Báo-cáo-thực-tập-cơ-bản PDF

Preview

Summary

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNGBÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢNGiảng viên hướng dẫn:Sinh Viên thực hiện: Trần Hoàng KiênMSSV: 20193302Lớp:CTTT Hệ thống nhúng và Iot_KMỤC LỤCDANH MỤC HÌNH VẼ..................................................................................................

Description

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN Giảng viên hướng dẫn: Sinh Viên thực hiện: Trần Hoàng Kiên MSSV: 20193302 Lớp:CTTT Hệ thống nhúng và Iot_K64

Hà Nội, 4-2021

LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................................4 DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................................6 CHƯƠNG 1. Tín hiệu số..........................................................................................................8 1.1 Ưu và nhược điểm của tín hiệu Digital.........................................................................8 1.1.1 Ưu điểm của tín hiệu Digital....................................................................................8 1.1.2 Khuyết điểm của tín hiệu Digital.............................................................................9 CHƯƠNG 2. CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN.......................................................................10 2.1 Cổng NOT.....................................................................................................................10 2.2 Cổng AND.....................................................................................................................11 2.3 Cổng OR........................................................................................................................12 2.4 Cổng NAND..................................................................................................................13 2.5 Cổng NOR.....................................................................................................................13 2.6 Cổng EX-OR.................................................................................................................14 2.7 Cổng EX-NOR..............................................................................................................15 2.8 Sự kết hợp của các cổng logic......................................................................................16 2.9 Sự đa năng của cổng NAND và cổng NOR.................................................................17 2.9.1 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND..............................................18 2.9.2 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR.................................................18 2.10 Ứng dụng của cổng logic............................................................................................20 CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI IC CƠ BẢN.................................................................................21 3.1 IC 7400..........................................................................................................................21 3.2 IC 74LS90.....................................................................................................................23 3.2.1 Hoạt động của 74LS90...........................................................................................24 3.2.2 Cấu tạo bên trong IC 74LS90.................................................................................25

3.3 IC 7447..........................................................................................................................25 CHƯƠNG 4. LED...................................................................................................................28 4.1 Đặc tính của LED.........................................................................................................28 4.2 Cấu tạo của LED..........................................................................................................28 4.3 Kiểm tra LED................................................................................................................29

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1 Tín hiệu số ( digital signal )...........................................................................7 Hình 1. 2 Ký hiệu cổng NOT.........................................................................................9 Hình 1. 3 Ký hiệu cổng AND.......................................................................................10 Hình 1. 4 Ký hiệu cổng OR..........................................................................................11 Hình 1. 5 Ký hiệu cổng NAND...................................................................................12 Hình 1. 6 Ký hiệu cổng NOR.......................................................................................13 Hình 1. 7 Ký hiệu cổng EX-OR...................................................................................14 Hình 1. 8 Ký hiệu cổng EX-NOR................................................................................15 Hình 1. 9 Mạch logic và bảng trạng thái......................................................................16 Hình 1. 10 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND..................................17 Hình 1. 11 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR.....................................17 Hình 1. 12 Mạch logic ban đầu....................................................................................17 Hình 1. 13 Thay thế mỗi cổng bằng các cổng NAND..................................................18 Hình 1. 14 Mạch logic sau khi đơn giản......................................................................18 Hình 1. 15 Sơ đồ bên trong IC 7400............................................................................20 Hình 1. 16 IC 7400 trong thực tế.................................................................................20 Hình 1. 17 IC 74LS90 trong thực tế.............................................................................22 Hình 1. 18 Sơ đồ bên trong IC 74LS90........................................................................22 Hình 1. 19 Cấu tạo bên trong IC 74LS90.....................................................................24 Hình 1. 20 IC 7447 trong thực tế.................................................................................24 Hình 1. 21 Cấu tạo bên trong IC7447..........................................................................25 Hình 1. 22 Sơ đồ thiết kế khối chức năng cho mạch đồng hồ điện tử số......................29 Hình 1. 23 Sơ đồ tạo xung nhịp đơn giản tần số 1 Hz..................................................31 Hình 1. 24 Sơ đồ khối bộ đếm thuận...........................................................................31 Hình 1. 25 Bảng hoạt động, các chân vào ra và sơ đồ bên trong IC 74LS90...............32 Hình 1. 26 Sơ đồ nối chân IC.......................................................................................33

Hình 1. 27 IC 74LS47 giải mã LED 7 thanh hiển thị các chữ số thập phân.................33 Hình 1. 28 Bảng mô tả hoạt động của 74LS47............................................................34 Hình 1. 29 LED 7 thanh loại Anốt chung.....................................................................34 Hình 1. 30 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch........................................................................35 Hình 1. 31 Sơ đồ chân các IC trong mạch lắp ráp........................................................36 Hình 1. 32 Bo mạch thí nghiệm để lắp ráp mạch.........................................................36

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Table 1 Bảng trạng thái cổng NOT................................................................................9 Table 2 Bảng trạng thái cổng AND..............................................................................10 Table 3 Bảng trạng thái cổng OR.................................................................................11 Table 4 Bảng trạng thái cổng NAND...........................................................................12 Table 5 Bảng trạng thái cổng NOR..............................................................................13 Table 6 Bảng trạng thái cổng EX-OR..........................................................................14 Table 7 Bảng trạng thái cổng EX-NOR.......................................................................15 Table 8 Bảng trạng thái IC 7400..................................................................................20 Table 9 Sơ đồ chân IC 74LS90....................................................................................22 Table 10 Sơ đồ chân IC7447........................................................................................25

CHƯƠNG 1. Tín hiệu số

Tín hiệu Digital hay còn gọi là tín hiệu số là tín hiệu rời rạc không nối tiếp nhau theo từng thời điểm. Đây là tín hiệu được thể hiện bằng những con số cụ thể trong máy tính gọi là nhị phân điện thế 0-1; thể hiện ở 2 mức cao và thấp trong đó mức điện thế cao là 1 và mức điện thấp là 0 hay còn được hiểu với nghĩa là OFF – ON.

Hình 1. 1 Tín hiệu số ( digital signal )

Nói một cách đơn giản, khi ở trạng thái 0 (OFF) thiết bị ngừng hoạt động, còn ở trạng thái 1 (ON) là thời gian thiết bị hoạt động. Tín hiệu Digital là tín hiệu không có thật trong tự nhiên ,được con người tạo ra bằng công nghệ nên có thể thay đổi điều chỉnh theo mục đích của mình. Ví dụ: điều chỉnh âm thanh trong loa máy tính, điều chỉnh âm thanh ti vi; có thể tăng âm lượng lớn lên hoặc nhỏ đi trong máy nghe nhạc….; nói chung là không có sẵn mà phải nhờ tác động của con người thông qua công nghệ. Tín hiệu Digital được áp dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống chủ yếu là các thiết bị điện tử viễn thông…

1.1 Ưu và nhược điểm của tín hiệu Digital 1.1.1 Ưu điểm của tín hiệu Digital − Khi sử dụng tín hiệu Digital trong quá trình truyền tải sẽ giúp loại bỏ các tạp âm. − Việc sao chép các thông tin được thực hiện chất lượng hơn và không bị hạn chế. − Tín hiệu Digital không bị ảnh hưởng bởi điện áp và dao động nhiệt.

− Dù là các biến dạng tuyến tính hay không tuyến tính, digital vẫn không bị biến dạng. − Tốc độ không làm ảnh hưởng hay gây méo dao động. 1.1.2 Khuyết điểm của tín hiệu Digital − Tín hiệu digital được biểu thị dưới dạng số 0-1 do vậy chúng dễ bị tổn thất khi truyền tải. Trong quá trình truyền âm thanh nhưng sai sót một vài byte dữ liệu cũng khiến cho âm thanh bị lỗi. − So với tín hiệu analog, hệ thống, quy trình xử lý tín hiệu digital phức tạp và tốn kém hơn rất nhiều. − Một điểm trừ nữa của tín hiệu Digital chính là không thể cắt nối hay ghi âm được. Mỗi tín hiệu đều có những ưu và nhược điểm riêng. Trong cuộc sống chúng ta không thể không có tín hiệu digital để lưu trữ và xử lý thông tin. Mặc dù ứng dụng này có thể được thay thế bằng tín hiệu analog, tuy nhiên analog không thể truyền tải được thông tin đi xa, do đó digital vẫn không thể thay thế.

CHƯƠNG 2. CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

2.1 Cổng NOT − Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra. Cổng NOT dùng để thực hiện phép NOT hay phép phủ định trong đại số Boole. Cổng NOT còn được gọi là cổng ĐẢO (Inverter).

Hình 1. 2 Ký hiệu cổng NOT

Table 1 Bảng trạng thái cổng NOT Ngõ vào

Ngõ ra

A

Q

0

1

1

0

− Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau. − Biểu thức logic:

2.2 Cổng AND − Cổng AND dùng thực hiện hàm AND của 2 hay nhiều biến. Cổng AND có số ngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm AND của các biến ngõ vào.

Hình 1. 3 Ký hiệu cổng AND

Table 2 Bảng trạng thái cổng AND Các ngõ vào

Ngõ ra

A

B

Q

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

− Nhận xét:  Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao.  Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại. − Biểu thức logic Q = A.B

2.3 Cổng OR − Cổng OR dùng thực hiện hàm OR của 2 hay nhiều biến. Cổng OR có số ngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm OR của các biến ngõ vào.

Hình 1. 4 Ký hiệu cổng OR

Table 3 Bảng trạng thái cổng OR Các ngõ vào

Ngõ vào

A

B

Q

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

− Nhận xét:  Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các ngõ vào xuống thấp.  Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp các ngõ vào còn lại. − Biểu thức logic Q=A+B

2.4 Cổng NAND − Cổng NAND là kết hợp của cổng AND và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NAND là đảo với ngõ ra cổng AND.

Hình 1. 5 Ký hiệu cổng NAND

Table 4 Bảng trạng thái cổng NAND Các ngõ vào

Ngõ ra

A

B

Q

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

− Nhận xét:  Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0.  Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1. − Biểu thức logic:

2.5 Cổng NOR − Cổng NOR là kết hợp của cổng OR và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NOR là đảo với ngõ ra cổng OR.

Hình 1. 6 Ký hiệu cổng NOR

Table 5 Bảng trạng thái cổng NOR Các ngõ vào

Ngõ ra

A

B

Q

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

− Nhận xét:  Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0.  Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá trị 1 − Biểu thức logic:

2.6 Cổng EX-OR − Cổng EX-OR dùng để thực hiện hàm EX-OR. Cổng EX-OR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra. Ký hiệu

Hình 1. 7 Ký hiệu cổng EX-OR

Table 6 Bảng trạng thái cổng EX-OR Các ngõ vào

Ngõ ra

A

B

Q

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

− Nhận xét:  Ngõ ra của cổng EX-OR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau.  Ngõ ra của cổng EX-OR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau. − Biểu thức logic:

2.7 Cổng EX-NOR − Cổng EX-NOR là kết hợp của cổng EX-OR và cổng NOT, dùng để thực hiện hàm EX-NOR. Cổng EX-NOR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra.

Hình 1. 8 Ký hiệu cổng EX-NOR

Table 7 Bảng trạng thái cổng EX-NOR Các ngõ vào

Ngõ ra

A

B

Q

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

− Nhận xét:  Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau.  Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau. − Biểu thức logic

2.8 Sự kết hợp của các cổng logic − Các cổng logic có thể kết hợp lại với nhau để tạo ra một mạch logic thực hiện một yêu cầu cụ thể nào đó. Bảng trạng thái có thể được sử dụng để xác định chức năng của một mạch tổ hợp được hiển thị bên dưới:

Hình 1. 9 Mạch logic và bảng trạng thái

− Đầu tiên, chúng ta tạo ra một bảng hiển thị tất cả các trạng thái có thể có ở các ngõ vào A, B, C với các cột bổ sung cho mỗi ngõ ra trung gian (D và E) cũng như ngõ ra cuối cùng (Q). Sau đó, tính ra tất cả các trạng thái ngõ ra trung gian, điền vào bảng như bạn thấy trên Hình 1. 9. Các ngõ ra trung gian này tạo thành các ngõ vào cho cổng tiếp theo để bạn có thể sử dụng chúng để xác định trạng thái logic của ngõ ra tiếp theo, trong ví dụ này là ngõ ra cuối cùng (Q) − Bảng trạng thái hay bảng chân trị ở trên cho thấy trạng thái hay mức logic của các ngõ ra trung gian D và E cũng như ngõ ra cuối cùng Q tương ứng với mức logic ở các ngõ vào A, B, C.

2.9 Sự đa năng của cổng NAND và cổng NOR − Tất cả các biểu thức logic đều có thể được xây dựng thông qua các cổng NOT, AND và OR. Tuy nhiên, để thực hiện các biểu thức mà chỉ dùng một loại cổng NAND (hay cổng NOR), chúng ta sẽ biến đổi cổng NAND (hay cổng NOR) để thực hiện các cổng logic cơ bản AND, OR, NOT tương đương như sau:

2.9.1 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND

Hình 1. 10 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND

2.9.2 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR

Hình 1. 11 Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR

− Để minh họa cho vấn đề vừa trình bày ở trên, chúng ta xem ví dụ sau đây. − Biến đổi mạch logic bên dưới Hình 1. 12 về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND.

Hình 1. 12 Mạch logic ban đầu

− Chúng ta thấy rằng mạch này có 3 cổng khác nhau (NOR, AND và OR) để thi công mạch này thì cần phải có ba IC khác nhau cho mỗi loại cổng. − Để thiết kế lại mạch logic này bằng cách sử dụng cổng NAND, chúng ta sẽ thay thế mỗi cổng bằng các cổng NAND tương đương của nó, như Hình 1. 13 dưới đây.

Hình 1. 13 Thay thế mỗi cổng bằng các cổng NAND

− Sau đó, chúng ta đơn giản mạch bằng cách xóa các cặp cổng NOT liền kề (được đánh dấu X ở hình trên). Điều này có thể được thực hiện vì khi hai cổng NOT mắc nối tiếp nhau thì trạng thái logic ở ngõ vào và ngõ ra là giống nhau. Hình 1. 14 dưới đây cho thấy mạch logic sau khi đơn giản.

Hình 1. 14 Mạch logic sau khi đơn giản

− Mạch logic cuối cùng có năm cổng NAND và chỉ dùng hai IC (với bốn cổng cho mỗi IC). Rõ ràng, mạch này tốt hơn so với mạch ban đầu vì số lượng IC sử dụng ít hơn. Điều này dẫn đến việc thi công mạch sẽ dễ dàng và tiết kiệm được chi phí hơn. − Tất nhiên, mạch logic ở trên cũng có thể biến đổi về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NOR. Các bạn hãy suy nghĩ cách thực hiện nhé. − Như vậy, chúng ta thấy rằng bất kỳ một mạch logic nào cũng có thể chuyển về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND hay cổng NOR. Chính vì điều này mà cổng NAND và cổng NOR được gọi là hai cổng đa năng.

2.10 Ứng dụng của cổng logic − Các ứng dụng của cổng logic chủ yếu được xác định dựa trên bảng trạng thái của chúng, tức là phương thức hoạt động của chúng. Các cổng logic cơ bản được sử dụng trong nhiều mạch điện như khóa nút nhấn, kích hoạt báo trộm bằng ánh sáng, bộ điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống tưới nước tự động, v.v. − Ngoài ra, cổng logic cũng chính là các phần tử cấu thành nên các mạch tổ hợp chẳng hạn như mạch giải mã, mạch mã hóa, mạch đa hợp, mạch giải đa hợp,…

CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI IC CƠ BẢN

3.1 IC 7400 − IC 7400 tên đầy đủ là: 74LS00 Quad 2-Input NAND Gate. Đây là IC 4 cổng NAND Table 8 Bảng trạng thái IC 7400

A

0

0

1

1

B

0

1

0

1

Y

1

1

1

0

Hình 1. 15 Sơ đồ bên trong IC 7400

Hình 1. 16 IC 7400 trong thực tế

− Sơ đồ chân IC 7400 :  P1: Là A-input Gate-1  P2: Là B-input Gate-1  P3: Là Y-output Gate-1  P4: Là A-input Gate-2  P5: Là B-input Gate-2  P6: Là Y-output Gate-2  P7: Là GND terminal  P8: Là Y-output Gate-3  P9: Là B-input Gate-3  P10: Là A-input Gate-3  P11: Là Y-output Gate-4  P12: Là B-input Gate-4  P13: Là A-input Gate-4  P14: Là Vcc (Positive Supply)

− Một số thông số kỹ thuật và tính năng của vi mạch 7400 bao gồm những điều sau đây:  Nguồn điện áp là 5 V  Độ trễ lan truyền cho mỗi cổng sẽ là 10 ns  Tốc độ chuyển đổi tối đa là 25 MHz  Công suất sử dụng cho mỗi cổng là 10 mW  Cổng NAND - 4 2-i /p.  Đầu ra có thể được giao tiếp với TTL, NMOS, CMOS.  Phạm vi điện áp hoạt động sẽ lớn  Điều kiện hoạt động rộng rãi  Không phù hợp với các thiết kế mới sử dụng 74LS00

− Một số ứng dụng của IC 7400 bao gồm những điều sau đây....