TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
***

BÀI BÁO CÁO
MÔN KỸ THUẬT SỐ
NHÓM SINH VIÊN:

NGUYỄN HOÀI PHONG 16142178
TRẦN NGỌC VŨ KHA 16142127

TP.HCM THÁNG 5/2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
***

BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT SỐ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH CỘNG TRỪ NHỊ PHÂN TOÀN PHẦN CÓ
CHÂN ĐIỀU KHIỂN S. NẾU S=0 MẠCH CỘNG NHỊ PHÂN, NẾU S=1 MẠCH
TRỪ NHỊ PHÂN

NHÓM SINH VIÊN:

NGUYỄN HOÀI PHONG 16142178
TRẦN NGỌC VŨ KHA 16142127

GVHD: NGUYỄN TRƯỜNG DUY

TP.HCM THÁNG 5/2018


BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

STT
1
2
3
4

Nội dung
Tính toán thiết kế
Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ mô phỏng

Nguyễn Hoài Phong
x
x

Trần Ngọc Vũ Kha
x
x


MỤC LỤC
PHẦN 1. GIỚI THIỆU................................................................................................1

1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ.....................................................................................................1

1.2

MỤC TIÊU.........................................................................................................1

PHẦN 2. NỘI DUNG...................................................................................................2
2.1 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT LIÊN QUAN...........................................................2
2.1.1 Mạch giải mã LED 7 đoạn..............................................................................2
2.1.1.1 Giới thiệu...................................................................................................2
2.1.1.2 Cấu tạo led 7 đoạn.....................................................................................2
2.1.1.3 Hình ảnh led 7 đoạn..................................................................................3
2.1.1.4 Mạch giải mã led 7 đoạn loại anode chung..............................................4
2.1.2 Cổng logic EXOR............................................................................................5
2.2. Mạch cộng trừ nhị phân.......................................................................................6
2.2.1 Cộng nhị phân (Binary Addition)...................................................................6
2.2.1.1 Nguyên tắc cộng nhị phân.........................................................................6
2.2.1.2 Cộng bán phần (Haft Adder - HA)...........................................................6
2.2.1.3 Cộng toàn phần (Full adder – FA)...........................................................7
2.2.2 Trừ nhị phân (Binary Subtraction)................................................................8
2.2.2.1 Nguyên tắc trừ nhị phân:..........................................................................8
2.2.2.2 Trừ bán phần (Haft Subtractor – HS).....................................................9
2.2.2.3 Trừ toàn phần (Full Subtractor – FS)......................................................9
2.3 Mạch cộng hoặc trừ hai số nhị phân n bit..........................................................10
2.3.1 Mạch cộng n bit.............................................................................................10
2.3.2 Mạch trừ n bit................................................................................................11
2.4 Mạch cộng/trừ nhị phân......................................................................................12
2.5 Thí nghiệm, mạch mô phỏng...............................................................................14

PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN.......................................................................18
3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC.......................................................................................18
3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................18


Page |1

PHẦN 1. GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, những tiến
bộ của khoa học kĩ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống
hằng ngày của con người. Làm cho cuộc sống chúng ta ngày một thay đổi, văn minh
và hiện đại hơn. Trong đó ngành điện tử đóng vai trò quan trọng và tiên phong tạo ra
hàng loạt những thiết bị trong công nghiệp, dân dụng, y tế, quân sự…với tốc độ xử lí
nhanh, độ chính xác cao, gọn nhẹ,…
Tầm quan trọng và mức độ phổ biến của điện tử phần lớn là do công lao của kỹ
thuật số. Những thiết bị như: máy tính bỏ túi, đồng hồ, máy DVD,.. đóng vai trò quan
trọng trong cuộc sống chúng ta.
Kỹ thuật số là một môn học không thể thiếu của sinh viên ngành điện nói chung
và ngành điện tử nói riêng. Nhóm đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế mạch cộng trừ
nhị phân toàn phần có chân điều khiển S. Nếu S = 0 mạch cộng nhị phân, nếu S = 1
mạch trù nhị phân”.

1.2 MỤC TIÊU
Sau quá trình học lý thuyết trên lớp, nhóm sẽ vận dụng các kiến thức đã học để
thiết kế mạch cộng trừ nhị phân theo đề tài đề ra. Sau đó từ mạch thiết kế đó sẽ mô
phỏng trên phần mềm để kiểm tra sự hoạt động của mạch.


Page |2


PHẦN 2. NỘI DUNG
2.1 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
2.1.1 Mạch giải mã LED 7 đoạn
2.1.1.1 Giới thiệu
Led 7 đoạn dùng để hiển thị dữ liệu hoặc hiển thị kết quả sau khi xử lý dạng số
thập phân. Dữ liệu trong hệ thống số là các con số nhị phân trong khi con người quen
thuộc với hệ thống số thập phân nên từ dữ liệu số nhị phân phải chuyển đổi thành mã 7
đoạn để điều khiển các led sáng tạo ra con số thập phân tương ứng với số nhị phân –
gọi là mạch giải mã led 7 đoạn.

2.1.1.2 Cấu tạo led 7 đoạn
Led 7 đoạn được thiết kế từ các led đơn, do led đơn có 2 chân anode và cathode
nên khi kết nối sẽ tạo ra 2 kiểu kết nối khác nhau: kêt nối chung các đầu anode và kết
nối chung các đầu cathode.
Sơ đồ ký hiệu

Sơ đồ nguyên lý


Page |3

Dòng làm việc của led thường từ 5 đến 15mA và áp từ 1.5V đến 2V
Led có nhiều kích thước khác nhau nên các thông số dòng và áp cũng thay đổi

2.1.1.3 Hình ảnh led 7 đoạn
Led 7 đoạn có nhiều loại kích thước khác nhau và nhiều chủng loại khác nhau.

Loại 1
led

Loại 2

led quét

Loại 3 led quét

Hình ảnh led 7 đoạn trong proteus

Số 6 trong hệ nhị phân 0110 được hiển trị trong led 7 đoạn


Page |4

2.1.1.4 Mạch giải mã led 7 đoạn loại anode chung

Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn anode có ngõ vào là mã BCD (A, B, C, D)
với A là LSB và D là MSB, ngõ ra là mã 7 đoạn của led anode. Theo sơ đồ nguyên lý
led anode thì các đoạn led sẽ sáng khi cung cấp ngõ vào mức 0 tương ứng (Led sáng
mức thấp) xem như ngõ ra tác động mức thấp nên trong sơ đồ khối có ký hiệu đầu vào
ở ngõ ra. Bảng trạng thái mạch:

Hàm ngõ ra


Page |5

Mạch điện như hình

Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn anode


2.1.2 Cổng logic EXOR
Phần tử thực hiện hàm này là phần tử Exclusive OR (hay cổng EXOR). Cổng này
có 2 ngõ vào. Cổng này là thành phần cơ bản của phép so sánh. Khi 2 ngõ vào giống
nhau, ngõ ra ở mức logic 0, còn khi 2 ngõ vào khác nhau, ngõ ra có mức logic 1.
Ký hiệu và bảng trạng thái của cổng EXOR 2 ngõ và


Page |6

Hàm

ngõ ra

Tổng quát: hàm EXOR cho giá trị 1 khi số các chữ số 1 trong tổ hợp là một số
lẻ. Đây chính là tính chất của hàm cộng module n biến

2.2. Mạch cộng trừ nhị phân
2.2.1 Cộng nhị phân (Binary Addition)
2.2.1.1 Nguyên tắc cộng nhị phân
Nguyên tắc 1: 0 + 0 =0
Nguyên tắc 2: 0 + 1 = 1
Nguyên tắc 3: 1 + 0 = 0
Nguyên tắc 4: 1 + 1 = 0 và chuyển đi 1 = 10
Nguyên tắc 5: 1 + 1 + 1 = 1 và chuyển đi 1 = 11

2.2.1.2 Cộng bán phần (Haft Adder - HA)
Cộng bán phần là cộng hai số nhị phân 1 bit cho ra kết quả ghi lại 1 bit và nhớ lại
1 bit. Cộng bán phần chỉ thực hiện cho cột số cuối cùng của một số nhị phân.
Mạch cộng bán phần có 2 đầu vào là A và B, có 2 đầu ra là tổng S (Sum) và
chuyển đi C0.



Page |7

Mạch điện

2.2.1.3 Cộng toàn phần (Full adder – FA)
Cộng toàn phần là cộng hai số nhị phân 1 bit và cộng thêm 1 bit nhớ của cột có
trong số nhỏ hơn 1 đơn vị. Cộng toàn phần cho phép cộng bất kỳ ở cột số nào của số
nhị phân.
Mach cộng toàn phần có ba đầu vào là A, B, C i (Carry – in có nghĩa là chuyển
nội bộ hay chuyển trong)
Hai đầu ra là tổng S và được chuyển đi C0
Hàm logic FA


Page |8

Mạch điện
Nhận xét:
Từ mạch logic của FA ta có thể dễ dàng thấy rằng mạch logic FA được xây dựng
từ hai mạch HA và thêm một nửa cửa OR ở lối ra C0.
Nếu Ci = 0 (Nối đất) thì mạch FA trở về mạch HA.

2.2.2 Trừ nhị phân (Binary Subtraction)
2.2.2.1 Nguyên tắc trừ nhị phân:
Nguyên tắc 1: 0 – 0 = 0
Nguyên tắc 2; 0 – 1 = 1 và mượn 1
Nguyên tắc 3: 1 – 0 = 1



Page |9

Nguyên tắc 4: 1 – 1 = 0

2.2.2.2 Trừ bán phần (Haft Subtractor – HS)
Trừ bán phần là mạch logic thực hiện trừ hai số nhị phân 1 bit. Đầu vào là A và
B, đầu ra là D và mượn ngoài B0.

2.2.2.3 Trừ toàn phần (Full Subtractor – FS)
Mạch trừ toàn phần có 3 đầu vào là A, B, B i (Borrow – in có nghĩa là mượn nội
bộ hay mượn trong). Hai đầu ra là hiệu D và mượn ngoài B0

Nhận xét:


P a g e | 10

Có thể xây dựng mạch FS từ hai mạch HS và thêm một của OR ở lối ra B0
Nếu Bi = 0 (nối đất) thì FS trở về HS

2.3 Mạch cộng hoặc trừ hai số nhị phân n bit
2.3.1 Mạch cộng n bit
Ở trên ta mới nó mạch cộng hai số nhị phân 1 bit. Giải sử có hai số nhị phân 4 bit
A và B (A = A4A3A2A1 và B4B3B2B1) cần cộng với nhau thì cần dùng 4 mạch FA. Lưu ý
rằng FA thứ nhất có Ci = 0 làm nhiệm vụ như HA.


P a g e | 11


Mạch cộng song song n bit: các đầu ra C0 của FA thứ nhất nối với Ci của FA thứ
hai, C0 của FA thứ hai nối với Ci của FA thứ ba,…

2.3.2 Mạch trừ n bit


P a g e | 12


P a g e | 13

2.4 Mạch cộng/trừ nhị phân
Sơ đồ khối cho mạch cộng song song và mạch trừ song song hai số nhị phân n bit
gần như giống nhau. Muốn dùng làm mạch FA để thực hiện cả hai phép tính, ta cần tạo
thêm một đầu điều khiển S sao cho
S = 0 – Các số liệu B không đổi (B’ = B)
S = 1 – Các số liệu B đổi thành để đến FA ( B’ = )
Sử dụng cổng EXOR

S
Khi S = 0, các số liệu B 4, B3, B2, B1 qua các cửa EXOR để đến các mạch FA.
Mạch trên đây là mạch cộng 4 bit.


P a g e | 14

Kết quả S = C0 S4 S3 S2 S1
Khi S = 1, các số liệu B 4, B3, B2, B1 bị đảo khi qua các cửa EXOR. Như vậy B đã
được chuyển sang dạng số “bù 1”


Đầu Ci đặt ở mức logic 1 tức là số bù 1 được cộng 1 và chuyển sang số bù hai.

Bây giờ phép trừ đã được chuyển sang phép cộng: A + (-B). Trong kết quả của mạch
hiệu:
B0 chỉ để ta phân tịch kết quả D4 D3 D2 D1

2.5 Thí nghiệm, mạch mô phỏng
Giới thiệu: Mạch cộng trừ 4 bit là mạch có thể thực hiện phép cộng hoặc trừ 2 số
nhị phân 4 bit thông qua đầu điều khiển S. Nó sẽ thực hiện phép cộng khi S = 0, còn
khi S =1 nó sẽ thực hiện phép trừ.
Sơ đồ nguyên lý mạch


P a g e | 15

S
Chúng ta sẽ xây dựng mạch từ IC 74LS83. IC 74LS83 là mạch tổng 4 bit. Ở đây
chúng ta sẽ nghiên cứu sự hoạt động của IC 74LS83
Sơ đồ thí nghiệm:


P a g e | 16

Mạch được mô phỏng trong proteus
Xét 2 số nhị phân 4 bit là 0111 (số 7) và 0001 (số 1). Mức tác động 0 thì led sáng
còn mức tác động 1 thì led tắt

Hình trên có chân điều khiển S = 0 nên đây là mạch cộng nhị phân
Kết quả thu được là 1000 (số 8)



P a g e | 17

Hình trên có chân điều khiển S = 1 nên đây là mạch trừ nhị phân
Kết quả thu được là 0110 (số 6)


P a g e | 18


P a g e | 19

PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Mạch hoạt động và cho kết quả thu được đúng với yêu cầu ban đầu đề ra.
Quan sát quá trình hoạt động cùng kết quả thu được qua việc mô phỏng
Hiểu rõ được nguyên lý làm việc cùng quá trình hoạt động của mạch.

3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Giáo trình Kỹ thuật số, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2013
Tài liệu tham khảo trên trang dạy học số HCMUTE
Tài liệu tham khảo qua internet