GIÁO TRÌNH VI MẠCH SỐ

Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Tuy Hòa GIÁO TRÌNH VI MẠCH SỐ Giáo viên biên soạn: Trần Đức A TUY HÒA, 2010 Giáo viên biên soạn: Trần Đức A MỤC LỤC Trang Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Tuy Hòa GIÁO TRÌNH VI MẠCH SỐ Giáo viên biên soạn: Trần Đức A TUY HÒA, 2010 .1 CHƯƠNG I: CÁC HỌ VI MẠCH SỐ THÔNG DỤNG BÀI 1: HỆ THỐNG SỐ 1.1.Giới thiệu chung hệ thống số qui uớc hệ thống số 1.2 Mã số 10 1.3 Chuyển đổi hệ thống số 16 1.4 Tính toán với hệ thống số 22 Bài 2:ĐẠI SỐ BOOLE VÀ ỨNG DỤNG 26 2.1 Thiết kế biểu thức logic .26 2.2 Các định lý đại số Boole 27 2.3 Sự chuyển đổi loại cổng logic 28 2.4 Áp dụng định lý đại số Boole để rút gọn biểu thức logic 30 2.5 Thiết kế logic tổ hợp 31 2.6 Ý nghĩa ký hiệu logic 33 Bài CÁC LOẠI TTL 35 3.1 TTL ngõ cực thu để hở 35 3.2 TTL có ngõ trạng thái 37 3.3 Phân loại TTL 38 3.4 Đặc tính điện 43 Bài4: VI MẠCH SỐ HỌ CMOS 50 CMOS .52 Bài 5: SỬ DỤNG CỔNG LOGIC .61 1.1 Chống xung nhọn cho nguồn cấp .62 1.2 Giải ngõ vào không dùng 62 1.3 Tránh tĩnh điện cho cổng CMOS 63 Bài 6: GIAO TIẾP TTL VÀ CMOS 63 2.1 Giao tiếp cổng logic với .64 2.2 Giao tiếp cổng logic với thiết bị điện 65 CHƯƠNG 2: MẠCH TỔ HỢP MSI .71 BÀI 1:MẠCH CHUYỂN ĐỔI MÃ 71 1.1 Mã hoá đường sang đường 71 1.2 Mạch mã hoá 10 đường sang đường 72 1.3 Mạch mã hoá ưu tiên 74 Nhìn vào bảng thật ta thấy thứ tự ưu tiên giảm từ ngõ vào xuống ngõ vào Chẳng hạn ngõ vào bất chấp ngõ khác (X) số BCD 1001 (qua cổng đảo nữa) Chỉ ngõ vào mức (mức khơng tích cực) ngõ vào khác chấp nhận, cụ thể ngõ vào ưu tiên trước mức thấp .75 MẠCH GIẢI MÃ 75 Rút gọn hàm logic sử dụng mạch giải mã : 76 BÀI 2: MẠCH ĐA HỢP & GIẢI ĐA HỢP 84 1.1 Mạch dồn kênh sang 84 1.2 Một số IC dồn kênh hay dùng 85 Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 1.3 Ứng dụng 87 MẠCH TÁCH KÊNH .89 2.1 Mạch tách kênh sang 89 Ví dụ : Khảo sát IC 74LS155 90 Trong cấu trúc gồm tách kênh sang 4, chúng có ngõ chọn A0A1 chung, ngõ cho phép chung nối chân nối với chân 15) Một lưu ý khác tách kênh đầu có ngõ đảo so với ngõ vào (dữ liệu vào chân khơng đảo) tách kênh thứ ngõ vào ngõ tác động ( liệu vào chân 14 đảo) .90 2.2 Một số IC giải mã tách kênh hay dùng .91 Khảo sát IC tách kênh/giải mã tiêu biểu 74LS138 91 Các IC giải mã tách kênh khác : .93 BÀI 3: MẠCH SO SÁNH 95 Mạch so sánh .95 BÀI 4: PHÉP TÍNH SỐ HỌC MẠCH CỘNG 99 2.1 Mạch cộng nửa 99 2.2 Mạch cộng đủ 99 2.3 cộng nhiều bit 100 MẠCH TRỪ 103 3.1 Mạch trừ nửa trừ đủ 103 3.2 Mạch trừ nhiều bit 103 3.3 Mạch cộng trừ kết hợp 104 CỘNG TRỪ BCD 105 BỘ LOGIC VÀ SỐ HỌC 107 BÀI 5: MẠCH PHÁT VÀ KIỂM TRA TÍNH CHẴN LẺ 109 Giáo viên biên soạn: Trần Đức A CHƯƠNG I: CÁC HỌ VI MẠCH SỐ THÔNG DỤNG Bài 1: Hệ thống số Bài 2: Đại số Boole ứng dụng Bài 3: Vi mạch số họ TTL Bài 4: Vi mạch số học CMOS Bài 5: Sử dụng cổng logic Bài 6: Giao tiếp TTL CMOS BÀI 1: HỆ THỐNG SỐ 1.1.Giới thiệu chung hệ thống số qui uớc hệ thống số 1.1.1 Hệ thống tương tự (Analog System) Là thiết bị thao tác đại lượng vật lý biểu diễn dạng tương tự Trong hệ thống tương tự đại lượng thay đổi khoảng giá trị liên tục Một vài hệ thống tương tự thường gặp như: khuếch đại âm tần, thiết bị thu phát băng từ, …Tín hiệu tương tự minh hoạ hình 1.1 Hình 1.1 1.1.2 Hệ thống số (digital system) Là tập hợp thiết bị thiết kế để thao tác thông tin logic hay đại lương vật lý biểu diển dạng số, tức đại lượng có giá trị rời rạc Đây thường hệ thống điện tử đơi có hệ thống từ, hay khí nén Một vài hệ thống kỹ thuật số ta thường gặp là: máy vi tính, máy tính tay, thiết bị nghe nhìn số hệ thống điện thoại Tín hiệu số minh họa hình 1.2 Hình 1.2 Mạch số có nhiều ưu điểm so với mạch tương tự mạch số ngày có nhiều ứng dụng ngành điện tử, hầu hết lĩnh vực khác Một số ưu điểm kỹ thuật số: Giáo viên biên soạn: Trần Đức A - Thiết bị số dễ thiết kế - Thông tin lưu trữ truy cập dễ dàng nhanh chóng - Tính xác độ tin cậy cao - Có thể lập trình hệ thống hoạt động hệ thống kỹ thuật số - Mạch số bị ảnh hưởng nhiễu, có khả tự lọc nhiễu,tự phát hện sai sửa sai - Nhiều mạch số tích hợp chíp IC - Độ xác độ phân giải cao Nhược điểm kỹ thuật số Hầu hết đại lượng vật lý có chất tương tự, đại lượng thường đầu vào đầu hệ thống theo dõi, xử lý điều khiển Như muốn sử dụng kỹ thuật số làm việc với đầu vào đầu dạng tương tự ta phải thực chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng số, sau xử lý thông tin số từ ngõ vào chuyển ngược lại từ dạng số xử lý sang dạng tương tự, nhược điểm lớn kỹ thuật số Để sử dụng hệ thồng kỹ thuật số đầu vào đầu dạng tương tự ta cần thực bước sau đây: Biến đổi thông tin đầu vào dạng tương tự thành dạng số Xử lý thông tin số Biến đổi đầu dạng số lại dạng tương tự Để hiểu q trình chuyển đổi ta xem ví dụ minh họa hình 1.3 sau: Theo sơ đồ khối hình 1.3 nhiệt độ dạng tương tự đo, sau giá trị đo chuyển sang đại lượng số hệ thống biến đổi tương tự sang số (Analog to Digital Converter – ADC) Đại lượng số xử lý qua mạch số Đầu số đưa đến biến đổi số sang tương tự (Digital to Analog Converter – DAC), cuối đầu tương tự đưa vào điều khiển để tiến hành điều chỉnh nhiệt độ Một nhược điểm khác hệ thống số giá thành cao, ví dụ truyền hình số tốn truyền hình tương tự 1.1.3 Hệ thập phân Trong hệ thống số hệ thập phân gần gũi ta sử dụng ngày Khi hiểu đặc điểm giúp hiểu hệ thống số khác Giáo viên biên soạn: Trần Đức A Hệ thập phân – hay gọi hệ số 10 Bao gồm 10 chữ số (ký hiệu) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Hệ thập phân hệ thống theo vị trí giá trị chữ số phụ thuộc vào vị trí Để hiểu rõ điều ta xét ví dụ sau: xét số thập phân 345 Ta biết chữ số biểu thị trăm, biểu thị chục, đơn vị Xét chất, mang giá trị lớn ba chữ số, gọi chữ số có nghĩa lớn (MSD) Chữ số mang giá trị nhỏ nhất, gọi chữ số có nghĩa nhỏ (LSD) Để diển tả số thập phân lẻ người ta dùng dấu chấm thập phân để chia phần nguyên phần phân số Ý nghĩa số thập phân mô tả sau: Ví dụ 1: Số 435.568 435.568 = 4x102 + 3x101 + 5x100 + 5x10-1 + 6x10-2 + 8x10-3 Tóm lại, số thập phân; nhị phân hay thập lục là tổng tích giá trị chữ số với giá trị vị trí (còn gọi trọng số) 1.1.4 Hệ nhị phân Trong hệ thống nhị phân (binary system) có hai giá trị số Nhưng biểu diễn đại lượng mà hệ thập phân hệ hệ thống số khác biểu diễn được, nhiên phải dùng nhiều số nhị phân để biểu diễn đại lượng định Tấc phát biểu hệ thập phân áp dụng cho hệ nhị phân Hệ nhị phân hệ thống số theo vị trí Mỗi nhi phân có giá trị riêng, tức trọng số, luỹ thừa Để biểu diễn số nhị phân lẽ ta dùng dấu chấm thập phân để phân cánh phần nguyên phần lẻ Ý nghĩa số nhị phân mô tả sau: Giáo viên biên soạn: Trần Đức A Để tìm giá trị thập phân tương đương ta việc tính tổng tích số (0 hay 1) với trọng số Ví dụ2 : 1100.1012 = (1x 23) + (1x 22) + (0x21) + (0x20) + (1x2-1) + (0x2-2) + (1x 2-3 ) = + + + + 0.5 + + 0.125 = 12.125 CÁCH GỌI NHỊ PHÂN Một số số nhị phân gọi bit (Binary Digital) Bit đầu (hàng tận bên trái) có giá trị cao gọi MSB (Most Significant Bit – bit có nghĩa lớn nhất), bit cuối (hàng tận bên phải) có giá trị nhỏ gọi LSB (Least Significant Bit – bit có nghĩa nhỏ nhất) Số nhị phân có bit gọi byte, số nhị phân có bit gọi nipple Một nhóm bit nhị phân gọi word (từ) số có 16 bit, số 32 bit gọi doubleword, 64 bit gọi quadword Lũy thừa 210 = 1024 gọi tắt 1K (đọc K hay kilo), ngôn ngữ nhị phân 1k 1024 1000 Những giá trị lớn như: 211 = 21 10 = 2K 212 = 22 210 = 4K 220 = 210 210 = 1K 1K = 1M (Mega) 224 = 24 220 = 1M = 4M 230 = 210 220 = 1K 1M = 1G (Giga) 232 = 22 230 = 4.1G = 4G Bảng trị giá 2n Giáo viên biên soạn: Trần Đức A TÍN HIỆU SỐ VÀ BIỂU ĐỒ THỜI GIAN Biểu đồ thời gian dùng để biểu diễn thay đổi theo thời gian tín hiệu số, đặc biệt biểu diễn hai hay nhiều tín hiệu số mạch điện hay hệ thống CÁCH ĐẾM NHỊ PHÂN Cách đếm số nhị phân trình bày theo bảng sau Giáo viên biên soạn: Trần Đức A Nếu sử dụng N bit đếm 2N số độc lập Ví dụ 3: bit ta đếm 22 = số ( 002 đến 112 ) bit ta đếm 24 = 16 số ( 00002 đến 11112 ) Ở bước đếm cuối cùng, tất bit trạng thái N – tong hệ thập phân Ví dụ: sử dụng bit, bước đếm cuối 11112 = 24 – = 1510 1.1.5 Hệ thống số bát phân (Octal Number System) Hệ bát phân có số nghĩa có ký số : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ký số số bát phân có giá trị bất ký từ đến Mỗi vị trí ký số hệ bát phân có trọng số sau: 1.1.6 Hệ thống số thập lục phân (Hexadecimal Number System) Hệ thống số thập lục phân sử dụng số 16, nghĩa có 16 ký số Hệ thập lục phân dùng ký số từ đến cộng thêm chữ A, B, C, D, E, F Mỗi ký số thập lục phân biểu diễn nhóm ký số nhị phân Ý nghĩa hệ thống số thập lục phân mô tả bảng sau: Giáo viên biên soạn: Trần Đức A Mối quan hệ hệ thống thập lục phân, thập phân nhị phân trình bày bảng sau: CÁCH ĐẾM SỐ THẬP LỤC PHÂN: đếm số thập lục phân, vị trí tăng dần đơn vị từ F đếm đến giá trị F, vòng đếm lại trở vị trí ký số tăng lên Trình tự đếm minh họa đây:0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, 10, 11, 12, 13, ,1A, 1B, ,20, 21, ,26, 27, 28, 29, 2A, 2B, 2D, 2E, 2F, , 40, 41, 42 …., 6F8, 6F9, 6FA, 6FB, 6FC, 6FD, 6FE, 6FF,700,… 1.2 Mã số 1.2.1 Mã BCD Trực tiếp liên quan đến mạch số (bao gồm hệ thống sử dụng số) số nhị phân nên thông tin liệu dù số lượng, chữ , dấu, mệnh lệnh sau phải dạng nhị phân mạch số hiểu xử lý Do phải có quy định cách thức mà số nhị phân dùng để biểu thị liệu khác nhau, kết có nhiều mã số (gọi tắt mã) dùng Trước tiên mã số thập phân thông dụng mã BCD ( Binary Coded Decimal: mã số thập phân mã hóa theo nhị phân ) Sự chuyển đổi thập phân sang BCD ngược lại gọi mã hoá lặp mã 1.2.1.1 Chuyển đổi thập phân sang BCD ngược lại Người ta biểu thị số thập phân từ đến số nhị phân bit có giá trị bảng Chúng ta nên ý rằng: mã BCD phải viết đủ bit tương ứng áp dụng cho số thập phân từ đến 9, nên số nhị phân từ 1010 (= 10 10) đến 1111 (= 1510) số nhị phân bit mã BCD Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 10 Nhìn vào bảng thật IC ta thấy hoạt động mạch Ở trường hợp đầu mạch so sánh bình thường, so sánh từ bít cao trước Khi tất bit ngõ vào phải xét đến logic ngõ vào nối chồng (được dùng ghép chồng nhiều IC để có số bit so sánh lớn hơn) Logic ngõ vào thực ngõ tầng so sánh bit thấp (nếu có) Trường hợp ngõ vào nối chồng lên cao ngõ tương ứng lên cao.Trường hợp bít trước khơng so sánh ngõ sau thấp Trường hợp khơng có tín hiệu ngõ vào nối chồng tức liệu ngõ vào A B khác nên ngõ A < B A> B đểu mức cao Vậy để mạch so sánh bit nên nối ngõ nối chống A = B mức cao Hình sau cho cách hiểu dễ với ngõ vào nối chồng ghép IC 74LS85 Hình 2.3.5 Nối chồng IC 74LS85 để có mạch so sánh độ lớn bit Ví dụ sau ứng dụng mạch so sánh vào trò chơi đơn giản : Người chơi nhấn nút SW chốc lát để tạo số xung kích từ mạch dao động; mạch đếm cho mã số B3B2B1B0 ngẫu nhiên Một mã số cài sẵn (chẳng hạn dùng công tắc tạo mức logic cho A3A2A1A0 0110) so sánh với số đếm ngẫu nhiên vừa vào Nếu chúng đèn vàng sáng, A > B đèn đỏ Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 97 sáng, A < B đèn xanh sáng Như đặt quy định đèn vàng sáng người chơi thắng chẳng hạn Mạch dao động dùng IC 555 hay dùng cổng logic chương trước Hình 2.3.6 Ứng dụng trò chơi đơn giản dùng mạch so sánh 74LS85 Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 98 BÀI 4: PHÉP TÍNH SỐ HỌC MẠCH CỘNG 2.1 Mạch cộng nửa Gọi A số cộng B số cộng S tổng A B C số nhớ từ phép cộng Trước hết để đơn giản, xét mạch cộng nhị phân bit Với tổ hợp trạng thái logic A B trạng thái logic ngõ S C sau: Hình 2.3.7 Cộng nửa Rút gọn biểu thức logic ta có S = AB + AB C = AB Nhận thấy S ngõ cổng EXOR ngõ vào A B; C ngõ cổng AND Từ vẽ cấu trúc logic mạch Hình 2.3.8 Mạch cộng nửa Đây mạch cộng nửa hay cộng chưa đủ (haft adder : HA) chưa có số nhớ ban đầu phép cộng trước 2.2 Mạch cộng đủ Bây giả sử mạch thực phép cộng lần đầu nên tổng S0 số nhớ C0, tiếp tục cộng lần trạng thái logic A B thay đổi S khơng tổng A B mà gồm C0 trước Khi ta có mạch cộng đủ: full adder (FA) Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 99 Hình 2.3.9 Cộng đủ Rút gọn biểu thức ta S = C0 Å (A Å B) C = AB + (A Å B) Cấu trúc mạch logic : Hình 2.3.10 Mạch cộng đủ Nhận thấy : FA thực bao gồm HA cổng OR ngõ cho số nhớ C Cả mạch HA FA làm phép cộng bit 2.3 cộng nhiều bit Cộng song song Bây số cộng có nhiều bit cách cộng tương tự : trước hết cộng bit LSB bit tổng (LSB) Số nhớ đưa tới để cộng chung với bit bit LSB bit tổng hàng phép cộng cuối bit MSB để bit tổng hàng đó, số nhớ trở thành bit LSB tổng Hình sau minh hoạ rõ ràng mạch cộng nhiều bit (4 bit) Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 100 Hình 2.3.11 Cộng bit Đây mạch cộng song song hàng cộng lúc nhiên cấu trúc mạch bit tổng đồng thời phép cộng bit cao chậm phải chờ bit nhớ phép cộng trước đưa tới Tức có trì hỗn làm giảm tính đồng mạch Nếu thêm vào mạch cho phép cung cấp sẵn bit nhớ để phục vụ cho phép cộng hàng lúc khắc phục điểm Với cơng nghệ tích hợp cao, việc thêm mạch cung cấp sẵn bit nhớ trở nên dễ dàng mạch trở thành mạch cộng có số nhớ nhìn trước Một số IC làm phép cộng toàn phần kể 7480 (1bit), 7482 (2bit), 7483/LS83/283 (4bit) Ví dụ : xét qua IC 74LS83 Hình 2.3.12 Kí hiệu khối chân 74LS83 Trong số bit vào A4A3A2A1 B4B3B2B1 Số nhớ ban đầu C0 Vậy tổng C4S4S3S2S1, với C4 số nhớ phép cộng Ta nối chồng IC cộng lại với số bit gấp đơi Khi bit MSB (C4) tầng đầu nối tới ngõ vào nhớ ban đầu (C0) tầng sau Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 101 Hình 2.3.13 Mạch logic 74LS83 Bảng thật mạch cộng bit 74LS83 Cộng nối tiếp Ngoài cách cộng song song thấy trên, dạng mạch cộng số nhiều bit gọi mạch cộng nối tiếp Khi bit LSB số cộng trước, bit LSB tầng đưa ghi dịch số nhớ quay trở cộng chung với bit bit LSB bit cuối cộng Mạch ghi dịch ngõ dịch chuyển sang phải qua lần cộng cho kết cộng số nhớ cuối trở thành bit MSB tổng Rõ ràng mạch thực phép tính chậm so với cộng song song, cần xung nhịp để giữ cho mạch làm việc động Hình 2.3.14 Mạch cộng bit nối tiếp Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 102 MẠCH TRỪ 3.1 Mạch trừ nửa trừ đủ Cũng gồm loại mạch trừ nửa hay chưa đủ : haft subtractor (HS) trừ đủ hay gọi trừ bán phần : full subtractor (FS) (khi cần bit mượn Bi trước tham gia vào phép tính) Phép trừ thực phép cộng với số âm Để có số âm số ta lấy bù số đó, thực mạch cổng đảo Hình 2.3.15 mạch trừ HS bên cạnh bảng trạng thái Hình 2.3.15 Mạch trừ nửa, bảng trạng thái mạch logic Còn hình 2.3.17 mạch trừ FS bảng trạng thái hoạt động bên cạnh hình 2.3.17 Mạch trừ đủ Về cấu trúc mạch trừ tương tự mạch cộng khác số bị trừ B cần phải qua cổng đảo thực AND với số trừ A số mượn R Mạch trừ FS gồm mạch trừ HS cổng OR ngõ cho số mượn B0 Hình 2.3.18 Mạch trừ hết 3.2 Mạch trừ nhiều bit Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 103 Với mạch trừ nhị phân nhiều bit, thực song song mạch cộng FS bit bit số bị trừ cần đảo, số nhớ tầng cuối cần đem bit nhớ ban đầu tầng đầu Hình minh hoạ cho mạch trừ nhị phân bit Hình 2.3.19a Mạch trừ bit song song Hình 2.3.19b Trừ bit nối tiếp 3.3 Mạch cộng trừ kết hợp Bây thêm vào số cổng logic cần thiết ta có mạch cộng hay trừ tuỳ theo ngõ vào điều khiển CT Khi CT = 0, cổng EXOR có ngõ thấp nên cho số B qua không bị đảo, tức mạch thực phép cộng Khi CT = 1, cổng EXOR có ngõ cao nên hoạt động cổng NOT, số B bị đảo, mạch thực phép cộng A + (-B) tức phép trừ Co3 bit LSB tổng vòng trở lại (qua cổng AND) Ci0; cho phép cộng nhiều bit Hình 2.3.21 Mạch cộng trừ dùng bù Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 104 Ngồi cách dùng bù 1, ta dùng bù (lấy bù cộng thêm 1) để thực phép toán trừ nhị phân kể số có dấu Cách sử dụng phổ biến VXL máy tính Hình 2.3.22 mạch cộng trừ số bit dùng bù Để ý mạch giống cách dùng bù bit nhớ cuối không cần đem tầng đầu Tổng hay hiệu dạng bù 2, muốn lấy kết phải chuyển trở lại Hình 2.3.22 Mạch cộng trừ dùng bù Khi mạch cộng trừ nhị phân bit dùng bù sau : CỘNG TRỪ BCD 4.1 Cộng số BCD Số BCD thực số nhị phân n bit có 10 tổ hợp trạng thái từ 0000 đến 1001 (biểu thị số thập phân tương ứng từ đến 9) nên cách cộng tương tự cổng số nhị phân nhiều bit Tuy nhiên tổng vượt 1001 tức tổng khơng số BCD nữa, ta phải cộng tổng với 0110 (số 610) tổng số BCD đồng thời số nhớ hàng cao tổng Ví dụ cộng số BCD sau: Hình 2.3.23 Mạch cộng số BCD bit số cần cộng A3A2A1A0 B3B2B1B0 cho tổng C3S4S3S2S1 (C3 hàng chục có) Nếu tổng đầu vượt ( từ 10 đến 18) cổng logic cho phép xác định hàng chục đồng thời tổng phải cộng thêm tầng 74LS83 thứ tổng cuối dạng BCD Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 105 Nếu tổng không vượt (vẫn số BCD) tổng hàng chục khơng có nên 74LS83 thứ cộng tổng với 0, tổng khơng có thay đổi Ta ghép nhiều mạch cộng để có mạch cộng số BCD nhiều bit, việc nối ngõ hàng chục tầng đầu tới ngõ vào số nhớ Ci tầng sau 4.2 Trừ số BCD Với phép trừ BCD, ta phải lấy bù số trừ làm phép cộng lại với số bị trừ Lấy bù số tức lấy trừ số Ở chương có nói rõ phép trừ BCD Ví dụ phép trừ BCD : – – Hình 2.3.24 Mạch trừ số BCD bit MẠCH NHÂN CHIA 5.1 Mạch nhân số nhị phân Về ngun lí, phép cộng nhiều lần Cách nhân số nhị phân xin xem lại chương Mạch hình 2.3.25 minh hoạ cho mạch nhân số nhị phân bit A B Mạch gồm ghi dịch bit để chứa số nhận A, ghi dịch bit để chứa số nhân B, ghi dịch bit để chứa kết nhân (còn gọi tích luỹ : accumulator) cổng And tạo tích phần cặp bit cộng toàn phần để tạo tích cuối số nhớ tương ứng Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 106 Hình 2.3.25 Cấu trúc mạch nhân số nhị phân Ví dụ phép nhân số A = 1101và B = 1011: Số nhân (A): 1101 (1310) Số bị nhân B : 1011 (1110) Tích 1101 1101 phần 0000 1101 Tích cuối : 10001111 (14310) 5.2 Mạch chia số nhị phân Còn với mạch chia số nhị phân, nguyên tắc trừ liên tiếp kết quả, bạn xem thêm phần mạch chia nhị phân chương 1, hình mạch phức tạp nên khơng trình bày BỘ LOGIC VÀ SỐ HỌC ALU thành phần quan trọng CPU máy tính, thực nhiều phép tính số học logic dựa liệu thường bao gồm phép cộng, trừ, and,or, exor, dịch chuyển, tăng giảm dần phép nhân, chia Ngồi có số ALU sản xuất dạng IC rời, tất nhiên chúng làm đầy đủ chức ALU VXL Sau đây, ta xem qua ALU rời hay dùng 6.1 ALU 74LS181 A0 – A3 : liệu nhị phân bit vào (A = A3A2A1A0) B0 – B3 : liệu nhị phân bit vào (B= B3B2B1B0) CYN : số nhớ ban đầu vào Giáo viên biên soạn: Trần Đức A Hình 2.3.26 Khối ALU 74LS181 (tác động mức thấp) 107 S0 – S3 : Mã số chọn (S = S3S2S1S0) để chọn chức ALU M điều khiển kiểu (chế độ) hoạt động logic (M =1) hay số học (M = 0) Q0 – Q3 : liệu nhị phân bit tác động thấp (Q = Q3Q2Q1Q0) CYN + số nhớ (tác động thấp) Ở phép trừ dấu kết : o Logic kết dương o Logic kết âm dạng số bù Ngõ số nhớ vào Cn ngõ số nhớ CYN+4 cho phép nối chồng nhiều IC 74LS181 A = B : logic ngõ vào A = B, logic A ≠ B G (carry generate output) P (carry propagate input) : hai ngõ dùng nối chồng IC 74LS181 Hoạt động logic 74181 trình bày bảng chức 6.2 ALU 74LS382 ALU 74LS/HC382 loại bit có ngõ chọn chức nên có chức logic số học 74LS181 Nó có ngõ vào số nhớ C N, ngõ số nhớ CYN+1 74LS181 có thêm ngõ báo tràn overflow lúc khơng có số ngõ khác 74LS181 Khi dùng số có dấu ngõ overflow lên phép cộng hay trừ tạo số vượt số có dấu bit Ngõ số nhớ vào số nhớ dùng để nối chồng nhiều IC 74382 Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 108 Hình 2.3.27 Kí hiệu khối ALU 74LS382 bảng hoạt động BÀI 5: MẠCH PHÁT VÀ KIỂM TRA TÍNH CHẴN LẺ Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 109 Dữ liệu dạng số lưu trữ, xử lí hay truyền từ máy qua máy khác bị lỗi Như truyền liệu xa qua mơi trường điện thoại, dây cáp, khơng gian bị ảnh hưởng nhiệt độ, nhiễu đường dây, điện từ… hay lâu ngày xử lí, chuyển đổi có sai sót nhỏ làm thay đổi liệu Ví dụ : khối liệu có chữ A mã ASCII 1000001 bị sai thành 100000 ,bit sai bít khác Mặc dù xác suất làm sai bít khối liệu nhỏ ( trung bình khoảng 100000 bit có bit sai) nhiều trường hợp đòi hỏi phải thật xác hay giảm hết mức sai sót nhỏ Có nhiều mạch phát sai sửa lỗi, bạn gặp lại nội dung kĩ môn “Truyền số liệu”, xin nói tới mạch tạo kiểm parity Có dạng mạch parity chẵn parity lẻ Cả sử dụng • Với parity chẵn : liệu trước truyền đếm tổng số bit o Nếu tổng chẵn, bit parity thêm vào trước khối liệu truyền o Nếu tổng lẻ bit parity thêm vào (để chẵn) Ở đầu nhận liệu, mạch kiểm tra khối liệu nhận xem có tổng số bit chẵn hay khơng Nếu khơng tức có bit khối liệu bị sai Ngược lại mạch truyền • Với parity lẻ ngược lại khối liệu phải làm lẻ trước truyền Ví dụ : Truyền khối liệu bit 1101 có sử dụng mạch tạo kiểm parity để rò sai minh hoạ hình : Hình 2.3.28 Mạch tạo kiểm Parity Giả sử mạch parity chẵn dùng Nhận thấy tổng số bit truyền (lẻ) nên bit parity thêm vào cho chẵn Như vậy, liệu truyền có bit 11101 Mạch tạo parity sử dụng cổng XNOR để kiểm tra số bit chẵn hay lẻ, bên nhận mạch kiểm parity dùng cổng XNOR để rò sai, liệu truyền Q = 0, truyền sai Q = Khi này, mạch nhận truyền tín hiệu báo truyền sai cho máy gửi để truyền lại khối liệu bị lỗi Nhận thấy khối liệu truyền bị sai tới bit (xác suất rất nhỏ) hay bit parity truyền sai mạch parity tác dụng Các mạch xử lí điều khiển hay truyền liệu thường có sẵn khối tạo kiểm sửa lỗi ln Còn dùng mạch rời IC 74180 họ thơng dụng Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 110 Hình 2.3.29 Kí hiệu khối 74180 bảng hoạt động Đây IC tạo kiểm bit từ D0 đến D7, bit parity dùng chẵn hay lẻ ngõ EVEN (lẻ ra) ODD (chẵn ra) ngõ PE (lẻ vào) PO (chẵn vào) dùng trường hợp cần nối chồng nhiều IC để có mạch tạo kiểm nhiều bit Cách nối đưa từ ngõ chẵn ngõ lẻ tới ngõ vào chẵn vào lẻ ngõ vào lẻ vào chẵn ngõ lẻ chẵn phải không kiểm parity Khi ngõ vào parity khơng dùng phải nối mức thấp Hình cách sử dụng 74180 làm mạch kiểm parity lẻ cho bit liệu vào (gồm bit parity) Hình 2.3.30 Mạch kiểm Parity bit dùng 74180 • IC phát kiểm bit chẵn lẻ khác hay dùng 74LS280 Giáo viên biên soạn: Trần Đức A 111