Báo cáo kết quả thí nghiệm cổng logic và IC chức năng trong môn kỹ thuật số

Báo cáo tổng hợp kết quả thí nghiệm môn kỹ thuật số lab 1 về các cổng logic và IC chức năng cơ bản, cung cấp kiến thức thiết yếu cho sinh viên.

• Tác giả: Nguyễn Duy Khánh
• Người hướng dẫn: Th.S Trịnh Vũ Đăng Nguyên
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật số
• Đề tài: Kết quả thí nghiệm cổng logic và IC chức năng trong môn kỹ thuật số
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng hợp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. LAB 1: CÁC CỔNG LOGIC VÀ IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN
• 1.1. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM
• 1.2. THÍ NGHIỆM 1
• 1.3. THÍ NGHIỆM 2
• 1.4. THÍ NGHIỆM 3
• 1.5. THÍ NGHIỆM 4
• 1.6. THÍ NGHIỆM 5
• 1.7. THÍ NGHIỆM 6
• 1.8. THÍ NGHIỆM 7
• 2. LAB 2: THỰC HIỆN CÁC IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN TRÊN FPGA
• 2.1. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM
• 2.2. THÍ NGHIỆM 1
• 2.3. THÍ NGHIỆM 2
• 2.4. THÍ NGHIỆM 3
• 2.5. THÍ NGHIỆM 4
• 2.6. THÍ NGHIỆM 5
• 2.7. THÍ NGHIỆM 6
• 2.8. THÍ NGHIỆM 7
• 3. LAB 3: THIẾT KẾ HỆ TỔ HỢP, THIẾT KẾ HỆ TUẦN TỰ
• 3.1. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM
• 3.2. THÍ NGHIỆM 1
• 3.3. THÍ NGHIỆM 2

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Bài viết này trình bày kết quả thí nghiệm về cổng logic và IC chức năng trong môn kỹ thuật số. Mục tiêu chính là khảo sát hoạt động của các hàm Boolean thông qua việc sử dụng các cổng logic như AND, OR, NOT, và các IC chức năng như 74LS151, 74LS138. Thí nghiệm được thực hiện trên kit DE2 và FPGA Cyclone II, giúp sinh viên nắm vững quy trình thiết kế và mô tả phần cứng.

II. Kết quả thí nghiệm cổng logic

Trong thí nghiệm đầu tiên, sinh viên đã khảo sát hàm 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥̅.𝑦 + 𝑦̅𝑧. Kết quả được ghi nhận trong bảng 1.1 cho thấy sự tương thích giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết. Việc sử dụng mạch logic để thiết kế và khảo sát hoạt động của hàm Boolean là rất quan trọng. Các cổng AND, OR, và NOT đã được sử dụng để xây dựng mạch, và kết quả cho thấy tính chính xác của các hàm Boolean được khảo sát.

2.1. Phân tích mạch

Mạch được thiết kế với các cổng logic cơ bản, cho phép sinh viên thực hành và hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của mạch logic. Kết quả khảo sát cho thấy rằng việc thay đổi các giá trị đầu vào x, y, z đã ảnh hưởng trực tiếp đến đầu ra của hàm. Điều này chứng tỏ rằng các cổng logic hoạt động đúng theo nguyên lý đã học.

III. Kết quả thí nghiệm IC chức năng

Thí nghiệm thứ hai tập trung vào việc sử dụng IC chức năng 74LS151 để thực hiện các hàm Boolean phức tạp hơn. Sinh viên đã thực hiện khảo sát hoạt động của hàm 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥̅𝑦𝑧 + 𝑥𝑦̅𝑧 + 𝑥𝑦. Kết quả được ghi nhận trong bảng 2.1 cho thấy sự chính xác của thiết kế và thực hiện trên kit DE2. Việc sử dụng IC chức năng giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế mạch và nâng cao hiệu quả thực nghiệm.

3.1. Thiết kế mạch với IC

Việc thiết kế mạch với IC chức năng 74LS151 cho phép sinh viên thực hành viết mã SystemVerilog và khảo sát hoạt động của hàm trên mô phỏng. Kết quả cho thấy rằng thiết kế mạch có thể thực hiện chính xác các yêu cầu đề ra. Điều này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn nâng cao kỹ năng thực hành.

IV. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng cổng logic và IC chức năng trong thiết kế mạch số là rất hiệu quả. Các sinh viên đã có cơ hội thực hành và áp dụng lý thuyết vào thực tế, từ đó nâng cao khả năng tư duy logic và kỹ năng thiết kế mạch. Những kiến thức này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thiết kế vi mạch, hệ thống nhúng và tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔN KỸ THUẬT SỐ LỚP L15 – NHÓM 6 Họ và tên MSSV 1. Nguyễn Duy Khánh 1911368 2. Lê Đặng Đăng Khoa 2113752 3. Nguyễn Bá Lộc 2113961 GVHD: Th.S Trịnh Vũ Đăng Nguyên Tieu luan LAB 1: CÁC CỔNG LOGIC VÀ IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN Họ và tên: Nhóm 6 Lớp TN: L15 MSSV: 1911368 Ngày: A.

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM: 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 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥̅.

𝑦 + 𝑦̅𝑧 và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 1.1 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. x y z f fTest fnand 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 Tieu luan x y z f fTest fnand 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 Bảng 1.1 Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean 2 Tieu luan Kiểm tra: ⮚ Sinh viên tiến hành thay các giá trị của x, y, z vào hàm 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥̅. 𝑦 + 𝑦̅𝑧 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. ⮚ ⮚ Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột fTest ⮚ của Bảng 1. ⮚ 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) 4 Tieu luan 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 1.2 và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 1.2 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra. x y z f fTest fnor 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 Bảng 1.2: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean Kiểm tra: ⮚ Viết biểu thức ngõ f theo các ngõ vào x, y, z: ⮚ Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế. Ghi rõ chân của IC.

5 Tieu luan ⮚ Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột fTest của Bảng 1. 6 Tieu luan ⮚ 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 1. (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.3: Kết quả khảo sát 7 Tieu luan Kiểm tra: ⮚ Sinh viên tiến hành lắp mạch và khảo sát hoạt động của hàm, ghi kết quả vào cột F1 của Bảng 1. ⮚ 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 1.14 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 vào cột F2 ở Bảng 1.Rút gọn hàm: 8 Tieu luan Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch cần thiết kế. Ghi rõ các IC cần sử dụng. 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. 9 Tieu luan LAB 2: THỰC HIỆN CÁC IC CHỨC NĂNG CƠ BẢN TRÊN FPGA Họ và tên: Nhóm 6 Lớp TN: L15 MSSV: 1911368 Ngày: B.

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM: 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 10 Tieu luan x y z f fSim fKit 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 2.1: Kết quả khảo sát hoạt động của hàm boolean. Yêu cầu: Sinh viên thực hiện khảo sát hoạt động của hàm 𝑓(𝑥,𝑦, 𝑧) = 𝑥̅𝑦𝑧 + 𝑥𝑦̅̅𝑧 + 𝑥𝑦 và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 2.1 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra.

Kiểm tra: ➢ Sinh viên tiến hành thay các giá trị của x, y, z vào hàm 𝑓(𝑥,𝑦, 𝑧) = 𝑥̅𝑦𝑧 + 𝑥𝑦̅̅𝑧 + 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 11 Tieu luan ➢ Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥̅𝑦𝑧 + 𝑥𝑦̅̅𝑧 + 𝑥𝑦 như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau: o Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng o Chân f gán tới LEDG0 12 Tieu luan 13 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) ➢ 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) 14 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 15 Tieu luan Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng kit DE2 x y z f fSim fKit 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 Bảng 2.2: Khảo sát hoạt động hàm Boolean Kiểm tra: 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. Viết biểu thức ngõ f theo các ngõ vào x, y, z. ➢ Sinh viên tiến hành vẽ sơ đồ cổng logic của mạch cần thiết kế. 16 Tieu luan 17 Tieu luan ➢ Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau: o Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng o Chân f gán tới LEDG0 18 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) ➢ 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) 19 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) 20 Tieu luan THÍ NGHIỆM 3 Mục tiêu: Nắm được cách khảo sát hàm boolean sử dụng kit DE2. Yêu cầu: Sinh viên xem mạch được cho bởi Hình 2.4 và điền các kết quả khảo sát vào Bảng 2.3 theo hướng dẫn ở mục Kiểm tra.

x y z fsim fKit 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 Bảng 2.3 Kết quả khảo sát Hình 2.4 hoạt động của hàm Boolean - thí nghiệm 3 Kiểm tra: ➢ Sinh viên viết đoạn mã SystemVerilog thực hiện hoạt động của hàm 𝐹 trên Hình 2.4 như hướng dẫn từ Prelab với sơ đồ gán chân như sau: o Chân x, y, z gán tới SW2, SW1, SW0 và LEDR2, LEDR1, LEDR0 tương ứng o Chân f gán tới LEDG0 21 Tieu luan ➢ Sinh viên xem kết quả Netlist > RTL Viewer của mạch. Kết quả này có giống với sơ đồ cổng logic trên Hình 2.4 không, tại sao? (Chèn hình chụp Netlist > RTL Viewer) 22 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) 23 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.