Trong học kỳ 2 của môn Analog, Digital Design and Computer Architecture, sinh viên Nguyễn Trung Tín đã thực hiện một sản phẩm Lab đầy thực tiễn: Thiết kế và mô phỏng bộ ghép kênh 4:1 (Multiplexer 4-to-1). Đây là một bước đi quan trọng trong hành trình chinh phục lĩnh vực thiết kế mạch số, đồng thời cũng là tiền đề cho việc học các kỹ thuật thiết kế vi mạch tích hợp bằng Verilog HDL sau này.
Khám phá vai trò của bộ ghép kênh trong thiết kế mạch số
Multiplexer – hay còn gọi là bộ ghép kênh – là một thành phần không thể thiếu trong các hệ thống điện tử kỹ thuật số hiện đại. Với chức năng chọn lọc và truyền dữ liệu từ nhiều đầu vào về một đầu ra duy nhất, MUX đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa và điều phối luồng dữ liệu trong các mạch số và hệ thống vi xử lý.
Thông qua việc mô phỏng bộ ghép kênh 4-to-1 trên phần mềm Logisim, sinh viên không chỉ học cách thiết kế một khối chức năng cơ bản mà còn tiếp cận phương pháp phân tích bảng sự thật, viết phương trình logic đầu ra, đồng thời làm quen với các bước mô phỏng và đánh giá hiệu năng mạch số.
“Bài lab này không chỉ giúp em hiểu rõ kiến thức mà còn rèn luyện tính cẩn thận trong từng chi tiết nhỏ nhất” – Nguyễn Trung Tín chia sẻ sau khi hoàn thành dự án mô phỏng MUX 4-to-1 trên phần mềm Logisim.
Quy trình thực hiện được triển khai bài bản và logic
Bước 1: Vẽ Sơ đồ khối Mux4to1.
Sinh viên bắt đầu với việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động của MUX 4 sang 1 kết hợp với vẽ sơ đồ khối để hình dung cách tín hiệu được xử lý tiếp theo là xác lập bảng sự thật viết phương trình đầu ra từ đó thiết kế sơ đồ mạch logic tương ứng trên phần mềm Logisim.
Bước 2: Lập bảng sự thật và viết phương trình toán ngõ ra.
| Kênh chọn | OUTPUT | |
| S1 | S0 | Y |
| 0 | 0 | I0 |
| 0 | 1 | I1 |
| 1 | 0 | I2 |
| 1 | 1 | I3 |
Khi mô phỏng sinh viên đã thử nghiệm các tổ hợp đầu vào và tín hiệu điều khiển như 00 01 10 và 11 để kiểm tra tính chính xác của mạch Trong mỗi trường hợp đầu ra luôn đúng với bảng sự thật đã xây dựng khẳng định thiết kế đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
Bước 3: Thiết kế mạch, mô phỏng và đánh giá trên phần mềm Logisim.
Thông qua 4 kịch bản mô phỏng khác nhau, sinh viên đã chứng minh khả năng hoạt động chính xác của mạch – khi mỗi tín hiệu điều khiển đầu vào (S1, S0) đều tương ứng với đúng đầu ra mong muốn (I0, I1, I2, I3). Kết quả này thể hiện sự hiểu rõ lý thuyết và khả năng ứng dụng vào thực tiễn, điều mà bất kỳ sinh viên ngành thiết kế mạch nào cũng cần phải thành thạo.
=> Kết quả trường hợp 1: Với các tín hiệu trên thì mạch chọn ngõ vào I0 để truyền đến ngõ ra Y
=> Kết quả trường hợp 2: Với các tín hiệu trên thì mạch chọn ngõ vào I1 để truyền đến ngõ ra Y
=> Kết quả trường hợp : Với các tín hiệu trên thì mạch chọn ngõ vào I2 để truyền đến ngõ ra Y
=> Kết quả trường hợp 4: Với các tín hiệu trên thì mạch chọn ngõ vào I3 để truyền đến ngõ ra Y
Vượt qua thử thách từ những lỗi nhỏ nhất
Trong quá trình thiết kế, Trung Tín từng gặp khó khăn khi bố trí dây dẫn sao cho vừa gọn gàng, vừa đảm bảo mạch hoạt động đúng. Một lỗi nhỏ – như việc dây dẫn chập nhau – cũng khiến toàn bộ mạch không chạy như mong muốn.
Tuy nhiên, từ những lần thử, Tín đã rút ra kinh nghiệm trong việc sắp xếp bố cục mạch, tận dụng đường dẫn hợp lý để vừa dễ quan sát, vừa dễ kiểm tra. Quan trọng hơn, những trải nghiệm đó giúp rèn luyện tư duy cẩn trọng và tinh thần kiên trì – phẩm chất không thể thiếu trong ngành bán dẫn và thiết kế IC.
Dù chỉ là một bài Lab trong môn học nền tảng, dự án MUX 4:1 đã giúp Tín bước đầu làm chủ tư duy thiết kế mạch số: từ hiểu lý thuyết đến mô phỏng, phân tích, và đánh giá. Đây là nền móng quan trọng cho các môn học nâng cao như thiết kế vi mạch số với Verilog HDL trong các học kỳ tiếp theo tại FPT Jetking.
Thầy Nguyễn Văn Thành Lộc đánh giá: “Sinh viên đã đạt chuẩn đầu ra của bài Lab – biết vẽ sơ đồ khối, hiểu bảng sự thật, viết phương trình toán và mô phỏng mạch số chính xác.Mạch hoạt động đúng, trình bày báo cáo rõ ràng và có tư duy logic tốt.”
Bài Lab “Thiết kế và mô phỏng bộ ghép kênh 4:1” là minh chứng cho triết lý đào tạo tại FPT Jetking: học thông qua thực hành, tư duy phát triển qua trải nghiệm, giúp sinh viên từng bước làm chủ công cụ, làm quen với tư duy kỹ thuật hiện đại trong ngành bán dẫn.
Nếu bạn đang tìm kiếm một môi trường học tập thực tiễn, nơi mỗi môn học đều gắn liền với sản phẩm, mỗi dự án là một bước tiến gần hơn đến thị trường lao động – thì FPT Jetking chính là nơi bạn có thể bắt đầu hành trình đó, như cách Nguyễn Trung Tín đã làm với mạch MUX 4-to-1 của mình.
Giảng viên Nguyễn Văn Thành Lộc
Cùng xem video demo thiết kế, mô phỏng và đánh giá về sản phẩm của bạn Tín qua video bên dưới nhé!