Điện tử công nghiệp 2 chương 1

19/05/2020 ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG Email: giangdth@epu.edu.vn Mobil: 0372630593 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Mục đích mơn học • Cung cấp kiến thức về: – Các loại mã số – Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng, mạch số (mạch logic, IC, chip…) • Trang bị nguyên lý phân tích, thiết kế mạch số • Tạo sở cho tiếp thu kiến thức chuyên ngành TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Tài liệu tham khảo • [1] Lương Ngọc Hải, Lê Hải Sâm, Nguyễn Trinh Đường, Nguyễn Quốc Cường, Trần Văn Tuấn, Điện tử số, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2006 • [2] Trần Thị Thúy Hà, Trần Mạnh Hà, Giáo trình điện tử số, Học Viện cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 2008 • [3] Trần Văn Minh, Giáo trình Kỹ thuật số, Nhà xuất bưu điện, 2002 • [4] Nguyễn Thúy Vân, Kỹ thuật số, Nhà xuất KH KT, 1994 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG NỘI DUNG CHÍNH CỦA MƠN HỌC • • • • • Chương Các vấn đề kỹ thuật số Chương Các họ vi mạch logic Chương Mạch logic tổ hợp Chương Mạch logic dãy Chương Mạch tạo xung biến đổi tín hiệu TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Chương Các vấn đề kỹ thuật số TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Các loại hệ thống số mã 1.1 Hệ số: 1.1.1 Các hệ số – – – – Hệ số 10 (Thập phân, Decimal system) Hệ số (Nhị phân, Binary system) Hệ số (Bát phân ,Octal system) Hệ số 16 (Thập lục phân, Hexadecimal system) 1.1.2 Chuyển đổi qua lại hệ số 1.2 Mã số: 1.2.1 Các mã – – – – Mã BCD (Binary Coded Decimal) Mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Mã thừa (Excess – code) Mã gray 1.2.2 Chuyển đổi qua lại hệ TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Các loại hệ thống số mã 1.1 Hệ số: 1.1.1 Các hệ số – – – – Hệ số 10 (Thập phân, Decimal system) Hệ số (Nhị phân, Binary system) Hệ số (Bát phân, Octal system) Hệ số 16 (Thập lục phân, Hexadecimal system) 1.1.2 Chuyển đổi qua lại hệ số 1.2 Mã số: 1.2.1 Các mã – – – – Mã BCD (Binary Coded Decimal) Mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Mã thừa (Excess – code) Mã gray 1.2.2 Chuyển đổi qua lại hệ TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Hệ số 10 (Thập phân, Decimal system) Các hệ số • Hệ thập phân hệ thống số quen thuộc cấu tạo từ 10 số: 0, 1, 2, …, • Ví dụ số thập phân: N = 199810 = 1x103 + 9x102 + 9x101 + 8x100 = 1x1000 + 9x100 + 9x10 + 8x1 N = 3,1410 = 3x100 + 1x10-1 +4x10-2 = 3x1 + 1x1/10 + 4x1/100 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Hệ số (Nhị phân, Binary system) Các hệ số • • Hệ nhị phân dãy số cấu tạo từ hai số mã S2 = {0, 1} Mỗi số mã số nhị phân gọi bit (viết tắt binary digit) • Số N hệ nhị phân: N = (anan-1an-2 .ai a0 , a-1a-2 a-m)2 (với ai∈ S2) Có giá trị là: N = an 2n + an-12n-1 + + ai2i + + a020 + a-1 2-1 + a-2 2-2 + + a-m2-m  Trong đó:  an bit có trọng số lớn nhất, gọi bit MSB (Most significant bit)  a-m bit có trọng số nhỏ nhất, gọi bit LSB (Least significant bit) • Ví dụ: N = 1010,12 = 1x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20 + 1x2-1 = 10,510 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Hệ số (Bát phân, Octal system) Các hệ số • Hệ bát phân có tám số: S8 = {0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} • Số N hệ bát phân: N = (anan-1an-2 .ai a0 , a-1a-2 a-m)8 (với ∈ S8) Có giá trị là: N = an 8n + an-18n-1 + an-28n-2 + + ai8i +a080 + a-1 8-1 + a2 8-2 + .+ a-m8-m • Ví dụ: N = 1307,18 = 1x83 + 3x82 + 0x81 + 7x80 + 1x8-1 = 711,12510 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 10 19/05/2020 Các hệ số Hệ số 16 (Thập lục phân, Hexadecimal system) • Hệ thập lục phân dùng thuận tiện để người giao tiếp với máy tính, hệ thập lục phân cấu tạo từ mười sáu số sau: S16 ={0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F } (A tương đương với 1010 , B =1110 , , F=1510) • Số N hệ thập lục phân: N = (anan-1an-2 .ai a0 , a-1a-2 a-m)16 (với ai∈ S16) Có giá trị là: N = an 16n + an-116n-1 + an-216n-2 + + ai16i +a0160+ a-1 16-1 + a-216-2 + .+ a-m16-m • Người ta thường dùng chữ H (hay h) sau số để số thập lục phân • Ví dụ: N = 20EA,8H = 20EA,816 = 2x163 + 0x162 + 14x161 + 10x160 + 8x16-1 = 4330,510 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 11 Các loại hệ thống Số Mã 1.1 Hệ số: 1.1.1 Các hệ số – – – – Hệ số 10 (Thập phân, Decimal system) Hệ số (Nhị phân, Binary system) Hệ số (Bát phân ,Octal system) Hệ số 16 (Thập lục phân, Hexadecimal system) 1.1.2 Chuyển đổi qua lại hệ số 1.2 Mã số: 1.2.1 Các mã – – – – Mã BCD (Binary Coded Decimal) Mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Mã thừa (Excess – code) Mã gray 1.2.2 Chuyển đổi qua lại hệ TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 12 19/05/2020 Chuyển đổi qua lại hệ số Đổi số từ hệ b sang hệ 10 • • • Để đổi số từ hệ b sang hệ 10 ta triển khai trực tiếp đa thức b Một số N hệ b: N = (anan-1an-2 .ai a0 , a-1a-2 a-m)b với ∈ Sb Có giá trị tương đương hệ 10 là: N = an bn + an-1bn-1 + .+ aibi + + a0b0+ a-1 b-1 + a-2 b-2 + .+ a-mb-m • Ví dụ: Đổi số 10110,112 sang hệ 10 -1 -2 10110,112 = 1x24 + + 1x22 + 1x2 + + 1x2-1 + 1x2-2 = 22,7510 Đổi số 4BE,ADH sang hệ 10 -1 -2 • 4BE,ADH=4x162+11x161+14x160+10x16-1+13x16-2 = 1214,67510 TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 13 Chuyển đổi qua lại hệ số Đổi số từ hệ 10 sang hệ b • Chuyển số N từ hệ 10 sang hệ b • Tổng quát, số N cho hệ 10, viết sang hệ b có dạng: N = (anan-1 a0 , a-1a-2 a-m)b = (anan-1 a0)b + (0,a-1a-2 a-m)b • Trong  (anan-1 a0)b = PE(N) phần nguyên N  (0,a-1a-2 a-m)b = PF(N) phần lẻ N Phần nguyên phần lẻ biến đổi theo hai cách khác TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 14 19/05/2020 Chuyển đổi qua lại hệ số • Phần nguyên: Giá trị phần nguyên xác định nhờ triển khai: PN(N) = anbn + an-1bn-1 + + a1b 1+ a0b0 Lấy lũy thừa chia phần nguyên với b số dư phép chia cuối chia được, số mã có trọng số lớn (an) • Phần lẻ: Giá trị phần lẻ xác định bởi: PL(N) = a-1 b-1 + a-2 b-2 + .+ a-mb-m Thực phép nhân phần lẻ với b, sau lần nhân kết phần ngun phép nhân số mã có trọng số từ lớn phần lẻ kết có phần lẻ khơng, ta tìm dãy số (a-1a-2 a-m) Chú ý: Phần lẻ số N đổi sang hệ b gồm vơ số số hạng (do kết phép nhân ln khác 0), điều có nghĩa ta khơng tìm số hệ b có giá trị phần lẻ số thập phân, tùy theo yêu cầu độ xác chuyển đổi mà người ta lấy số số hạng định TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 15 Chuyển đổi qua lại hệ số Phần nguyên Cách 1: Số thập phân trình bày dạng tổng lũy thừa 2, sau ghi kí số vào vị trí bit tương ứng Cách 2: lặp lại phép chia cho ghi lại số dư sau lần chia thu thương số 0, kết nhị phân hình thành cách viết số dư LSB số dư cuối MSB TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 16 19/05/2020 Ví dụ Hệ 10: (1997)10= 1.103 + 9.102 + 9.101 + 9.100 = 1000+900+90+7 =1997 hay 1997D Hệ 2: (110 1101)2 = 1.26 + 1.25 + 0.24 + 1.23+ 1.22 + 0.21 + 1.20 = = 64 + 32 + + + + + = 109D Hệ 16: (3A5)16 = 3.162 + 10.161 + 5.160 = 3*256 + 160 +5 = 933D TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 17 17 Chuyển đổi hệ đếm: Hệ thập phân → Nhị phân : Chia liên tiếp cho lấy ngược lại Hệ thập phân → Hexa : Chia liên tiếp cho 16 lấy ngược lại Có thể dùng phương pháp tính nhẩm 12 = + =1.23 + 22+ 0.21 + 20 Ví Dụ: 1100B Ký hiệu hệ đếm: 923D → 39BH Cách tính làm lâu số lớn 12D → 0000 1100B TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 923 256 dư 155 16 dư 11 923 = 3*256 + 9*16 + 11 = 3.162 + 161 + 11 160 39BH Cách tính làm nhanh số lớn 18 19/05/2020 Ví dụ: Đổi 25,310 sang hệ nhị phân Chuyển đổi qua lại hệ số Lời giải: Phần nguyên: • 25 : = 12 dư ⇒ a0 = • 12 : = dư ⇒ a1 = • 6:2=3 dư ⇒ a2 = • 3:2=1 dư ⇒ a3 = Thương số cuối là bit a 4: ⇒ a4 = Phần lẻ: • 0,3 * = 0,6 ⇒ a-1 = • 0,6 * = 1,2 ⇒ a-2 = • 0,2 * = 0,4 ⇒ a-3 = • 0,4 * = 0,8 ⇒ a-4 = • 0,8 * = 1,6 ⇒ a-5 = Nhận thấy kết tốn nhân ln khác không, phần lẻ lần nhân cuối 0,6, lặp lại kết lần nhân thứ nhất, tốn khơng thể kết thúc với kết 0,3 hệ 10 • Giả sử tốn u cầu lấy số lẻ ta dừng đây: PN(N) = 110012 PL(N) = 0,010012 Kết cuối là: 25,310 = 11001,010012 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 19 Chuyển đổi qua lại hệ số Ví dụ: Đổi hệ thập lục phân Lời giải: Phần nguyên: • 1376 : 16 = 86 số dư = ⇒ a0 = • 86 : 16 = số dư = ⇒ a1 = & ⇒ a2 = 1376,8510 sang 137610 = 560H Phần lẻ: • 0,85 * 16 = 13,6 ⇒ a-1 = 1310=DH • 0,6 * 16 = 9,6 ⇒ a -2 = • 0,6 * 16 = 9,6 ⇒ a-3 = • Nếu cần lấy số lẻ: 0,8510= 0,D99H Và kết cuối cùng: • 1376,8510 = 560,D99H TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 20 10 19/05/2020 Thêm số hạng có vào biểu thức 89 Loại bỏ số hạng thừa • Trong ví dụ sau, AC số hạng thừa: A B Tối thiểu hóa? C 90 45 19/05/2020 Bài tập áp dụng Tối thiểu hóa hàm sau phương pháp đại số: a F ( A, B, C, D)  ( A  BC )  A.(B  C)( AD  C) b F ( A, B, C, D)  ( A  B  C)( A  B  C)( A  B  C)( A  B  C) 91 Phương pháp bìa Các-nơ • Quy tắc lập bìa Các-nơ: – Biểu diễn hàm bìa Karnaugh – Xác định tích cực tiểu hàm: • Tích cực tiểu tìm cách dán 2k có đánh dấu “1” “x” với k tối đa • Các ô kề đối xứng bìa Karnaugh – Tìm phủ tối thiểu: • Chọn số nhóm cực tiểu cho phủ hết đỉnh hàm • Hai liền kề sai khác giá trị biến (tương ứng với tổ hợp biến khác giá trị) 92 46 19/05/2020 • Lưu ý:  Nhóm liền kề mà hàm có giá trị “1” “x” lại với nhau, cho số lượng nhóm lớn nhất, số lũy thừa (1, 2, 4, 8, 16,…), có hình dạng hình vng hình chữ nhật  Trong bảng Karnaugh có nhiều nhóm Các nhóm trùng vài phần tử khơng trùng hồn tồn  Khi nhóm biến có giá trị thay đổi (A 𝑨 thay đổi) bị loại bỏ, viết biến cịn lại (biến khơng đổi) 93 Bìa Các-nô cho hàm 2, 3, biến B 0 1 A 94 47 19/05/2020 Quy tắc nhóm (dạng tuyển quy) • Nhóm ô liền kề mà giá trị hàm lại với cho: – Số lượng ô nhóm lớn được, – Đồng thời số lượng nhóm phải lũy thừa 2, – Và hình dạng nhóm phải hình chữ nhật hình vng • Nhóm có 2n  loại bỏ n biến • Biến nhận giá trị ngược nhóm bị loại • Các nhóm trùng vài phần tử khơng trùng hồn tồn phải nhóm hết • Số lượng nhóm số lượng số hạng sau tối thiểu hóa (mỗi nhóm tương ứng với số hạng) 95 Ví dụ X1=𝐴 𝐶 X2=BC F(A,B,C)=𝐴 𝐶+BC = (𝐴 + 𝐵)C TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 96 48 19/05/2020 Ví dụ • Cho hàm sau: • Hàm gồm biến, nên để đưa dạng tổng chuẩn ta làm sau: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 97 Ví dụ 98 49 19/05/2020 Ví dụ F ( A, B, C )  ABC  ABC  ABC  ABC  ABC  ABC F ( A, B, C )  A  BC  BC BC A 00 01 11 10 0 1 1 1 99 Ví dụ Vẽ bìa kanaugh cho hàm cho sau: • f(A,B,C) = Σ(1,3,7) Hàm số lấy giá trị ô 1,3 Giải: • Từ dạng tích chuẩn: Ta lấy hàm đảo để có dạng tổng chuẩn ghi trị vào ô tương ứng với tổ hợp biến tổng chuẩn Các cịn lại chứa số TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 100 50 19/05/2020 Ví dụ f(A,B,C) = Π(0,2,4,5,6) Giải: • Hàm lấy trị ô 0, 2, 4, 5, Dĩ nhiên ta phải ghi giá trị cịn lại TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 101 1 51 19/05/2020 Ví dụ • F= 2,3,4,6,7,8) TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 103 Ví dụ • F= 2,3,4,6,7,8) TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 104 52 19/05/2020 Ví dụ TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 105 Ví dụ TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 106 53 19/05/2020 Ví dụ • Rút gọn hàmY =f(A,B,C,D) = Σ(0,2,4,5,8,10,12,13) với A=MSB TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 107 Ví dụ • Rút gọn hàmY =f(A,B,C,D) = Σ(0,2,4,5,8,10,12,13) với A=MSB TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 108 54 19/05/2020 Ví dụ • Rút gọn hàm S cho bảng thật: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 109 Ví dụ • Rút gọn hàm S cho bảng thật: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 110 55 19/05/2020 Ví dụ • Rút gọn hàm S cho bảng thật: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 111 Ví dụ • Rút gọn hàm S cho bảng thật: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 112 56 19/05/2020 Trường hợp đặc biệt • Nếu giá trị hàm khơng xác định vài tổ hợp biến đó: – Kí hiệu khơng xác định dấu “x” – Nhóm “x” với “1” – Khơng thiết phải nhóm hết “x” F ( A, B, C, D)  BC  BC 113 A B C D Node 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 10 1 11 1 0 12 1 13 1 14 1 1 15 114 57 19/05/2020 A 0 0 B 0 1 C 1 Node 1 1 0 1 1 115 Cho bảng K-map sau cho biết biểu thức rút gọn gì? []f(a,b,c)= b (c+d) (a+d) [] f(a,b,c)= b (c+d) (a+d) [] f(a,b,c)= b+ cd+ ad [] f(a,b,c)= b+ cd+ ad 58 19/05/2020 Bài tập áp dụng • Tối thiểu hóa hàm sau phương pháp bìa Cácnơ: – a F(A,B,C,D) = R(0,2,5,6,9,11,13,14) – b F(A,B,C,D) = R(1,3,5,8,9,13,14,15) – c F(A,B,C,D) = R(2,4,5,6,7,9,12,13) – d F(A,B,C,D) = R(1,5,6,7,11,13) F không xác định với tổ hợp biến 12,15 117 ….To chapter TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 118 59 ... hệ 16 : • a/ 11 10 010 01, 0 011 100 01 b/ 10 1 011 100 01, 00 011 010 1 01 • c/ 10 1 010 1 011 0 011 00 ,10 1 011 0 010 1 01 d/ 11 110 111 000 01, 010 1 011 10 01 BÀI 5: Mã hóa số thập phân dùng mã BCD : • a/ 12 b/ 1 92 c/ 20 79 d /15 436... 10 -1 -2 10 110 ,1 12 = 1x24 + + 1x 22 + 1x2 + + 1x2 -1 + 1x2 -2 = 22 ,7 510 Đổi số 4BE,ADH sang hệ 10 -1 -2 • 4BE,ADH=4x1 62+ 11 x1 61+ 14x160 +10 x16 -1+ 13x16 -2 = 12 1 4,67 510 TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 13 Chuyển... GIANG 16 19 /05 /20 20 Ví dụ Hệ 10 : (19 97 )10 = 1. 103 + 9 .1 02 + 9 .10 1 + 9 .10 0 = 10 00+900+90+7 =19 97 hay 19 97D Hệ 2: (11 0 11 01 )2 = 1 .26 + 1 .25 + 0 .24 + 1 .23 + 1 .22 + 0 . 21 + 1 .20 = = 64 + 32 + + + + + = 10 9D