Giáo Trình Kỹ Thuật Số Bởi: Nguyễn Trung Tập Giáo Trình Kỹ Thuật Số Bởi: Nguyễn Trung Tập Phiên trực tuyến: < http://voer.edu.vn/content/col10236/1.1/ > Hoc lieu Mo Vietnam - Vietnam Open Educational Resources Tài liệu biên tập nội dung có quyền thuộc Nguyễn Trung Tập Tài liệu tuân thủ giấy phép Creative Commons Attribution 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/) Tài liệu hiệu đính bởi: August 9, 2010 Ngày tạo PDF: August 9, 2010 Để biết thơng tin đóng góp cho module có tài liệu này, xem tr 292 Nội dung Lời nói đầu-kỹ thuật số Nguyên lý việc VIẾT số 3 CÁC HỆ THỐNG SỐ Biến đổi qua lại hệ thống số Các phép tính hệ nhị phân 11 Mã hóa 13 Bài tập chương 1-kỹ thuật số 17 HÀM LOGIC 19 dạng chuẩn hàm logic 27 10 RÚT GỌN HÀM LOGIC 37 11 RÚT GỌN HÀM LOGIC 47 12 RÚT GỌN HÀM LOGIC 57 13 BÀI TẬP-chương 2-kts 65 14 15 16 17 18 19 CỔNG LOGIC 69 CỔNG LOGIC CƠ BẢN 71 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA IC SỐ 79 HỌ TTL 87 HO MOS 91 GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ 95 20 BÀI TẬP CHƯƠNG 3-KTS 101 21 MẠCH TỔ HỢP 103 22 MẠCH GIẢI MÃ 113 23 MẠCH ĐA HỢP VÀ MẠCH GIẢI ĐA HỢP 123 24 MẠCH SO SÁNH 131 25 MẠCH KIỂM 135 26 BÀI TẬP CHƯƠNG 4-KTS 139 27 MẠCH TUẦN TỰ 141 28 MẠCH GHI DỊCH 151 29 MẠCH ĐẾM 157 30 MẠCH ĐẾM 169 31 MẠCH ĐẾM 179 32 BÀI TẬP CHƯƠNG 5-KTS 189 33 34 35 36 37 38 39 40 41 MẠCH LÀM TOÁN 191 Phép trừ số nhị phân dùng số bù 195 Phép trừ số nhị phân dùng số bù 197 Phép tốn với số có dấu 199 Mạch cộng nhị phân 203 Cộng hai số nhị phân nhiều bit 205 Mạch trừ nhị phân 213 Mạch nhân 217 Mạch chia 225 iv 42 43 44 45 46 BỘ NHỚ BÁN DẪN 235 Đại cương vận hành nhớ 237 Các loại nhớ bán dẫn 241 Các loại nhớ bán dẫn 249 Các loại nhớ bán dẫn 257 47 MỞ RỘNG BỘ NHỚ 263 48 BÀI TẬP CHƯƠNG 7-KTS 269 49 BIẾN ĐỔI AD 271 50 Biến đổi tương tự 279 51 Biến đổi tương tự 285 52 Tài liệu tham khảo-kỹ thuật số 291 Attributions 292 Chương Lời nói đầu-kỹ thuật số 1.1 Lời nói đầu Giáo trình biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên Điện tử - Viễn thông & Tự động hóa số kiến thức môn học coi tảng chuyên ngành Nội dung gồm tám chương - Chương ôn tập số kiến thức hệ thống số hàm logic mà SV học Đại số Boole - Chương học Cổng logic, phần tử mạch số - Chương 4, vào loại mạch số cụ thể, bao gồm Mạch tổ hợp, Mạch Mạch làm toán Đây chương nồng cốt môn học - Chương học Bộ nhớ bán dẫn, SV tìm hiểu cấu tạo vận hành loại nhớ bán dẫn , nhớ máy tính - Cuối cùng, chương bàn loại mạch giúp cho người giao tiếp với máy, mạch Biến đổi tương tự sang số ngược lại Để học tốt mơn học SV cần có kiến thức linh kiện điện tử, gồm Diod, Transistor BJT FET, phần vận hành chế độ ngưng dẫn Nếu học Đại số Boole học kỳ trước tiếp thu dễ dàng, nhiên, nội dung ôn tập chương đủ để SV học tiếp chương sau cách khơng khó khăn Có thể nói tất mơn học có liên quan đến kỹ thuật nhiều cần kiến thức Kỹ thuật số nên điều kiện cịn khó khăn phải đọc sách ngoại ngữ, hy vọng tài liệu thiếu tủ sách sinh viên chuyên ngành Điện tử-Viễn thông & Tự động hóa Tác giả hy vọng cung cấp cho sinh viên nội dung phong phú giáo trình trang nhã khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý độc giả Cuối tác giả xin thành thật cám ơn Thạc sĩ Phạm văn Tấn đọc đóng góp nhiều ý kiến q báu để giáo trình hoàn thành Cần thơ, tháng năm 2003 Người viết Nguyễn trung Lập This content is available online at CHƯƠNG LỜI NÓI ĐẦU-KỸ THUẬT SỐ Chương Nguyên lý việc VIẾT số 2.1 Nguyên lý việc VIẾT số Một số viết cách đặt kề ký hiệu, chọn tập hợp xác định Mỗi ký hiệu số gọi số mã (số hạng, digit) Thí dụ, hệ thống thập phân (cơ số 10) tập hợp gồm 10 ký hiệu quen thuộc, số từ đến 9: S10 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} Khi số gồm nhiều số mã viết, giá trị số mã tùy thuộc vị trí số Giá trị gọi trọng số số mã Thí dụ số 1998 hệ thập phân có giá trị xác định triển khai theo đa thức 10: 199810 = 1x103 + 9x102 +9x101 + 9x100 = 1000 + 900 + 90 + Trong triển khai, số mũ đa thức vị trí ký hiệu số với qui ước vị trí hàng đơn vị 0, vị trí liên tiếp phía trái 1, 2, 3, Nếu có phần lẻ, vị trí sau dấu phẩy -1, vị trí liên tiếp phía phải -2, -3, Ta thấy, số (sau số 1) có trọng số 900 số thứ hai 90 Có thể nhận xét với ký hiệu giống hệ 10, ký hiệu đứng trước có trọng số gấp 10 lần ký hiệu đứng sau Điều hồn tồn cho hệ khác, thí dụ, hệ nhị phân ( số 2) tỉ lệ Tổng quát, hệ thống số gọi hệ b gồm b ký hiệu tập hợp: Sb = {S0 , S1 , S2 , , Sb-1 } Một số N viết: N = (an an-1 an-2 a0 , a-1 a-2 a-m )b với ∈ Sb Sẽ có giá trị: N = an bn + an-1 bn-1 +an-2 bn-2 + + bi + + a0 b0 + a-1 b-1 + a-2 b-2 + .+ a-m b-m = Figure 2.1 This content is available online at CHƯƠNG NGUYÊN LÝ CỦA VIỆC VIẾT SỐ bi trọng số ký hiệu Sb vị trí thứ i 286 CHƯƠNG 51 BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ Figure 51.2 (H 8.13) 287 51.2 Mạch đổi lấy tích phân (Integrating Converter) Figure 51.3 (H 8.14) Mạch giải khuyết điểm mạch biến đổi dùng tín hiệu dốc đơn, nghĩa độ xác khơng tùy thuộc RC Xung bắt đầu đưa mạch đếm 0, mạch điều khiển mở khóa S3 mạch tích phân, đóng khóa S1 để đưa tín hiệu tương tự v a (giả sử âm) vào mạch tích phân đồng thời mở khóa S2 Ngã mạch tích phân có trị âm nhỏ ban đầu Tín hiệu tương tự vào lấy tích phân, độ dốc -v a /RC Khi ngã mạch tích phân vượt trục 0, ngã mạch so sánh lên cao mở cổng AND đưa xung CK vào mạch đếm Không kể lượng lệch âm ban đầu, hiệu ngã mạch tích phân là: Figure 51.4 288 CHƯƠNG 51 BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ Giả sử v a không đổi thời gian chuyển đổi VI (t) = -(v a t /RC) Nếu v a âm ngã mạch tích phân đường dốc lên Khi mạch đếm tràn (tức đếm hết dung lượng tự động quay 0) mạch Logic điều khiển mở khóa S1 đóng khóa S2 đưa điện tham chiếu Vr (dương) đến mạch lấy tích phân Ngã mạch tích phân đường dốc xuống với độ dốc -Vr /RC Khi VI xuống 0, mạch so sánh xuống thấp đóng cổng AND kết thúc q trình biến đổi Số đếm sau mạch đếm tỷ lệ với điện tương tự vào Giả sử RC không đổi q trình biến đổi, tích phân thời gian t1 tích phân thời gian t2 nên ta có: | v a | t1 = Vr.t2 t1 thời gian đếm từ tràn nên t1 = 2n / fCK t2 = N / fCK N số đếm sau Tóm lại ta thấy số đếm không phụ thuộc RC Figure 51.5 (H 8.15) 51.3 Mạch đổi lưỡng cực Một cách đơn giản để thực chuyển đổi tín hiệu tương tự lưỡng cực dùng mạch đảo tương tự mạch so sánh để xác định v a âm hay dương để đảo hay không trước đưa vào mạch ADC đơn cực (H 8.16) 289 Figure 51.6 (H 8.16) 51.4 Mạch đổi song song (parallel hay flash conversion) Đây mạch đổi có tốc độ chuyển đổi nhanh, đạt vài triệu lần giây, áp dụng vào việc chuyển đổi tín hiệu hình kỹ thuật video Thí dụ để có mạch đổi bit, người ta dùng mạch so sánh ngã vào mạch mã hóa ưu tiên để tạo mã số nhị phân ngã (H 8.17) - Khi v a < Vr /10, ngã mạch so sánh lên cao khiến mã số 000 - Khi Vr /10
Giáo Trình Kỹ Thuật Số Bởi: Nguyễn Trung Tập Giáo Trình Kỹ Thuật Số Bởi: Nguyễn Trung Tập Phiên trực tuyến: < http://voer.edu.vn/content/col10236/1.1/ > Hoc lieu Mo Vietnam - Vietnam Open Educational Resources Tài liệu biên tập nội dung có quyền thuộc Nguyễn Trung Tập Tài liệu tuân thủ giấy phép Creative Commons Attribution 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/) Tài liệu hiệu đính bởi: August 9, 2010 Ngày tạo PDF: August 9, 2010 Để biết thơng tin đóng góp cho module có tài liệu này, xem tr 292 Nội dung Lời nói đầu-kỹ thuật số Nguyên lý việc VIẾT số 3 CÁC HỆ THỐNG SỐ Biến đổi qua lại hệ thống số Các phép tính hệ nhị phân 11 Mã hóa 13 Bài tập chương 1-kỹ thuật số 17 HÀM LOGIC 19 dạng chuẩn hàm logic 27 10 RÚT GỌN HÀM LOGIC 37 11 RÚT GỌN HÀM LOGIC 47 12 RÚT GỌN HÀM LOGIC 57 13 BÀI TẬP-chương 2-kts 65 14 15 16 17 18 19 CỔNG LOGIC 69 CỔNG LOGIC CƠ BẢN 71 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA IC SỐ 79 HỌ TTL 87 HO MOS 91 GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ 95 20 BÀI TẬP CHƯƠNG 3-KTS 101 21 MẠCH TỔ HỢP 103 22 MẠCH GIẢI MÃ 113 23 MẠCH ĐA HỢP VÀ MẠCH GIẢI ĐA HỢP 123 24 MẠCH SO SÁNH 131 25 MẠCH KIỂM 135 26 BÀI TẬP CHƯƠNG 4-KTS 139 27 MẠCH TUẦN TỰ 141 28 MẠCH GHI DỊCH 151 29 MẠCH ĐẾM 157 30 MẠCH ĐẾM 169 31 MẠCH ĐẾM 179 32 BÀI TẬP CHƯƠNG 5-KTS 189 33 34 35 36 37 38 39 40 41 MẠCH LÀM TOÁN 191 Phép trừ số nhị phân dùng số bù 195 Phép trừ số nhị phân dùng số bù 197 Phép tốn với số có dấu 199 Mạch cộng nhị phân 203 Cộng hai số nhị phân nhiều bit 205 Mạch trừ nhị phân 213 Mạch nhân 217 Mạch chia 225 iv 42 43 44 45 46 BỘ NHỚ BÁN DẪN 235 Đại cương vận hành nhớ 237 Các loại nhớ bán dẫn 241 Các loại nhớ bán dẫn 249 Các loại nhớ bán dẫn 257 47 MỞ RỘNG BỘ NHỚ 263 48 BÀI TẬP CHƯƠNG 7-KTS 269 49 BIẾN ĐỔI AD 271 50 Biến đổi tương tự 279 51 Biến đổi tương tự 285 52 Tài liệu tham khảo-kỹ thuật số 291 Attributions 292 Chương Lời nói đầu-kỹ thuật số 1.1 Lời nói đầu Giáo trình biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên Điện tử - Viễn thông & Tự động hóa số kiến thức môn học coi tảng chuyên ngành Nội dung gồm tám chương - Chương ôn tập số kiến thức hệ thống số hàm logic mà SV học Đại số Boole - Chương học Cổng logic, phần tử mạch số - Chương 4, vào loại mạch số cụ thể, bao gồm Mạch tổ hợp, Mạch Mạch làm toán Đây chương nồng cốt môn học - Chương học Bộ nhớ bán dẫn, SV tìm hiểu cấu tạo vận hành loại nhớ bán dẫn , nhớ máy tính - Cuối cùng, chương bàn loại mạch giúp cho người giao tiếp với máy, mạch Biến đổi tương tự sang số ngược lại Để học tốt mơn học SV cần có kiến thức linh kiện điện tử, gồm Diod, Transistor BJT FET, phần vận hành chế độ ngưng dẫn Nếu học Đại số Boole học kỳ trước tiếp thu dễ dàng, nhiên, nội dung ôn tập chương đủ để SV học tiếp chương sau cách khơng khó khăn Có thể nói tất mơn học có liên quan đến kỹ thuật nhiều cần kiến thức Kỹ thuật số nên điều kiện cịn khó khăn phải đọc sách ngoại ngữ, hy vọng tài liệu thiếu tủ sách sinh viên chuyên ngành Điện tử-Viễn thông & Tự động hóa Tác giả hy vọng cung cấp cho sinh viên nội dung phong phú giáo trình trang nhã khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý độc giả Cuối tác giả xin thành thật cám ơn Thạc sĩ Phạm văn Tấn đọc đóng góp nhiều ý kiến q báu để giáo trình hoàn thành Cần thơ, tháng năm 2003 Người viết Nguyễn trung Lập This content is available online at CHƯƠNG LỜI NÓI ĐẦU-KỸ THUẬT SỐ Chương Nguyên lý việc VIẾT số 2.1 Nguyên lý việc VIẾT số Một số viết cách đặt kề ký hiệu, chọn tập hợp xác định Mỗi ký hiệu số gọi số mã (số hạng, digit) Thí dụ, hệ thống thập phân (cơ số 10) tập hợp gồm 10 ký hiệu quen thuộc, số từ đến 9: S10 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} Khi số gồm nhiều số mã viết, giá trị số mã tùy thuộc vị trí số Giá trị gọi trọng số số mã Thí dụ số 1998 hệ thập phân có giá trị xác định triển khai theo đa thức 10: 199810 = 1x103 + 9x102 +9x101 + 9x100 = 1000 + 900 + 90 + Trong triển khai, số mũ đa thức vị trí ký hiệu số với qui ước vị trí hàng đơn vị 0, vị trí liên tiếp phía trái 1, 2, 3, Nếu có phần lẻ, vị trí sau dấu phẩy -1, vị trí liên tiếp phía phải -2, -3, Ta thấy, số (sau số 1) có trọng số 900 số thứ hai 90 Có thể nhận xét với ký hiệu giống hệ 10, ký hiệu đứng trước có trọng số gấp 10 lần ký hiệu đứng sau Điều hồn tồn cho hệ khác, thí dụ, hệ nhị phân ( số 2) tỉ lệ Tổng quát, hệ thống số gọi hệ b gồm b ký hiệu tập hợp: Sb = {S0 , S1 , S2 , , Sb-1 } Một số N viết: N = (an an-1 an-2 a0 , a-1 a-2 a-m )b với ∈ Sb Sẽ có giá trị: N = an bn + an-1 bn-1 +an-2 bn-2 + + bi + + a0 b0 + a-1 b-1 + a-2 b-2 + .+ a-m b-m = Figure 2.1 This content is available online at CHƯƠNG NGUYÊN LÝ CỦA VIỆC VIẾT SỐ bi trọng số ký hiệu Sb vị trí thứ i 286 CHƯƠNG 51 BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ Figure 51.2 (H 8.13) 287 51.2 Mạch đổi lấy tích phân (Integrating Converter) Figure 51.3 (H 8.14) Mạch giải khuyết điểm mạch biến đổi dùng tín hiệu dốc đơn, nghĩa độ xác khơng tùy thuộc RC Xung bắt đầu đưa mạch đếm 0, mạch điều khiển mở khóa S3 mạch tích phân, đóng khóa S1 để đưa tín hiệu tương tự v a (giả sử âm) vào mạch tích phân đồng thời mở khóa S2 Ngã mạch tích phân có trị âm nhỏ ban đầu Tín hiệu tương tự vào lấy tích phân, độ dốc -v a /RC Khi ngã mạch tích phân vượt trục 0, ngã mạch so sánh lên cao mở cổng AND đưa xung CK vào mạch đếm Không kể lượng lệch âm ban đầu, hiệu ngã mạch tích phân là: Figure 51.4 288 CHƯƠNG 51 BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ Giả sử v a không đổi thời gian chuyển đổi VI (t) = -(v a t /RC) Nếu v a âm ngã mạch tích phân đường dốc lên Khi mạch đếm tràn (tức đếm hết dung lượng tự động quay 0) mạch Logic điều khiển mở khóa S1 đóng khóa S2 đưa điện tham chiếu Vr (dương) đến mạch lấy tích phân Ngã mạch tích phân đường dốc xuống với độ dốc -Vr /RC Khi VI xuống 0, mạch so sánh xuống thấp đóng cổng AND kết thúc q trình biến đổi Số đếm sau mạch đếm tỷ lệ với điện tương tự vào Giả sử RC không đổi q trình biến đổi, tích phân thời gian t1 tích phân thời gian t2 nên ta có: | v a | t1 = Vr.t2 t1 thời gian đếm từ tràn nên t1 = 2n / fCK t2 = N / fCK N số đếm sau Tóm lại ta thấy số đếm không phụ thuộc RC Figure 51.5 (H 8.15) 51.3 Mạch đổi lưỡng cực Một cách đơn giản để thực chuyển đổi tín hiệu tương tự lưỡng cực dùng mạch đảo tương tự mạch so sánh để xác định v a âm hay dương để đảo hay không trước đưa vào mạch ADC đơn cực (H 8.16) 289 Figure 51.6 (H 8.16) 51.4 Mạch đổi song song (parallel hay flash conversion) Đây mạch đổi có tốc độ chuyển đổi nhanh, đạt vài triệu lần giây, áp dụng vào việc chuyển đổi tín hiệu hình kỹ thuật video Thí dụ để có mạch đổi bit, người ta dùng mạch so sánh ngã vào mạch mã hóa ưu tiên để tạo mã số nhị phân ngã (H 8.17) - Khi v a < Vr /10, ngã mạch so sánh lên cao khiến mã số 000 - Khi Vr /10