm các module tổ hợp và tuần tự.
Lưu ý là khối led ma trận được thiết kế với tín hiệu hàng và cột đều có
mức tích cực là 1.
Một bộ đếm sẽ quét liên tục các ô nhớ của bộ nhớ (bằng cách kết nối
với ngõ vào địa chỉ của bộ nhớ), bộ đếm này cũng đồng bộ với tín hiệu quét
hàng của khối led ma trận. Dữ liệu từ ngõ ra của bộ nhớ sẽ được đưa đến
cột.
Vẽ sơ đồ thiết kế trước khi thực sự kết nối mạch.
PHẦN 5 - THÍ NGHIỆM MẠCH BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ
PHẨN 6 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ