Các cửa logic cơ bản

3 Bài 1: Các cửa logic cơ bản (Basic Logic Gates) A. Phần tóm tắt lý thuyết Một cửa logic là một mạch logic với một hay nhiều đầu vào và một đầu ra. Chúng ta thờng gặp các cửa sau đây : 1. Cửa Đảo (Inverter) Mỗi cửa đảo có một đầu vào và một đầu ra Bảng chân lý Ký hiệu logic: Hàm logic: 2. Cửa Đệm (Buffer) Hai cửa đảo ghép nối tiếp tạo thành một cửa đệm Bảng chân lý Ký hiệu logic: Hàm logic: 3. Cửa Và (AND) Cửa Và có hai hoặc nhiều đầu vào. - Khi mọi đầu vào ở mức 1 thì đầu ra ở mức 1. - Nếu một trong những đầu vào ở mức 0 thì đầu ra sẽ ở mức 0. Dới đây là kết quả viết cho một cửa và hai đầu vào. Qx xQ = x Q 0 1 1 0 x Q 0 0 1 1 xQ = = Qx 4 Bảng chân lý Ký hiệu logic: Hàm logic: 4. Cửa Không Và (NAND) Cửa Không Và có hai hoặc nhiều đầu vào. - Nếu một trong những đầu vào ở mức 0, đầu ra sẽ ở mức logic 1. - Khi mọi đầu vào ở mức logic 1, đầu ra ở mức 0. Cửa Không Và đợc coi nh cửa Và ghép nối tiếp với cửa Đảo. Bảng chân lý Ký hiệu logic: Hàm logic: 5. Cửa Hoặc (OR) Cửa Hoặc có hai hoặc nhiều đầu vào. - Nếu bất kỳ một đầu vào nào ở mức 1, đầu ra sẽ ở mức 1. - Khi mọi đầu vào ở mức 0, đầu ra ở mức 0. Kết quả cho một cửa Hoặc hai đầu vào nh sau : Bảng chân lý x y Q 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 y.xQ = y Q x x y Q 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 y.xQ = y Q x 5 Ký hiệu logic: Hàm logic: 6. Cửa Không Hoặc (NOR) Cửa Không Hoặc đợc coi nh một tổ hợp của cửa hoặc và cửa đảo ghép nối tiếp nhau. - Bất kỳ một đầu vào nào ở mức 1, đầu ra sẽ ở mức 0. - Khi mọi đầu vào ở mức 0, đầu ra ở mức 1. Dới đây là kết quả viết cho cửa Không Hoặc hai đầu vào. Bảng chân lý Ký hiệu logic: Hàm logic: x y Q 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 yxQ + = y Q x x y Q 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 yxQ += y Q x 6 B. Phần thực nghiệm 1. Nghiên cứu sự hoạt động của cửa Không Và 2 lối vào (2 - Input NAND Gate) Các loại NAND 2 lối vào: 74LS00, 74LS37, 74LS132, 4093, 4011 Sơ đồ thí nghiệm: Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 01 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 02 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Chú ý: [ ] Đờng dẫn để lấy linh kiện trong th viện ( ) Ký hiệu phím tắt Bớc 2: Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q. Bớc 3: - Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y thông qua các logic switch, quan sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý. - So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết Đầu vào x y Đầu ra Q 0 0 0 1 1 0 1 1 X 0V Y 5V Q 74LS00 7 2. Xây dựng cửa đảo từ cửa Không Và 2 lối vào (2 - Input NAND) Các loại cửa đảo (Inverter): 74LS04, 4049 Sơ đồ thí nghiệm: Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 01 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 01 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bớc 2: Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q Bớc 3: - Thay đổi các giá trị logic lối vào x thông qua logic switch, quan sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý - So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 3. Xây dựng cửa Không Và 3 đầu vào (3-In NAND) từ cửa Không Và 2 đầu vào (2-In NAND) Các loại NAND 3 lối vào: 74LS10, 4023 Sơ đồ thí nghiệm: Đầu vào x Đầu ra Q 0 1 1 0 X 0V 74LS00 Q 8 Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 03 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 03 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bớc 2: Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q Bớc 3: - Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y, z thông qua các logic switch, quan sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý. - So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 4. Xây dựng cửa Hoặc 2 lối vào (2-In NOR) từ cửa Không Và 2 đầu vào (2-In NAND) Các loại NOR 2 lối vào: 74LS02, 4001 Sơ đồ thí nghiệm: Đầu vào x y z Đầu ra Q 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 x 0V y 0V z 0V 7400-A Q 7400-C 7400-B 9 Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 03 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 02 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bớc 2: Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q Bớc 3: - Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y thông qua các logic switch, quan sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý - So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 5. Nghiên cứu sự hoạt động của Không Và 4 đầu vào (4 - In NAND) Các loại NAND 4 lối vào: 74LS20, 4012 Sơ đồ thí nghiệm: Các bớc tiến hành thí nghiệm: Đầu vào Đầu ra x y Q 0 0 0 1 1 0 1 1 Đầu vào Đầu ra xyzv Q 0000 0001 0010 1111 x 5V y 0V Q 7400-C 7400-A 7400-B x 0V v 0V z 0V y 0V 74LS20 LED 10 Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 01 Cổng NAND 4 lối vào [Digital Basic/Gates/4-in NAND] 04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bớc 2: Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q. Bớc 3: - Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y,z, v thông qua các logic switch, quan sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý - So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 6. Xây dựng cửa hoặc 4 đầu vào từ cửa không và 2 đầu vào và không và 4 đầu vào Hãy thiết kế mạch nh hình vẽ sau: Tiến hành thí nghiệm rồi điền đầy đủ vào bảng chân lý Viết hàm logic cho mạch này ở trờng hợp tổng quát Có nhận xét gì khi S = 1? S = 0? Đầu vào Đầu ra x yzv Q 0000 0001 0010 1111 Hàm logic: Q = S 5V y 0V v 5V x 0V z 5V 7400-C 7400-B 7400-A 7400-D 74LS20 Q 11 7. Kiểm tra kiến thức. a. Cho trớc bảng chân lý: Đầu vào Đầu ra 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Viết hàm logic và thiết kế mạch logic tơng ứng Thiết kế mạch này trong trờng hợp chỉ có cửa không và 2 đầu vào (2-in NAND) b. Chứng minh : Q = xzyzxyxyzzxyzyxyzx ++=+++ Từ kết quả rút gọn hãy thiết kế mạch logic bằng các cửa không và (2 đầu vào và 3 đầu vào). Mạch logic x y Q z 12 C. Phô lôc Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng dông sö dông trong bµi thùc hµnh. 1. NAND 2 lèi vµo (2-input NAND gate) Tªn IC: 74x00 (TTL) 2. NOR 2 lèi vµo (2-input NOR gate) Tªn IC: 74x02 (TTL) 4001 (CMOS) . 1: Các cửa logic cơ bản (Basic Logic Gates) A. Phần tóm tắt lý thuyết Một cửa logic là một mạch logic với một hay nhiều đầu vào và một đầu ra. Chúng ta thờng gặp các cửa sau đây : 1. Cửa. vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q. Bớc 3: - Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y thông qua các. sẽ ở mức logic 1. - Khi mọi đầu vào ở mức logic 1, đầu ra ở mức 0. Cửa Không Và đợc coi nh cửa Và ghép nối tiếp với cửa Đảo. Bảng chân lý Ký hiệu logic: Hàm logic: 5. Cửa Hoặc