Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Tìm hiểu các vi mạch số cơ bản và lắp ráp mạch điều khiển theo yêu cầu

IL GIỚI THIỆU VỀ MACH SỐ: i, Mach tương tự và mach số : Mạch tương tự analog xử lí các tín hiệu tương tự, ví dụ như tín hiệutưởng ứng với tiếng nói hay nhiệt độ../Tín hiệu tương tự có đặ

BỘ GIÁO ĐỤC VÀ DAO TẠOERƯỜNG ĐT HỌC SU PHAM THANH PHO HO CHÍ MINH

LUAN VAN TỐT NGHIỆP QVHDU: PHAM HUY CHAU

KHÓA 1999-2002 LÊ DÌNH HÙNG

(ty nu diu

Chúng ta đang sống trong một thời dai mà khoa hoc và công nghệ

phát triển vô cùng mạnh mẽ Các thiết bị điện tử đã, dang và sẽ tiếp tục

được ting dụng ngày càng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của kinh tế, kỹ thuật

và đời sống xã hội

Ngày nay, các thiết bị điện tử hiện đại chủ yếu làm việc trên nguyên lý

số Mach số có nhiều wu điểm hon so với những mạch tương tự khiến mạch

số ngày càng thông dung, mở rộng sang các lĩnh vực mới Vì vậy, sự hiểu biết sâu sắc về điện tử số là không thể thiếu đối với các kỹ sư điện tử ngày

nay Tuy nhiên, nhu cầu hiểu biết về điện tử số không chỉ dành riêng cho các kỹ sư điện tử mà còn đối với mỗi người làm việc ở các ngành có sử

dụng thiết bị điện tử, và đặc biệt nó còn là một lĩnh vực đây hấp dẫn đối với

những ai quan tâm tìm hiéu về lĩnh vực này.

Khoa hoc vật lý là một ngành khoa lọc đặc biệt có ý nghĩa quan trọng

đối với sự phát triển và mang lại nền văn minh cho nhân loại Mặt khác, khoa học vật lý luôn gắn liền với kỹ thuật và thực nghiệm Chính vì lẽ đó

mà việc tìm hiểu về điện tử số là cần thiết và hoàn toàn có thể đối với sinh

viên theo lọc ngành: vật lý ở các trường Dai hoc.

Điện tử số là lĩnh vực quan trọng đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc Do sự

hạn chế về kiến thức và thời gian nên luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn để được

hoàn chỉnh hon.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm on quý thay cô, Ban chủ nhiệm

khoa đã tạo điều kiện rất thuận lợi cho chiing em loàn thanh luận văn tốt

nghiệp Đặc biệt, em xin chân thành cam ơn thầy 22 Dink Hing, tổ trưởng

tổ kỹ thuật, và thầy Pham Hay Chiu đã mhiệt tình hướng dẫn để em hoàn

thành luận văn tốt nghiệp của minh

TP Hồ Chi Minh, tháng 0S năm 2002

SV3« byuyen Thi Bé

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY GHAU

KHOA 10908-2002 LÊ ĐÌNH HÙNG

NỘI DUNG LUẬN VĂN:

Luận văn gồm có các phần sau:

PHAN I: — TÌM HIỂU CƠ BẢN VỀ ĐIỆN TỬ SỐ

I Giới thiệu về mạch sov

Il Dai số logic.

HI_ Các cổng logic cơ bản

IV_ Thực hành các cổng logic

V_ Các loại trigd số,

VI_ Sự chuyển đổi lẫn nhau cua các loại trigơ theo

điều kiện định thời CP.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHÂU

KHÓA 199-2092 LẺ ĐÌNH HUNG

Phần I :

TÌM HIỂU VỀ ĐIỆN TỬ SỐ.

IL GIỚI THIỆU VỀ MACH SỐ:

i, Mach tương tự và mach số :

Mạch tương tự (analog) xử lí các tín hiệu tương tự, ví dụ như tín hiệutưởng ứng với tiếng nói hay nhiệt độ /Tín hiệu tương tự có đặc điểm :

+ Phát sinh từ các hiện tượng tự nhiên và được cam biến thành tín hiệu

điện.

+ Có biên độ liên tục : có bất cứ giá trị nào trong quãng biến thiên của

+ Liên tục về thời gian : không dừng lâu ở biên độ 0 và hiện hữu trong

thời gian dài.

Các đại lượng vật lý xảy ra xung quanh ta đều có bản chất analog Các

đại lượng này thường được thể hiện bằng các độ lớn biến thiên liên tục như ta

đã biết,

Để đo đạc, truyền tải và lưu trữ các thông tin analog này, công việc sẽ

dễ dàng đi rất nhiều nếu ta số hóa chúng, chỉ đùng qua 2 mức (mức cao và

mức thấp) tương tự với mức 1 và mức 0.

‘Ta xét ví dụ như nhiệt kế thủy ngân chi 72°C, giá trị tương tự này có thể

chuyển thành một chuỗi các mức Ø và 1 (sự chuyển đổi này ta sẽ tìm hiểu ở

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM BUY CHAU

KHÓA 1990-3092 LÊ ĐÌNH HONG

phần sau) Dưới dang này, thông tin sẽ được mạch điện tử xử lí truyền tải và

lưu trữ thật dễ dang Thay cho một lượng các giá trị vô han analog, ta chỉ cần

2 mức : mức cao và mức thấp.

Mạch số xử lí các tín hiệu số (cụ thể là tín hiệu nhị phân : binary signal)

có dang sóng xung (pulse wave form) gồm hai mức biên độ là mức cao (high

level) và mức thấp (low level).

Biên độ

'Thời gian biến thiên giữa 2 mức gọi là thời gian chuyển tiếp Thời gian này rất ngắn và lý tưởng bằng 0 nên tín hiệu sốcó thể xem như gián đoạn về

biên đô.

Như vậy, tín hiệu điện áp hay dòng điện biến đổi theo thời gian, có 2

dạng cơ bản Tương ứng với chúng có 2 hệ thống xử lý tín hiệu mang những

ưu điểm khác nhau Đó là : mạch tương tự (analog) và mạch số (digital)

"Trong phạm vi luận văn, ta sẽ đi vào tìm hiểu hệ thống xử lý tín hiệu

gián đoạn theo thời gian được gọi là xung Một xung thường có các đặc trưng:

sườn trước, sườn sau đỉnh và các tham số như : độ rộng xung, độ rộng xườn

trước, sườn sau và độ sụt đỉnh.

2 Uu điểm và nhược điểm của mach sé:

23: Uu điểm :

Ngày nay, mạch số được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến, nhất là trong lĩnh vực đo lường, điều khiển, tính toán, thông tin bởi vì nó có những điểm

sau:

- Khả năng chống nhiễu và sự méo dang cao : một tín hiệu được phát ra

và truyền đến máy thu có nhiều khả bị nhiều và méo dạng O máy thu, tín

hiệu số sẽ được so sánh với một ngưỡng để xác định lại các mức : nếu tín hiệu

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP GVHD- PHAM HUY CHAU

KHÓA 1099-2002 LÊ DINE HONG

nhỏ hơn ngưỡng là mức thấp, lớn hơn ngưỡng là mức cao Sau đó, mach sé tạolại tín hiệu ban đầu

(a) : tín hiệu truyền đi

Biền dé

: 'Tự sửa sai : khi bị nhiễu và méo dạng trầm trọng thì hệ thống

mạch số có khả tự biết chỗ sai và sửa lại đúng

š Lưu trữ và truy cập dé dang, nhanh chóng : do tín hiệu số chỉ có 2

mức (mức thấp và mức cao) nên việc lưu trữ ở mạch điện tử, gọi bộ nhớ

bán dẫn và truy cập rất dễ dàng

Tinh toán, so sánh, dịch chuyển, đổi chiều, phân loại, xếp

hạng.v.v rất nhanh chóng.

Độ chính xác và độ giải cao,

- Thuận lợi cho công nghệ tích hợp : một mach số bat kì đều do các

mạch số cơ bản tạo nên nhưng chúng được lặp lại nhiều lần khiến dễ dàng

tao ra vô số các mạch tích hợp (integrated circuit hay IC).

Dé thiết kế, lắp ráp, sửa chữa : người ta chế tạo rất nhiều loại IC

xố có chức năng khác nhau Các IC số gần như không cần các linh kiện tự

động (trở, tụ ) để hỗ trợ và điện kế trong mạch chỉ ở mức cao hoặc thấpnên dễ thiết kế, sửa chữa, lắp ráp hơn

Ì: NGUYEN THỊ BÉ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHÓA 1008-3902 LÊ ĐÌNH HÙNG

Tuy nhiên, mạch tương tự và các thiết bị tương tự có những đặc tinh

riêng nên không bao giờ được thay thế hoàn toàn bởi mạch xố và các thiết bị

xố.

2.2 Nhược điểm :

Các đại lượng vật lý xảy ra xung quanh ta đều có bản chất tương tự :

nhiệt độ tăng lên hay giảm xuống liên tục chứ không phải nhảy vọt Dang

sóng biểu thị tiếng nói biến thiên liên tục từ biên độ này sang biên độ khác

Vì vậy, một đại lượng vật lý được đưa vào mach số phải chuyển từ tương tự

sang số và khi trả về thế giới tự nhiên thì được chuyển từ số sang tương tự.Vấn dé ở đây là sự chuyển đổi này thường bị giới hạn

Mach số thường tốn kém hơn mạch tương tự trong một số trường

hợp.

Như vậy, ta biết tín hiệu số chỉ có 2 mức là mức thấp và mức cao Do

đó, mach sé cũng chỉ ở 2 trạng thái Để mô tả cho tính chất đó của mach

số, ta cần tìm hiéu các khái niệm cơ bản và các phép toán dùng trong

(a)Hđ: đèn tất do không (b) Đóng: dén sing do có

có dòng điện cha y qua dò ng điện cha y qua

1.2 Diod bán dẫn :

Diod bán dẫn (semicondutor diode) là một linh kiện điện tử có 2 cực gọi

là anod và catod,

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHÓA 1008-2002 LE ĐÌNH HONG

anot + _ ca tot

a Anod: nối với cực đương nguồn

Catod: nối với cực âm nguồn

Lúc nay, diod được phân cực thuận: | |

có đòng điện chay qua, ta nói diod

dẫn điện và đây la dong điện thuận ric

Vee

(a): Diod daa điệa

b Anod: nổi với cực âm nguồn a 4 vento

catod: nối với cực đương nguén

Lúc này, diod phân cực nghịch:

-dòng điện đi qua diod là -dòng nghịch, | |

rất nhỏ nên ta có thể xem như điod aby as

không dan điện

Vcc

(b): Diod không dda dita

1.3 Transistor :

Transistor là một linh kiện điện tử quan trọng có 3 cực : cực gốc B

(Base), cực phát E (emitter), cực thu C (collector).

Khi V, =0; transistor ngưng din: Vụ = V

Khi điện thế vào : V, = V : transistor dẫn bão hòa nên điện thế ra :

KHOA 1998-3002 LÊ BINH HUNG

Như vậy, ta thấy các linh kiện điện tử có thể hoạt động ở 2 trang thái

khác nhau (on — off; true - false; high ~ low ) Thay cho từ ngữ mô tả, người

ta gọi chúng là 2 trạng thái logic 0 và 1.

Ví dụ: logic 0: chỉ tắt, sai, không

logic l : chỉ sáng, đúng, có

hoặc ta có thể quy ước ngược lại

Hai trạng thái logic 0 và 1 có thể xem như tương ứng với hệ thống số nhị

phân.

Trén thực tế thì các mạch điện tử không thể xử lí các số nhị phân mà chỉ

có thể xử lí trực tiếp tín hiệu điện thế hay dòng điện biểu thị logic Ø và 1

(thường dùng điện thế là chính)

Trong mạch số, ta thường dùng các mức cao H (high) hoặc mức thấp L

(low) để chỉ trạng thái của mạch điện, ta không thể quy định một giá trị điện

thế cố định cho mức cao hoặc thấp Do đó, mỗi mức được phép biến thiên

Có rất nhiều hệ thống số Trong đời sống, ta thường dùng là hệ thống số

thập phân, hay gọi tắt là hệ 10 gầm 10 chữ xố : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Tuy nhiên, mạch điện tử rất khó biểu thị, xử lí và lưu trữ trực tiếp các sốthập phân khác nhau Ngược lại, nó có thể hoạt động ở 2 trạng thái cách biệt

Ví dụ như một công tắc đèn khi có dòng điện đi qua thì sáng và không có

dòng điện di qua thì tắt Do đó, người ta phát triển hệ thống số nhị phân, gọi

tắt là &ệ 2 và chi đùng 2 con số 0 và 1 Một con số trong hệ nhị phân được gọi

là | bit Để điển tả các con số khác nhau, người ta dùng nhiều con số 0 và 1.

xVTH: NGUYEN THỊ BÉ

LUẬN VAN TỐT NGHICP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHOA 1608-2002 LE DINH HONG

Ta có thể đổi từ hệ thống số nhị phân sang hệ thống số thập phân va

2.2 Chuyển từ thập phân sang hé nhị phân:

Mỗi giá trị thập phân đều phải chuyển sang số nhị phân trước khi đưa

vào mạch xố xử lí Để đổi từ hệ thập phân sang hệ nhị phân, ta có thể dùng

phương pháp chia liên tiếp cho 2 Cúc số dư sau n lần chia sẽ được viết từ bit

tận cùng bên phải đến bit tận cùng bên trái.

Ví dụ : Chuyển số 26 ;ø, sang số nhị phân.

Chia liên tiếp cho 2: 26 + 134 6> 34 1¬0

Số dưtươngứng : 0 l 0 l l Kết quả : 1101,;,

Ngoài ra, ta còn có các hệ đếm khác như hệ đếm cơ số 16 (thập lục phân)

hay hệ thống số BCD ( binary coded decimal), và tất cả các hệ đếm này đều

có thể chuyển sang hệ đếm khác

3 Đại số logic :

Đại số logic do George Boole, nhà toán học người Anh sáng tạo giữa thế

kỷ XIX So với đại số thường, đại số logic đơn giản hơn nhiều, chỉ lấy 2 giá trị

0 và 1 biểu thị 2 trạng thái logic khác nhau

'Trong đại số Boole có một số quy tắc giống đại số thường nhưng lại có

một số thao tác hoàn toàn khác Ở đại số Boole không có phân số, số âm, số

thập phân, xố do hay số phức, căn số

Cụ thể, ở đại xố Hoole có 3 phép toán cư bản :

3.1 Phép công (tuyển) :

Ký hiệu : bằng dấu “+”

3.2 Phép nhân (hôi) :

Ký hiệu : bằng dấu * "

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVIID: PHAM HUY CHAU

c Các định lý tương tự đại số thường :

~ Luật giao hoán : A.B=B.A

A+B=B+aA

- Luật kết hợp : (A.B).C=A.(B.C)

(A +B)+C eA +(B+C)

- Luật phân phối : A.(B+C)= ÁA.B+A.C

d — Các định luật đặc thù của đại số logic :

- Luật đồng nhất: A.A=A

A+A=A

- Định lý De Morgan; A.B=A+B ,A+B=AB

- Luật phủ định 2 lần: A=A

LUẬN VAN TOT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY GHAU

KHOA 1098-2092 LE BINH HONG

4 Các phương pháp biểu thị ham logic :

4.1 Bang chân lí:

Là bảng mô tả các giá trị của hàm số tương ứng với mọi giá trị có thể có

của biến xố.

Để nhận được bảng chân lí, ta liệt kê tất cả các tổ hợp giá trị của các

biến và xúc định giá trị của hàm đầu ra

Ví dụ : Lập bảng chân lí của hàm số sau: Y = AB +

Bang chân lí của hàm số : Y = AB + C

Bảng chân lí rõ ràng, trực quan Sau khi xác định các biến đầu vào, ta có

thể tra vào bảng chân lí để biết giá trị tương ứng của đầu ra.

4.2 Biểu thức hàm số :

Biểu thức hàm số đưới dạng logic là dùng các kí hiệu hàm biến và các

phép tính biểu thị logic của các biến trong hàm

KHÓA 1990-2002 LÊ ĐÌNH HÙNG

Vídụ: F=(A+B+€).(A+B+€).(A+B+C)

Mỗi hàm logic có thể có vô số cách biểu diễn giải tích tương đương ngoài

2 dạng trên đây Tuy nhiên chỉ tồn tại một dạng biểu dién gọn nhất, tối ưu về

số biến, số hạng hay thừa số được gọi là dạng tối thiểu.

4.3 Bang Karnaugh :

Bảng Karnaugh là phương pháp hình vẽ biểu thị hàm logic trong đó các

giá trị hàm đầu ra và biến đâu vào đều được biểu thị đầy đủ Mỗi giá trị đầu

ra nhận một 6 trong bang Karnaugh Số 6 của bảng là 2° với n là số biến đầu

vào.

Ding bang Karnaugh, ta có thể dé dàng tìm được hàm Boole tối giản

Tuy nhiên, việc giải hàm Boole §, 6 biến là rất phức tap.

(a):Hai biến (b):Ba biến (c): Bốn biến

Các hàm số logic là chỉ hệ thức liên hé giữa ham số và các biến số Hàm số logic được dùng khi ta nói đến quan hệ toán hoc.

Khi thiết kế các mạch điện tử, làm số logic sẽ được biểu diễn dưới một

dạng khác chỉ hệ thitc giữa ngõ ra và các ngõ vào Đó là cổng logic Cổng

logic chỉ quan hệ về mach và tín hiệu.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

LUAN VAN TỐT NGHIỆP GVHI): PHAM Huy CHÂU

KHÓA 1098-3002 LÊ ĐÌNH HONG

Đây là mạch thể hiện đặc tính AND (có 2 lối vào) Gọi 2 công tắc mắc nối tiếp nhau là A, B và đèn là Y Các công tắc đóng là logic | và ngắt là logic

0 Đèn Y sáng là logic | và tắt là logic 0

Khi cả 2 công tắc đều đóng (tức A=Be=1) thì đèn Y mới sáng (Y=1)

‘Trong các trường hợp còn lại, đèn đều không sang tức ở mức logic 0

như trong bảng chân lí mô tả.

* Mach điện don giản thực hiện cổng logic AND :

Vcc-Š V

R

B

Dp

Mạch gồm 2 diod, điện trở và nguồn cấp điện.

Ta quy ước mức logic 1 là SV, mức logic 0 là OV.

Khi A=B=l (tức điện thế hai ngõ vào là SV) : cả hai diod đều

ngưng din nên điện thế ra V„= §V (tức Y ở logic 1)

Khi ít nhất có một ngõ vào ở thấp (ngõ A=1, B=0) : diod D, không

dẫn nhưng diod Dy dẫn tức có một dòng I chạy qua R Lúc này, điện thế ngõ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVIED: PHẠM Huy CHAU

KHOA 1008-2002 LE ĐÌNH HONG

2.4.

Đây là mach điện thể hiện đặc tinh OR có 2 lối vào Gọi 2 công tắc mắc

song song là A, B Đèn là Y.

Khi 2 công tắc đều ngắt (A=B=0) thì đèn tắt (Y=0)

'Trong các trường hợp còn lại, đèn đều sáng, tức ở mức logic 1.

bvru: NGUYÊN THỊ BÉ 1$

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHOA 1998-3992 LÊ ĐÌNH HONG

* Mạch điện dùng 2 diod và điện trở mắc nhưứ hình về :

D

Y=A+B

Khi có một ngõ hay hai ngõ ở cao, diod tương ứng sẽ din điện tao

thành đòng qua điện trở R đưa điện thế ngõ ra Y lên cao tức Y=1.

- Khi 2 ngõ vào ở thấp (A=B=0=0V), hai diod không dẫn điện nên

không có dòng điện qua R và điện thế ra bằng 0, tức ở mức thấp.

3 Cổng logic NOT ( KHÔNG) :

31 Kí hiệu :

LUẬN VAN TỐT NGHIỆ P' GVIHĐ: PHAM HUY CHAU

KHOA 1999-2002 LE ĐINH HONG

3.4 Ví dụ:

nguồn 0

Đây là mạch điện thực hiện cổng NOT.

Khi công tắc A hở (A = 0) thì đèn sáng (Y = 1)

Ngược lại, khi công tắc A đóng (A = 1) thì đèn tắt (Y = 0)

*Cổng NOT đơn giản dùng transistor.

(0V O&0V

- Khingd vào ở cao (A =1 = §V) : transistor dẫn bão hòa nên ngõ

ra ở thấp (Y = 0 = 0V).

4, Cổng logic NAND :

Cổng logic NAND là cổng có nhiều biến đầu vào và đau ra thực hiện

hàm logic AND — NOT.

Vv.xa ,

La xét cổng NAND hai ngõ vào.

KHOA 1998-2002 LE ĐÌNH HONG

4.1 Ki hiéu:

B AB

AND theo sau bởi NOT là NAND.

Thay vi ding hai ki hiệu cổng logic AND và NOT, ta thêm một vòng tròn phủ định nhỏ sau cổng AND như sau :

Ạ Y= AB

B

Cổng NAND có thể cú nhiều hơn hai ngõ vào Dưới đây là kí hiệu, giản

đồ thời gian của cổng NAND 3 ngõ vào :

B

Kí hiệu cổng NAND 3 ngõ vào

LUẬN VAN TOT NGHIỆP GVMIE PHAM HUY CHAT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

đại số logic (mà cụ thể là đại số Boole) như một công cụ toán học để phân

tích, thiết kế, mach logic

IV THUC HANH CAC LOGIC CƠ BẢN:

1 Thiét kế biểu thức logic từ mach :

Hàm logic cho từng loại cổng logic ta đã biết nên ta có thể viết biểu thức

logic cho bất kì kết nối nào của các cổng

Vidu; Viet biểu thức logic từ mạch sau:

TY biểu thức logic tìm được, ta có thể tính được mức logic ra tương ứng

với mỗi tổ hợp logic vào Từ đó có thể lập bảng chân lí của ngõ vào (biến) và

ngõ ra (hàm).

LUẬN VĂN TOT NGHIỆP GVH: PHAM UY CHAU

KHOA 1998-3002 LA ĐÌNH HONG

Với mạch trên, ta lập được bang chân lí sau:

Ta cũng có thể tính mức logic ra trực tiếp trên mạch ứng với tổ hợp logic

vào,

3 Thiết kết mạch từ biểu thức logic :

‘Ta dùng các kí hiệu logic của mạch điện tử để thay thế các phép tính

trong biểu thức hàm logic.

Ví dụ : Thực hiện mạch từ biểu thức logic :

3 Rút gọn biểu thức logic :

Khi trực tiếp thiết kế sơ đồ mạch logic từ bang chân lí thường rất phứctạp Khi đã thực hiện tối thiểu hóa hàm logic, thì việc thiết kế mạch sẽ đơngián và kinh tế hơn.

YVTH: NGUYÊN THỊ BÉ 21

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHA

KHÓA 1998-2002 LẺ: ĐÌNH HONG

Trên thực tế, khi viết một hàm logic dưới một dạng nào đó thì đó không

phải là dạng duy nhất Vấn dé là bằng cách nào ta tìm ra mạch đơn giản nhất

để việc thiết kế dễ dàng và kinh tế nhất.

Dựa vào công thức và đại số Boole, mà ta đã tìm hiểu ở phần trước, để

thực hiện việc tối thiểu hóa Hai định luật De Morgan là một công cụ tiện lợi giúp cho việc rút gọn các biểu thức và là công cụ chính để chuyển đổi các dạng mạch Đôi khí, ta dùng tính phân phối hay tính kết hợp để tao ra các số

hạng thích hợp rồi sắp xếp lại để áp dụng các định luật trong đại số Boole

Ví dụ : Rút gọn các biểu thức logic sau:

Y =AC(A +B+D)+ A.BC.D+ ABC

= ACA +ACB + ACD+ ABCD+ ABC

=0+ABC + ABCD+ ACD+ ABC

= ABC + ABC + ABCD+ ACD

Rõ ràng khi áp dụng đại số logic, ta có thể đưa một biểu thức logic phức

tạp về dạng đơn giản nhất.

LUẬN VẤN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY GHAU

KHOA (999-200Z LÊ BINH HONG

Để đơn giản mạch điện, ta làm các bước :

"Trước tiên ta viết biểu thức logic của mach :

Sau khi rút gọn, ham logic tối thiểu của ta chỉ còn lại có hai biến đầu

vào và để thực hiện mạch này chỉ cẩn hai cổng : 1 cổng NOT và 1 cổng AND

Mạch mới sẽ đơn giản đi rất nhiều so với mạch ban đầu :

DE thiết kế logic, ta cần xác định tiến hành các bước chính :

Phân tích yêu cầu : xác định cái nào là biến số đầu vào, cái nào làhàm số đầu ra và mối quan hệ logic giữa chúng với nhau

'Thiết lập bảng chân lí :

© Trude tiên, liệt kê thành bảng về quan hệ tương ứng của trạngthái tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào

¢ - Tiếp theo thay các giá trị logic cho các trạng thái tức dùng các số

0, 1 biểu thị các trạng thái tương ứng của đầu vào và đầu ra.

LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHÓA 1998-2002 LẺ ĐÌNH HONG

'Tiến hành tối thiểu hóa : có thể bằng phương pháp hình ảnh hoặc

phương pháp đại số.

Về sự đồ logic.

Ví dụ l; Thiết kế mạch logic tổ hợp cho còi hy xe hơi

Diéu kiện để hy còi là : đèn pha sáng hoặc và xe mở hoặc khóa tự động

K=l1:khóa khởi động (K =0: Khóa không khởi động).

Ta có bang trạng thái và bảng chân li:

Kb Không KD

KP Không KD

Kb

Biểu thức là : Y= KC + DC.

Ta có thể rút gọn biểu thức :

Y =KC +DC =€ (K +)

Khóa K Y=KC+DC

Đèn pha p

Của œ

Ví dụ 23; Viết phương trình Boole và vé mach logic tương ứng thực hiện

chức năng sau : háo chống trộm A của ngân hàng sẽ hoạt động khi đã hết giờ hành chính (G) và cửa chính mở (C) hoặc hết giờ hành chính và cửa hông mở

Các mach số được chia ra lam hai loại lớn : mach tuần tự và mạch tổ

hợp Ở mạch tổ hợp, các ngõ vào thay đổi trạng thái thì các ngõ ra thay đổi

trạng thái Còn ở mạch tuần tự, sự thay đổi trạng thái ở ngõ ra không chỉ

phu thuộc vào ngõ vào mà còn phụ thuộc vào trạng thái trước đó của ngõ

ra khi có một xung đồng hồ (gọi là xung lệnh) Phần tiếp theo, ta sẽ khảo

sát loại mạch tuần tự là trigơ (mạch lật).

v CÁC LOẠI TRIGƠ SỐ :

Trig số là linh kiện logic cơ bản của mach số, Trigg có hai trạng thái ổn

định, dưới tác động của tín hiệu bên ngoài có thể chuyển đổi từ trạng thái ổn

định này sang trạng thái ổn định khác Nếu không có tác dụng của tín hiệu

bên ngoài thì nó duy trì mãi trạng thái ổn định vốn có Vì vậy, một trigơ số tốithiểu cần có chức năng sau :

Có hai trạng thái ổn định 0 và 1

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP GVIH PHAM HUY CHAU

KHOA 1098-2002 LE ĐÌNH HUNG

Trén thực tế còn để ra các yêu cầu khác cho trigd số Ngày nay, nhừ

công nghệ sản xuất IC ngày càng hoàn thiện mà một hay nhiều trigd được

đóng trong một vỏ IC Ta xem trigớ như một tinh kiện logic căn bản

I TrigơRS:

1.1 Định nghĩa:

'Trigơ RS là mạch điện có chức năng thiết lập trạng thái 1 (set) và trạng

thái Ø (reset), duy trì (nhớ) các trạng thái đó căn cứ vào tín hiệu đầu vào RS

và tín hiệu đồng hồ CP.

Q S Q S

|

g R S R

Sở để logie Ki hiệu logic

Ta dùng kí hiệu Q" biểu thị trạng thái của trigơ trước khi tiếp thu tín

hiệu, gọi là trạng thái hiện tại Kí hiệu Q"*' là biểu thị trạng thái của trigơsau khi tiếp thu tín hiệu

Taco:

Q”' =S + RQ"

RS =0

xuất hiện sườn âm CP

Ta xem Q°, R, S là các biến logic, Q°*' là hàm logic ứng với các biến

logic trên.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP OVID: PHAM HUY GHAU

KHOA 1998-3003 LẺ ĐÌNH HUNG

Khi R = § = I thì Q, Q đồng thời bằng 0: trạng thái cấm.

Dé thị thời gian dạng sóng biểu thị trực quan quan hệ tương ứng nhau về mặt thời gian của cúc trạng thái trigơ, các tín hiệu đầu vào RS và xung đồng

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP OVID: PHAM HUY CHAU

KHOA 1098-2002 LE ĐÌNH HUNG

2 Trigơ D:

2.1 Định nghĩa :

'Trigơ D là mạch điện có chức năng thiết lập trạng thái 0 theo tín hiệu

đầu vào D = 0, thiết lập trang thái 1 theo tín hiệu đầu vào D = 1 trong điều

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP OVID PHAM HUY GIAU

KHOA 1094-2002 LE BINH HUNG

3 Trigo JK:

3.1 Định nghĩa:

Trigơ JK là mạch điện có chức năng thiết lập trạng thái 0 và 1, chuyển

đổi trạng thái, duy trì trạng thái căn cứ vào các tín hiệu J, K và đồng hé CP,

lM điều kiện xuất hiện sườn âm CP.

3.4 Bang trang thái:

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAT

KHOA 1096-2002 LẺ ĐÌNH HONG

3.5 Giản đồ thời gian

4 TrigoT:

4.1 Dinh nghĩa:

Trigơ T là mạch điện duy trì và chuyển trạng thái tùy thuộc vào tín hiệu

đầu vào T trong điều kiện định giờ CP.

4.2 K(hiệu logic:

tT cP

Ki hiệu logic trigger T

Với trigơ JK, nếu J = K = 1 thì sẽ tao thành trigơ T.

4.3 Phương trình đặc trưng:

mà = TQ" + TQ"

với điều kiện xuất hiện sườn âm CP

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHOA 1098-2002 LÊ ĐÌNH HUNG

4.4 Bang chức năng:

Trang thái đầu vào của trigơ T là 0 và kích thích bằng sườn âm CP

Mỗi loại trigơ chuyén déi trạng thái phụ thuộc vào các điều kiện khác

nhau của đầu vào trạng thái ngõ ra trước đó và xung nhịp Tuy nhiên, ta có thể chuyển đổi trigơ từ loại này sang loại khác dé phù hợp với mục dich sử

dụng.

VI SỰ CHUYỂN ĐỔI LẪN NHAU CUA CÁC LOẠI

TRIGƠ ĐỊNH THỜI THEO CP:

Da số trigd trên thị trường là trigd JK Kĩ thuật số yêu cầu yêu cầu tất

cả các loại trigơ, Nếu ta biết cách chuyển đổi thì sẽ phát huy tác dụng của các

loại trigơ sẵn có

Phương pháp chuyển đổi có tính phổ biến, do đó giúp ích cho việc thiết

kế mạch điện, và giúp cho việc đi sâu tìm hiểu chức năng logic của các loại

tripở.

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHOA 1096-2002 LẺ BINH HONG

Vay sư đồ chuyển đổi :

2 Trigơ D chuyển đối thành trigơ JK, T, RS

LUẬN VAN TOT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY CHAU

KHOA 1098-2002 LẺ BINH HUNG

Phương trình đặc trưng của trigd JK :

LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHĐ: PHAM HUY CHAU

KHOA 1998-2002 LÊ BINH HUNG

33 TRS:

Phương trình đặc trưng của trigơ RS: Q"*' =S + RQ"

Phương trình đặc trưng của trigơ T : om = TQ" + TQ"

Suy ra: T=SQ" + RQ"

‘Ta có sơ đồ chuyển đổi:

4 Trigơ RS chuyển đổi thành trigơ D, T, JK :

4.1 RS—JK:

Phương trình đặc trưng của trigơ RS : Qn nie RQ”

Phương trình đặc trưng của trigơ JK : Q"*' = JQ” + KQ"

-1a"

Sơ đồ chuyển đổi :

i: NGUYEN THỊ BÉ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD PHAM HUY CHAT

KHOA 1098-2002 LE BINH HUNG

Phương trình đặc trưng của trigơ T : Q"*! = TQ" + TỌ

Phương trình đặc trưng của trigơ RS: Q"*' =§ + RQ"

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP GVHD: PHAM HUY GHAU

KHOA 1098-2092 LÊ BINH HUNG

Một ứng dung quan trong của các trig là cấu thành bộ đếm Bang cách ghép các trigơ với nhau kết hợp với các cổng logic cơ bản sẽ hình

thành được một mạch có vai trò quan trọng là mạch đếm.

VI BỘ ĐẾM:

1 Đặc điểm và phân loại :

1.2 Đặc điểm:

Đếm là kha năng nhớ xung đầu vào, mạch điện thực hiện thao tác đếm

gọi là bộ đếm Đếm là một thao tác cực kì quan trọng Vì vậy, bộ đếm được sử

dụng vô cùng rộng rãi, từ các thiết bị đo chỉ thị số đến các máy tính điện tử số

loại lớn và bất kì hệ thống số hiện đại nào cũng đều hiện diện bộ đếm.

1.2 Phân loại:

s* Can cứ vào sự khác biệt của tình huống chuyển trạng thái của các

trigơ trong bộ đếm, người ta phân thành 2 loại lớn :

° Trong bộ đếm di bộ, xung nhịp CP không tác dụng đồng bộ cùng

lúc lên chân CP của các trigơ mà các trigơ sẽ được tác động tuần tự từ trigơ đầu và truyền đến các trigơ sau Do đó, sự chuyển đổi của cúc trigơ không