Thực Hiện Hàm Boolean Trên Breadboard Bằng Mạch Logic Và IC Chức Năng

Chuyên khảo phân tích Implementation of boolean function on breadboard with logic gates and functional ics, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

lab manual
84
4
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

1. LAB 1: IMPLEMENTATION OF BOOLEAN FUNCTION ON BREADBOARD WITH LOGIC GATES AND FUNCTIONAL ICS

1.1. IMPLEMENTATION OF DIGITAL CIRCUIT ON BREADBOARD

1.2. OBJECTIVES

1.3. LAB PREPARATION

1.4. LAB INSTRUCTION

1.4.1. EXPERIMENT 1

1.4.2. EXPERIMENT 2

1.4.3. EXPERIMENT 3

1.4.4. EXPERIMENT 4

1.4.5. EXPERIMENT 5

2. LAB 2: IMPLEMENTATION OF BASIC LOGIC GATES AND FUNCTIONAL ICs ON FPGA

2.1. PRELAB

2.2. PREPARATION 1

2.3. PREPARATION 2

2.4. PREPARATION 3

2.5. PREPARATION 4

2.6. PREPARATION 5

APPENDIX 1: QUARTUS AND UBUNTU INSTALLATION ON WINDOWS

APPENDIX 2: DIGITAL CIRCUIT DESIGN FLOW USING SYSTEMVERILOG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hàm Boolean và Breadboard

Hàm Boolean là một phần quan trọng trong thiết kế mạch logic. Nó cho phép biểu diễn các mối quan hệ logic giữa các biến đầu vào và đầu ra. Việc thực hiện các hàm này trên breadboard giúp sinh viên có thể trực tiếp quan sát và kiểm tra các mạch logic. Breadboard là một công cụ hữu ích cho việc lắp ráp mạch điện mà không cần hàn, cho phép thay đổi linh hoạt các kết nối. Việc sử dụng breadboard trong thực hành giúp sinh viên nắm vững các khái niệm cơ bản về mạch logicIC chức năng. Theo tài liệu, sinh viên sẽ thực hiện các hàm Boolean đơn giản như AND, OR, NOT và các hàm phức tạp hơn bằng cách sử dụng các logic gateIC. Điều này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp trong lĩnh vực điện tử.

II. Hướng dẫn thực hiện mạch logic trên Breadboard

Khi thực hiện mạch logic trên breadboard, có một số điểm quan trọng cần lưu ý. Đầu tiên, việc lắp đặt DIP (Dual Inline Package) phải được thực hiện cẩn thận để đảm bảo các chân không bị cong. Sinh viên cần đảm bảo rằng các chân của DIP không chạm vào nhau và phải sử dụng các lỗ trên breadboard một cách hợp lý. Thứ hai, việc kết nối đầu vào và đầu ra cũng rất quan trọng. Các mức logic đầu vào được xác định rõ ràng, với mức HIGH (1) và LOW (0) được quy định theo tiêu chuẩn TTL. Việc sử dụng DIP switches để cung cấp tín hiệu đầu vào và hiển thị đầu ra qua LED là một phần không thể thiếu trong quá trình thực hiện. Điều này giúp sinh viên có cái nhìn trực quan về cách hoạt động của các mạch logic.

III. Thiết kế mạch và thực hiện hàm Boolean

Trong phần này, sinh viên sẽ thực hiện các hàm Boolean cụ thể như F(a,b) = a + b. Việc thiết kế mạch sẽ bao gồm việc xác định các IC cần thiết và cách kết nối chúng trên breadboard. Sinh viên sẽ học cách sử dụng các logic gate như NAND, NOR để thực hiện các hàm Boolean. Việc tối ưu hóa mạch cũng là một phần quan trọng, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách giảm thiểu số lượng linh kiện và cải thiện hiệu suất của mạch. Các ví dụ cụ thể về việc sử dụng IC như 74LS00, 74LS02 sẽ được trình bày để minh họa cho sinh viên cách thực hiện các hàm Boolean một cách hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hàm Boolean trong thiết kế mạch

Hàm Boolean không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn rất lớn trong thiết kế mạch điện tử. Việc hiểu và thực hiện các hàm Boolean trên breadboard giúp sinh viên chuẩn bị tốt cho các dự án thực tế trong tương lai. Các ứng dụng của hàm Boolean có thể thấy rõ trong các thiết bị điện tử hàng ngày, từ các mạch điều khiển đơn giản đến các hệ thống phức tạp như máy tính và thiết bị thông minh. Việc thực hành trên breadboard cũng giúp sinh viên phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy logic, những kỹ năng cần thiết trong ngành điện tử.

01/02/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIET NAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY – UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERING DEPARTMENT OF ELECTRONICS --oOo— INTRODUCTION TO COMPUTING LABORATORY MANUAL 0 0 TABLE OF CONTENT ABOUT THE MANUAL. 1 LAB 1: IMPLEMENTATION OF BOOLEAN FUNCTION ON BREADBOARD WITH LOGIC GATES AND FUNCTIONAL ICS. IMPLEMENTATION OF DIGITAL CIRCUIT ON BREADBOARD.13 LAB 2: IMPLEMENTATION OF BASIC LOGIC GATES AND FUNCTIONAL ICs ON FPGA. 34 APPENDIX 1: QUARTUS AND UBUNTU INSTALLATION ON WINDOWS.

UBUNTU INSTALLATION ON WINDOWS. Download and install Xming and WSL2:. Install Ubuntu on Windows:. Some basic commands in Linux.

53 APPENDIX 2: DIGITAL CIRCUIT DESIGN FLOW USING SYSTEMVERILOG. COMBINATIONAL LOGIC MODELING.55 Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 2 0 0 C. SEQUENTIAL LOGIC/FSM MODELING.70 Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 1 0 0 ABOUT THE MANUAL This document is intended to serve as a lab manual for students enrolled in Introduction to Computing Lab at HCMC University of Technology. All the Lab Experiment is designed for students to: - Implement combinational and sequential systems on testboard, using digital ICs.

- Implement digital systems on FPGA, using SystemVerilog. There are 4 labs: Lab 1 – Implementation of Boolean function on breadboard with Logic Gates and Functional ICs. Lab 2 – Implementation of Boolean function on FPGA with Logic Gates and Functional Digital ICs. Lab 3 – Implement Arithmetic Circuits and Sequential Circuit on breadboard.

Lab 4 – Implement Arithmetic Circuits and Sequential Circuit on FPGA. In order to complete the lab on time, all students are required to do prelabs before each class. 0 0 Lab 1: Implementation of Boolean function on breadboard with logic gates and functional ICs LAB 1:IMPLEMENTATION OF BOOLEAN FUNCTION ON BREADBOARD WITH LOGIC GATES AND FUNCTIONAL ICS Student’s name: Class: Student ID: Date: A. IMPLEMENTATION OF DIGITAL CIRCUIT ON BREADBOARD Breadboard is the component on which the circuits can be set up and external experiments can be done.

The information about usage is given in Figure 1.1: Breadboard connections  Remember these points when implement digital circuits on breadboard: - Inserting a DIP – Dual Inline Package: Before you insert a DIP into the breadboard, make sure all pins are straight. When you insert a DIP in the breadboard, make sure that the pins on one side of the DIP are not connected to the pins on the other side of the DIP. This means that the DIP must straddle one of the long gaps that divide the breadboard into separate sections. - Providing access to the DIP: Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 3 0 0 As you wire your circuit, be sure to leave yourself easy access to the DIP's pins so that you can touch them with a probe and so that you can replace the DIP without disconnecting any wires.

In particular:  Never pass a wire over a DIP. Instead, route the wires around the DIP.  When you run wires to a DIP, use the breadboard holes farther away from the DIP before you use the holes that are closer. - Removing a DIP: Do not use your fingers to remove a DIP from the breadboard.

It's too easy for your fingers to slip, causing the DIP to twist. This results in bent pins. Instead, use a chip puller to gently pull the chip up from the board. - Input and output connections: There are two logic levels of input data: HIGH (1) level and LOW (0) level.

In this course, almost digital ICs are TTL, in which HIGH level and LOW level are prescribed as below: Input: the signal is called HIGH when the voltage is between 2V and 5V, and LOW when the voltage is from 0 to 0. Output: the signal is called HIGH when the voltage is between 2.7V and 5V, and LOW when the voltage is from 0 to 0. We usually apply 5V to implement HIGH level signal and 0V for LOW level signal. In this lab, DIP switches are used to supply input signal.

Several ways of input connections are shown in Figure 1.2; resistors in these circuits are usually chosen 10 Kohm. It is recommended that students implement input circuit as in Figure 1.2 (c), in which the signal equal 1 when the switch is at upper position and vice versa.2: Input connections 0 0 Lab 1: Implementation of Boolean function on breadboard with logic gates and functional ICs Outputs are commonly displayed in LEDs, bar-LEDs, 7-segment LEDs,… Figure 1.3 shows how to connect the output to LED; LEDs in the left circuit will be on when the signal is 1 while level 1 signal turn off the lights in the right circuit. Resistors in output circuits are usually chosen 1 Kohm.3: Output connections Example: Implement function �(�, � ) = � + .4: Implementation of Boolean function F(a,b) = a + b Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 4 0 0 Figure 1.5: Implementation of Boolean function F(a,b) = a + b – application circuit. What is numbering principle in DIP IC? 2.

Identify X, Y, Z, W in four circuits below: 3. If f1,f2,f3,f4 are respectively 0,1,1,0. Indentify status of each LEDs in below figure. Hoàn thành bảng sau (xem datasheet của chúng) IC Definition Pins 74LS00 4 cổng NAND 14-VCC; 7-GND; 3 = 1 nand 2; 6 = 4 nand 5; …….

0 0 74LS02 74LS04 74LS08 74LS32 74LS86 74LS125 74LS126 74LS138 74LS151 5. Compare IC 74LS125 and IC 74LS126. Explain the difference between these 2 ICs. Implement boolean function �(�, �, �) =  .

� + � � : ICs and quantity: Circuit implementation (remember to note pin numbers on ICs) 0 0 Lab 1: Implementation of Boolean function on breadboard with logic gates and functional ICs 7. Implement boolean function �(�, �, �) =  . � + � � using NAND2 gates (2-input NAND gates). Convert the function using NAND equivalents: Circuit implementation (remember to note pin numbers on ICs) 8.

Implement Boolean function �(�, �, �) = m1 + m3 + m6 (z is LSB): Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 8 0 0 Write F in SOP form: List all ICs used to implement the circuit: Circuit implementation (remember to note pin numbers on ICs) 9. Implement boolean function �(�, �, �) = m1 + m3 + m6, using NOR2 gates (2-input NOR gates) Convert the function using NOR equivalents: Circuit implementation (remember to note pin numbers on ICs) 0 0 10. Given following circuit: Write �(�, �, �) expression in SOP Circuit implementation (remember to note pin numbers on ICs) 0 0 11. 0 0 Lab 1: Implementation of Boolean function on breadboard with logic gates and functional ICs 12.

Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 12 0 0 B. OBJECTIVES: - Getting familiar with TTL 74LS series IC. - Implementation of simplified Boolean functions with different logic gate combinations. - Getting to know functional combinational ICs.

LAB PREPARATION: Students have to complete Prelab before class. Students without lab preparation won’t be allowed to join in the class. LAB INSTRUCTION: EXPERIMENT 1 Objectives: Implementation of a function math � (� , � , �) = . � + � � in AND – OR form. Equipments: - Analog Discovery Studio - Integrated Circuits (ICs) : 74LS04, 74LS08, 74LS32 - Connection wires.

Procedure: - Construct the circuit and apply the power (remember to note pin numbers on ICs). - Apply all possible combinations to the inputs; obtain the output values then take note of the output fTest in the Table 1. x y z f fTest fnand 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Table 1.1 0 0 Student’s implementation on breadboard:  Draw the schematic that implement F using NAND equipvalents. NAND equipvalent circuit – application circuit.

0 0 - Construct the circuit and apply the power (remember to note pin numbers on ICs). - Apply all possible combinations to the inputs and obtain and take note of the outputs fNAND in the Table 1.1 Student’s implementation on breadboard EXPERIMENT 2 Objectives: Implementation of a boolean function given in the truth table (Figure 1. Equipments: - Analog Discovery Studio - Integrated Circuits (ICs) : 74LS04, 74LS08, 74LS32 - Connection wires. Procedure: 0 0 - Construct the circuit and apply the power (remember to note pin numbers on ICs).

- Apply all possible combinations to the inputs; obtain the output values then take note of the output fTest in the Table 1. - Write the Boolean expression: F = x y z f fTest fnor 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 Table 1.2 0 0 Student’s implementation on breadboard  Draw the schematic that implement F using NOR equipvalents. NOR equipvalent circuit – application circuit. 0 0 - Construct the circuit and apply the power (remember to note pin numbers on ICs).

- Apply all possible combinations to the inputs; obtain the output value then take note of the outputs fNOR in the Table 1. Student’s implementation on breadboard EXPERIMENT 3 Objectives: Implementation of a boolean function given in the following schematic.6 Equipments: - Analog Discovery Studio - Integrated Circuits (ICs) : 74LS04, 74LS08, 74LS32, 74LS86. Procedure: - Construct the circuit and apply the power (remember to note pin numbers on ICs). - Apply all possible combinations to the inputs; obtain the output value then take note of the outputs F1 in the Table 1.

x y z F1 F2 0 0 Lab 1: Implementation of Boolean function on breadboard with logic gates and functional ICs 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Table 1.3 Student’s implementation on breadboard  Optimize boolean function F1 and draw the schematic: F2 = Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 19 0 0 - Construct the circuit and apply the power (remember to note IC codes and their pin numbers). - Apply all possible combinations to the input; obtain the output value then take note of the outputs F2 in the Table 1. Student’s implementation on breadboard  Give your comments on F1 and F2 results: EXPERIMENT 4 Objectives: Implementation of a Boolean function �(�, �, �) = ∑(2,3,5,7) by using a 8x1 Multiplexer. Connection diagram and function table: 0 0 Equipments: - Analog Discovery Studio - Integrated Circuits (ICs): 74LS151, 74LS04.

Procedure: Draw the schematic diagram to implement the boolean function using 74LS151. Application cicruit 0 0 Lab 1: Implementation of Boolean function on breadboard with logic gates and functional ICs - Construct the circuit and apply the power (remember to note IC pin numbers). - Apply all possible combinations to the inputs and obtain and take note of the outputs F Test in the Table 1.4 Electronics Department Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam 22 0 0 Student’s implementation on breadboard EXPERIMENT 5 Objectives: Implementation of a Boolean function (�, �, �) = ∑(2,3,5,7) by using a 3x8 Decoder. Equipments: x y z f fTest - Analog Discovery Studio 0 0 0 - Integrated Circuits (ICs): 74LS138, and other logic 0 0 1 gates.

0 1 1 Connection diagram and function table: 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Table 1.5 0 0 Procedure: Draw the schematic diagram to implement the boolean function using 74LS138. Application cicruit 0 0 - Construct the circuit and apply the power (remember to note IC pin numbers). - Apply all possible combinations to the inputs and obtain and take note of the outputs F Test in the Table 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Hướng Dẫn Thực Hiện Hàm Boolean Trên Breadboard Với Mạch Logic Và IC Chức Năng" cung cấp cho độc giả một cái nhìn tổng quan về cách thực hiện các hàm Boolean trên breadboard, sử dụng mạch logic và IC chức năng. Nội dung bài viết không chỉ hướng dẫn chi tiết từng bước thực hiện mà còn giải thích rõ ràng các khái niệm cơ bản liên quan đến mạch logic, giúp người đọc dễ dàng nắm bắt và áp dụng vào thực tế. Việc hiểu và thực hành các hàm Boolean là rất quan trọng trong lĩnh vực điện tử, vì nó là nền tảng cho việc thiết kế và phát triển các mạch điện phức tạp hơn.

Nếu bạn muốn mở rộng kiến thức của mình về các dự án điện tử khác, hãy tham khảo bài viết Hcmute thiết kế và thi công bộ truyền nhận theo giao thức spi wishbone, nơi bạn sẽ tìm thấy thông tin hữu ích về giao thức truyền nhận dữ liệu. Ngoài ra, bài viết Đồ án hcmute thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh trong labview cũng sẽ giúp bạn hiểu thêm về ứng dụng xử lý ảnh trong các hệ thống kiểm tra sản phẩm. Cuối cùng, bạn có thể khám phá thêm về Đồ án ii thiết kế mạnch giám sát và điều khiển thiết bị sử dụng vi điều khiển, một chủ đề liên quan đến việc giám sát và điều khiển thiết bị điện tử. Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực điện tử.