Tập hướng dẫn thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 15
BÀI 2.
KHẢO SÁT HỆ TỔ HỢP VÀ HỆ TUẦN TỰ

I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU
Trong bài thí nghiệm này sinh viên sẽ được khảo sát một số mạch tổ hợp và mạch tuần tự đơn
giản: mạch so sánh 4 bít, mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit, bộ đếm không đồng bộ, bộ đếm đồng
bộ, thanh ghi dịch 4 bít.
Qua bài thí nghiệm sinh viên có thể hiểu được nguyên tắc hoạt động của một số mạch tổ hợp và
mạch tuần tự đơn giản, làm quen với một số vi mạch số TTL thường được sử dụng. Sau khi hoàn
thành bài thí nghiệm này, sinh viên có thể tự mình hệ thống hoá lại kiến thức đã tích luỹ trong giờ
học lý thuyết, trên cơ sở đó vận dụng để thiết kế được những mạch ứng dụng phức tạp hơn.
Để hoàn thành bài thí nghiệm này sinh viên cần nắm vững lý thuyết đã được học trong giáo trình
Kỹ Thuật Số về các hệ tổ hợp và hệ tuần tự.

II. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Mạch so sánh
Mạch so sánh dùng để so sánh các số nhị phân về mặt độ lớn. Có thể phân loại thành mạch so
sánh 1 bít và mạch so sánh nhiều bít. Trong đó, mạch so sánh 1 bít chỉ làm nhiệm vụ so sánh hai số
nhị phân 1 bít ở đầu vào trong khi mạch so sánh nhiều bít thường được ứng dụng nhiều hơn trong
thực tế. Về cấu tạo mạch so sánh hai số nhị phân nhiều bít thường được xây dựng trên cơ sở ghép
nối nhiều mạch so sánh 1 bít với nhau.
Giả sử cần so sánh 2 số nhị phân 4 bít như sau: A = a
3
a
2
a
1
a
0

phép cộng, do đó tốc độ thực hiện phép toán rất nhanh.
Trong bài thí nghiệm này chúng ta sẽ làm quen với vi mạch cộng nhớ nhanh hai số nhị phân 4 bít
74LS283.
Bài 2 – Digital Circuit Fundamentals 1 Trang 16
3. Bộ đếm
Bộ đếm được xây dựng trên cơ sở các Flip - Flop (FF) ghép nối với nhau sao cho hoạt động theo
một bảng trạng thái (qui luật) cho trước. Số lượng FF sử dụng là số hàng của bộ đếm.
Bộ đếm được sử dụng để tạo ra một dãy địa chỉ của lệnh điều kiển, đếm số chu trình thực hiện
phép tính, hoặc có thể dùng trong vấn đề thu và phát mã.
Có thể phân loại bộ đếm theo nhiều cách khác nhau:
- Phân loại theo cơ sở các hệ đếm: Bộ đếm thập phân, bộ đếm nhị phân.
Trong đó bộ đếm nhị phân được chia làm hai loại:
+ Bộ đếm với dung lượng đếm 2
n
.

+ Bộ đếm với dung lượng đếm khác 2
n
(đếm modulo M).
- Phân loại theo hướng đếm gồm: Mạch đếm lên (đếm tiến), mạch đếm xuống (đếm lùi),
mạch đếm vòng.
- Phân loại mạch đếm theo tín hiệu chuyển: bộ đếm nối tiếp, bộ đếm song song, bộ đếm hỗn
hợp.
- Phân loại dựa vào chức năng điều khiển:
+ Bộ đếm đồng bộ: Sự thay đổi ngõ ra phụ thuộc vào tín hiệu điều kiển Ck.
+ Bộ đếm không đồng bộ.
Mặc dù có rất nhiều cách phân loại nhưng chỉ có ba loại chính:
• Bộ đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp)
•
Bộ đếm đồng bộ (đếm song song)

Ck
i+1
= Q
ib. Bộ đếm đồng bộ (Synchronous Counter)
Bộ đếm song song là bộ đếm trong đó các FF mắc song song với nhau và các ngõ ra sẽ thay đổi
trạng thái dưới sự điều khiển của tín hiệu Ck. Chính vì vậy mà người ta còn gọi bộ đếm song song
là bộ đếm đồng bộ.
Mạch đếm song song được sử dụng với bất kỳ FF loại nào và có thể đếm theo qui luật bất kỳ
cho trước. Vì vậy, để thiết kế bộ đếm đồng bộ (song song) người ta dựa vào các bảng đầu vào kích
của FF.
Trong bài thí nghiệm về bộ đếm chúng ta sẽ khảo sát vi mạch đếm 74LS193.

4. Thanh ghi dịch (Shift Register)
Thanh ghi dịch được xây dựng trên cơ sở các DFF (hoặc các FF khác thực hiện chức năng của
DFF) và trong đó mỗi DFF sẽ lưu trữ 1 bit dữ liệu.
Tập hướng dẫn thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 17
Để tạo thanh ghi dịch nhiều bit, người ta ghép nhiều DFF lại với nhau theo qui luật như sau:
• Ngõ ra của DFF đứng trước được nối với ngõ vào DATA của DFF sau (D
i+1
= Q
i
) → đây
là thanh ghi có khả năng dịch phải.
• Hoặc ngõ ra của DFF đứng sau được nối với ngõ vào DATA của DFF đứng trước (D
i
=
Q

• PULSE: Mạch tạo xung kích khởi bằng tay.
• SIGNAL: Cung cấp các tín hiệu logic ngõ vào A, B, C, D.
• Các khối còn lại là các mạch chúng ta sẽ lần lượt khảo sát sau đây.
Bài 2 – Digital Circuit Fundamentals 1 Trang 18
1. Khảo sát mạch đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp)
Khối mạch thực hiện: ASYNCHRONOUS RIPPLE COUNTER

a. Khảo sát tác dụng của các ngõ vào CLR và PR:
• Quan sát sơ đồ mạch của bộ đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp) sử dụng 4 JKFF (được
thực hiện bằng 2 vi mạch 74LS76) thực hiện chức năng của TFF mắc nối tiếp với nhau.
• Khảo sát hoạt động xóa (CLEAR) và đặt trước (PRESET) bộ đếm bằng cách cấp tín hiệu
logic tương ứng cho các ngõ vào CLR và PR.
• Dùng tụ điện có giá trị C = 10 (µF) mắc thêm vào mạch để khảo sát tác dụng của mạch
RC trong việc “tự động” xóa FF và thiết lập FF lúc ban đầu khi bật nguồn cung cấp.

b. Khảo sát hoạt động đếm lên:
• Cấp xung Clock từ khối tạo xung PULSE vào ngõ vào CLOCK của mạch.
• Xóa bộ đếm về 0.
• Thay đổi vị trí công tắc ở khối PULSE để tạo xung kích khởi cho bộ đếm và quan sát sự
thay đổi trạng thái ngõ ra của bộ đếm từ giá trị 0000 đến 1111. Lưu ý: đèn sáng tương
ứng mức logic “1”, đèn tắt tương ứng mức logic “0”.
• Dùng máy phát sóng cấp tín hiệu xung vuông có tần số 1 Hz vào ngõ vào CLOCK của
bộ đếm và quan sát hoạt động đếm lên của mạch.
• Tăng tần số xung CLOCK của máy phát sóng để tăng tốc độ đếm.
• Có nhận xét gì khi tiếp tục tăng tần số xung CLOCK của bộ đếm? Cho biết đến tần số
xung CLOCK bằng bao nhiêu thì có thể xem như trạng thái của cả 4 đèn đều sáng?

2. Khảo sát mạch đếm đồng bộ (74LS193)
Khối mạch thực hiện: SYNCHRONOUS COUNTER
Vi mạch TTL 74LS193 là bộ đếm đồng bộ thuận/nghịch 4 bít, với các ngõ vào dữ liệu cho phép

, Q
B
, Q
C
, Q
D
: các ngõ ra bộ đếm.
• CARRY và BORROW : các ngõ ra này cho phép người thiết kế có thể ghép nối tầng
nhiều vi mạch 74LS193 với nhau để thực hiện các mạch đếm với số lượng lớn hơn.
Chẳng hạn: 1 vi mạch 74LS193 có thể thực hiện bộ đếm 4 bít tương ứng 16 (= 2
4
) trạng
thái phân biệt, ghép nối tầng 2 vi mạch đếm 4 bít 74LS193 bằng cách sử dụng các ngõ ra
CARRY hoặc BORROW có thể thực hiện mạch đếm 8 bít với số lượng trạng thái đếm là
16x16 = 256 (= 2
8
) trạng thái phân biệt, tất nhiên có thể thực hiện hoặc đếm lên hoặc đếm
xuống (CARRY cho đếm lên và BORROW cho đếm xuống).
Sau đây chúng ta sẽ lần khảo sát hoạt động của vi mạch đếm này:
Tập hướng dẫn thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 21
a. Hoạt động đếm lên:
• Cấp nguồn cho mạch.
• Xóa bộ đếm về không.
• Dùng máy phát sóng cấp tín hiệu xung vuông có tần số 1 Hz vào ngõ vào UP của bộ đếm
và quan sát hoạt động đếm lên của vi mạch (nội dung bộ đếm thay đổi từ 0000 → 1111).
• Chú ý quan sát trạng thái của các ngõ ra CARRY và BORROW. Hãy cho biết các ngõ ra
này thay đổi trạng thái tại thời điểm nào?
• Tăng tần số ngõ vào xung đếm của máy phát sóng để tăng tốc độ đếm.

b. Hoạt động đếm xuống:

Hoạt động đếm xuống và đếm lên của các vi mạch đếm, chẳng hạn 74LS193, có thể được ứng
dụng để định các khoảng thời gian. Để đơn giản trong phần này chúng ta thử xét ứng dụng của hoạt
động đếm xuống trong việc định thời sự kiện.
Chẳng hạn muốn làm trễ một khoảng thời gian là 10s chúng ta có thể cho bộ đếm bắt đầu đếm
ngược (đếm xuống) từ giá trị thập phân là 10 (1010 nhị phân) đến 0 (0000 nhị phân) với tần số xung
nhịp ở ngõ vào DOWN là 1 Hz, tương ứng với chu kỳ xung nhịp là 1s. Khi bộ đếm đạt đến giá trị
0000
2
nghĩa là đã đếm được 10 trạng thái và sẽ tương ứng 10 xung nhịp clock đã tác động ở ngõ
vào với chu kỳ mỗi xung là 1s, lúc này ngõ ra BORROW sẽ chuyển từ mức logic ‘1’ xuống mức
logic ‘0’, đây chính là dấu hiệu nhận biết khoảng thời gian 10s đã trôi qua tính từ lúc bắt đầu tác
động xung đếm ở đầu vào xung nhịp. Tín hiệu xung mức 0 ở ngõ ra BORROW có thể được sử
dụng để kích khởi cho một mạch điện tử nào đó hoạt động.

Phần thí nghiệm: Sử dụng vi mạch 74LS193 thực hiện các công việc sau:
• Nhập dữ liệu thích hợp để định thời các khoảng thời gian là 5s, 6s, 12s, 15s.
• Nếu ứng dụng hoạt động đếm lên để định thời cần sử dụng ngõ ra CARRY làm dấu hiệu
nhận biết. Hãy tính toán các giá trị cần nhập cho bộ đếm để định thời được các khoảng
thời gian 5s, 10s, 15s và kiểm chứng lại bằng thí nghiệm ?
Bài 2 – Digital Circuit Fundamentals 1 Trang 22

3. Khảo sát mạch so sánh 4 bít (74LS85)
Khối mạch thực hiện: 4 BIT COMPARATOR

Vi mạch 74LS85 thực hiện so sánh 2 số nhị phân 4 bít A (A
3
A
2
A
1

1
, B
0
là các ngõ vào nhận các bít dữ liệu so sánh của 2 số A, B.
• A>B, A<B, A=B là các ngõ ra chỉ thị kết quả so sánh mức tích cực là mức 1.
• Các ngõ vào nối tầng (cascading inputs) cho phép ghép nối nhiều vi mạch so sánh
74LS85 với nhau để thực hiện so sánh 2 số nhị phân nhiều bít (ví dụ: so sánh 2 số 8 bít,
12 bít, 16 bít, 20 bít, 24 bít, ), làm tăng khả năng mở rộng của vi mạch 74LS85.
• Trong bài thí nghiệm chỉ thực hiện việc so sánh 2 số nhị phân 4 bít sử dụng 1 vi mạch
74LS85 nên chúng ta thiết lập ngõ vào nối tầng (A=B) = 1.

Tập hướng dẫn thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 23
Tiến hành thí nghiệm:

a. So sánh các số nhị phân 4 bít sau đây:

Các ngõ ra
A B
A>B A<B A=B
Kết luận
0001 0011
1101 1100
1010 1010
0110 1001

Lưu ý: Các ngõ vào của B chính là các giá trị ngõ ra Q
A
, Q
B
, Q

• SR (Serial Right): Ngõ vào nối tiếp của dữ liệu dịch phải.
• Q
A
, Q
B
, Q
C
, Q
D
: Các ngõ ra dữ liệu song song.
• S1, S0 : Các ngõ vào chọn chế độ hoạt động của thanh ghi. Thanh ghi dịch 74LS194 có 4
chế độ hoạt động khác nhau được mô tả trong bảng sau:

S1 S0 Chế độ hoạt động (MODE)
0 0 Giữ nguyên trạng thái ngõ ra
0 1 Dịch dữ liệu sang phải
1 0 Dịch dữ liệu sang trái
1 1 Nhập dữ liệu vào song song đồng bộ với clock
Đồ thị thời gian mô tả hoạt động của thanh ghi 74LS194:

• Tiếp tục khảo sát hoạt động dịch phải của thanh ghi bằng cách thay đổi dữ liệu nhập ban
đầu cho thanh ghi bằng các giá trị sau: 0011, 0111, 0110, 0010, v.v.
Lưu ý
: A = LSB, D=MSB

b. Hoạt động dịch trái dữ liệu:
Tương tự, tiến hành những công việc sau để khảo sát hoạt động dịch trái của thanh ghi:
• Xóa thanh ghi về 0000 (CLEAR=0).
• Nhập dữ liệu “1000” vào thanh ghi (D=1, C=0, B=0, A=0), lưu ý:
A=LSB, D=MSB.
• Thiết lập ngõ vào dữ liệu dịch trái SL=0.
• Cấp xung clock sườn lên cho thanh ghi từ khối tạo xung PULSE GENERATOR.
• Chuyển sang chế độ dịch trái (S1=1, S0=0).
• Lần lượt chuyển công tắc ở khối tạo xung để cấp xung clock cho thanh ghi và quan sát sự
dịch chuyển dữ liệu “1000” từ phải sang trái tại các ngõ ra Q
A
, Q
B
, Q
C
, Q
D
theo như sơ
đồ sau (xem trang tiếp theo):
Tập hướng dẫn thí nghiệm KỸ THUẬT SỐ Trang 27 • Tiếp tục khảo sát hoạt động dịch trái của thanh ghi bằng các dữ liệu nhập ban đầu cho
thanh ghi như sau: 0100, 0110, 0010, và ngõ vào dữ liệu nối tiếp SL=1.

5. Khảo sát mạch cộng nhớ nhanh 4 bít (74LS283)
Khối mạch thực hiện: 4 BIT ADDER
Trong phần này chúng ta khảo sát vi mạch cộng nhớ nhanh 4 bít 74LS283, đây là vi mạch cộng
nhớ nhanh hay còn gọi là mạch cộng với số nhớ nhìn thấy trước (Fast Carry – Carry Look Ahead).
Sơ đồ bố trí chân của vi mạch: Sơ đồ bố trí trên board mạch thí nghiệm và sơ đồ khối của mạch cộng 4 bít nhớ nhanh:

Trong sơ đồ này chúng ta lưu ý rằng các ngõ vào A4, A3, A2, A1 của vi mạch được nối đến các
ngõ vào tín hiệu D, C, B, A tại khối INPUT SIGNALS; trong khi các ngõ vào B4, B3, B2, B1 của
vi mạch được nối đến các ngõ ra QD, QC, QB, QA của bộ đếm đồng bộ.
Bởi vậy để cộng 2 số nhị phân 4 bít A=A
4
A
3
A
2
A
1
và B=B
4
B
3
B
2
B
1
trước tiên chúng ta nhập số
liệu cho B trước bằng cách sử dụng chế độ nhập số liệu vào bộ đếm, sau đó chúng ta nhập tiếp số