THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 6

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

154
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ logic và số học (Arithmetic and Logic Circuits) A. Phần tóm tắt lý thuyết Bộ logic và số học (ALU) là một mạch tổ hợp, thực hiện một số thuật toán logic và số học. Cấu tạo ALU bao gồm 1 bộ hợp kênh có các lối vào là các mạch thực hiện các thuật toán số học hoặc logic .

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 6

Bµi 6: bé logic vµ sè häc (Arithmetic and Logic Circuits) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt Bé logic vµ sè häc (ALU) lµ mét m¹ch tæ hîp, thùc hiÖn mét sè thuËt to¸n logic vµ sè häc. CÊu t¹o ALU bao gåm 1 bé hîp kªnh cã c¸c lèi vµo lµ c¸c m¹ch thùc hiÖn c¸c thuËt to¸n sè häc hoÆc logic . C¸c ®Çu chän S0 , S1 ... cña hîp kªnh lµm nhiÖm vô chän 1 thuËt to¸n nµo ®ã ®−îc thùc hiÖn vµ cho kÕt qu¶ ë lèi ra cña hîp kªnh . D−íi ®©y lµ mét vÝ dô vÒ ALU 1 bit. B»ng 2 ®Çu chän läc S0, S1 cña hîp kªnh 4 lèi vµo ta thùc hiÖn ®−îc 1 thuËt to¸n sè häc vµ 3 thuËt to¸n logic : Σ, Q1, Q2 , Q3 cho hai sè nhÞ ph©n 1 bit . Ci S Ci A FA A B B Co 74LS153 I3a Ea Q1=A.B Q I2a I1a Ya I0a S1 S0 I3b Q2=A+B I2b Yb I1b I0b Eb Q3=AB+AB S1 S0 Ho¹t ®éng cña bé ALU nµy tu©n theo b¶ng ch©n lý d−íi ®©y. ThuËt to¸n sè häc nhê m¹ch FA, c¸c thuËt to¸n logic nhê cöa AND, OR vµ EXOR. Hîp kªnh vµo 4 ra 1 víi hai ®Çu chän läc S0, S1 sÏ dÉn thuËt to¸n nµo ®Õn ®Çu ra Q. Σ Q S1 S0 Q3 Q2 Q1 Σ Σ 0 0 x x x 0 1 x x Q1 x Q1 1 0 x Q2 x x Q2 1 1 Q3 x x x Q3 69
Bé logic sè häc 4 bit 74LS382 thuéc hä 74. Víi 3 ®Çu vµo chän läc S0, S1, S2 ta cã thÓ thùc hiÖn ®−îc 8 thuËt to¸n cho hai sè nhÞ ph©n 4 bit: (A = A3 A2 A1 A0 vµ B = B3 B2 B1 B0). §Çu vµo Chøc n¨ng S2 S1 S0 Over Ci Co 0 0 0 F = 0000 (clear) A1 F0 0 0 1 A2 F = B minus A minus 1 plus Ci F1 A3 F2 0 1 0 F = A minus B minus 1 plus Ci A4 F3 B1 0 1 1 F = A plus B plus Ci B2 F=A⊕B 1 0 0 B3 S2 B4 S1 1 0 1 F=A+B S0 1 1 0 F=A.B 74LS382 1 1 1 F = 1111 (preset) ë ®©y kÓ c¶ hai thuËt to¸n CLEAR (F = 0000) vµ PRESET (F = 1111) th× tæng sè thuËt to¸n thùc hiÖn ®−îc lµ 8. Ci dïng cho phÐp tæng , Ci dïng cho phÐp hiÖu. C0 lµ ®Çu chuyÓn ®i cho c¶ bé ALU nµy (Carry in = Ci , Carry out = C0). F3, F2, F1, F0 lµ c¸c ®Çu ra chøc n¨ng. OVR lµ ®Çu ra “v−ît thang” (OVERFLOW). §Çu ra OVR b¸o r»ng kÕt qu¶ cña thuËt to¸n sè häc hoÆc lín h¬n +7 hoÆc bÐ h¬n –8. Minus : bít ®i hoÆc trõ ®i Plus : thªm vµo hoÆc céng vµo. A⊕B : A hoÆc tuyÖt ®èi B A+B : A hoÆc B A.B : A vµ B. A plus B = 1101 ⎧ A = A3 A2 A1 A0 = 1010 ⎪ A min us B = 0111 ⎪ ⎨ VÝ dô: B = B3 B2 B1 B0 = 0011 ⎪ + B = 1011 A ⎪ . B = 0010 ⎩ B PhÐp to¸n 8 bit: Víi mçi ALU 74LS382 ta thùc hiÖn ®−îc c¸c thuËt to¸n hai sè nhÞ ph©n 70
4-bit . Muèn thùc hiÖn c¸c thuËt to¸n víi hai sè nhÞ ph©n 8bit. A = A7A6A5A4A3A2A1 vµ B = B7B6B5B4B3B2B1 th× ph¶i ghÐp nèi tiÕp 2 ALU 74LS382. Ta lµm nh− sau: SUB / ADD → Ci lµ ®Çu chuyÓn vµo cña tÇng thø nhÊt. §Çu chuyÓn ra C01 cña tÇng thø nhÊt nèi víi ®Çu chuyÓn vµo Ci tÇng thø hai. C¸c ®Çu chän S0, S1, S2 m¾c song song. KÕt qu¶ F lµ mét sè nhÞ ph©n 8-bit : F = F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 C02 lµ ®Çu chuyÓn ra cña tÇng thø hai. SUB/ADD Over Ci Co A0 A1 F0 F0 A1 A2 F1 F1 A2 A3 F2 F2 A3 A4 F3 F3 B0 B1 B1 B2 B2 B3 S2 B3 B4 S1 S0 74LS382 Over Ci Co Co A4 A1 F4 F0 A5 A2 F5 F1 A6 A3 F6 F2 A7 A4 F7 F3 B4 B1 B5 B2 B6 B3 S2 B7 B4 S1 S0 74LS382 S0 S1 S2 71
B. PhÇn thùc nghiÖm 1. Nghiªn cøu ho¹t ®éng cña ALU 74LS382 ë phÇn nµy ta nghiªn cøu ho¹t ®éng cña bé logic sè häc 74ls382. Ngoµi ra sinh viªn cßn cã thÓ tù nghiªn cøu sù ho¹t ®éng cña ALU 74ls181 ë ®Þa chØ: [Digital By Function/Arithmetic/74ls181]. §©y lµ bé logic sè häc cã thÓ thùc hiÖn ®−îc 16 thuËt to¸n. S¬ ®å thÝ nghiÖm: 0V Ci F0 C0 F3 F2 F1 0V A0 74LS382 0V A1 Over Ci 0V Co A2 A0 F0 A1 0V F1 A3 A2 F2 A3 F3 B0 0V B1 B0 B2 S2 0V B3 S1 S0 B1 0V B2 0V 0V 0V 0V B3 S2 S1 S0 C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 ALU 74ls382 [User defined/Macro/74ls382] 12 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 05 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) B−íc 2: Th«ng qua c¸c Logic switch h·y ®Æt c¸c sè liÖu ®Çu vµo nh− sau: A = 5(10) = 0101 B = 6(10) = 0110 B−íc 3: 72
- B»ng c¸ch thay ®æi c¸c gi¸ trÞ cña S0, S1, S2 ®Ó thùc hiÖn c¸c thuËt to¸n kh¸c nhau. §iÒn ®Çy ®ñ kÕt qu¶ vµo b¶ng sè liÖu sau: §Çu ra §Çu vµo Ci = 0 Ci = 1 S2 S1 S0 Over C0 F3 F2 F1 F0 Over C0 F3 F2 F1 F0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 - Gi¶i thÝch kÕt qu¶ thu ®−îc. 2. Thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n víi 2 sè nhÞ ph©n 8 bit sö dông ALU 74LS382 Môc ®Ých lµ ta ghÐp 2 bé ALU 4 bit (74LS382) ®Ó thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n 2 sè nhÞ ph©n 8 bit S¬ ®å thÝ nghiÖm: Ci B7 B6 B5 A5 A4 B3 B2 B1 A1 A0 B4 A7 A6 B0 A3 A2 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V Ci Ci B3 B2 B1 B0 A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 A3 A2 A1 A0 ALU thø hai 74LS382 74LS382 ALU thø nhÊt Over Over S0 S1 S2 F3 F2 F1 F0 Co S0 S1 S2 F3 F2 F1 F0 Co 0V S2 0V S1 0V S0 Co F6 F5 F0 F7 F4 F3 F2 F1 73
C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 02 ALU 74ls382 [User defined/Macro/74ls382] 20 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 09 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) B−íc 2: a. Thùc hiÖn phÐp tæng 2 sè nhÞ ph©n 8 bit: A = 5710, 2810. - ChuyÓn 2 sè A = 5710 vµ B = 2810 sang hÖ nhÞ ph©n: A = A7A6A5A4A3A2A1A0 = (.........................)2 B = B7B6B5B4B3B2B1B0 = (.........................)2 - Th«ng qua c¸c Logic switch h·y ®Æt c¸c sè liÖu ®Çu vµo A vµ B - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm, ghi ®Çy ®ñ kÕt qu¶ vµo b¶ng sè liÖu sau: S2S1S0Ci1 A7A6A5A4A3A2A1A0 B7B6B5B4B3B2B1B0 C02F7F6F5F4F3F2F1F0 0110 0111 - So s¸nh kÕt qu¶: F = 5710 + 2810 = (.....................)10 F = F7F6F5F4F3F2F1F0 = (.....................)2 b. Thùc hiÖn phÐp hiÖu 2 sè nhÞ ph©n 8 bit: A = 5710, 2810. - ChuyÓn 2 sè A = 5710 vµ B = 2810 sang hÖ nhÞ ph©n: A = A7A6A5A4A3A2A1A0 = (.........................)2 B = B7B6B5B4B3B2B1B0 = (.........................)2 - Th«ng qua c¸c Logic switch h·y ®Æt c¸c sè liÖu ®Çu vµo A vµ B - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm, ghi ®Çy ®ñ kÕt qu¶ vµo b¶ng sè liÖu sau: S2S1S0Ci1 A7A6A5A4A3A2A1A0 B7B6B5B4B3B2B1B0 C02F7F6F5F4F3F2F1F0 0101 0011 74
- H·y gi¶i thÝch kÕt qu¶ trªn: c. Thùc hiÖn thuËt to¸n logic A ⊕ B víi A = 5710, 2810. - ChuyÓn 2 sè A = 5710 vµ B = 2810 sang hÖ nhÞ ph©n: A = A7A6A5A4A3A2A1A0 = (.........................)2 B = B7B6B5B4B3B2B1B0 = (.........................)2 - Th«ng qua c¸c Logic switch h·y ®Æt c¸c sè liÖu ®Çu vµo A vµ B - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm, ghi ®Çy ®ñ kÕt qu¶ vµo b¶ng sè liÖu sau: S2S1S0Ci1 A7A6A5A4A3A2A1A0 B7B6B5B4B3B2B1B0 C02F7F6F5F4F3F2F1F0 1000 1001 - H·y kiÓm tra l¹i kÕt qu¶ trªn. 3. KiÓm tra kiÕn thøc H·y thiÕt kÕ m¹ch cã s¬ ®å sau: Chøng minh nã lµ ALU 4 bit ho¹t ®éng theo b¶ng ch©n lý sau: 75
S1 S0 C1 F 0 0 0 F=B 1 0 0 F= B 0 1 0 F = A plus B 1 1 1 F = A minus B Ghi chó: Bé tæng toµn phÇn FA ta cã thÓ sö dông IC 74LS183 ë ®Þa chØ: [User Difined/Macro/74LS183]. 76
C. Phô lôc Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng dông sö dông trong bµi thùc hµnh. 1. Bé logic vµ sè häc 4 bÝt (4 bit Arithmetic Logic Unit) Tªn IC: 74x181 (TTL) 77
2. Bé logic vµ sè häc 4 bÝt (4 bit Arithmetic Logic Unit) Tªn IC: 74x382 (TTL) 78
79
Bµi 7: trig¬ (Trigger) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt M¹ch logic ®−îc ph©n lµm hai lo¹i : M¹ch “tæ hîp” (Combinational circuits) vµ m¹ch d·y (Sequential circuits). M¹ch logic tæ hîp lµ m¹ch mµ ®Çu ra cña nã chØ phô thuéc vµo gi¸ trÞ c¸c ®Çu vµo ë thêi ®iÓm hiÖn t¹i kh«ng phô thuéc vµo gi¸ trÞ ®Çu vµo ë thêi ®iÓm tr−íc ®ã. C¸c cöa logic c¬ b¶n, c¸c ph©n kªnh - hîp kªnh, m¹ch gi¶i m·, m¹ch sè häc ... lµ nh÷ng m¹ch logic tæ hîp. M¹ch logic d·y lµ m¹ch mµ mçi ®Çu ra cña nã kh«ng nh÷ng chØ phô thuéc vµo c¸c ®Çu vµo hiÖn t¹i mµ cßn phô thuéc tr¹ng th¸i qu¸ khø cña c¸c ®Çu vµo. Nh− vËy trong m¹ch d·y cã c¸c “phÇn tö nhí” (memory elements). Trig¬ ®−îc xÕp vµo lo¹i m¹ch d·y. Trig¬ cã hai tr¹ng th¸i c©n b»ng. Khi cã tÝn hiÖu t¸c dông vµo ®Çu vµo, trig¬ sÏ ë mét trong hai tr¹ng th¸i c©n b»ng nµy. §iÒu lý thó ë chç, khi ngõng t¸c dông tÝn hiÖu trig¬ vÉn duy tr× tr¹ng th¸i c©n b»ng cò, nghÜa lµ cã tÝnh chÊt “nhí”. Trig¬ chØ chuyÓn tr¹ng th¸i khi cã tÝn hiÖu thÝch hîp t¸c dông vµo ®Çu vµo . 1. Trig¬ RS. S¬ ®å logic, ký hiÖu logic vµ b¶ng ch©n lý cña trig¬ RS x©y dùng tõ cöa kh«ng hoÆc. S Q S Q _ R Q Q R Q S R Q 0 0 Kh«ng ®æi 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 Kh«ng x¸c ®Þnh 80