Bài giảng kỹ thuật số (p1)

KỸ THUẬT SỐ 1 MẠCH LOGIC TỔ HỢP MẠCH DÃY Tài liệu tham khảo: • • • Nguyễn Thúy Vân Kỹ thuật số NXB Khoa học Kỹ thuật HN-2005 Nguyễn Kim Giao Kỹ thuật điện tử số NXB ĐHQGHN 2006 Nguyễn Trọng Thuần Điều khiển logic ứng dụng NXB KH&KT 2000 MẠCH LOGIC TỔ HỢP 1.1 CƠ SỞ LOGIC CỦA KỸ THUẬT SỐ 1.2 PHÂN TÍCH MẠCH TỔ HỢP 1.3 THIẾT KẾ MẠCH TỔ HỢP 1.4 MỘT SỐ MẠCH TỔ HỢP THƯỜNG GẶP 1.5 CÁC VI MẠCH TỔ HỢP VÀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG 1.1 CƠ SỞ LOGIC CỦA KỸ THUẬT SỐ BIẾN LOGIC VÀ HÀM LOGIC (Bài 1) • • Biến logic: x ∈ B = { 0;1} n Tổ hợp n biến logic (2 phần tử): X = x1 x2 xn ∈ B = { 00 0,00 1,11 1} n • Hàm logic: f ( x1 x2 xn ) ∈ B = { 0;1} VD: Bảng chân lý hàm logic biến f1 f2 (Bài 1) Tổ hợp biến x1 x2 x3 f1 f2 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 MỘT SỐ PHẦN TỬ LOGIC CƠ BẢN (Bài 1) f =x x • • Hàm "Phủ định" (NOT) Hàm "Và" (AND) x0 x1 f = x1 x0 tt x f 0 1 tt x1 x0 f 0 0 1 0 1 • f = x1 + x0 x0 Hàm "Hoặc" (OR) x1 • Hàm "Và-phủ định" (NAND) tt x1 x0 f 0 1 1 1 1 x0 x1 tt x1 x0 f 0 0 1 1 1 f = x1 x0 • • f = x1 + x0 x0 Hàm "Hoặc-phủ định" (NOR) x1 Hàm cộng modul (XOR-Exclusive tt x1 x0 f OR) 0 1 0 1 tt x1 x0 f 0 0 1 1 1 x0 x1 f = x1 ⊕ x0 = x1 x0 + x1 x0 CÁC TÍNH CHẤT VÀ QUY TẮC CƠ BẢN CỦA ĐẠI SỐ BOOL (Bài 1) • Tính chất giao hốn: • Tính chất kết hợp: • Tính chất phân phối: x1 + x2 = x2 + x1 x1 x2 = x2 x1 x1 + x2 + x3 = x1 + ( x2 + x3 ) = ( x1 + x2 ) + x3 x1 x2 x3 = x1 ( x2 x3 ) = ( x1 x2 ) x3 x1 + x2 x3 = ( x1 + x2 )( x1 + x3 ) x1 ( x2 + x3 ) = x1 x2 + x1 x3 • Tính miễn nhiễu (noise immunity) Tính miễn nhiễu mạch logic khả chống nhiễu mạch xác định lề nhiễu Lề nhiễu chênh lệch điện VOH(min) với VIH(min) VOL(max) với VIL(max) nên ta có giá trị lề nhiễu: - Lề nhiễu mức cao: VNH = VOH(min) - VIH(min) - Lề nhiễu mức thấp: VNL = VIL(max) - VOL(max) Khi đầu vào có mức cao, t/h nhiễu có giá trị âm biên độ >VNH làm cho điện đầu vào rơi vào vùng bất định mạch không nhận t/h vào thuộc mức logic Khi đầu vào mức thấp, tín hiệu nhiễu có trị dương biên độ >VNL đưa mạch vào trạng thái bất định • Logic cấp dòng logic nhận dòng Một mạch logic thường gồm nhiều tầng kết nối với Sự trao đổi dòng điện hai tầng: tầng cấp tín hiệu tầng nhận tín hiệu (tầng tải) thể logic cấp dòng logic nhận dòng Khi đầu mạch logic mức cao, cấp dòng IIH cho đầu vào mạch logic 2, vai trò tải nối mass nhận dòng Khi đầu mạch logic mức thấp, nhận dòng IIL từ đầu vào mạch logic xem nối với nguồn VCC CÁC HỌ IC SỐ - Công nghệ chế tạo mạch số có họ: RTL (Resistor-transistor logic), DCTL (Direct couple-transistor logic), RCTL (Resistor-Capacitor-transistor logic), DTL (Diod-transistor logic), ECL (Emitter- couple logic) v.v - Hiện tồn hai họ có nhiều tính kỹ thuật cao thời trễ truyền nhỏ, tiêu hao cơng suất là: TTL (transistor-transistor logic) họ MOS (metal-oxydesemiconductor) HỌ TTL • • • Cổng họ TTL Các kiểu mạch Đặc tính loạt TTL HỌ MOS • • • • • Cổng NMOS Cổng CMOS (complementary MOS) Các cổng CMOS khác Đặc tính họ MOS Các loạt CMOS Công nghệ MOSFET, kênh N (NMOS) kênh P (PMOS) hai loại kênh P&N (CMOS) NMOS PMOS khác ngược chiều nguồn cấp Các transistor MOS: - Khi dẫn, nội trở nhỏ (vài chục Ω đến trăm kΩ) - Khi ngưng, nội trở lớn (hàng 10 10 Ω), tương đương với khóa hở • Đặc tính họ MOS - Nguồn: VDD = - 15V - Mức logic: VOL(max) = 0V VOH(min) = VDD VIL(max) = 30%VDD VIH(min) = 70%VDD - Lề nhiễu: VNH = 30%VDD VNL = 30%VDD - Thời trễ truyền: vài chục ns - Công suất tiêu tán: hàng nW - Fan Out: 50 UL - Mật độ tích hợp cao, thích hợp cho LSI, VLSI GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ • • TTL tải CMOS CMOS tải TTL Giao tiếp thực kết nối đầu mạch hay hệ thống với đầu vào mạch hay hệ thống khác Do tính chất điện khác hai họ TTL CMOS nên việc giao tiếp chúng nhiều trường hợp nối đơn giản mà phải nhờ mạch phụ cho điện tín hiệu tầng cấp phù hợp với tín hiệu vào tầng tải dòng điện tầng cấp phải lớn dòng vào tầng tải Bảng kê thông số họ IC: CMOS (VDD = 5V) TTL • TTL tải CMOS - TTL tải CMOS dùng VDD = 5V Từ bảng, dòng điện vào CMOS có trị nhỏ so với dòng TTL, dòng điện khơng có vấn đề Điện TTL VOH(max) thấp so với VIH(min) CMOS, phải nâng điện TTL lên cách mắc thêm điện trở kéo lên đầu IC TTL - TTL tải CMOS 74HCT 74HCT loại CMOS tương thích với TTL, kết nối trực tiếp khơng cần điện trở kéo lên - TTL tải CMOS dùng nguồn cao (VDD >+5V) Dùng cổng đệm có đầu hở mạch (7407), với điện trở kéo lên nguồn cao để thực giao tiếp: • CMOS tải TTL - CMOS (74HC, 74HCT) dùng nguồn 5V tương thích TTL: cấp dòng (4mA) cho cổng TTL - CMOS loạt 4000B dùng nguồn 5V: dòng nhỏ (0,4mA), phải nối qua cổng đệm (4050B, 74LS125) để nâng dòng - CMOS dùng nguồn cao tải TTL: Dùng cổng đệm để hạ điện xuống, đồng thời cấp đủ dòng cho phù hợp với IC TTL ...Tài liệu tham khảo: • • • Nguyễn Thúy Vân Kỹ thuật số NXB Khoa học Kỹ thuật HN-2005 Nguyễn Kim Giao Kỹ thuật điện tử số NXB ĐHQGHN 2006 Nguyễn Trọng Thuần Điều khiển logic ứng... LOGIC CỦA KỸ THUẬT SỐ 1.2 PHÂN TÍCH MẠCH TỔ HỢP 1.3 THIẾT KẾ MẠCH TỔ HỢP 1.4 MỘT SỐ MẠCH TỔ HỢP THƯỜNG GẶP 1.5 CÁC VI MẠCH TỔ HỢP VÀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG 1.1 CƠ SỞ LOGIC CỦA KỸ THUẬT SỐ BIẾN LOGIC... B = { 0;1} VD: Bảng chân lý hàm logic biến f1 f2 (Bài 1) Tổ hợp biến x1 x2 x3 f1 f2 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 MỘT SỐ PHẦN TỬ LOGIC CƠ BẢN (Bài 1) f =x x • • Hàm "Phủ định" (NOT) Hàm "Và" (AND)