Bài giảng môn Kỹ thuật số
Trang 1NỘI DUNG MÔN ĐT TRONG CNTT (KỸ THUẬT SỐ)
Thời gian:
– Lý Thuyết: 45 tiết (3 TC) Thực hành 30 tiết
Điểm số:
– Các bài TH phải hoàn thành hết 20%
– Điểm đồ án môn học, có thuyết trình theo nhóm: 20%
– Điểm chuyên cần 5%
– Điểm thi giữa ký 15
– Điểm thi cuối kỳ: 40%
NỘI DUNG
1 Ôn tập linh kiện điện tử và linh kiện điện tử.
2 Các mạch logic căn bản AND, OR, NOT, XOR
3 Các mạch mã hóa và giải mã (Mạch Logic không nhớ)
4.Các mạch logic có nhớ.
– Mạch FLIP – FLOP (Triger, Chốt)
– Các thanh ghi dịch.
– Các bộ số học.
Trang 2Phân loại Các họ vi mạch số
Trang 3Các đặc trưng cơ bản của IC
– Tốc độ hoạt động: phụ thuộc
vào thời gian trì hoãn truyền tải:
– Hàm chức năng mà mạch phải thực hiện
– Fan in, Fan out
– Thời gian trễ trung bình
– Tần số hoạt động lớn nhất cho phép
– Khả năng chống nhiễu
– Công suất tiêu thụ
– Các yêu cầu về nguồn điện
– Miền nhiệt độ họat động: 0-700C cho các ứng dụng tiêu dùng và công nghiệp, từ 550C – 1250C cho các mục đích quân sự
2
pLH
pHL delay
Trang 4Các đặc trưng cơ bản của IC (tt)
Các tham số dòng và áp:
VIH (điện áp tối thiểu mà cổng có thể nhận biết mức 1)
VIL (điện áp tối đa mà cổng có thể nhận biết mức 0)
VOH(điện áp tối thiểu tại đầu ra tương ứng mức 1)
VOL (điện áp tối đa tại đầu ra tương ứng mức 0)
IIH (dòng tối thiểu được cung cấp tương ứng với mức 1)
IIL (dòng tối đa được cung cấp tương ứng với mức 0)
IOH (dòng cực đại mà ngõ ra cung cấp tương ứng với mức 1)
Trang 5Các đặc trưng cơ bản của IC (tt)
Nhiễu
Trang 6 Diode dẫn điện theo một hướng
Đặc trưng của Diode là điện áp ngưỡng Vt
Khi VD>Vt thì sẽ có dòng điện ID
ID
Trang 7Transistor lưỡng cực
Transistor lưỡng cực (Bipolar
transistor) ~ transistor lưỡng cực
nối - BJT( Bipolar junction
transistor) có hai loại:
B
E C
Các ký hiệu của PJT a) NPN
b) PNP
Trang 8Họ RTL (resistor – transistor logic)
Là loại vi mạch đều tiên
Nhược điểm:
– Cần có các điện trở lớn, độ chính xác và tính ổn định cao
– Tốc độ hoạt động của mạch thấp
Ví dụ, một cổng NOR RTL
Trang 9HỌ DTL (DIODE-TRANSISTOR LOGIC)
Ví dụ, cổng NAND DTL
Trang 10Họ TTL (transistor-transistor logic)
Các loại RTL và DTL sớm bị thay thế bởi TTL
Trang 11CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỌ TTL CHUẨN
Loạt IC TTL chuẩn đầu tiên gọi là seri 54/74
Khoảng nhiệt độ và điện thế nguồn
– Seri 74 : 4.75 5.25 ; 0 0 C 70 0 C
– Seri 54 : 4.5 5.5 ; -55 0 C 125 0 C
Mức điện thế của seri 74
Công suất tiêu hao bình quân một cổng khoảng 10mW
tpLH=11ns ; tpHL=7ns ; tdelay = 9ns
Đầu ra TTL chuẩn có thể kích thích 10 đầu vào TTL chuẩn
Trang 12Họ TTL cải tiến (Schottky TTL)
Thay transistor lưỡng cực bằng transistor lưỡng cực bị kẹp
Trang 13Các tính chất của IC TTL
Trang 14HỌ TTL BA TRẠNG THÁI (TRISTATE)
Trang 15MẠCH LOGIC MOS
MOS (Metal – Oxide Semiconductor)
Transistor MOS hiệu ứng trường (MOSFET – MOS Field- Effect Transistor)
Các loại MOSFET:
– NMOS tăng cường, NMOS suy biến
– PMOS tăng cường , PMOS suy biến
Ký hiệu Ehancement-Mode NMOS:
G
D
S B
Trang 16Đặc điểm của logic MOS
So với họ lưỡng cực thì N-MOS và P-MOS có tốc độ hoạt
động chậm hơn, tiêu hao năng lượng ít hơn, giới hạn nhiễu hẹp hơn, khoảng điện thế nguồn nuôi lớn hơn, hệ số tải lớn hơn và đòi hỏi ít chỗ trên chip hơn
Mức logic dành cho mạch MOS là:
Trang 17 Kết hợp transistor kênh P với transistor kênh N
Công suất tiêu thụ trạng thái tĩnh nhỏ
Tốc độ chuyển đổi trạng thái cao
Khả năng chống nhiễu tốt
Khả năng tải lớn
Trang 18Bộ chuyển đổi ADC - DAC
Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC
– ADC 0801/ ADC0802/ ADC0803/ ADC0804/ ADC0805 (IC CMOS
20 chân).
Trang 19Tự đọc thêm
Vấn đề giao tiếp giữa các họ Logic
Các vấn đề phối hợp trở kháng mạch số
Trang 203.Các mạch mã hóa và giải mã
(Mạch Logic không nhớ)
HỆ TỔ HỢP
Trang 211/ Đặc điểm cơ bản của mạch logic tổ hợp:
Đặc điểm cơ bản của mạch tổ hợp là tín hiệu ra tại mỗi thời điểm chỉ phụ thuộc vào giá trị của các tín hiệu vào ở thời điểm đó; Mạch tổ hợp còn gọi là ôtomat không có trí nhớ.
Trang 222/ Nhiệm vụ cơ bản
Nhiệm vụ chủ yếu của mạch tổ hợp bao gồm :
1/ Mã hoá và giải mã (các quá trình biến đổi mã).
2/ Dồn kênh và phân kênh để định tuyến trong việc truyền dẫn thông tin.
3/ Thực hiện các phép so sánh số để định tính và định lượng trọng số các số nhị phân.
4/ Truyền dữ liệu qua kênh thông tin chung (đến Bus dữ liệu).
5/ Có thể trình dược PLA.
6/ Kiểm soát để xử lý lỗi trong mạch số.
Trang 233/ Phân tích chức năng logic và thiết kế mạch tổ hợp
a/ Tuần tự từ đầu vào đến đầu ra, viết biểu thức hàm
b/ Rút gọn hàm bằng phương pháp biến đổi số, hoặc phương pháp bìa Cacnô
c/ Thiết lập bảng chân lý biểu thị tất cả các trạng thái đầu vào có thể có và các trạng thái đầu ra tương ứng
1/ Phân tích chức năng logic của mạch:
Trang 243/ Phân tích chức năng logic và thiết kế mạch tổ hợp / Phân tích chức năng logic và thiết kế mạch tổ hợp
a/ Phân tích các yêu cầu (vấn đề logic thực) để xác định các biến đầu vào biểu diễn đối tượng trạng thái (nguyên nhân, kích thích), xác định hàm số ở đầu ra (kết quả cần có, tải) Xác định mối quan hệ hàm- biến là loại quan hệ gì.
b/ Lập bảng chân lý các trạng thái của biến, và qua quan hệ logic, xác định trạng thái hàm, thay giá trị 0- 1 cho trạng thái hàm và bién.
c/ Tiến hành tối thiểu hoá hàm ra.
d/ Vẽ sơ đồ logic của hàm từ các cổng logic cơ bản
2/ Thiết kế mạch logic tổ hợp:
Trang 254/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Mã hoá là quá trình dùng văn tự hay ký hiệu để biểu thi 1 đối tượng (tín hiệu)
Mã hoá nhị phân là quá trình dùng mã nhị phân để biểu thị một tín hiệu.
Mạch mã hoá là mạch có chức năng biến đổi N đường tín hiệu vào thành n
đường tín hiệu ra, trong đó
Điều kiện để mã hoá N tín hiệu là :
2n N
2n N
Trang 264/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Mạch mã hoá 1 số hệ 10 sang hệ đếm
nhị phân là mạch dùng n bit để mã hoá
2n tín hiệu đầu vào, bộ mã hoá này gọi
là bộ mã hoá nhị phân Mã hoá 8 đường
tín hiệu vào, các ngõ vào và ra tích cực
mức 1 Bằng 3 đường tín hiệu ra sẽ mã
hoá đầy đủ 8 đường tín hiệu vào
Mạch mã hoá nhị phân
Trang 274/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Mạch mã hoá nhị phân
Trang 284/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Mạch mã hoá nhị phân
Trang 294/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Giải mã là quá trình phiên dịch từ mã đã được mã hoá để
lấy lại thông tin.Mạch điện thực hiện quá trình giải mã gọi là
mạch giải mã.
Mạch có nhiệm vụ chuyển đổi 1 từ mã nhị phân đầu vào thành 1 tín hiệu logic duy nhất ở 1 đầu ra nào đó tương ứng với mã nhị phân đã tác động
Mạch Giải mã
Trang 304/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Với đầu vào 3 bit C,B,A, sẽ có 23 = 8
tổ hợp khác nhau của các trạng
thái vào; Đầu ra có 8 tín hiệu
tương ứng Y0 Y7 Chỉ một trong
các tổ hợp tác động đồng thời ở
các đầu vào sẽ làm cho một đầu ra
tương chuyển lên mức tích cực
Mạch Giải mã
Mạch giải mã nhị phân – bát phân
Trang 314/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Trang 324/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Mạch Chọn kênh có nhiệm vụ chọn một trong các tín hiệu đặt đến
đầu vào theo nhãn địa chỉ của nó lên đầu ra Thông thường các
mạch chọn kênh có 2n (n là số nguyên) đầu vào dữ liệu (Di), n đầu vào điều khiển chọn địa chỉ CS (Chip Select) hoặc EN (Chip
Enable) và 1 đầu ra dữ liệu Z Tại 1 thời điểm, chỉ có 1 tín hiệu đầu vào được chuyển tới đầu ra
Mạch Chọn kênh
Trang 334/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Mạch chọn kênh 2 đầu vào (N=2)
Mạch chọn kênh 4 đầu vào (N=4)
Mạch chọn kênh 8 đầu vào (N=8)
Mạch chọn kênh 16 đầu vào (N=16)
Mạch chọn kênh 2 đầu vào chập 4
Mạch Chọn kênh
Trang 344/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Hoạt động của mạch phân kênh DEMUX: DEMUX hoạt động ngược
với MUX, tại mỗi thời điểm, chỉ tiếp nhận 1 đầu vào dữ liệu và
theo tín hiệu chọn địa chỉ sẽ phân phối dữ liệu này tới 1 trong nhiều đầu ra của nó
Tín hiệu vào chỉ được phép truyền (phân phối) đến 1 trong số N đầu
ra do mã địa chỉ của đầu vào chọn quyết định đầu ra nào được
chọn Với N đầu ra, cần n bit để tạo mã địa chỉ cho đầu ra với 2n
N trong các mạch phân kênh dữ liệu số
Mạch Phân kênh
Trang 354/ MỘT SỐ LOẠI MẠCH LOGIC TỔ HỢP THÔNG DỤNG
Mạch Cộng Nhị phân
Mạch cộng bán phần (Half Adder- HA) Mạch cộng toàn phần (Full Adder- FA) Mạch cộng nhiều bit
Mạch So sánh
Mạch so sánh hai số 1 bit Mạch so sánh hai số 4 bit
M t S M ch T H p ột Số Mạch Tổ Họp ố Mạch Tổ Họp ạch Tổ Họp ổ Họp ọp Khác
Trang 365/ MẠCH MÃ HÓA NHỊ PHÂN BÁT PHÂN
BẢNG CHÂN TRỊ
Trang 375/ MẠCH MÃ HÓA NHỊ PHÂN BÁT PHÂN
SƠ ĐỒ MẠCH
Trang 385/ MẠCH GIẢI MÃ NHỊ PHÂN BÁT PHÂN
MẠCH GIẢI MÃ 3 x 8 TỪ HAI MẠCH 2 x 4
Trang 395 MẠCH GIẢI MÃ NHỊ PHÂN BÁT PHÂN
BẢNG CHÂN TRỊ