Báo cáo kết quả thí nghiệm cổng logic và IC chức năng cơ bản

Báo cáo chuyên đề kỹ thuật về kết quả thí nghiệm môn kỹ thuật số bài thí nghiệm 1 các cổng logic và ic chức năng cơ bản, điều tra khảo sát thực tế, phân tích tổng hợp kết quả, đề

• Tác giả: Trần Huy Hoàng
• Người hướng dẫn: GVHD: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Số
• Đề tài: Kết Quả Thí Nghiệm Cổng Logic Và IC Chức Năng Cơ Bản
• Loại tài liệu: báo cáo
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. BÀI THÍ NGHIỆM 1: CÁC CỔNG LOGIC VÀ IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN. CHUẨN BỊ
• 2. BÀI THÍ NGHIỆM 2: THỰC HIỆN CÁC IC CHỨC NĂNG TRÊN FPGA
• 3. BÀI THÍ NGHIỆM 3: THIẾT KẾ HỆ TỔ HỢP, THIẾT KẾ HỆ TUẦN TỰ
• 4. BÀI THÍ NGHIỆM 4: THỰC HIỆN HỆ TỔ HỢP VÀ HỆ TUẦN TỰ CƠ BẢN TRÊN FPGA
• 5. BÀI THÍ NGHIỆM 5
• 6. BÀI THÍ NGHIỆM 6
• 7. BÀI THÍ NGHIỆM 7

Tóm tắt

I. Giới thiệu về cổng logic và IC chức năng

Cổng logic là các thành phần cơ bản trong mạch điện tử, thực hiện các phép toán logic như AND, OR, NOT, XOR, NAND, và NOR. Các cổng này được sử dụng để xây dựng các mạch số phức tạp hơn. IC chức năng là các mạch tích hợp có khả năng thực hiện các chức năng logic cụ thể, giúp đơn giản hóa thiết kế mạch. Việc hiểu rõ về cổng logic và IC chức năng là rất quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật số.

1.1. Các loại cổng logic

Các loại cổng logic cơ bản bao gồm cổng AND, OR, NOT, XOR, NAND, và NOR. Mỗi loại cổng có chức năng riêng biệt và được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, cổng AND chỉ cho phép tín hiệu đầu ra là 1 khi tất cả các tín hiệu đầu vào đều là 1. Ngược lại, cổng OR cho phép tín hiệu đầu ra là 1 nếu ít nhất một trong các tín hiệu đầu vào là 1. Việc sử dụng đúng loại cổng logic là rất quan trọng trong thiết kế mạch số.

II. Kết quả thí nghiệm cổng logic

Thí nghiệm khảo sát hoạt động của các cổng logic cho thấy sự tương thích giữa lý thuyết và thực hành. Sinh viên đã thực hiện các phép toán logic và ghi nhận kết quả vào bảng chân lý. Kết quả cho thấy rằng các cổng logic hoạt động đúng như mong đợi, với các giá trị đầu ra tương ứng với các giá trị đầu vào. Điều này chứng tỏ rằng việc thiết kế mạch logic dựa trên lý thuyết là khả thi và hiệu quả.

2.1. Bảng chân lý

Bảng chân lý là công cụ quan trọng để xác định mối quan hệ giữa các tín hiệu đầu vào và đầu ra của cổng logic. Bảng chân lý cho phép sinh viên dễ dàng theo dõi và kiểm tra hoạt động của mạch. Kết quả từ bảng chân lý cho thấy rằng các cổng logic như AND, OR, và NOT hoạt động chính xác theo lý thuyết đã học.

III. Ứng dụng của IC chức năng

IC chức năng như 74LS151 và 74LS138 được sử dụng để thực hiện các hàm boolean phức tạp. Việc sử dụng IC chức năng giúp giảm thiểu số lượng linh kiện cần thiết và đơn giản hóa quá trình thiết kế mạch. Các IC này có khả năng thực hiện nhiều chức năng khác nhau, từ việc thực hiện các phép toán logic đơn giản đến các phép toán phức tạp hơn.

3.1. Thiết kế mạch với IC chức năng

Thiết kế mạch với IC chức năng yêu cầu sinh viên phải nắm vững cách sử dụng các chân của IC và cách kết nối chúng với các linh kiện khác. Việc này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách hoạt động của IC mà còn giúp họ phát triển kỹ năng thiết kế mạch điện tử. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng IC chức năng mang lại hiệu quả cao trong việc thực hiện các hàm boolean.

IV. Đánh giá và kết luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng cổng logic và IC chức năng là rất hiệu quả trong thiết kế mạch số. Các sinh viên đã có cơ hội thực hành và áp dụng lý thuyết vào thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và kiến thức của mình. Việc nắm vững các khái niệm này sẽ giúp sinh viên trong việc thiết kế và phát triển các hệ thống điện tử phức tạp trong tương lai.

4.1. Tầm quan trọng của thực hành

Thực hành là một phần không thể thiếu trong quá trình học tập. Việc thực hiện các thí nghiệm giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết và phát triển kỹ năng thực hành. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng sinh viên đã có thể áp dụng lý thuyết vào thực tế một cách hiệu quả, từ đó nâng cao khả năng tư duy và giải quyết vấn đề.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔN KỸ THUẬT SỐ GVHD : NGUYỄN HOÀNG MINH TUẤN NHÓM : 09 HỌC KÌ : 221 DANH SÁCH THÀNH VIÊN: STT Họ và tên MSSV 1 Trần Huy Hoàng 2113418 2 Phan Kế Vĩnh Hưng 2111412 3 Cao Đức Huy 1911228 Thành phố Hồ Chí Minh - 2022 Tieu luan MỤC LỤC BÀI THÍ NGHIỆM 1: CÁC CỔNG LOGIC VÀ IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN. CHUẨN BỊ………………………………………………………………………………………………2 III.

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM……………………………………………………………………….2 BÀI THÍ NGHIỆM 2: THỰC HIỆN CÁC IC CHỨC NĂNG TRÊN FPGA……………………………. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM……………………………………………………………………….13 BÀI THÍ NGHIỆM 3: THIẾT KẾ HỆ TỔ HỢP THIẾT KẾ HỆ TUẦN TỰ. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM……………………………………………………………………….41 BÀI THÍ NGHIỆM 4: THỰC HIỆN HỆ TỔ HỢP VÀ HỆ TUẦN TỰ CƠ BẢN TRÊN FPGA………. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM……………………………………………………………………….55 1 Tieu luan BÀI THÍ NGHIỆM 1: CÁC CỔNG LOGIC VÀ IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN I.

MỤC TIÊU  Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, phần mềm lập trình.  Nắm được cách khảo sát và thiết kế hàm boolean sử dụng các cổng logic.  Nắm được quy trình mô tả phần cứng trên FPGA. CHUẨN BỊ  Tự hoàn thành bài prelab1 trước khi tham gia buổi học thí nghiệm đầu tiên.

Không hoàn thành bài prelab1 sẽ không được tham gia buổi thí nghiệm, mọi hình thức sao chép đều sẽ bị xử lý nặng. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM THÍ NGHIỆM 1 Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng các cổng logic. Yêu cầu: Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm fx,y,z=x.y+yz và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 1 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. x y z f fTest fnand 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 Bảng 1: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra:  Sinh viên tiến hành thay các giá trị của x, y, z vào hàm fx,y,z=x.y+yz đã cho, điền kết quả vào cột f của Bảng 1.

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế. Ghi rõ chân của IC. 2 Tieu luan  Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột fTest của Bảng 1. 3 Tieu luan  Sinh viên tiến hành lắp lại mạch và thực hiện với hàm chỉ sử dụng cổng NAND.

Kết quả kiểm tra điền vào cột fnand của Bảng 1. (Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD) THÍ NGHIỆM 2 Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng các cổng logic. Yêu cầu: Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm được cho bởi Bảng 2 và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 2 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. 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 4 Tieu luan 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 Bảng 2: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra:  Viết biểu thức ngõ f theo các ngõ vào x, y, z.

(x * y * ! z) + (! x * z)  Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế. Ghi rõ chân của IC.  Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột fTest của Bảng 2. 5 Tieu luan a  Sinh viên tiến hành lắp lại mạch và thực hiện với hàm chỉ sử dụng cổng NOR.

Kết quả kiểm tra điền vào cột fnor của Bảng 3. (Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD) THÍ NGHIỆM 3 Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng các cổng logic. Yêu cầu: Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm được cho bởi Hình 3 và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 3 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. Hình 3: Hàm boolean của thí nghiệm 3 x y z F1 F2 0 0 0 6 Tieu luan 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Bảng 3: Kết quả khảo sát hoạt động Kiểm tra:  Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột F1 của Bảng 3.

 Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế. Ghi rõ chân của IC.  Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD:  Sinh viên tiến hành rút gọn hàm đã cho ở Hình 3 và vẽ lại mạch logic mô tả hàm boolean đã cho. Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả Bảng 3 cột F2.

Rút gọn hàm: 7 Tieu luan Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế. Cần dùng IC nào, ghi rõ ra. Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD:  Từ kết quả thí nghiệm, sinh viên rút ra nhận xét. THÍ NGHIỆM 4 Mục tiêu: Nắm được cách thức sử dụng các IC chức năng để thực hiện hàm boolean.

8 Tieu luan Yêu cầu: Sinh viên thực hiện thiết kế hàm boolean fx,y,z= 2,3,5,7 sử dụng IC chức năng 74LS151 và các cổng logic cần thiết. Kết quả khảo sát điền vào Bảng 4 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. x y z f fTest 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Bảng 4: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra:  Sinh viên sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic cần thiết để thiết kế mạch thực hiện hàm boolean đã cho.  Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch đã thiết kế.

 Lắp mạch thực tế và khảo sát mạch, điền kết quả vào cột fTest ở bảng 9 Tieu luan  Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD: THÍ NGHIỆM 5 Mục tiêu: Nắm được cách thức sử dụng các IC chức năng để thực hiện hàm boolean. Yêu cầu: Sinh viên thực hiện thiết kế hàm boolean fx,y,z,w= 2,6,8,9,11,13sử dụng IC chức năng 74LS151 và các cổng logic cần thiết. Kết quả khảo sát điền vào bảng 5 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. x y z w f fTest 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 10 Tieu luan 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Bảng 5: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra:  Sinh viên sử dụng IC 74LS151 và các cổng logic cần thiết để thiết kế mạch thực hiện hàm boolean đã cho.

 Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch đã thiết kế. 11 Tieu luan  Lắp mạch thực tế và khảo sát mạch, điền kết quả vào cột fTest ở bảng Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã lắp xong mạch hoặc xác nhận của GVHD: 12 Tieu luan BÀI THÍ NGHIỆM 2: THỰC HIỆN CÁC IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN TRÊN FPGA I. MỤC TIÊU  Nắm được cách sử dụng kit DE-2, FPGA Cyclone II  Nắm được các kiến thức từ bài thí nghiệm 1 – các IC chức năng cơ bản  Nắm được quy trình mô tả phần cứng trên FPGA. CHUẨN BỊ  Để chuẩn bị tốt cho bài thí nghiệm, sinh viên PHẢI đọc trước phần Phụ lục 1 và hoàn thành các bước của Sample lab trong Phụ lục 2, nộp kèm với Prelab 2 trước khi vào lớp.

 Tự hoàn thành bài prelab2 trước khi tham gia buổi học thí nghiệm. Không hoàn thành bài prelab2 sẽ không được tham gia buổi thí nghiệm  Mọi hình thức sao chép đều sẽ bị xử lý nặng.  Tuân thủ sơ đồ gán chân để dễ kiễm tra kết quả III. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM THÍ NGHIỆM 1 Mục tiêu: Thực hiện khảo sát hoạt động của hàm Boolean trên Kit DE 2 Yêu cầu: Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm fx,y,z=xyz+xyz+xy và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 2.1 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra.

13 Tieu luan x y z f fSim fKit 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Bảng 2.1: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean. Kiểm tra:  Sinh viên tiến hành thay các giá trị của x, y, z vào hàm fx,y,z=xyz+xyz+xy đã cho, điền kết quả vào cột f của Bảng 2.  Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ cổng logic của mạch cần thiết kế  Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm fx,y,z=xyz+xyz+xy như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau:  Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng  Chân f gán tới LEDG0 14 Tieu luan  Sinh viên tiến hành tổng hợp thiết kế System Verilog và khảo sát hoạt động của hàm trên mô phỏng, ghi kết quả vào cột fsim của Bảng 2. (Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã mô phỏng mạch) 15 Tieu luan  Sinh viên xem kết quả Netlist > RTL Viewer của mạch.

Kết quả này có giống với sơ đồ cổng logic sinh viên đã vẽ không, tại sao? (Chèn hình chụp Netlist > RTL Viewer) 16 Tieu luan  Sinh viên thực hiện nạp đoạn mã lên Kit DE2, thiết kế có thực hiện chính xác như yêu cầu hay không? Ghi kết quả vào cột fKit của Bảng 2. (Chèn hình chụp minh chứng sinh viên đã nạp lên Kit hoạt động) THÍ NGHIỆM 2 17 Tieu luan Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng kit DE2 Yêu cầu: Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm được cho bởi Bảng 2.2 và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 2.2 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. x y z f fSim fKit 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 Bảng 2.2: Khảo sát hoạt động hàm Boolean Kiểm tra:  Viết biểu thức ngõ f theo các ngõ vào x, y, z. 18 Tieu luan  Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ cổng logic của mạch cần thiết kế.