Giáo trình kỹ thuật số (nghề điện tử dân dụng trình độ trung cấp)

CỔNG LOGIC

Biểu thức Logic và mạch điện

4 Đại số bool và định lý Demorgan 0.5 0.5

5 Đơn giản biểu thức logic 0.5 0.5

2 FF R-S tác động theo xung lệnh 0.25 0.25

7 Flip - Flop với ngõ vào Preset và

3 Bài 3: Mạch đếm và thanh ghi 16 2 13 1

5 Bài 5: Họ vi mạch TTL - CMOS 8 2 5 1

1 Cấu trúc và thông số cơ bản của

3 Giao tiếp TTL và CMOS 0.5 0.5

4 Giao tiếp giữa mạch logic và tải công suất 0.5 0.5

3 Mở rộng dung lượng bộ nhớ 0.5 0.5

7 Bài 7: Kỹ thuật ADC - DAC 11 2.5 7.5 1

1 Mạch chuyển đổi số - tương tự

2 Mạch chuyển đổi tương tự - số

Mã Bài: MĐ12- 01 Giới thiệu:

Trong khoa học, công nghệ và cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường phải làm việc với một lượng lớn dữ liệu Việc đo lường, quản lý và ghi chép số lượng này giúp đơn giản hóa các quy trình xử lý và ước đoán.

- Trình bày được cấu trúc của hệ thống số và mã số

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cổng logic cơ bản

- Trình bày được các định luật cơ bản về kỹ thuật số, các biểu thức toán học của số

- Lắp ráp, kiểm tra được các mạch số cơ bản dùng cổng logic

- Chủ động, sáng tạo và đảm bảo trong quá trình học tập

1 Hệ thống số và mã số

1.1 Hệ thống số thập phân (Decimal system)

Trong hệ thập phân người ta sử dụng 10 ký tự từ 0 đến 9 kết hợp với các dấu chấm, dấu phẩy để chỉ về lượng:

Trong dãy số thập phân dn-1…d2d1d0, các vị trí được xác định từ phải qua trái thể hiện hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, trong khi phần nguyên được xác định từ trái qua phải Đối với phần lẻ sau dấu phẩy, các vị trí thể hiện phần chục, phần trăm, phần nghìn, và các giá trị nhỏ hơn.

Nói tóm lại bất kì số nào cũng là tổng các tích giữa giá trị của mỗi chữ số với giá trị (gọi là trọng số) của nó.

Hình 1.1 Đối với một dãy số thập phân có n số hạng thì có 10 n giá trị và giữa hai giá trị liền kề nhau chênh lệch nhau 10 lần

1.2 Hệ thống số nhị phân (Binary system)

Hệ thống số nhị phân sử dụng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn lượng của một đại lượng Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được cấu trúc theo dạng: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống số, mỗi số hạng được biểu diễn dưới dạng một bit, trong đó bit ở vị trí bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất) và bit ở vị trí bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ tạo ra 2^n giá trị khác nhau, trong đó giá trị nhỏ nhất là 0 (0.000) và giá trị lớn nhất là 1 (1.111) Trọng số của các bit được tính từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4.

8 và giữa hai bit kề nhau chênh lệch nhau 2 lần.

Chuyển đổi từ số nhị phân sang thập phân.

Quy tắc chuyển như sau: b n-1 b n-2 b 2 b 1 b 0 = b n-1 2 n-1 +b n-2 2 n-2 b 2 2 2 +b 1 2 1 +b 0 2 0

Chuyển đổi từ số thập phân sang nhị phân.

Quy tắc chuyển như sau:

Sử dụng qui tắc chia 2 liên tiếp số A10 và lấy phần dư

- Phần dư đầu tiên của phép chia là bit LSB

- Phần dư cuối cùng cùng của phép chia là bit MSB

1.3 Hệ thống số bát phân (Octal system)

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu diễn lượng của một đại lượng, với quy tắc vị trí trọng số theo cơ số 8 (m = -2, -1, 0, 1, 2, ) Một dãy số octal có thể được biểu diễn dưới dạng: 0n-10n-2 020100.

Trong một dãy số bát phân với n số hạng, sẽ có 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 000 và giá trị lớn nhất là 7 777 Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và giữa hai số liền kề có sự chênh lệch gấp 8 lần.

Chuyển đổi từ bát phân sang thập phân

Chuyển đổi số thập phân sang biểu diễn số bát phân

Quy tắc chuyển như sau: Để thực hiện chuyển từ A10 sang A8 ta thực hiện phép chia của A10 cho A8 rồi lấy phần dư

Để chuyển đổi các bát phân sang số nhị phân, ta thay thế mỗi ký tự số bằng một số nhị phân 3 bit tương ứng theo bảng quy định.

1.4 Hệ thống số thập lục phân (Hexadecimal system)

Hệ HEX sử dụng 16 kí tự bao gồm 10 số tự nhiên từ 0 đến 9 và các chữ cái in hoa gồm A, B, C, D, E, F để diễn tả 16 số thập phân từ 0 đến 15.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì một số nhị phân 4 bit có khả năng biểu diễn 16 giá trị khác nhau, giúp đơn giản hóa việc mã hóa thông tin Điều này cho phép mỗi ký tự trong hệ thống lục phân tương ứng với một số nhị phân 4 bit, mang lại sự thuận lợi trong việc xử lý dữ liệu.

Một dãy Hex được biểu diễn như sau: hn-1hn-2 .h2h1h0

Trong dãy số Hex với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, với giá trị nhỏ nhất là 0 và giá trị lớn nhất là FFFF Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, và trọng số của hai số hạng kề nhau sẽ chênh lệch nhau 16 lần.

Chuyển đổi số thập lục phân sang số thập phân

Ghi chú: nếu số thập lục phân bắt đầu bằng chữ thì khi viết phải thêm số 0 vào trước, ví dụ: EF → 0EF.

Chuyễn đổi số thập phân sang số thập lục phân

- Thực hiện theo quy tắc lấy A10 chia cho A16 rồi lấy phần dư

Chuyển đổi thập lục phân sang biểu diễn số nhị phân

- Thực hiện theo quy tắc biểu diễn một ký số thập lục phân bằng một nhóm tổ hợp 4 bit nhị phân

Ví dụ: Với A16 = 4EFB suy ra A2 = 0100 1110 1111 1011

Với A16 = BCD2 suy ra A2 = 1011 1100 1101 0010 Bảng hình 1.2 mô tả quan hệ giữa hệ thập phân, thập lục phân và nhị phân 4 bit

Thập phân Thập lục phân Nhị phân

1.5 Mã BCD (Binary code decimal)

Thông tin trên mạch số điều được xử lý dưới dạng các số nhị phân, vì vậy mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, cần phải chuyển đổi thành dạng nhị phân để mạch số có thể hiểu và xử lý Do đó, cần quy định cách thức biểu diễn các dữ liệu khác nhau bằng số nhị phân, dẫn đến sự xuất hiện của các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Code Decimal), là mã hóa các số thập phân theo dạng nhị phân.

Mỗi ký số thập phân, với giá trị lớn nhất là 9, cần được mã hóa bằng 4 bit Do đó, khi chuyển đổi từ số thập phân sang số nhị phân, mỗi số thập phân sẽ luôn được biểu diễn bằng 4 bít tương ứng.

Mã BCD sử dụng mã nhị phân 4 bit để biểu diễn các số thập phân, với các số từ 0000 đến 1001 được chấp nhận Các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được sử dụng trong mã BCD Ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần ghi nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

- So sánh mã BCD và mã nhị phân

Mã BCD không phải là một hệ thống số như thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực tế, BCD là hệ thập phân với mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Cần lưu ý rằng mã BCD không phải là mã nhị phân quy ước.

Mã nhị phân quy ước thể hiện số thập phân hoàn chỉnh dưới dạng nhị phân, trong khi mã BCD chuyển đổi từng ký số thập phân sang số nhị phân tương ứng.

Thực hành

2 FF R-S tác động theo xung lệnh 0.25 0.25

Trong khoa học, công nghệ và đời sống hàng ngày, chúng ta thường xuyên phải làm việc với một lượng lớn dữ liệu Việc đo lường, quản lý và ghi chép số liệu giúp đơn giản hóa quá trình xử lý và ước đoán, từ đó nâng cao hiệu quả công việc.

Trong dãy số thập phân, các chữ số được sắp xếp theo quy ước từ phải qua trái, với vị trí thể hiện hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn Ngược lại, phần nguyên được biểu thị từ trái qua phải, bao gồm phần chục, phần trăm, phần nghìn đối với phần lẻ sau dấu phẩy.

Hệ thống số nhị phân sử dụng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn giá trị của một đại lượng Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được thể hiện dưới dạng: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống số nhị phân, mỗi số hạng được biểu diễn bằng một bit Bit ở vị trí bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất), trong khi bit ở vị trí bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ có 2^n giá trị khác nhau, với giá trị nhỏ nhất là 0 (0.000) và giá trị lớn nhất là 1 (1.111) Trọng số của các bit được tính từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4.

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu thị lượng của một đại lượng, theo quy tắc vị trí trọng số với cơ số 8 Một dãy số octal có thể được biểu diễn dưới dạng 0n-10n-2 020100.

Trong một dãy số bát phân với n số hạng, sẽ có 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 000 và giá trị lớn nhất là 7 777 Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và giữa hai số liền kề nhau có sự chênh lệch gấp 8 lần.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì mỗi nhị phân 4 bit có khả năng biểu diễn 16 giá trị khác nhau Điều này mang lại sự thuận lợi cho các hệ thống số, khi chỉ cần một ký tự để tương ứng với số nhị phân 4 bit, giúp đơn giản hóa quá trình xử lý và lưu trữ dữ liệu.

Trong dãy số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 và lớn nhất là F FFF Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, và trọng số của hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số được xử lý dưới dạng nhị phân, vì vậy mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, đều phải chuyển đổi thành dạng nhị phân để mạch có thể hiểu và xử lý Điều này dẫn đến việc quy định các phương thức biểu diễn dữ liệu bằng số nhị phân, từ đó hình thành các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Code Decimal), là mã hóa của số thập phân theo dạng nhị phân.

Mỗi ký số thập phân có giá trị tối đa là 9, do đó cần sử dụng 4 bit để mã hóa mỗi ký số này Khi chuyển đổi, mỗi số thập phân sẽ được biểu diễn bằng số nhị phân tương ứng, với việc luôn sử dụng 4 bit cho từng ký số.

Mã BCD (Binary-Coded Decimal) sử dụng biểu diễn mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit, với các số từ 0000 đến 1001 được áp dụng Các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được sử dụng trong mã BCD Ưu điểm nổi bật của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số như thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân mà mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Cần lưu ý rằng mã BCD không phải là một mã nhị phân quy ước.

Mã nhị phân quy ước biểu diễn số thập phân hoàn chỉnh dưới dạng nhị phân, trong khi mã BCD chuyển đổi từng ký số thập phân sang số nhị phân tương ứng.

FLIP –FLOP

Flip - Flop D

Trong khoa học, công nghệ và cuộc sống hàng ngày, việc xử lý và quản lý số lượng là điều thường xuyên xảy ra Số lượng này có thể được đo lường, ghi chép và tính toán, giúp đơn giản hóa các quá trình xử lý và ước đoán.

Trong hệ thống số thập phân, các chữ số được sắp xếp từ phải qua trái thể hiện các hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, trong khi phần nguyên được xác định từ trái qua phải với các giá trị phần chục, phần trăm, phần nghìn đối với phần lẻ sau dấu phẩy.

Số nhị phân được biểu diễn bằng hai ký số 0 và 1, dùng để thể hiện lượng của một đại lượng nào đó Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được cấu trúc như sau: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống nhị phân, mỗi số hạng được biểu diễn bằng một bit Bit ở vị trí bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất), trong khi bit ở vị trí bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ có tổng cộng 2^n giá trị khác nhau, trong đó giá trị nhỏ nhất là 0 (biểu diễn là 000) và giá trị lớn nhất là 1 (biểu diễn là 111) Trọng số của các bit được sắp xếp từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4, và tiếp tục theo quy luật lũy thừa của 2.

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu thị lượng của một đại lượng, với quy tắc vị trí trọng số của 8 m (m = -2, -1, 0, 1, 2 ) Một dãy số octal được thể hiện dưới dạng 0n-10n-2 020100.

Trong một dãy số bát phân với n số hạng, sẽ có 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 000 và giá trị lớn nhất là 7 777 Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và giữa hai số liền kề có sự chênh lệch gấp 8 lần.

Để chuyển đổi một số bát phân sang số nhị phân, ta thay thế mỗi ký tự số bằng một số nhị phân 3 bit tương ứng theo bảng quy định.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì một số nhị phân 4 bit có khả năng biểu diễn 16 giá trị khác nhau Điều này mang lại sự thuận lợi cho các hệ thống số khi chỉ cần một ký tự để tương ứng với số nhị phân 4 bit, giúp tối ưu hóa việc lưu trữ và truyền tải thông tin.

Trong hệ thống số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 000 đến giá trị lớn nhất là F FFF Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, và trọng số của hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số điều được xử lý dưới dạng nhị phân, vì vậy mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, phải được chuyển đổi thành dạng nhị phân để mạch số có thể hiểu và xử lý Do đó, cần quy định cách biểu diễn các dữ liệu khác nhau bằng các số nhị phân, dẫn đến sự xuất hiện của các mã số Một trong những mã phổ biến nhất là mã BCD (Binary Coded Decimal), là mã hóa số thập phân theo dạng nhị phân.

Để mã hóa mỗi ký số thập phân, cần sử dụng 4 bit, vì ký số thập phân lớn nhất là 9 Mỗi số thập phân sẽ được chuyển đổi sang số nhị phân tương ứng, với việc sử dụng 4 bít cho từng ký số.

Mã BCD biểu diễn mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit, trong đó chỉ các số từ 0000 đến 1001 được sử dụng, còn lại các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được áp dụng Ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số như hệ thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân, trong đó mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Cần lưu ý rằng mã BCD không phải là mã nhị phân quy ước.

Flip - Flop với ngõ vào Preset và Clear

Thực hành

Trong khoa học, công nghệ và đời sống hàng ngày, chúng ta thường xuyên phải làm việc với một khối lượng lớn dữ liệu Việc đo lường, quản lý và ghi chép số liệu giúp đơn giản hóa quá trình xử lý và dự đoán, từ đó nâng cao hiệu quả trong công việc.

Trong hệ thống số thập phân, các chữ số được sắp xếp từ phải qua trái thể hiện các hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, trong khi phần nguyên được xác định từ trái qua phải với các hàng như phần chục, phần trăm, phần nghìn cho phần lẻ sau dấu phẩy.

Hệ thống số nhị phân sử dụng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn giá trị của một đại lượng Một chuỗi số nhị phân chỉ tính phần nguyên được thể hiện dưới dạng: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống số nhị phân, mỗi số hạng được biểu diễn bằng một bit Bit ở vị trí bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất), trong khi bit ở vị trí bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ tạo ra 2^n giá trị khác nhau, trong đó giá trị nhỏ nhất là 0 (000 ) và giá trị lớn nhất là 1 (111 ) Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4,

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu thị lượng của một đại lượng, với quy tắc vị trí trọng số của 8 m (m = -2, -1, 0, 1, 2, ) Một dãy số octal được thể hiện dưới dạng: 0n-10n-2 020100.

Trong một dãy số bát phân với n số hạng, sẽ có 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 và giá trị lớn nhất là 7.777 Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và giữa hai số liền kề nhau có sự chênh lệch là 8 lần.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì mỗi số nhị phân 4 bit có khả năng diễn tả 16 giá trị khác nhau Điều này tạo thuận lợi cho việc sử dụng một ký tự duy nhất tương ứng với số nhị phân 4 bit, giúp đơn giản hóa các hệ thống số.

Trong hệ thống số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 000 đến giá trị lớn nhất là F FFF Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, với trọng số của hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số được xử lý dưới dạng nhị phân, vì vậy mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, cần phải ở dạng nhị phân để mạch số có thể hiểu và xử lý Do đó, cần quy định cách biểu diễn các dữ liệu khác nhau bằng các số nhị phân, dẫn đến sự xuất hiện của các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Code Decimal), là mã hóa số thập phân theo dạng nhị phân.

Để mã hóa mỗi ký số thập phân, cần sử dụng 4 bit, vì ký số thập phân lớn nhất là 9 Mỗi số thập phân sẽ được chuyển đổi sang số nhị phân tương ứng, với việc luôn sử dụng 4 bit cho từng số.

Mã BCD biểu diễn mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit, trong đó chỉ có các số từ 0000 đến 1001 được sử dụng, và các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được áp dụng Ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số như thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân với mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Cần lưu ý rằng mã BCD không phải là một mã nhị phân quy ước.

Mã nhị phân quy ước biểu diễn số thập phân hoàn chỉnh ở dạng nhị phân, trong khi mã BCD chuyển đổi từng ký số thập phân sang số nhị phân tương ứng.

MẠCH ĐẾM VÀ THANH GHI

Thực hành

Trong lĩnh vực khoa học, công nghệ và cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường xuyên phải làm việc với một lượng lớn dữ liệu Việc đo lường, quản lý, ghi chép và tính toán các số liệu này giúp đơn giản hóa các quy trình xử lý và ước đoán, từ đó giảm thiểu độ phức tạp trong công việc.

Trong hệ thống số thập phân, các chữ số được sắp xếp từ phải qua trái, với dn-1…d2d1d0 đại diện cho hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, và ngược lại từ trái qua phải thể hiện phần thập phân như phần chục, phần trăm, phần nghìn sau dấu phẩy.

Hệ thống số nhị phân sử dụng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn lượng của một đại lượng Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được thể hiện dưới dạng: bn-1bn-2 b2b1b0.

Mỗi số hạng trong hệ nhị phân được biểu diễn bằng một bit, trong đó bit ở bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất) và bit ở bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ tạo ra 2^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 (0.000) đến giá trị lớn nhất là 1 (1.111) Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4,

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu diễn lượng của một đại lượng, tuân theo quy tắc vị trí trọng số của 8 m (m = -2, -1, 0, 1, 2, ) Một dãy số octal có thể được biểu diễn dưới dạng: 0n-10n-2 020100.

Trong một dãy số bát phân có n số hạng, sẽ có 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 000 và giá trị lớn nhất là 7 777 Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và giữa hai số liền kề nhau có sự chênh lệch gấp 8 lần.

Để chuyển đổi một số bát phân sang số nhị phân, ta thay thế mỗi ký tự số bằng một số nhị phân 3 bit tương ứng theo bảng quy định.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì mỗi nhị phân 4 bit có thể biểu diễn 16 giá trị khác nhau, giúp đơn giản hóa việc sử dụng ký tự tương ứng với số nhị phân 4 bit.

Trong hệ số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 000 đến giá trị lớn nhất là F FFF Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, với trọng số của hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số điều được xử lý dưới dạng các số nhị phân, vì vậy mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, cần phải ở dạng nhị phân để mạch số có thể hiểu và xử lý Do đó, cần quy định cách thức biểu diễn các dữ liệu khác nhau bằng các số nhị phân, dẫn đến sự ra đời của các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Code Decimal), là mã hóa số thập phân theo dạng nhị phân.

Để mã hóa mỗi ký số thập phân, cần sử dụng 4 bit, vì ký số thập phân lớn nhất là 9 Mỗi số thập phân sẽ được chuyển đổi sang số nhị phân tương ứng, và luôn sử dụng 4 bít cho từng số thập phân.

Mã BCD sử dụng mã hóa mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit, với các số từ 0000 đến 1001 được phép sử dụng, trong khi các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được áp dụng Ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số như hệ thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân với mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Cần lưu ý rằng mã BCD không phải là một mã nhị phân quy ước.

Mã nhị phân quy ước được sử dụng để biểu diễn số thập phân hoàn chỉnh dưới dạng nhị phân, trong khi đó, mã BCD chuyển đổi từng chữ số thập phân thành số nhị phân tương ứng.

MẠCH LOGIC MSI

Mạch mã hóa (Encoder)

Mã hóa là quá trình gán các ký hiệu cho đối tượng trong một tập hợp nhằm thực hiện yêu cầu cụ thể Ví dụ, mã BCD gán số nhị phân 4 bit cho từng số từ 0 đến 9, giúp máy dễ dàng đọc các số có nhiều mã Mã Gray cũng được sử dụng để tối giản các hàm logic, mang lại hiệu quả cao trong xử lý thông tin.

1.1 Sơ đồ khối tổng quát

Sơ đồ khối tổng quát của một mạch mã hóa như Hình 4.1

Hình 4.1: Sơ đồ khối tổng quát của một mạch mã hóa

Khi một ngõ vào được chọn, ngõ ra sẽ có một tổ hợp nhị phân tương ứng Ngõ vào đầu tiên có dạng 1 0…0 và ngõ vào cuối cùng là 00…1 Nếu ngõ vào được chọn có mức logic 1, ta nói ngõ vào tác động ở mức cao; ngược lại, nếu ngõ vào có mức logic 0, ta nói ngõ vào tác động ở mức thấp.

1.2 Mạch mã hóa từ 4 sang 2

Hình 4.2: Mạch mã hóa từ 4 sang 2

Trong quá trình vẽ bảng Karnaugh cho ba biến 1, 2 và 3, chúng ta nhận thấy rằng biến 0 trong bảng trạng thái không ảnh hưởng đến kết quả Cần lưu ý rằng do có các trường hợp bất chấp của biến trong bảng trạng thái, mỗi trị riêng của hàm có thể dẫn đến 2 hoặc 4 số 1 trong bảng Karnaugh Chẳng hạn, với trị 1 của cả hai hàm A1 và A0 ở dòng cuối cùng, chúng ta có thể thu được 4 số 1 trong các ô 001, 011, 101 và 111 của ba biến 123.

Từ bảng Karnaugh, ta có thể xác định kết quả và mạch tương ứng Mạch này không có ngõ vào 0, nghĩa là nó chỉ hiển thị số 0 khi không có tác động nào vào các ngõ vào.

Hình 4.3: Bảng trạng thái và sơ đồ mạch

1.3 Mạch mã hóa từ 8 sang 3

Khảo sát một IC mã hóa 8 đường sang 3 đường Trên thực tế khi chế tạo một

IC không chỉ có các ngõ vào/ra để thực hiện chức năng chính, mà còn thường được bổ sung thêm các ngõ vào và ra cho một số chức năng khác.

Mạch mã hóa 8 đường sang 3 đường, hay còn gọi là mã hóa bát phân sang nhị phân, chuyển đổi 8 ngõ vào thành 3 ngõ ra dạng số nhị phân 3 bit Trong quá trình này, chỉ có một ngõ vào ở mức tích cực tại một thời điểm, tương ứng với một tổ hợp mã số 3 ngõ ra duy nhất Điều này có nghĩa là mỗi ngõ vào từ I0 đến I7 sẽ tạo ra một mã số 3 bit khác nhau, dẫn đến tổng cộng 8 tổ hợp ngõ ra, chỉ cần 3 ngõ ra (Y2, Y1, Y0) để biểu diễn.

Hình 4.4: Khối mã hóa 8 sang 3

Bảng trạng thái mạch mã hóa 8 sang 3

Từ bảng trên, ta có:Y0 = I1 + I3 + I5 + I7; Y1 = I2 + I3 + I6 + I7; Y2 = I4 + I5 + I6 +I7

Dựa vào 3 biểu thức trên ta có thể vẽ được mạch logic như hình 4.5:

Hình 4.5: Sơ đồ mạch 8 sang 3

1.4 Mạch mã hóa ưu tiên

Mạch mã hóa được cấu tạo từ các cổng logic gặp khó khăn khi nhiều phím được nhấn cùng lúc, vì không thể xác định mã số đầu ra Để giải quyết vấn đề này, mạch mã hóa ưu tiên được sử dụng, đảm bảo rằng mã số đầu ra chỉ phản ánh ngõ vào có số cao nhất được nhấn Điều này yêu cầu thêm một số cổng logic phức tạp hơn trong cấu trúc.

IC 74LS147 là mạch mã hóa ưu tiên chuyển đổi 10 đường dữ liệu sang 4 đường đầu ra, với tất cả các cổng logic đã được tích hợp sẵn Ký hiệu khối của 74LS147 được thể hiện trong hình 4.6.

Bảng trạng thái của 74LS147

Thứ tự ưu tiên trong bảng trạng thái giảm dần từ ngõ vào 9 đến ngõ vào 0 Khi ngõ vào 9 ở mức 0, các ngõ vào khác không ảnh hưởng đến kết quả BCD, vẫn giữ nguyên là 1001 Chỉ khi ngõ vào 9 chuyển sang mức 1, các ngõ vào khác mới được xem xét, với ngõ vào 8 được ưu tiên trước nếu ở mức thấp.

Xét mạch mã hoá ưu tiên 4→ 2 (4 ngõ vào, 2 ngõ ra), sơ đồ khối (hình 4.7).

Từ bảng trạng thái trên có thể viết được phương trình logic các ngõ ra A và B:

Thực hành

Trong khoa học, công nghệ và cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường xuyên phải làm việc với một lượng lớn dữ liệu Việc đo lường, quản lý, ghi chép và tính toán các số liệu này giúp đơn giản hóa quá trình xử lý và ước đoán, từ đó nâng cao hiệu quả công việc.

Trong hệ thống số thập phân, các chữ số được sắp xếp theo quy tắc từ phải qua trái, với vị trí thể hiện hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, v.v Phần nguyên của số được xác định từ bên trái sang bên phải, trong khi phần thập phân sau dấu phẩy thể hiện phần chục, phần trăm, phần nghìn, v.v.

Cơ số nhị phân sử dụng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn lượng của một đại lượng Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được thể hiện dưới dạng: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống số nhị phân, mỗi số hạng được biểu diễn bằng một bit Bit nằm ở vị trí bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất), trong khi bit ở vị trí bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ có 2^n giá trị khác nhau, trong đó giá trị nhỏ nhất là 0 (0 000) và giá trị lớn nhất là 1 (1 111) Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4.

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu thị lượng của một đại lượng, với quy tắc vị trí trọng số của 8 m (m = -2, -1, 0, 1, 2, ) Một dãy số octal có thể được biểu diễn dưới dạng 0n-10n-2 020100.

Trong một dãy số bát phân với n số hạng, sẽ có 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 000 và giá trị lớn nhất là 7 777 Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và sự chênh lệch giữa hai số liền kề là 8 lần.

Để chuyển đổi các bát phân sang số nhị phân, ta thay thế mỗi ký tự số bằng một số nhị phân 3 bit tương ứng dựa trên bảng quy đổi.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì mỗi nhị phân 4 bit có khả năng biểu diễn 16 giá trị khác nhau Điều này giúp đơn giản hóa việc sử dụng ký tự trong hệ thống số, khi mỗi ký tự tương ứng với một số nhị phân 4 bit, mang lại sự thuận lợi cho việc quản lý và xử lý thông tin.

Trong hệ thống số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 000 cho đến giá trị lớn nhất là F FFF Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, và trọng số của hai số hạng kề nhau sẽ chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số được xử lý dưới dạng nhị phân, do đó mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu và mệnh lệnh, cần phải được chuyển đổi thành dạng nhị phân để mạch số có thể hiểu và xử lý Điều này dẫn đến việc quy định cách biểu diễn các dữ liệu khác nhau bằng các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Coded Decimal), là mã hóa các số thập phân dưới dạng nhị phân.

Để mã hóa mỗi ký số thập phân, cần sử dụng 4 bit, vì ký số thập phân lớn nhất là 9 Mỗi số thập phân sẽ được chuyển đổi sang số nhị phân tương ứng, với việc luôn sử dụng 4 bit cho từng số thập phân.

Mã BCD sử dụng mã nhị phân 4 bit để biểu diễn các số thập phân, chỉ cho phép các số từ 0000 đến 1001 Các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được áp dụng trong mã BCD Ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số giống như hệ thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân mà mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Cần lưu ý rằng mã BCD không phải là mã nhị phân quy ước.

HỌ VI MẠCH TTL – CMOS

Giao tiếp TTL và CMOS

Trong khoa học, công nghệ và cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường xuyên phải làm việc với một lượng lớn dữ liệu Việc đo lường, quản lý, ghi chép và tính toán các số liệu này giúp đơn giản hóa quá trình xử lý và ước đoán.

Trong dãy số thập phân dn-1…d2d1d0, các chữ số được sắp xếp từ phải qua trái thể hiện các hàng như hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, trong khi phần nguyên Ngược lại, từ trái qua phải, các chữ số thể hiện phần chục, phần trăm, phần nghìn đối với phần lẻ sau dấu phẩy.

Hệ số 2, hay hệ nhị phân, sử dụng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn lượng của một đại lượng nào đó Dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được thể hiện theo dạng: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống số, mỗi số hạng được biểu diễn bằng một bit Bit ở vị trí bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất), trong khi bit ở vị trí bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ tạo ra 2^n giá trị khác nhau, với giá trị nhỏ nhất là 0 (0.000) và giá trị lớn nhất là 1 (1.111) Trọng số của các bit được xác định từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4.

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu thị lượng của một đại lượng, với quy tắc vị trí trọng số của 8 m (m = -2, -1, 0, 1, 2, ) Một dãy số octal được thể hiện dưới dạng: 0n-10n-2 020100.

Một dãy số bát phân với n số hạng sẽ tạo ra 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 và giá trị lớn nhất là 7.777 Trọng số các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và giữa hai số liền kề nhau có sự chênh lệch gấp 8 lần.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì mỗi nhị phân 4 bit có khả năng biểu diễn 16 giá trị khác nhau Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng một ký tự tương ứng với số nhị phân 4 bit, làm cho hệ thống lục phân trở nên hiệu quả trong việc mã hóa thông tin.

Trong dãy số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, trong đó giá trị nhỏ nhất là 0 và giá trị lớn nhất là F Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, và trọng số của hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số được xử lý dưới dạng nhị phân, do đó mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, cần được chuyển đổi sang dạng nhị phân để mạch số có thể hiểu và xử lý Điều này dẫn đến việc quy định cách biểu diễn các số nhị phân cho các loại dữ liệu khác nhau, từ đó hình thành các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Code Decimal), là phương pháp mã hóa số thập phân bằng hệ nhị phân.

Mỗi ký số thập phân, với giá trị lớn nhất là 9, cần được mã hóa bằng 4 bit Khi chuyển đổi, mỗi số thập phân sẽ được biểu diễn dưới dạng số nhị phân tương ứng, sử dụng đúng 4 bít cho mỗi ký số.

Mã BCD biểu diễn mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit, với các số từ 0000 đến 1001 được sử dụng Các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được áp dụng làm mã BCD Ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số như thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân với mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Ngoài ra, cần lưu ý rằng mã BCD không phải là mã nhị phân quy ước.

Mã nhị phân quy ước thể hiện số thập phân hoàn chỉnh dưới dạng nhị phân, trong khi mã BCD chuyển đổi từng chữ số thập phân sang số nhị phân tương ứng.

Giao tiếp giữa mạch logic và tải công suất

Tải hiện nay rất đa dạng, bao gồm tải R, tải cảm kháng, tải tuyến tính và phi tuyến, với các mức áp thấp, dòng thấp hoặc cao, cũng như xoay chiều và một chiều Các cổng logic được thiết kế để giao tiếp với hầu hết các loại tải, nhưng chúng hoạt động với dòng và áp thấp Vậy, tải ảnh hưởng như thế nào đến cổng logic?

4.1 Giao tiếp với tải DC

Phần này sẽ trình bày một số khả năng của cổng logic khi giao tiếp với các loại tải khác nhau:

Led đơn thường được sử dụng trong các vi mạch điện tử với điện áp rơi dưới 2V và dòng điện khoảng vài mA Do đó, nhiều cổng logic loại TTL và CMOS, đặc biệt là 74HC/HCT, có khả năng điều khiển trực tiếp led đơn.

Mặc dù dòng vào ra của loại CMOS 4000 và 14000 rất nhỏ (dưới 1uA và dưới 0,5mA), chúng vẫn có khả năng hoạt động và cung cấp điện áp lớn hơn so với hai loại còn lại.

Mạch giao tiếp với led:

Hình 5.18: Giao tiếp với LED

R là điện trở giới hạn dòng cho led, cũng tùy loại cổng logic được sử dụng mà

R cũng khác nhau thường chọn dưới 330 ohm (điện áp Vcc =5VDC) tùy theo việc lựa chọn độ sáng của led.

Các cổng logic không chỉ điều khiển đèn LED mà còn có khả năng điều khiển các tải nhỏ khác như loa gốm áp điện, hay còn gọi là loa thạch anh Loại loa này hoạt động với dòng và áp suất thấp, cho phép phát ra tần số cao Mạch điều khiển cho loa gốm được mô tả trong hình dưới đây.

Hình 5.19: Cổng logic thúc loa

Loa gốm có tính cảm kháng, do đó khi cổng chuyển mạch hoạt động, có thể sinh ra dòng cảm ứng điện thế cao, gây nguy hiểm cho transistor bên trong cổng Để bảo vệ cổng, cần phải mắc một diode ngược với loa gốm.

Giao tiếp với tải lớn

Do không đủ dòng áp để cổng logic kích hoạt tải, những thay đổi đột ngột ở tải như ngắt dẫn hay khởi động có thể tạo ra áp lực và dòng điện lớn vượt quá khả năng chịu đựng của tải Vì vậy, cần thiết phải có các phần trung gian giao tiếp như transistor, thyristor, triac hoặc opto coupler, tùy thuộc vào thiết kế mạch Chúng ta hãy xem xét một số trường hợp cụ thể, đặc biệt là khi tải yêu cầu dòng điện lớn.

Khi dòng điện lớn vượt quá khả năng của cổng, có thể sử dụng thêm transistor khuếch đại Đối với tín hiệu tác động mức thấp, nên dùng transistor PNP, trong khi đối với tín hiệu tác động mức cao, loại NPN sẽ là lựa chọn phù hợp.

Để tính toán các điện trở phân cực cho mạch, giả sử tải cần dòng 100mA và transistor có βs = 25, ta có thể tính dũng IB = IC/25 = 4mA Do đó, điện trở R1 được tính theo công thức (Vcc - VBE - VCE)/IB ≈ 1K Để giảm dòng rỉ khi transistor ngưng dẫn, ta thêm R2 với giá trị khoảng 10K Trong trường hợp tải cần dòng lớn hơn, có thể sử dụng transistor ghép Darlington để tăng dòng ra b.

Khác với trường hợp tải cần dòng lớn, việc sử dụng transistor làm tầng đệm không khả thi do cổng logic bên trong cấu tạo từ các transistor rất nhạy và chịu áp ngược không cao Áp tải lớn có thể làm hỏng chúng và thậm chí gây chết cả transistor đệm bên ngoài Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng thêm một transistor khác để cách li áp cao từ tải với cổng logic, hoặc có thể sử dụng cổng đệm thúc chịu áp cao như 7407.

Cổng TTL tác động mức cao có thể hoạt động mà không cần transistor cách li nếu đủ dòng cho tải, nhờ vào phân cực nghịch tiếp giáp BC Tuy nhiên, cần lưu ý rằng điện áp phân cực nghịch không được vượt quá giới hạn điện áp chịu đựng của mối nối BE, thường khoảng 60VDC.

4.2 Giao tiếp với tải AC Áp xoay chiều ở đây là áp lưới 220V/50Hz hay dùng, với giá trị lớn như vậy nên cần cách li cổng logic với tải, một số linh kiện hay dùng để cách li là thyristor, triac, rờ le, ghép nối quang (opto coupler) Ở đây trình bày cách dùng thyristor và opto coupler Cách dùng rờ le cũng giống như ở phần trước, với hai đầu cuộn dây rờ le ở bên transistor thúc còn chuyển mạch nằm bên tải.

Khi sử dụng triac, cần đảm bảo rằng transistor cung cấp đủ dòng cho triac hoạt động hiệu quả Các điện trở phân cực cũng như các mạch mắc thêm cần được tính toán để giảm dòng rỉ Đồng thời, khi chọn triac, cần chú ý đến dòng thuận tối đa và đảm bảo điện áp nghịch đỉnh luôn dưới giá trị định mức cho phép.

Hình 5.20: Giao tiếp với tải hoạt động ở điện áp xoay chiều

4.3 Giao tiếp sử dụng nối quang

Cách ly hoàn toàn giữa mạch áp thấp và áp cao được thực hiện nhờ một opto couple Cổng logic hoạt động ở mức thấp kích hoạt opto, dẫn đến SCR được mở để tải hoạt động Nguồn 20VDC cung cấp cho opto được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều và ổn áp bằng diode zener Mạch tác động ở mức cao cũng hoạt động tương tự.

Hình 5.21: Giao tiếp dùng kết nối quang

4.4 Giao tiếp sử dụng rơ le

Các công tắc thường được sử dụng để điều khiển nguồn cấp và tạo trạng thái logic cho cổng Tuy nhiên, do thiết kế dạng tiếp xúc cơ khí, quá trình đóng mở công tắc có thể gây ra hiện tượng dội, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.

Hình 5.22: Giao tiếp với công tắc cơ khí

Hiện tượng dội trong điện gia dụng như đèn quạt không gây ảnh hưởng lớn vì thời gian dội rất ngắn, chỉ khoảng vài mili giây, khiến đèn quạt không kịp sáng tắt hay dừng quay Tuy nhiên, các vi mạch điện tử lại rất nhạy cảm với những thay đổi nhanh chóng và nhỏ bé như vậy Dội xảy ra khi đóng công tắc, thực chất là quá trình đóng mở nhiều lần trước khi đóng hẳn, hoặc khi mở công tắc, công tắc cũng có thể bị hở và đóng nhiều lần trước khi hở hoàn toàn.

5.1 Các bước khảo sát họ vi mạch TTL-CMOS trên bộ thí nghiệm Lab-volt (91014-20)

Hình 5.23: Mạch TTL-CMOS trên bộ thí nghiệm Lab-volt (91014-20)

Bước 1: Cấp nguồn cho mạch

Bước 2: Đặt S1, S2 ở vị trí tương ứng cần khảo sát

Bước 3: Cấp điện áp hoặc xung vuông ngõ vào

Bước 4: Đo giá trị điện áp ngõ ra

Bước 5: Nhận xét về giá trị điện áp ngõ ra

5.2 Sinh viên thực hành khảo sát

Thực hiện trình tự theo các bước và điền kết quả vào bảng sau:

Nhận xét về giá trị điện áp ngõ ra

Những trọng tâm cần chú ý trong bài

- Cấu trúc và thông số cơ bản của TTL và CMOS

- Giao tiếp TTL và CMOS

- Các bước thực hiện khảo sát mạch

Bài tập mở rộng và nâng cao

Bài 1: Lắp ráp mạch giao tiếp với công tắc cơ khí dùng IC 74HC14

Bài 2: Lắp ráp mạch giao tiếp dùng kết nối quang

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập bài 5

+ Về kiến thức: Trình bày được khái niệm, cấu trúc và thông số giữa các mạch

TTL và các CMOS, hiểu được chức năng của các họ của IC

BỘ NHỚ

Thực hành

Trong khoa học, công nghệ và đời sống hàng ngày, chúng ta thường xuyên phải làm việc với một lượng lớn dữ liệu Việc đo lường, quản lý, ghi chép và tính toán số lượng này giúp đơn giản hóa các quy trình xử lý và ước đoán.

Trong hệ thống số thập phân, các chữ số được sắp xếp từ phải qua trái thể hiện các hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, trong khi phần nguyên được đọc từ trái qua phải với các hàng phần chục, phần trăm, phần nghìn cho phần lẻ sau dấu phẩy.

Hệ thống số nhị phân sử dụng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn giá trị của một đại lượng Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được thể hiện dưới dạng: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống số nhị phân, mỗi số hạng được đại diện bởi một bit Bit ở vị trí bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất), trong khi bit ở vị trí bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit có tổng cộng 2^n giá trị khác nhau, trong đó giá trị nhỏ nhất là 0 (biểu diễn là 000) và giá trị lớn nhất là 1 (biểu diễn là 111) Trọng số của các bit được xác định từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4, và tiếp tục tăng theo cấp số nhân.

Hệ thống số bát phân sử dụng các số từ 0 đến 7 để mô tả lượng của một đại lượng, tuân theo luật vị trí trọng số của 8 m (m = ,-2,-1,0,1,2, ) Một dãy số bát phân được biểu diễn theo cấu trúc 0n-1 0n-2 020 100, trong đó mỗi chữ số đại diện cho một giá trị cụ thể theo luật vị trí trọng số.

Một dãy số bát phân có n số hạng sẽ tạo ra 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 000 và giá trị cao nhất là 7 777 Trọng số các bit tăng dần từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và sự chênh lệch giữa hai số liền kề là 8 lần.

Để chuyển đổi từ bát phân sang số nhị phân, ta thay thế mỗi ký tự số bằng một số nhị phân 3 bit tương ứng theo bảng quy định.

Hệ thập lục phân được sử dụng vì mỗi nhị phân 4 bit có thể biểu diễn 16 giá trị khác nhau Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho các hệ thống số, cho phép sử dụng một ký tự duy nhất để tương ứng với một số nhị phân 4 bit.

Trong dãy số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 và lớn nhất là F FFF Các trọng số của từng bit lần lượt là 1, 16, 256, và trọng số giữa hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số điều được xử lý dưới dạng nhị phân, yêu cầu mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, phải ở định dạng nhị phân để mạch có thể hiểu và xử lý Do đó, cần quy định cách biểu diễn các số nhị phân cho các loại dữ liệu khác nhau, dẫn đến việc phát triển các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Coded Decimal), là mã hóa số thập phân bằng số nhị phân.

Để mã hóa các ký số thập phân, chúng ta cần sử dụng 4 bit cho mỗi ký số, vì ký số thập phân lớn nhất là 9 Mỗi số thập phân sẽ được chuyển đổi thành số nhị phân tương ứng, luôn sử dụng 4 bit cho từng ký số thập phân.

Mã BCD (Binary-Coded Decimal) biểu diễn mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit, chỉ sử dụng các số từ 0000 đến 1001 Các nhóm số nhị phân 4 bit khác không được sử dụng làm mã BCD Ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số giống như hệ thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân trong đó mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Cần lưu ý rằng mã BCD không phải là một mã nhị phân quy ước.

Mã nhị phân quy ước được sử dụng để biểu diễn số thập phân hoàn chỉnh dưới dạng nhị phân, trong khi mã BCD chỉ thực hiện việc chuyển đổi từng ký số thập phân sang số nhị phân tương ứng.

KỸ THUẬT ADC – DAC

Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC)

Trong khoa học, công nghệ và cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường xuyên phải làm việc với số lượng lớn Việc đo lường, quản lý và ghi chép số lượng giúp đơn giản hóa các quá trình xử lý và ước đoán.

Trong hệ thống số thập phân, các chữ số dn-1 d2d1d0 được đọc từ phải qua trái, thể hiện các hàng như hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn, trong khi phần nguyên được xác định từ trái qua phải Đối với phần lẻ, sau dấu phẩy, các hàng được phân chia thành phần chục, phần trăm, phần nghìn, và tiếp tục theo quy tắc tương tự.

Số nhị phân được biểu diễn bằng hai ký số 0 và 1, dùng để thể hiện lượng của một đại lượng nào đó Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên được cấu trúc như sau: bn-1bn-2 b2b1b0.

Trong hệ thống số nhị phân, mỗi số hạng được biểu diễn bằng một bit Bit ở bên trái nhất được gọi là MSB (bit có giá trị lớn nhất), trong khi bit ở bên phải nhất được gọi là LSB (bit có giá trị nhỏ nhất).

Số nhị phân với n bit sẽ có 2^n giá trị khác nhau, với giá trị nhỏ nhất là 0 (000 ) và giá trị lớn nhất là 1 (111 ) Trọng số của các bit được tính từ thấp đến cao lần lượt là 1, 2, 4,

Trong hệ thống số bát phân, các số từ 0 đến 7 được sử dụng để biểu thị lượng của một đại lượng, theo quy tắc vị trí trọng số của 8 m (m = -2, -1, 0, 1, 2, ) Một dãy số octal được thể hiện dưới dạng: 0n-10n-2 020100.

Trong một dãy số bát phân với n số hạng, sẽ có 8^n giá trị khác nhau, với giá trị thấp nhất là 0 000 và giá trị lớn nhất là 7 777 Trọng số của các bit từ thấp đến cao lần lượt là 1, 8, 64, và giữa hai số liền kề nhau có sự chênh lệch gấp 8 lần.

Để chuyển đổi bát phân sang số nhị phân, ta thay thế mỗi ký tự số bằng một số nhị phân 3 bit tương ứng theo bảng quy định.

Hệ thống lục phân được sử dụng vì một số nhị phân 4 bit có khả năng biểu diễn 16 giá trị khác nhau, giúp đơn giản hóa việc chuyển đổi giữa các ký tự và số nhị phân Điều này làm cho hệ thống lục phân trở thành lựa chọn thuận lợi cho các ứng dụng số.

Trong dãy số Hex, với n số hạng, sẽ có 16^n giá trị khác nhau, bắt đầu từ giá trị nhỏ nhất là 0 000 và lớn nhất là F FFF Trọng số của các bit lần lượt là 1, 16, 256, và trọng số của hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần.

Thông tin trên mạch số điều được xử lý dưới dạng nhị phân, vì vậy mọi dữ liệu, bao gồm số lượng, chữ cái, dấu hiệu và lệnh, cần phải chuyển đổi thành dạng nhị phân để mạch số có thể hiểu và xử lý Do đó, cần quy định cách thức biểu diễn các dữ liệu khác nhau bằng các số nhị phân, dẫn đến sự ra đời của các mã số Một trong những mã thập phân phổ biến nhất là mã BCD (Binary Code Decimal), là mã hóa số thập phân theo dạng nhị phân.

Mỗi ký số thập phân, với giá trị lớn nhất là 9, cần được mã hóa bằng 4 bit Khi chuyển đổi, mỗi số thập phân sẽ được biểu diễn dưới dạng số nhị phân tương ứng, luôn sử dụng 4 bít cho từng ký số.

Mã BCD (Binary-Coded Decimal) biểu diễn mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit, trong đó chỉ các số từ 0000 đến 1001 được sử dụng Các nhóm số nhị phân 4 bit ngoài khoảng này không được áp dụng cho mã BCD Một trong những ưu điểm chính của mã BCD là khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa mã thập phân và nhị phân, chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit tương ứng với các ký số thập phân từ 0 đến 6.

Mã BCD không phải là một hệ thống số như các hệ thống số thập phân, nhị phân, bát phân hay thập lục phân Thực chất, BCD là hệ thập phân với mỗi ký số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng Ngoài ra, cần lưu ý rằng mã BCD không phải là mã nhị phân quy ước.

Tiêu đề	Giáo trình Kỹ Thuật Số
Tác giả	Đỗ Hữu Hậu
Trường học	Cao đẳng nghề Cần Thơ
Chuyên ngành	Điện tử dân dụng
Thể loại	giáo trình
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	4,1 MB