Kỹ thuật điện tử số chương 4 các phân tử logic cơ bản

1 I. Khái niệm  Mạch logic (mạch số) hoạt động dựa trên chế độ nhị phân:  Điện thế ở đầu vào hoặc bằng 0, hoặc bằng 1  Với 0 hay 1 tượng trưng cho các khoảng điện thế được định nghĩa sẵn  VD: 0 → 0.8V : 0 2.5 → 5V : 1 Cho phép ta sử dụng Đại số Boole như là một công cụ để phân tích và thiết kế các hệ thống số 2  Biến logic: là 1 đại lượng có thể biểu diễn bằng 1 ký hiệu nào đó, về mặt giá trị chỉ lấy giá trị 0 hoặc 1.  Hàm logic: là biểu diễn của nhóm các biến logic, liên hệ với nhau thông qua các phép toán logic, về mặt giá trị cũng lấy giá trị 0 hoặc 1.  Phép toán logic: có 3 phép toán logic cơ bản:  Phép Và - "AND"  Phép Hoặc - "OR"  Phép Đảo - "NOT" 3  Các giá trị 0, 1 không tượng trưng cho các con số thực mà tượng trưng cho trạng thái giá trị điện thế hay còn gọi là mức logic (logic level)  Một số cách gọi khác của 2 mức logic: Mức logic 0 Mức logic 1 Sai (False) Đúng (True) Tắt (Off) Bật (On) Thấp (Low) Cao (High) Không (No) Có (Yes) (Ngắt) Open switch (Đóng) Closed switch 4 II. Các cổng logic cơ bản 1. Cổng AND: A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Nhận xét: Ngõ ra bằng 0 khi ít nhất 1 ngõ vào bằng 0 Ngõ ra bằng 1 khi tất cả ngõ vào bằng 1. Bảng trạng thái Ký hiệu 5 2. Cổng NAND: Nhận xét: Ngõ ra bằng 0 khi tất cả ngõ vào bằng 1 Ngõ ra bằng 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào bằng 0 Bảng trạng thái Ký hiệu A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 6 3. Cổng OR: Bảng trạng thái Ký hiệu A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Nhận xét: Ngõ ra bằng 0 khi tất cả ngõ vào bằng 0 Ngõ ra bằng 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào bằng 1 7 4. Cổng NOR: Bảng trạng thái Ký hiệu Nhận xét: Ngõ ra bằng 1 khi tất cả ngõ vào bằng 0 Ngõ ra bằng 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào bằng 1 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 8 5. Cổng EX-OR: Bảng trạng thái Ký hiệu A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Nhận xét: Ngõ ra bằng 1 khi các ngõ vào khác trạng thái Ngõ ra bằng 0 khi các ngõ vào cùng trạng thái 9 6. Cổng EX-NOR: Bảng trạng tháiKý hiệu A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Nhận xét: Ngõ ra bằng 1 khi các ngõ vào cùng trạng thái Ngõ ra bằng 0 khi các ngõ vào khác trạng thái 10 A Y 0 1 1 0 7. Cổng NOT: Bảng trạng thái Ký hiệu Nhận xét: Ngõ vào và ra của cổng NOT luôn đối nhau 8. Cổng đệm(Buffer): Bảng trạng thái Ký hiệu A Y 0 1 1 0 Trong mạch điện cổng đệm có chức năng sửa dạng tín hiệu hoặc cách li giữa phần tử điều khiển và phần tử tác động. [...]... và ra Bước 3: Viết bảng giá trị thể hiện mối quan hệ các ngõ vào và ra theo các mức logic quy ước ban đầu Bước 4: Thể hiện mối quan hệ các ngõ vào và ra dưới dạng biểu thức logic Bước 5: Đơn giản và biến đổi biểu thức nếu cần thiết Bước 6: Vẽ mạch điện thực hiện 35 Ví dụ: Thiết kế mạch logic phát hiện các mã số nhị phân 4 bit không phải là mã BCD giải: Sơ đồ khối: Gọi mã số nhị phân 4 bit lần lượt là... công cụ toán học khá đơn giản cho phép mô tả mối liên hệ giữa các đầu ra của mạch logic với các đầu vào của nó dưới dạng biểu thức logic  Là cơ sở lý thuyết, là công cụ cho phép nghiên cứu, mô tả, phân tích, thiết kế và xây dựng các hệ thống số, hệ thống logic, mạch số ngày nay 21 b) Tính chất của phép toán logic cơ bản:  Tồn tại phần tử trung tính duy nhất trong phép toán AND và OR  Của phép AND... Giả sử lấy TTL làm chuẩn cho hoạt động của mạch  Lần lượt đặt điện áp 0V và 5V vào đầu vào A và chọn R b đủ nhỏ sao cho Transistor thông bão hòa, sau đó đo điện áp tại đầu ra S, ta có: S=A 16 12 Các mạch tích hợp:  Các phần tử logic được cấu thành từ các linh kiện điện tử  Các linh kiện điện tử này khi kết hợp với nhau thường ở dạng các mạch tích hợp hay còn gọi là IC (Integrated Circuit)  Mạch... với các tín hiệu tương tự  Mạch tích hợp số: làm việc với các tín hiệu số 17  Một số dạng IC: * Đặc tính nhiệt của IC:  Mỗi một loại IC được chế tạo để sử dụng ở một điều kiện môi trường khác nhau tùy theo mục đích sử dụng nó  IC dùng trong công nghiệp: 0°C÷70°C  IC dùng trong quân sự: -55°C ÷125°C 18 II Biểu thức logic và mạch điện: 1 Mạch điện biểu diễn biểu thức logic: Ví dụ 1: Vẽ mạch điện. .. biểu thức logic: Ví dụ 1: Vẽ mạch điện biểu diễn hàm số: Y=A+B Ví dụ 2: Vẽ mạch điện biểu diễn hàm số: Y=AC+ABC 19 2 Xây dựng biểu thức logic theo mạch điện cho trước: Ví dụ: Cho mạch điện như hình dưới Hãy tìm biểu thức logic ngõ ra của mạch 20 V Đại số Bool và định lý Demorgan: 1 Đại số Boole: a) Định nghĩa:  Do George Boole sáng lập vào thế kỷ 19  Các hằng, biến và hàm chỉ nhận 1 trong 2 giá trị:... hiệu các ô không xác định bằng dấu –  Nhóm các ô – với các ô 1  Không nhất thiết phải nhóm hết các ô – F ( A, B, C , D) = BC + BC 33 Bài tập áp dụng:  Tối thiểu hóa các hàm sau bằng phương pháp bìa K:  a F(A,B,C,D) = R(0,2,5,6,9,11,13, 14)  b F(A,B,C,D) = R(1,3,5,8,9,13, 14, 15)  c F(A,B,C,D) = R(2 ,4, 5,6,7,9,12,13)  d F(A,B,C,D) = R(1,5,6,7,11,13) và F không xác định với tổ hợp biến 12,15 34 VI... Thiết kế mạch logic: Nhiệm vụ của việc thiết kế là sử dụng các cổng logic thích hợp tạo ra sản phẩm đáp ứng các yêu cầu định trước Các bước tiến hành: Bước 1: Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống Trên sơ đồ khối nhất thiết phải: - Xác định rõ dữ liệu đầu vào, nghĩa là các đại lượng đã - Xác định rõ dữ liệu đầu ra, nghĩa là các đại lượng Bước 2: Quy ước cụ thể về mức logic cho các ngõ vào và... “tích” bằng “tổng” các đảo thành phần ( a.b ) = a + b 25 V Tối thiểu hoá các hàm logic: 1 Tối thiểu hoá bằng phương pháp đại số: * Sử dụng đại số Bool để đơn giản biểu thức: Hàm được đưa về biểu diễn ở dạng biểu thức và biến đổi một cách theo xu hướng giảm dần Sự rút gọn thực hiện trên cơ sở các định lý của đại số Bool Ví dụ 1: Nhóm số hạng Y = ABD+A BD = AB(D+D) = AB 26 Ví dụ 2: Khai triển Y = (A+B)(A+B)... bìa Karnaugh (K): Phương pháp Karnaugh cho phép rút gọn biểu thức logic trực tiếp trên biểu đồ một cách nhanh chóng trong trường hợp hàm số có nhiều biến, phức tạp a) Bìa K cho hàm 2, 3, 4 biến: 30 b) Qui tắc nhóm:  Nhóm các ô liền kề mà giá trị của hàm cùng bằng 1 lại với nhau sao cho:  Số lượng các ô trong nhóm là lớn nhất  Đồng thời số lượng ô trong nhóm phải là lũy thừa của 2  Và hình dạng của... AC(A+B+D)+ABCD+ABC Y = ACB+ACD+ABCD+ABC = (A+A)BC+AD(C+BC) Y = BC+AD(B+C) Ví dụ 4: Thêm số hạng đã có vào biểu thức 27 Ví dụ 5: Loại bỏ số hạng thừa  Trong ví dụ sau, AC là số hạng thừa: Tối thiểu hóa? giải:  Trong ví dụ sau, ( B + C) là số hạng thừa: Y = (A+B)( A+C)(B+C)=(A+B)( A+C) 28 Bài tập áp dụng  Tối thiểu hóa các hàm sau bằng phương pháp đại số: a F ( A, B, C , D) = ( A + BC ) + A.( B + C )( AD + C ) b F . "NOT" 3  Các giá trị 0, 1 không tượng trưng cho các con số thực mà tượng trưng cho trạng thái giá trị điện thế hay còn gọi là mức logic (logic level)  Một số cách gọi khác của 2 mức logic: Mức logic. thức logic và mạch điện: 1. Mạch điện biểu diễn biểu thức logic: Ví dụ 1: Y=A+B Y=AC+ABC Vẽ mạch điện biểu diễn hàm số: Vẽ mạch điện biểu diễn hàm số: Ví dụ 2: 20 2. Xây dựng biểu thức logic. là biểu diễn của nhóm các biến logic, liên hệ với nhau thông qua các phép toán logic, về mặt giá trị cũng lấy giá trị 0 hoặc 1.  Phép toán logic: có 3 phép toán logic cơ bản:  Phép Và - "AND"  Phép