Thông tin tài liệu
Bài ging K THUT S Trang 26
Chng 3
CÁC PHN T LOGIC C BN
3.1. KHÁI NIM V MCH S
3.1.1. Mch tng t
ch tng t (còn gi là mch Analog) là mch dùng x lý các tín hiu tng t. Tín hiu
ng t là tín hiu có biên bin thiên liên tc theo thi gian.
Vic x lý bao gm các vn : Chnh lu, khuch i, u ch, tách sóng…
Nhc m ca mch tng t:
- Kh nng chng nhiu thp (nhiu d xâm nhp).
- Vic phân tích thit k mch phc tp.
khc phc nhng nhc m này ngi ta s dng mch s.
3.1.2. Mch s
ch s (còn gi là mch Digital) là mch dùng x lý tín hiu s. Tín hiu s là tín hiu có
biên bin thiên không liên tc theo thi gian hay còn gi là tín hiu gián n, c biu din
i dng sóng xung vi 2 mc n th cao và thp mà tng ng vi hai mc n th này là hai
c logic 1 và 0 ca mch s.
Vic x lý trong mch s bao gm các vn nh:
- Lc s.
- u ch s / Gii u ch s.
- Mã hóa / Gii mã …
u m ca mch s so vi mch tng t :
- chng nhiu cao (nhiu khó xâm nhp).
- Phân tích thit k mch s tng i n gin.
Vì vy, hin nay mch sc s dng khá ph bin trong tt c các lnh vc nh: o lng s,
truyn hình s, u khin s. . .
3.1.3. H logic dng/âm
Trng thái logic ca mch s có th biu din bng mch n n gin nh trên hình 3.1:
Hot ng ca mch n này nh sau:
- K M : èn Tt
- K óng : èn Sáng
Trng thái óng/M ca khóa K hoc trng thái Sáng/Tt ca
èn cng c c trng cho hai trng thái logic ca mch s.
K
v
i
Hình 3.1
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 27
ng có th thay khóa K bng khóa n t dùng BJT nh sau (hình 3.2):
Gii thích các s mch:
Hình 3.2a
:
- Khi V
i
= 0 : BJT tt
→
V
0
= +Vcc
- Khi V
i
> a : BJT dn bão hòa → V
0
= V
ces
= 0,2 (V) ≈ 0 (V).
Hình 3.2b
:
- Khi V
i
= 0 : BJT tt
→
V
0
= -Vcc
- Khi V
i
< -a: BJT dn bão hòa → V
0
= V
ces
= -V
ecs
= - 0,2 (V) ≈ 0 (V).
y, trong c 2 s mc n th vào/ra ca khoá n t dùng BJT cng tng ng vi 2
trng thái logic ca mch s.
Ngi ta phân bit ra hai h logic tùy thuc vào mc n áp:
- Nu chn : V
logic 1
> V
logic 0
→ h logic dng
- Nu chn : V
logic 1
< V
logic 0
→ h logic âm
Logic dng và logic âm là nhng h logic t, ngoài ra còn có h logic m (Fuzzy Logic) hin
ang c ng dng khá ph bin trong các thit bn t và các h thng u khin tng.
3.2. CNG LOGIC (LOGIC GATE)
3.2.1. Khái nim
ng logic là mt trong các thành phn c bn xây dng mch s. Cng logic c ch to
trên c s các linh kin bán dn nh Diode, BJT, FET hot ng theo bng trng thái cho trc.
3.2.2 Phân loi
Có ba cách phân loi cng logic:
- Phân loi cng theo chc nng.
- Phân loi cng theo phng pháp ch to.
- Phân loi cng theo ngõ ra.
1. Phân loi cng logic theo chc nng
a)
RB
Rc
Q
+Vcc
V
i
V
0
b)
Rc
Q
R
B
-
Vcc
V
i
V
0
Hình 3.2. Biu din trng thái logic ca mch s bng khóa n t dùng BJT
Bài ging K THUT S Trang 28
a. Cng M (BUFFER)
ng m (BUFFER) hay còn gi là cng không o là cng có mt ngõ vào và mt ngõ ra vi
ký hiu và bng trng thái hot ng nh hình v.
Phng trình logic mô t hot ng ca cng m: y = x
Trong ó:
- x là ngõ vào có tr kháng vào Zv vô cùng ln
→
do ó dòng vào ca cng m rt nh.
- y là ngõ ra có tr kháng ra Zra nh → cng m có kh nng cung cp dòng ngõ ra ln.
Chính vì vy ngi ta s dng cng m theo 2 ý ngha sau:
- Dùng phi hp tr kháng.
- Dùng cách ly và nâng dòng cho ti.
phng din mch n có th xem cng m (cng không o) ging nh mch khuych i C
chung (ng pha).
b.Cng O (NOT)
ng O (còn gi là cng NOT) là cng logic có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra, vi ký hiu và bng
trng thái hot ng nh hình v:
Phng trình logic mô t hot ng ca cng O: y =
x
ng o gi chc nng nh mt cng m, nhng ngi ta gi là m o vì tín hiu ngõ ra
ngc mc logic (ngc pha) vi tín hiu ngõ vào.
Trong thc t ta có th ghép hai cng O ni tng vi nhau thc hin chc nng ca cng
M (cng không o) (hình 3.5):
ng trng thái
x
y
0
0
1 1
x
y
Hình 3.3. Ký hiu và bng trng thái ca cng m
ng trng thái:
x
y
0
1
1 0
x
y
Hình 3.4. Ký hiu và bng trng thái hot ng ca cng o
x
x
x
xx =
Hình 3.5. S dng 2 cng O to ra cng M
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 29
phng din mch n, cng O ging nh tng khuych i E chung.
c. Cng VÀ (AND)
ng AND là cng logic thc hin chc nng ca phép toán nhân logic các tín hiu vào. Cng
AND 2 ngõ vào có 2 ngõ vào 1 ngõ ra ký hiu nh hình v:
Phng trình logic mô t hot ng ca cng AND:
y = x
1
.x
2
ng trng thái hot ng ca cng AND 2 ngõ vào:
x
1
x
2
y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
bng trng thái này có nhn xét: Ngõ ra y ch bng 1 (mc logic 1) khi c 2 ngõ vào u bng
1, ngõ ra y bng 0 (mc logic 0) khi có mt ngõ vào bt k (x
1
hoc x
2
) bng 0.
Xét trng hp tng quát cho cng AND có n ngõ vào x
1
, x
2
x
n
:
y
AND
=
==∀
=∃
)n1,(i1x1
0x0
i
i
y, c m ca cng AND là: ngõ ra y ch bng 1
khi tt c các ngõ vào u bng 1, ngõ ra y bng 0 khi
có ít nht mt ngõ vào bng 0.
dng cng AND óng m tín hiu:
Cho cng AND có hai ngõ vào x
1
và x
2
. Ta chn:
- x
1
óng vai trò ngõ vào u khin (control).
- x
2
óng vai trò ngõ vào d liu (data).
Xét các trng hp c th sau ây:
- Khi x
1
= 0: y = 0 bt chp trng thái ca x
2
, ta nói ng AND khóa li không cho d liu a
vào ngõ vào x
2
qua cng AND n ngõ ra.
- Khi x
1
= 1
2
xy
1y1
2
x
0y0
2
x
=⇒
=⇒=
=
⇒
=
Ta nói ng AND m cho d liu a vào ngõ vào x
2
qua cng AND n ngõ ra.
y, có th s dng mt ngõ vào bt k ca cng AND óng vai trò tín hiu u khin cho phép
hoc không cho phép lung d liu i qua cng AND.
dng cng AND to ra cng logic khác
:
u s dng 2 t hp u và cui trong bng giá tr ca cng AND và ni cng AND theo s
nh hình 3.8 thì có th s dng cng AND to ra cng m.
Trong thc t, có th tn dng ht các cng cha dùng trong IC thc hin chc nng ca các
ng logic khác.
x
1
y
x
2
Hình 3.6. Cng AND
x
1
y
x
n
Hình 3.7. Cng AND vi n ngõ vào
Bài ging K THUT S Trang 30
d. Cng HOC (OR)
ng OR là cng thc hin chc nng ca phép toán cng logic các tín hiu vào. Trên hình v là
ký hiu ca cng OR 2 ngõ vào:
Phng trình logic cng OR 2 ngõ vào: y = x
1
+ x
2
ng trng thái mô t hot ng:
x
1
x
2
y = x
1
+x
2
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Xét trng hp tng quát i vi cng OR có n ngõ vào.
Phng trình logic:
y
OR
=
==∀
=∃
)n1,(i0x0
1x1
i
i
c m ca cng OR là: Tín hiu ngõ ra ch bng 0 khi và ch khi tt c các ngõ vào u
ng 0, ngc li tín hiu ngõ ra bng 1 khi ch cn có ít nht mt ngõ vào bng 1.
dng cng OR óng m tín hiu
:
Xét cng OR có 2 ngõ vào x
1
, x
2
. Nu chn x
1
là ngõ vào u khin (control), x
2
ngõ vào d liu
(data), ta có các trng hp c th sau ây:
- x
1
= 1: y = 1, y luôn bng 1 bt chp x
2
→ Ta nói ng OR khóa không cho d liu i qua.
x
1
x
2
y
+x = 0 x
1
= x
2
= 0 y = 0
+x = 1 x
1
= x
2
= 1 y = 1 y = x
Hình 3.8. S dng cng AND to ra cng m.
Ký hiu Châu Âu
Ký hiu theo M, Nht, Úc
x
1
x
2
y
x
1
x
2
y
Hình 3.9a Cng OR 2 ngõ vào
x
1
x
n
y
Hình 3.9b Cng OR n ngõ vào
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 31
- x
1
= 0:
2
xy
1y1
2
x
0y0
2
x
=⇒
=⇒=
=
⇒
=
→ Ta nói ng OR m cho d liu t ngõ vào x
2
qua
ng n ngõ ra y.
dng cng OR thc hin chc nng cng logic khác
: dng hai t hp giá tru và
cui ca bng trng thái ca cng OR và ni mch cng OR nh s hình 3.10:
- x = 0, x
1
= x
2
= 0
⇒
y = 0
- x = 1, x
1
= x
2
= 1 ⇒ y = 1 ⇒ y = x: cng OR óng vai trò nh cng m.
e. Cng NAND
ây là cng thc hin phép toán nhân o, v s logic cng NAND gm 1 cng AND mc
i tng vi 1 cng NOT, ký hiu và bng trng thái cng NAND c cho nh hình 3.11:
Phng trình logic mô t hot ng ca cng NAND 2 ngõ vào:
21
.xxy =
Xét trng hp tng quát: Cng NAND có n ngõ vào.
y
NAND
=
==∀
=∃
)n1,(i1x0
0x1
i
i
y, c m ca cng NAND là: tín hiu ngõ ra ch bng 0 khi tt c các ngõ vào u bng
1, và tín hiu ngõ ra s bng 1 khi ch cn ít nht mt ngõ vào bng 0.
dng cng NAND óng m tín hiu
:
Xét cng NAND có hai ngõ vào. Chn x
1
là ngõ vào u khin (control), x
2
là ngõ vào d liu
(data), ln lt xét các trng hp sau:
- x
1
= 0: y = 1 (y luôn bng 1 bt chp giá tr ca x
2
) ta nói ng NAND khóa.
- x
1
= 1:
2
xy
0y1
2
x
1y0
2
x
=⇒
=⇒=
=
⇒
=
→
ng NAND m cho d liu vào ngõ vào x
2
n
ngõ ra ng thi o mc tín hiu ngõ vào x
2
, lúc này cng NAND óng vai trò là cng O.
x
1
x
2
y
x
Hình 3.10. S dng cng OR làm cng m
Hình 3.11. Cng NAND: Ký hiu, s logic tng ng và bng trng thái
x
1
x
2
y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
x
1
y
x
2
x
1
x
2
y
x
1
y
x
n
Hình 3.12.Cng NAND n ngõ vào
Bài ging K THUT S Trang 32
x
1
x
2
y
1
x
2
x
y =
212121
. xxxxxx +=+=
x
1
x
2
y
Hình 3.13d. Dùng cng NAND to cng OR
dng cng NAND to các cng logic khác:
- dùng cng NAND to cng NOT:
- dùng cng NAND to cng BUFFER (cng m):
- dùng cng NAND to cng AND:
- dùng cng NAND to cng OR:
x
1
y
x
2
x
y =
xxxxx =+=
2121
x
y
Hình 3.13a.Dùng cng NAND to cng NOT
xxy ==
y
x
x
1
x
2
x
x
y
Hình 3.13b.Dùng cng NAND to cng M (BUFFER)
y
x
1
x
2
2
1
.xx
y =
2
1
2
1
.xxxx =
x
1
x
2
y
Hình 3.13c. S dng cng NAND to cng AND
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 33
f. Cng NOR
ng NOR, còn gi là cng Hoc-Không, là cng thc hin chc nng ca phép toán cng o
logic, là cng có hai ngõ vào và mt ngõ ra có ký hiu nh hình v:
Phng trình logic mô t hot ng ca cng :
y =
21
xx +
ng trng thái mô t hot ng ca cng NOR :
x
1
x
2
y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Xét trng hp tng quát cho cng NOR có n ngõ vào.
y
NOR
=
==∀
=∃
)n1,(i0x1
1x0
i
i
y c m ca cng NOR là: Tín hiu ngõ ra ch
ng 1 khi tt c các ngõ vào u bng 0, tín hiu ngõ
ra s bng 0 khi có ít nht mt ngõ vào bng 1.
dng cng NOR óng m tín hiu
:
Xét cng NOR có 2 ngõ vào, chn x
1
là ngõ vào u khin, x
2
là ngõ vào d liu. Ta có:
- x
1
= 1: y = 0 (y luôn bng 0 bt chp x
2
), ta nói ng NOR khóa không cho d liu i qua.
- x
1
= 0:
2
xy
0y1
2
x
1y0
2
x
=⇒
=⇒=
=
⇒
=
→ ta nói ng NOR m cho d liu t ngõ vào x
2
qua
ng NOR n ngõ ra ng thi o mc tín hiu ngõ vào x
2
, lúc này cng NOR óng vai trò
là cng O.
dng cng NOR thc hin chc nng cng logic khác
:
- Dùng cng NOR làm cng NOT:
x
1
x
2
y
Ký hiu theo Châu Âu
Ký hiu theo M, Nht
x
1
x
2
y
Hình 3.14. Ký hiu cng NOR
x
1
x
n
y
Hình 3.15. Cng NOR n ngõ vào
x
1
y
x
2
x
y =
xxxxx ==+
2121
.
y
x
Hình 3.16a. S dng cng NOR to cng NOT
Bài ging K THUT S Trang 34
- Dùng cng NOR làm cng OR :
- Dùng cng NOR làm cng BUFFER :
- Dùng cng NOR làm cng AND :
- Dùng cng NOR làm cng NAND:
y =
2121
xxxx +=+
y
x
1
x
2
2
1
xx +
Hình 3.16b. S dng cng NOR to cng OR
x
1
x
2
y
y
x
x
1
x
2
x
y =
xx =
x
y
Hình 3.16c. S dng cng NOR to cng BUFFER
y =
212121
xxxxxx ==+
x
1
x
2
y
1
x
2
x
x
1
x
2
y
Hình 3.16d. S dng cng NOR làm cng AND
Hình 3.16e. S dng cng NOR làm cng NAND
y =
212121
.1 xxxxxxy =+=+=
x
1
x
2
y
1
1
x
2
x
x
1
x
2
y
y
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 35
g. Cng XOR (EX - OR)
ây là cng logic thc hin chc nng ca mch cng modulo 2 (cng không nh), là cng có
hai ngõ vào và mt ngõ ra có ký hiu và bng trng thái nh hình v.
Phng trình logic mô t hot ng ca cng XOR :
y
XOR
= x
1
2
x +
1
x .x
2
= x
1
⊕ x
2
ng XOR c dùng so sánh hai tín hiu vào:
- Nu hai tín hiu vào là bng nhau thì tín hiu ngõ ra bng 0
- Nu hai tín hiu vào là khác nhau thì tín hiu ngõ ra bng 1.
Các tính cht ca phép toán XOR:
1. x
1
⊕
x
2
= x
2
⊕
x
1
2. x
1
⊕ x
2
⊕ x
3
= (x
1
⊕ x
2
) ⊕ x
3
= x
1
⊕ (x
2
⊕ x
3
)
3. x
1
.(x
2
⊕ x
3
) = (x
1
.x
2
) ⊕ (x
3
.x
1
)
Chng minh:
trái = x
1.
(x
2
⊕
x
3
) = x
1
(x
2
.
x
3
+
x
2
.x
3
) = x
1
x
2
x
3
+ x
1
x
2
x
3
+ x
1
x
1
.x
3
+ x
1
x
1
.x
2
= x
1
x
2
x
3
+ x
1
x
2
x
3
+ x
1
x
1
.x
3
+ x
1
x
1
.x
2
= x
1
x
2
(
x
3
+x
1
) + x
1
x
3
(
x
2
+
x
1
)
= x
1
x
2
31
xx +
21
xx x
1
x
3
= (x
1
x
2
)⊕(x
1
x
3
) = V phi (pcm).
4. x
1
⊕ (x
2
. x
3
) = (x
1
⊕x
3
).(x
1
⊕x
2
)
5. x ⊕ 0 = x
x ⊕ 1 =
x
x ⊕ x = 0
x ⊕
x
= 1
h. Cng XNOR (EX – NOR)
ây là cng logic thc hin chc nng ca mch cng o modulo 2 (cng không nh), là cng
có hai ngõ vào và mt ngõ ra có ký hiu và bng trng thái nh trên hình 3.19.
Phng trình logic mô t hot ng ca cng: y =
212121
xxxxxx ⊕=+
x
1
x
2
y
0 0 0
0
1 1
1 0 1
1 1 0
y
x
1
x
2
Hình 3.17. Cng XOR
M rng tính cht 5: Nu x
1
⊕
x
2
= x
3
thì x
1
⊕
x
3
=x
2
x
1
x
2
y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
y
x
1
x
2
Hình 3.19. Cng XNOR
[...]... ng thì Vlogic1 càng gi m và ng c l i Song Vlogic1 ch c phép gi m n m t giá tr cho phép Vlogic1 min = 2,2V Bài gi ng K THU T S Trang 48 m t thi t k m ch: ta ch n Vlogic1 min = 2,4V b o m c ng c p dòng ra khi m c logic 1 không c nh h n Vlogic1 min và m b o c ng hút dòng vào khi m c logic 0 thì dòng t i m c logic 0 không c l n h n dòng IOL Nh c m c a ngõ ra c t ch m: Không cho phép n i chung các ngõ... u i t C→A, D→B V y d li u c nh p vào 3.2.3 Các thông s k thu t c a c ng logic 1 Công su t tiêu tán Ptt t ph n t logic khi làm vi c ph i tr i qua các giai n sau: tr ng thái t t - Chuy n t tr ng thái t t sang tr ng thái d n tr ng thái d n - Chuy n t tr ng thái d n sang t t m i giai n, ph n t logic u tiêu th ngu n m t công su t i v i các ph n t logic h TTL: các ph n t TTL tiêu th công su t c a ngu n ch... ta cho các BJT làm vi c ch khu ch i, u ó có ngh a là ng i ta kh ng ch sao cho các ti p xúc JC c a BJT bao gi c ng tr ng thái phân c c ng c B ng cách m c song song v i ti p giáp JC c a BJT m t diode Schottky c m a diode Schottky là ti p xúc c a nó g m m t ch t bán d n v i m t kim lo i, nên nó không tích y n tích trong tr ng thái phân c c thu n ngh a là th i gian chuy n t phân c c thu n sang phân c ng... 3 Các ph n t logic c b n Trang 47 3 Phân lo i c ng logic theo ngõ ra a Ngõ ra c t ch m (Totem Pole Output) Xét c ng logic h TTL v i s m ch nh hình 3.35 VCC R4 R5 R1 Q4 Q1 x1 D y Q2 x2 Q3 R2 R3 Hình 3.35 Ngõ ra c t ch m - Khi x1=x2=1: Ti p giáp BE 1, BE2 c a Q1 phân c c ng c nên Q1 t t n th t i c c n n c a Q1 làm cho ti p giáp BC/Q1 m , có dòng n ch y qua ti p giáp BC/Q1 vào c c n n c a Q2, Q2 c phân. .. m o m c logic 0 n a V y, u ki n m ch ho t ng bình th ng là: IR3 + N I1 < β min IB ⇒ N: s l n nh t th a mãn N< u ki n (*) VCC R3 R3 R1 x1 D1 x2 D1 D3 D4 D2 Q R2 Hình 3.42 β min I B − I R 3 (*) I1 c g i là Fanout c a ph n t logic DTL 3 Fanin (H s m c m ch ngõ vào) i M là Fanin c a 1 ph n t logic thì M c nh ngh a nh sau: ó chính là “s ngõ vào logic c c i c a m t ph n t logic i v i các ph n t logic th... n ng c ng logic, thì s l ng M l n nh t là 4 ngõ vào i v i các ph n t logic th c hi n ch c n ng nhân logic, thì s l ng M l n nh t là 6 ngõ vào i v i h logic CMOS thì có M nhi u h n nh ng c ng không quá 8 ngõ vào 4 ch ng nhi u n nh nhi u là tiêu chu n ánh giá nh y c a m ch logic i v i t p âm xung trên u vào n nh nhi u (t nh) là giá tr n áp nhi u t i a trên u vào không làm thay i tr ng thái logic c a... 3 Các ph n t logic c b n Trang 45 Các c ng logic h CMOS (Complementation MOS) ây là lo i c ng trong ó các transistor c s d ng thu c lo i MOSFET và luôn có s k t h p gi a PMOS và NMOS, vì v y mà ng i ta g i là CMOS Nh c u trúc này mà vi m ch CMOS có nh ng u m sau: - Công su t tiêu th tr ng thái t nh r t nh - T c chuy n i tr ng thái cao - Kh n ng ch ng nhi u t t - Kh n ng t i cao Trên hình 3.32 là các. .. t tiêu th ng v i ngõ ra c a ph n t logic t n t i m c logic 0 - N u g i P1 là công su t tiêu th ng v i ngõ ra c a ph n t logic t n t i m c logic 1 - G i P là công su t tiêu tán trung bình thì: P 0 + P1 2 i v i c vi m ch (IC – Integrated Circuit) ng i ta tính nh sau: G i ICL dòng do ngu n cung c p khi ngõ ra m c logic 0 G i ICH dòng do ngu n cung c p khi ngõ ra m c logic 1 G i IC là dòng trung bình thì... m c m ch ngõ ra) Fanout là h s m c m ch ngõ ra hay còn g i là kh n ng t i c a m t ph n t logic i N là Fanout c a m t ph n t logic, thì nó c nh ngh a nh sau: S ngõ vào logic c i c n i n m t ngõ ra c a ph n t logic cùng h mà m ch v n ho t ng bình th ng (hình 3.41) Hình 3.41 Khái ni m v Fanout Ch ng 3 Các ph n t logic c b n Trang 51 Xét ví d i v i h DTL: (Hình 3.42) - y=1: m ch ho t ng bình th ng - y=0:... ECL (Emitter-Coupled -Logic) VCC = 0V R7 R3 R4 2 Q3 1 1' x1 R1 y1 Q2 Q1 3 Q4 x2 y2 R2 R5 R6 RE -VEE Hình 3.26 C ng logic h ECL (Emitter Coupled Logic) Logic ghép emitter chung (ECL) là h logic có t c ho t ng r t cao và th ng c dùng trong các ng d ng òi h i t c cao T c cao t c là nh vào các transistor c thi t k ho t ng trong ch khuy ch i, vì v y chúng không bao gi r i vào tr ng thái bão hoà và do ó th . dng
- Nu chn : V
logic 1
< V
logic 0
→ h logic âm
Logic dng và logic âm là nhng h logic t, ngoài ra còn có h logic m (Fuzzy Logic) hin
ang. 2
trng thái logic ca mch s.
Ngi ta phân bit ra hai h logic tùy thuc vào mc n áp:
- Nu chn : V
logic 1
> V
logic 0
→ h logic dng
-
Ngày đăng: 27/01/2014, 12:20
Xem thêm: Tài liệu Các phân tử logic cơ bản_chương 3a pptx, Tài liệu Các phân tử logic cơ bản_chương 3a pptx
