Cácphầntửlôgiccơ bảntrongICCác hàm lôgic được thực hiện nhờ các hệ vật lý được gọi là các mạch lôgic, trongcác mạch lôgic tổ hợp thì tín hiệu ở đầu ra chỉ phụ thuộc các tín hiệu ở đầu vào tại thời điểm đang xét. Có nhiều phương pháp vật lý (điện tử, cơ học, cơ điện, thuỷ lực…) để thực hiện các hàm lôgic cơ bản AND (và), OR (hoặc), NOT (phủ định), NOR, NAND, XOR. Cácphầntửlôgic cơ bản thực hiện các hàm lôgic cơ bản là các mạch lôgic tổ hợp có ít nhất hai đầu vào (ngoại trừ NOT) và chỉ một đầu ra (quy ứơc: A; B; C… là các đầu vào, Y là đầu ra), chúng được tích hợp trong IC. Ta sẽ xem xét cácphầntử này theo cách mô tả từ ký hiệu, bảng thật (bảng chân trị), biểu thức Boole đến sơ đồ thời gian mô tả hoạt động của nó (tức từ mô tả tĩnh đến mô tả động). Phầntửlôgic AND: AND có chức năng như là một cổng, cổng đóng khi tín hiệu ở các đầu vào không đủ và cổng mở khi đủ các tín hiệu ở các đầu vào. Hình 2 mô tả AND. Hình 2: Các cách mô tả tĩnh và động phầntử AND Một ví dụ sử dụng phầntửlôgic AND như là một phần của bộ cộng nhị phân, Hình 3 cho phép cộng 1+1= 10. Trong đó cổng AND được dùng ở mạch số nhớ (C). Trên thị trường có IC 7408 (còn gọi là chip 7408) là loại có 4 phầntử AND độc lập, lôgic dương, mỗi phầntử có hai đầu vào, chung nguồn điện, có 14 chân (còn gọi là pin), chân 14 và chân 7 là chân +Vcc và chân GND, ở góc dưới bên trái có dấu tròn để xác định chân 1 và theo thứ tựtừ trái sang phải đến chân 7, từ 8-14 theo thứ tựtừ phải sang trái. Hình 3: Bộ cộng nhị phân dùng cổng AND Phầntửlôgic OR: OR cũng có chức năng như là một cổng, cổng mở chỉ cần có một tín hiệu (lôgic1) đặt lên một đầu vào. Hình 4 mô tả OR (còn có ký hiệu khác, nhưng theo người viết bài thì cách ký hiệu này thể hiện tính chất OR hơn). Hình 4: Các cách mô tả tĩnh và động phầntử OR Một ví dụ sử dụng OR chiếu sáng dấu +/- (P/N) trong dụng cụ đo số như Hình 5. Dấu (-) sáng khi đầu vào A(N) có logic1 và đầu vào B (P) có logic 0, dấu (+) sáng khi cả hai đầu vào có logic 1. Hình 5: Dùng cổng OR chiếu sáng dấu +/- Trên thị trường có IC 7432 là loại có 4 phầntử OR độc lập, được mô tả như IC 7408 ở trên. Phầntửlôgic NOT: NOT có chức năng đảo tín hiệu (đảo lôgic 1 ở đầu vào thành lôgic 0 ở đầu ra và ngược lại). Hình 6 mô tả NOT. Hình 6: Các cách mô tả tĩnh và động phầntử NOT Một ví dụ dùng NOT như là bộ giải mã (chuyển đổi số nhị phân sang số thập phân), xem Hình 7. Đầu vào là một số nhị phân 2 bit B="1," A="0." Đầu ra là số thập phân tương ứng (số 2). Hình 7: Bộ giải mã nhị phân dùng NOT Phầntửlôgic NOR (còn gọi là OR đảo): NOR có chức năng đảo tín hiệu ở đầu ra của OR (có thể đảo ở cổng ra hoặc đảo ở ngay các cổng vào). Hình 8 mô tả NOR (đảo cổng ra)ss. NOR là phầntửlôgic đa năng, dùng nhiều trong mạch số, có thể dùng NOR thay cho cổng OR có đảo hoặc AND bằng cách: nối hai NOR một cách thích hợp cho ra OR hoặc nối ba NOR cho ra AND (Bạn đọc dễ dàng tự vẽ được cách kết nối). Hình 8: Các cách mô tả tĩnh và động phầntử NOR Phầntửlôgic NAND (còn gọi là AND đảo): NAND có chức năng đảo tín hiệu ở đầu ra AND (có thể đảo ở cổng ra hoặc ở ngay các cổng vào). Mô tả NAND như Hình 9. NAND là phầntửlôgic đa năng, nếu kết nối thích hợp sẽ được AND, OR, NOT (Bạn đọc dễ dàng tự vẽ được cách kết nối). Phầntửlôgic XOR: Phầntử này khá giống OR, chỉ khác ở hàng cuối trong bảng thật. Hình 10 mô tả XOR (còn có ký hiệu khác, người viết bài thấy dùng ký hiệu phù hợp với ký hiệu OR ở trên). Hình 9: Các cách mô tả tĩnh và động phầntử NAND Hình 10: Các cách mô tả tĩnh và động phầntử XOR XOR là phầntử đa năng, thường được dùng trong bộ số học của máy tính, ví dụ làm bộ cộng hai số nhị phân như ứng dụng của cổng AND ở Hình 4. Cácphầntửlôgic nhiều đầu vào trong IC: Cácphầntửlôgic cơ bản trên, có thể còn có nhiều đầu vào, song các phép toán không thay đổi (ví dụ: ABC="Y" cho phầntửlogic AND có ba đầu vào). Tổng hợp cácphầntử lôgic: Hệ lôgic phức tạp có thể nhận được bằng cách kết nối cácphầntửlôgic cơ bản theo hai nguyên tắc sau: Đầu ra của một phầntửlôgic cơ bản có thể nối với một hoặc nhiều phần tử cơ bản khác; Hai đầu ra của hai phầntửlôgic cơ bản không được nối trực tiếp với nhau. Quá trình tổng hợp hệ lôgic phức tạp từcácphầntửlôgic cơ bản được thực hiện theo ba bước sau: Bước 1: Lập bảng thật mô tả hoạt động của hệ cần tổng hợp, tử bảng thật này viết ra hàm lôgic của hệ; Bước 2: Giảm thiểu tối đa hàm lôgic của hệ, dạng hàm cuối cùng thường là tích các tổng hoặc tổng các tích; Bước 3: Chọn cácphầntửlôgic cơ bản thực hiện hàm lôgic trên. Ví dụ: Tìm sơ đồ lôgic thực hiện hàm sau: Giảm thiểu hàm này về dạng: Sơ đồ lôgic thực hiện hàm trên như Hình 11. Như vậy, sơ đồ lôgic thực hiện hàm W dùng 2 phầntử AND có 3 đầu vào, 2 phầntử OR, 4 phầntử NOT ( bạn đọc nên sử dụng các chip 7404; 7432 và một chíp AND có 3 đầu vào trở lên để tự ráp mạch và tạo tín hiệu đầu vào ở các mức lôgic khác nhau, rồi kiểm tra các mức lôgic tại các đầu ra và luyện kỹ năng tổng hợp mạch lôgic. Cũng trên cơ sở mạch số tự ráp này, bạn đọc tự tạo lỗi và luyện kỹ năng tìm và xử lý lỗi, vấn đề này xem các bài kỳ sau)). Trên đây, đã giới thiệu cácphầntửlôgic cơ bản và sự tổng hợp chúng theo sự hoạt động của hệ thống qua lập bảng thật hoặc hàm lôgic. Tuy nhiên các sơ đồ lôgic này không có nhớ (tức tín hiệu ra chỉ phụ thuộc các tín hiệu vào tại thời điểm xét). Bằng cách kết nối thích hợp cácphầntửlôgic cơ bản, ta sẽ được các mạch lôgic cơ bản có nhớ (gọi là mạch lôgic tuần tự). Hình 11: Sơ đồ lôgic thực hiện hàm W . Các phần tử lôgic cơ bản trong IC Các hàm lôgic được thực hiện nhờ các hệ vật lý được gọi là các mạch lôgic, trong các mạch lôgic tổ hợp thì. ABC="Y" cho phần tử logic AND có ba đầu vào). Tổng hợp các phần tử lôgic: Hệ lôgic phức tạp có thể nhận được bằng cách kết nối các phần tử lôgic cơ bản theo