Giáo trình kỹ thuật xung- số phần 5 ppsx

- K đóng: Đèn sáng Tr ng thái Đóng/M c a Khoá K ho c tr ng thái Sáng/T t c a đèn Đ cũng đ cạ ở ủ ặ ạ ắ ủ ượ đ c tr ng cho tr ng thái logic c a m ch s .ặ ư ạ ủ ạ ố N u thay khoá K b ng khoá đi n t dùng BJT nh trên hình 3.2:ế ằ ệ ử ư Hình 3.2a: - Khi 0= i v →BJT t t ắ → cc Vv += 0 - Khi 0> i v →BJT d n bão hoà ẫ → ( ) Vvv ces 2,0== Hình 3.2b: - Khi 0= i v →BJT t tắ → cc Vv −= 0 - Khi 0< i v và đ l n đ tho mãn đi u ki n d n bão hoà ủ ớ ể ả ề ệ ẫ min β CS B I I ≥ →BJT d nẫ bão hoà → ( ) Vvv ceso 2,0−=−= Ng i ta phân bi t ra 2 lo i logic:ườ ệ ạ - Ch n: ọ 0log1log icic VV > → h logic d ngọ ươ 102 - Ch n ọ 0log1 icLogiic VV < → h logic âmọ Logic d ng và logic âm là nh ng h logic t , ngoài ra còn nh ng h logic m .ươ ữ ọ ỏ ữ ọ ờ 3.2 C ng Logicổ 3.2.1 Khái ni mệ C ng logic là m t trong các thành ph n c b n đ xây d ng m ch s . Nóổ ộ ầ ơ ả ể ự ạ ố đ c thi t k trên c s các ph n t linh ki n bán d n nh Diode, BJT, FET đ ho tượ ế ế ơ ở ầ ử ệ ẫ ư ể ạ đ ng theo b ng tr ng thái cho tr c.ộ ả ạ ướ 3.2.2 Phân lo iạ Có ba cách phân lo i c ng logic:ạ ổ - Phân lo i c ng theo ch c năngạ ổ ứ - Phân lo i c ng theo ph ng pháp ch t oạ ổ ươ ế ạ - Phân lo i c ng theo ngõ raạ ổ 3.2.2.1 Phân lo i c ng theo ch c năngạ ổ ứ a. C ng không đ o (BUFFER)ổ ả C ng không đ o hay còn g i là c ng đ m (BUFFER) là c ng có m t đ u vàoổ ả ọ ổ ệ ổ ộ ầ và m t đ u ra v i ký hi u và b ng tr ng thái ho t đ ng nh hình v .ộ ầ ớ ệ ả ạ ạ ộ ư ẽ Ph ng trình logic mô t tr ng thái ho t đ ng c a c ng: y = xươ ả ạ ạ ộ ủ ổ Trong đó: - V i x là đ u vào có tr kháng vào ớ ầ ở v Z vô cùng l n ớ → do đó c ng không đ oổ ả không có kh năng hút dòng l n ngõ vào.ả ớ ở 103 - V i đ u ra y có tr kháng ra ớ ầ ở ra Z nh ỏ → c ng đ m có kh năng cung c p dòngỏ ệ ả ấ đ u ra l nầ ớ Chính vì v y ng i ta s d ng c ng không đ o gi vai trò, ch c năng là c ngậ ườ ử ụ ổ ả ữ ứ ổ đ m thao 2 ý nghĩa sau:ệ - Dùng đ ph i h p tr tr khángể ố ợ ở ở - Dùng đ cách ly và nâng dòng cho t iể ả b. C ng đ o (NOT)ổ ả C ng Đ O (còn g i là c ng NOT) là c ng logic có 1 ngõ vào và m t đ u ra,ổ Ả ọ ổ ổ ộ ầ v i ký hi u và b ng tr ng thái ho t đ ng nh hình v :ớ ệ ả ạ ạ ộ ư ẽ Ph ng trình logic mô t ho t đ ng c a c ng Đ O: ươ ả ạ ộ ủ ổ Ả xy = C ng đ o gi ch c năng nh m t c ng đ m, nh ng ng i ta g i là đ m đ o vì tínổ ả ữ ứ ư ộ ổ ệ ư ườ ọ ệ ả hi u đ u ra ng c pha v i tín hi u đ u vào.ệ ầ ượ ớ ệ ầ Ghép hai c ng đ o ta đ c c ng không đ o (hình 3.5)ổ ả ượ ổ ả c. C ng VÀ (AND)ổ C ng AND là c ng logic th c hi n ch c năng c a phép toán nhân logic v i 2ổ ổ ự ệ ứ ủ ớ đ u vào và m t đ u ra ký hi u nh hình v :ầ ộ ầ ệ ư ẽ Ph ng trình logic mô t ho t đ ng c a c ng AND: ươ ả ạ ộ ủ ổ 21 .xxy = B ng tr ng thái ho t đ ng c a c ng AND 2 đ u vào:ả ạ ạ ộ ủ ổ ầ 104 T b ng tr ng thái này ta có nh n xét: đ u ra y ch b ng 1 (m c logic 1) khi c haiừ ả ạ ậ ầ ỉ ằ ứ ả đ u vào đ u b ng 1, đ u ra y b ng 0 (m c logic 0) khi có m t đ u vào b t kỳ (ầ ề ằ ầ ằ ứ ộ ầ ấ 1 x ho c ặ 2 x ) m c logic 0.ở ứ Xét tr ng h p t ng quát cho c ng AND có n đ u vào xườ ợ ổ ổ ầ 1 , x 2 …x n : V y đ c đi m c a c ng AND là: đ u ra y ch b ng 1 khi t t c các đ u vào đ uậ ặ ể ủ ổ ầ ỉ ằ ấ ả ầ ề b ng 1, đ u ra y b ng 0 khi có ít nh t m t đ u vào b ng 0.ằ ầ ằ ấ ộ ầ ằ S d ng c ng AND đ đóng m tín hi u:ử ụ ổ ể ở ệ Xét c ng AND có hai đ u vào xổ ầ 1 và x 2 . Ta ch n:ọ - x 1 : đ u vào đi u khi nầ ề ể - x 2 : đ u vào d li uầ ữ ệ Xét các tr ng h p c th sau:ườ ợ ụ ể - 0 1 =x : ⇒ 0=y b t ch p tr ng thái c a xấ ấ ạ ủ 2 , ta nói c ng AND khoá l i không cho dổ ạ ữ li u đ a vào đ u vào xệ ư ầ 2 qua c ng AND đ n đ u ra.ổ ế ầ Ta nói c ng AND m cho d li u đ a vào đ u vào xổ ở ữ ệ ư ầ 2 qua c ng AND đ n đ u ra.ổ ế ầ S d ng c ng AND đ t o ra c ng logic khácử ụ ổ ể ạ ổ : N u ta s d ng hai t h p đ u vàế ử ụ ổ ợ ầ cu i trong b ng giá tr c a c ng AND và n i c ng AND theo s đ sau:ố ả ị ủ ổ ố ổ ơ ồ 105 Thì chúng ta có th s c ng AND đ t o ra c ng đ mể ử ổ ể ạ ổ ệ Trong th c t , có th t n d ng h t các c ng ch a dùng trong IC đ th c hi nự ế ể ậ ụ ế ổ ư ể ự ệ ch c năng c a các c ng logic khác.ứ ủ ổ d. C ng OR (Ho c)ổ ặ Là c ng th c hi n ch c năng c a phép toán c ng logic, c ng OR có 2 đ u vàoổ ự ệ ứ ủ ộ ổ ầ và 1 đ u ra có ký hi u nh hình vầ ệ ư ẽ : Ph ng trình logic mô t ho t đ ng c a c ng ORươ ả ạ ộ ủ ổ : 21 xxy += B ng tr ng thái mô t ho t đ ng c a c ng ORả ạ ả ạ ộ ủ ổ : Xét tr ng h p t ng quát v i c ng OR có n đ u vào.ườ ợ ổ ớ ổ ầ Ph ng trình logicươ : 106 Đ c đi m c a c ng OR làặ ể ủ ổ : tín hi u đ u ra ch b ng 0 khi và ch khi t t c cácệ ầ ỉ ằ ỉ ấ ả đ u vào đ u b ng 0, ng c l i tính i u đ u ra b ng 1 khi ch c n có ít nh t m t đ uầ ề ằ ượ ạ ệ ầ ằ ỉ ầ ấ ộ ầ vào b ng 1.ằ S d ng c ng OR đ đóng m tín hi uử ụ ổ ể ở ệ : Xét c ng OR có hai đ u vào xổ ầ 1, x 2 . N uế ch n xọ 1 là đ u vào đi u khi n, xầ ề ể 2 đ u vào d li u, ta có tr ng h p c th sau đâyầ ữ ệ ườ ợ ụ ể : - 11 1 =⇒= yx → Ta nói c ng OR khoá không cho d li u đi quaổ ữ ệ Khi : → C ng OR m cho d li u vào đ u vào xổ ở ữ ệ ầ 2 S d ng c ng OR đ th c hi n ch c năng c ng logic khácử ụ ổ ể ự ệ ứ ổ : Ta s d ng hai t h pử ụ ổ ợ giá tr đ u và cu i c a b ng tr ng thái c a c ng OR và n i m hc c ng OR nh sauị ầ ố ủ ả ạ ủ ổ ố ạ ổ ư : C ng OR dóng vai trò c ng đ m. S đ m ch th c hi n trên hình 3.10ổ ổ ệ ơ ồ ạ ự ệ : Đây là c ng th c hi n phép toán nhân đ o, v s đ logic c ng AND g m 1ổ ự ệ ả ề ơ ồ ổ ồ c ng AND m c n i t ng v i 1 c ng NOT, ký hi u và b ng tr ng thái c ng NANDổ ắ ố ầ ớ ổ ệ ả ạ ổ đ c cho nh sau:ượ ư Ph ng trình logic mô t ho t đ ng c a c ng NAND 2 đ u vào:ươ ả ạ ộ ủ ổ ầ 107 V y, đ c đi m c a c ng NAND làậ ặ ể ủ ổ : tín hi u đ u ra ch b ng 0 khi t t c cácệ ầ ỉ ằ ấ ả đ u vào đ u b ng 1, và tín hi u đ u ra s b ng 1 khi ch c n ít nh t 1 đ u vào b ngầ ề ằ ệ ầ ẽ ằ ỉ ầ ấ ầ ằ 0. S d ng c ng NAND đ m tín hi uử ụ ổ ể ở ệ : Xét c ng NAND có 2 đ u vàoổ ầ : ch n xọ 1 là đ u vào đi u khi n, xầ ề ể 2 là đ u vào d li u. Khiầ ữ ệ : - 10 1 =⇒= yx →c ng NAND khoáổ → c ng NAND m cho d li u vào đ u vào xổ ở ữ ệ ầ 2 và đ n đ u ra.ế ầ S d ng các c ng NAND đ t o các c ng logic khácử ụ ổ ể ạ ổ : - Dùng c ng NAND đ t o c ng NOTổ ể ạ ổ : - Dùng c ng NAND đ t o c ng đ mổ ể ạ ổ ệ - Dùng c ng NAND t o c ng AND:ổ ạ ổ 108 - Dùng c ng NAND t o c ng OR:ổ ạ ổ f. C ng Ho c – Không (NOR)ổ ặ Là c ng th c hi n ch c năng c a phép toán c ng đ o logic, là c ng có 2 đ uổ ự ệ ứ ủ ổ ả ổ ầ vào và 1 đ u ra có ký hi u nh hình v :ầ ệ ư ẽ Ph ng trình logic mô t tr ng thái ho t đ ng c a c ng: ươ ả ạ ạ ộ ủ ổ 21 xxy += B ng tr ng thái mô t ho t đ ng c a c ng NOR:ả ạ ả ạ ộ ủ ổ Xét tr ng h p t ng quát cho c ng NOR có n đ u vào:ườ ợ ổ ổ ầ 109 V y đ c đi m c a c ng NOR là: Tín hi u đ u ra ch b ng 1 khi t t c cácậ ặ ể ủ ổ ệ ầ ỉ ằ ấ ả đ u vào đ u b ng 0, tín hi u đ u ra s b ng 0 khi có ít nh t 1 đ u vào b ng 1.ầ ề ằ ệ ầ ẽ ằ ấ ầ ằ S d ng c ng NOR đ đóng m tín hi uử ụ ổ ể ở ệ : Xét c ng NOR có 2 đ u vào, ch n xổ ầ ọ 1 là đ u vào đi u khi n, xầ ề ể 2 là đ u vào d li u. Ta có:ầ ữ ệ - 01 1 =⇒= yx ta nói c ng NOR khoá không cho d li u đi qua.ổ ữ ệ ⇒ ta nói c ng NOR m cho d li u vào đ u vào xổ ở ữ ệ ầ 2 qua c ng NOR đ n đ u ra y.ổ ế ầ S d ng c ng NOR đ th c hi n ch c năng c ng logic khác:ử ụ ổ ể ự ệ ứ ổ - Dùng c ng NOR làm c ng NOT:ổ ổ - Dùng c ng NOR làm c ng ORổ ổ - Dùng c ng NOR làm c ng đ m ổ ổ ệ - Dùng c ng NOR làm c ng ANDổ ổ 110 - Dùng c ng NOR làm c ng NANDổ ổ g. C ng XORổ Đây là c ng logic th c hi n ch c năng c a m ch c ng modul 2 (c ng khôngổ ự ệ ứ ủ ạ ộ ộ nh ), là c ng có 2 đ u vào và 1 đ u ra có ký hi u và b ng tr ng thái nh hình:ớ ổ ầ ầ ệ ả ạ ư Ph ng trình tr ng thái mô t ho t đ ng:ươ ạ ả ạ ộ 212121 xxxxxxy ⊗=+= C ng XOR đ c dùng đ so sánh 2 tín hi u vào:ổ ượ ể ệ - N u hai tín hi u vào là b ng nhau thì tín hi u đ u ra b ng 0ế ệ ằ ệ ầ ằ - N u hai tín hi u vào là khác nhau thì tín hi u đ u ra b ng 1ế ệ ệ ầ ằ Các tính ch t c a phép toán XOR:ấ ủ 111 [...]... điện dung tải Tần số hoạt động (tàn số chuyển mạch) càng lớn công suất tiêu tán càng tăng 3.2.4 Fanout Là hệ số mắc mạch ở đầu ra hay còn gọi là khả năng tải của một phần tử logic Gọi N là Fanout của một phần tử logic, thì nó được định nghĩa như sau: Số ầu vào logic cực đại được nối đến một đầu ra của phần tử logic cùng họ mà mạch vẫn hoạt động bình thường (hình 3.41) 3.2 .5 Fanin (Hệ số mắc mạch đầu... (hình 3.41) 3.2 .5 Fanin (Hệ số mắc mạch đầu vào) Gọi M là Fanin của 1 phần tử logic thì M được định nghĩa như sau : Đó chính là số đầu vào logic cực đại của 1 phần tử logic Đối với các phần tử logic thực hiện chức năng cộng logic, thì số lượng M lớn nhất là 4 đầu vào Đối với các phần tử logic thực hiện chức năng nhân logic, thì số lượng M lớn nhất là 6 đầu vào Đối với họ logic CMOS thì có M nhiều hơn... C→A, D→B Vậy dữ liệu nhập vào 127 3.2.3 Công suất tiêu tán Ptt Một phần tử logic khi làm việc phải trải qua các giai đoạn sau : - Ở trạng thái tắt - Chuyển từ trạng thái tắt sang trạng thái dẫn - Ở trạng thái dẫn - Chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái tắt Ở mỗi giai đoạn, phần tử logic đều tiêu thụ ở một nguồn công suất a Đối với các phần tử logic họ TTL : tiêu thụ công suất của nguồn chủ yếu khi... không hình thành điện trường giữa B và G →không hút được các electron là hạt dẫn thiểu số ở vùng đế B →không hình thành được kênh dẫn) Lúc này, theo sơ đồ tương đương (hình 3.29a) ta có: - Khi x = 1: lúc đó VG/Q2 > VB/Q2 → hình thành một điện trường hướng từ G →B, điện trường này hút các điện tử là các hạt dẫn thiểu số trong vùng để B di chuyển theo chiều ngược lại về mặt đối diện, hình thành kênh dẫn... và BJT Q2 dẫn bão hoà → y = 0 Vậy, đây là mạch thực hiện cổng NAND họ TTL Để nâng cao khả năng tải của cổng, người ta thường mắc thêm ở đầu ra một tầng khuyếch đại kiểu C-C như sơ đồ mạch: 1 15 Để nâng cao tần số làm việc của cổng, người ta cho các BJT làm việc ở chế độ khuyếch đại, điều đó có nghĩa là người ta khống chế để sao cho các tiếp xúc Jc của BJT bao giờ cũng ở trạng thái phân cực ngược Để... logic của đầu vào 129 Trễ truyền đạt là tiêu chuẩn để đánh giá tốc độ làm việc của mạch Tốc độ làm việc của mạch tương ứng với tần số mà mạch vẫn còn hoạt động đúng Như vậy, trễ truyền đạt càng nhỏ càng tốt hay tốc độ làm việc càng lớn càng tốt Đối với hầu hết các vi mạch số hiện nay, trễ truyền đạt là rất nhỏ, cỡ vài nano giây (ns) Một vài mạch logic có thời gian trễ lớn cỡ vài trăm nano giây Khi mắc... thụ ở một nguồn công suất a Đối với các phần tử logic họ TTL : tiêu thụ công suất của nguồn chủ yếu khi ở trạng thái tĩnh (đang dẫn hoặc đang tắt) - Nếu gọi Po là công suất tiêu thụ ứng với đầu ra cảu phần tử logic tồn tại ở mức logic 0 - Nếu gọi P1 là công suất tiêu thụ ứng với đầu ra của phân tử logic tồn tại ở mức 1 - Gọi P là công suất tiêu tán trung bình thì P= P 0 + P1 2 Đối với cả IC người ta... cho phép nối chung các đầu ra lại với nhau có thể làm hỏng cổng b Đầu ra cực thu để hở (Open Collector Output) Về phương diện cấu tạo gần giống với đầu ra cột chạm nhưng khác là không có Q4, diode D,R5 và lúc này cực thu (cực C) của Q3 để hở Do đó để cổng lamg việc trong thực tế ta nối đầu ra của cổng (cực C của Q3) lên nguồn VCC bằng phân tử thụ động R Nguồn VCC có thể cùng giá trị với VCC hoặc khác... = x2 = 1 : Tiếp giáp BE1, BE2 phân cực ngược, điện thế tại cực nền của Q1 làm cho tiếp giáp BC/Q1 mở nên Q2 dẫn bão hoà, Q2 dẫn bão hoà kéo theo Q3 dẫn bão hoà ⇒ y = 0, do đó điện áp tại đầu ra y : 1 25 Lúc này cổng sẽ hút dòng vào và Q3 là nơi nhận dòng, ta gọi là dòng đầu ra mớc thấp IOL - Các trường hợp còn lại (x1 = 0, x2 = 1; x1 = 1, x2 = 0; x1 = x2 = 0): Có ít nhất một tiếp giáp BC/Q1,Q2,Q3 đều...h Cổng XNOR Đây là cổng logic thực hiện chức năng của mạch cộng đảo modul 2, là cổng có 2 đầu vào và 1 đầu ra có ký hiệu và bảng trạng thái như hình: Phương trình logic: y = x1 x 2 + x1 x 2 = x1 ⊗ x 2 Tính chất của cổng XNOR: 3.2.2.2 Phân loại cổng logic theo phương pháp chế tạo a Cổng logic dùng diode 112 Xét sơ đồ mạch đơn giản như sau: Ta có hình a: Đây . (hình 3 .5) ổ ả ượ ổ ả c. C ng VÀ (AND)ổ C ng AND là c ng logic th c hi n ch c năng c a phép toán nhân logic v i 2ổ ổ ự ệ ứ ủ ớ đ u vào và m t đ u ra ký hi u nh hình v :ầ ộ ầ ệ ư ẽ Ph ng trình logic. trình logic mô t ho t đ ng c a c ng ORươ ả ạ ộ ủ ổ : 21 xxy += B ng tr ng thái mô t ho t đ ng c a c ng ORả ạ ả ạ ộ ủ ổ : Xét tr ng h p t ng quát v i c ng OR có n đ u vào.ườ ợ ổ ớ ổ ầ Ph ng trình. ầ và m t đ u ra v i ký hi u và b ng tr ng thái ho t đ ng nh hình v .ộ ầ ớ ệ ả ạ ạ ộ ư ẽ Ph ng trình logic mô t tr ng thái ho t đ ng c a c ng: y = xươ ả ạ ạ ộ ủ ổ Trong đó: - V i x là đ u vào