Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 6: Bộ logic và số học (Arithmetic and Logic Circuits)
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
A
B
FA
B
Co
74LS153
I3a
I2a
I1a
I0a
S1
Ea
Q1=A.B
Q2=A+B
Q
Ya
S0
I3b
I2b
I1b
I0b
Yb
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.
S1 S0 Q3 Q2 Q1
Σ
Q
0
0
1
1
0
1
0
1
x
x
x
x
x
Q2
x
x
Q1
x
Σ
x
x
x
Σ
Q1
Q2
Q3
Q3
x
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
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
F = 0000 (clear)
F = B minus A minus 1 plus Ci
F = A minus B minus 1 plus Ci
F = A plus B plus Ci
F = A ⊕ B
A1
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
F0
F1
F2
F3
S2
S1
S0
F = A + B
F = A . B
74LS382
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
Plus
: bít ®i hoÆc trõ ®i
: thªm vµo hoÆc céng vµo.
: A hoÆc tuyÖt ®èi B
: A hoÆc B
A ⊕ B
A + B
A . B
: A vµ B.
A plus B = 1101
A minus B = 0111
⎧
⎪
⎪
⎨
A = A3 A2 A A0 = 1010
1
VÝ dô:
B = B3 B2 B1B0 = 0011
A
B
+
B = 1011
B = 0010
⎪
⎪
⎩
.
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 F1F0
C02 lµ ®Çu chuyÓn ra cña tÇng thø hai.
SUB/ADD
Over
Ci
Co
A0
A1
A2
A3
A1
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
F0
F1
F2
F3
F0
F1
F2
F3
B0
B1
B2
B3
S2
S1
S0
74LS382
Over
Ci
Co
Co
A4
A5
A6
A7
A1
F0
A2
F1
A3
F2
A4
F3
B1
F4
F5
F6
F7
B4
B5
B6
B7
B2
B3
B4
S2
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
A0
F0
C0 F3 F2 F1
0V
74LS382
0V
0V
0V
A1
A2
A3
Over
Ci
Co
A0
F0
A1
F1
A2
F2
A3
F3
B0
0V
0V
B1
B2
B3
B0
S2
S1
S0
B1
B2
0V
0V
0V
S2
0V
S1
0V
S0
B3
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]
05 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display]
(s)
(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
0
0
0
0
1
1
1
1
S1
0
0
1
1
0
0
1
1
-
S0 Over C0 F3 F2 F1 F0 Over C0 F3 F2 F1 F0
0
1
0
1
0
1
0
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
0V
B7 B6 B5
0V 0V 0V
A5 A4
0V 0V
B3 B2 B1
0V 0V 0V
A1 A0
0V 0V
B4 A7 A6
0V 0V 0V
B0 A3 A2
0V 0V 0V
ALU thø hai
74LS382
74LS382
ALU thø nhÊt
0V
0V
0V
S2
S1
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]
09 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display]
B−íc 2:
(s)
(9)
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
0 1 1 0
0 1 1 1
- 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
0 1 0 1
0 0 1 1
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
1 0 0 0
1 0 0 1
- 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
0
S0
0
C1
0
F
F = B
1
0
0
F = B
0
1
1
1
0
1
F = A plus B
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
R
Q
_
Q
R
Q
S
R
Q
Q
0
0
1
1
0
1
0
1
Kh«ng ®æi
0
1
1
0
Kh«ng x¸c ®Þnh
80
12 trang
22000
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 6: Bộ logic và số học (Arithmetic and Logic Circuits)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thuc_tap_ky_thuat_so_bai_6_bo_logic_va_so_hoc_ari.pdf
