Bài giảng kỹ thuật số P3

"Don't study, don't know - Studying you will know!" NGUYEN TRUNG HOA Chỉång 3. Cạc pháưn tỉí logic cå bn Trang 27 Chỉång 3 CẠC PHÁƯN TỈÍ LOGIC CÅ BN 3.1. KHẠI NIÃÛM VÃƯ MẢCH SÄÚ 3.1.1. Mảch tỉång tỉû Mảch tỉång tỉû (cn gi l mảch Analog) l mảch dng âãø xỉí l cạc tên hiãûu tỉång tỉû. Tên hiãûu tỉång tỉû l tên hiãûu cọ biãn âäü biãún thiãn liãn tủc theo thåìi gian. Viãûc xỉí l bao gäưm cạc váún âãư: Chènh lỉu, khúch âải, âiãưu chãú, tạch sọng. Nhỉåüc âiãøm ca mảch tỉång tỉû : - Âäü chäúng nhiãùu tháúp (nhiãùu dãù xám nháûp). - Phán têch thiãút kãú mảch phỉïc tảp. Âãø khàõc phủc nhỉỵỵng nhỉåüc âiãøm ny ngỉåìi ta sỉí dủng mảch säú. 3.1.2. Mảch säú Mảch säú (cn gi l mảch Digital) l mảch dng âãø xỉí lï tên hiãûu säú. Tên hiãûu säú l tên hiãûu cọ biãn âäü biãún thiãn khäng liãn tủc theo thåìi gian hay cn gi l tên hiãûu giạn âoản, nọ âỉåüc biãøu diãùn dỉåïi dảng sọng xung våïi 2 mỉïc âiãûn thãú cao v tháúp m tỉång ỉïng våïi hai mỉïc âiãûn thãú ny l hai mỉïc logic ca mảch säú. Viãûc xỉí l åí âáy bao gäưm cạc váún âãư: - Lc säú. - Âiãưu chãú säú /Gii âiãưu chãú säú. - M họa . . . . Ỉu âiãøm ca mảch säú so våïi mảch tỉång tỉû : - Âäü chäúng nhiãùu cao (nhiãùu khọ xám nháûp). - Phán têch thiãút kãú mả ch säú tỉång âäúi âån gin. Vç váûy, hiãûn nay mảch säú âỉåüc sỉí dủng khạ phäø biãún trong táút c cạc lénh vỉûc nhỉ : Âo lỉåìng säú, truưn hçnh säú, âiãưu khiãøn säú. . . Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 28 3.1.3. Hoỹ logic dổồng/ỏm Hỗnh 3.1 v i K Traỷng thaùi logic cuớa maỷch sọỳ coù thóứ bióứu dióựn bũng maỷch õióỷn õồn giaớn nhổ trón hỗnh 3.1: - K Mồớ : eỡn từt - K oùng: eỡn saùng Traỷng thaùi oùng/Mồớ cuớa khoùa K hoỷc traỷng thaùi Saùng/Từt cuớa õeỡn cuợng õổồỹc õỷc trổng cho traỷng thaùi logic cuớa maỷch sọỳ. Nóỳu thay khoùa K bũng khoùa õióỷn tổớ duỡng BJT nhổ trón hỗnh 3.2: v i R B R c Q v 0 +Vcc v i R c Q R B v 0 - Vcc a) Hỗnh 3.2. Bióứu dióựn traỷng thaùi logic cuớa maỷch sọỳ bũng khoùa õióỷn tổớ duỡng BJT b) Hỗnh 3.2a: - Khi v i = 0 BJT từt v 0 = +V cc - Khi v i > 0 BJT dỏựn baợo hoỡa v 0 = v ces = 0,2 (V). Hỗnh 3.2b: - Khi v i = 0 BJT từt v 0 = -V cc - Khi v i < 0 vaỡ õuớ lồùn õóứ thoớa maợn õióửu kióỷn dỏựn baợo hoỡa I B min Ics BJT dỏựn baợo hoỡa v 0 = -v ces = - 0,2 (V). Ngổồỡi ta phỏn bióỷt ra hai loaỷi logic: - Choỹn: V logic 1 > V logic 0 hoỹ logic dổồng : Logic dổồng. 0 logic V 1 logic V 0v 0 logic V 5v 1 logic V = = Chổồng 3. Caùc phỏửn tổớ logic cồ baớn Trang 29 - Choỹn : V logic 1 < V logic 0 hoỹ logic ỏm : Logic ỏm. V V 0,2v- V 5v- V 0 logic1 logic 0 logic 1 logic = = Logic dổồng vaỡ logic ỏm laỡ nhổợng hoỹ logic toớ, ngoaỡi ra coỡn nhổợng hoỹ logic mồỡ. 3.2. CỉNG LOGIC 3.2.1. Khaùi nióỷm Cọứng logic laỡ mọỹt trong caùc thaỡnh phỏửn cồ baớn õóứ xỏy dổỷng maỷch sọỳ. Noù õổồỹc thióỳt kóỳ trón cồ sồớ caùc phỏửn tổớ linh kióỷn baùn dỏựn nhổ Diode, BJT, FET õóứ hoaỷt õọỹng theo baớng traỷng thaùi cho trổồùc. 3.2.2 Phỏn loaỷi Coù ba caùch phỏn loaỷi cọứng logic: - Phỏn loaỷi cọứng theo chổùc nng. - Phỏn loaỷi cọứng theo phổồng phaùp chóỳ taỷo. - Phỏn loaỷi cọứng theo ngoợ ra. 3.2.2.1. Phỏn loaỷi cọứng theo chổùc nng a. Cọứng khọng õaớo (BUFFER) Cọứng khọng õaớo hay coỡn goỹi laỡ cọứng õóỷm (BUFFER) laỡ cọứng coù mọỹt ngoợ vaỡo vaỡ mọỹt ngoợ ra vồùi kyù hióỷu vaỡ baớng traỷng thaùi hoaỷt õọỹng nhổ hỗnh veợ. +Baớng traỷng thaùi: y x 0 11 0 y x Hỗnh 3.3. Kyù hióỷu vaỡ baớng traỷng thaùi cuớa cọứng khọng õaớo Phổồng trỗnh logic mọ taớ hoaỷt õọỹng cuớa cọứng: y = x Bi ging K Thût Säú Trang 30 Trong âọ: - Våïi x l ng vo cọ tråí khạng vo Z v vä cng låïn → do âọ cäøng khäng âo (hay cäøng âãûm) khäng cọ kh nàng hụt dng låïn åí ng vo. - Våïi ng ra y cọ tråí khạng ra Z ra nh → cäøng âãûm cọ kh nàng cung cáúp dng ng ra låïn. Chênh vç váûy ngỉåìi ta sỉí dủng cäøng khäng âo giỉỵ vai tr, chỉïc nàng l cäøng âãûm theo 2 nghéa sau: - Dng âãø phäúi håüp tråí khạng. - Dng âãø cạch ly v náng dng cho ti. b.Cäøng âo (NOT) Cäøng ÂO (cn gi l cäøng NOT) l cäøng logic cọ 1 ng vo v 1 ng ra, våïi k hiãûu v bng trảng thại hoảt âäüng nhỉ hçnh v: Bng trảng thại: y x 0 10 1 y x Hçnh 3.4. K hiãûu v bng trảng thại cäøng ÂO Phỉång trçnh logic mä t hoảt âäüng ca cäøng ÂO: y = x Cäøng âo giỉỵ chỉïc nàng nhỉ mäüt cäøng âãûm, nhỉng ngỉåìi ta gi l âãûm âo vç tên hiãûu ng ra ngỉåüc pha våïi tên hiãûu ng vo. Ghẹp hai cäøng âo ta âỉåüc cäøng khäng âo (hçnh 3.5): x x xx = x Hçnh 3.5. Sỉí dủng 2 cäøng ÂO tảo ra cäøng ÂÃÛM Chỉång 3. Cạc pháưn tỉí logic cå bn Trang 31 c. Cäøng Vì (AND) Cäøng AND l cäøng logic thỉûc hiãûn chỉïc nàng ca phẹp toạn nhán logic våïi 2 ng vo v 1 ng ra k hiãûu nhỉ hçnh v: Phỉång trçnh logic mä t hoảt âäüng ca cäøng AND: y = x 1 .x 2 Bng trảng thại hoảt âäüng ca cäøng AND 2 ng vo: x 2 y x 1 x 1 x 2 y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Hçnh 3.6. Cäøng AND Tỉì bng trảng thại ny ta cọ nháûn xẹt: Ng ra y chè bàòng 1 (mỉïc logic 1) khi c 2 ng vo âãưu bàòng 1, ng ra y bàòng 0 (mỉïc logic 0) khi cọ mäüt ng vo báút k (x 1 hồûc x 2 ) åí mỉïc logic 0. Xẹt trỉåìng håüp täøng quạt cho cäøng AND cọ n ng vo x 1 , x 2 . x n : y AND = ⎩ ⎨ ⎧ ==∀ =∃ )n1,(i1x1 0x0 i i Váûy, âàûc âiãøm ca cäøng AND l: ng ra y chè bàòng 1 khi táút c cạc ng vo âãưu bàòng 1, ng ra y bàòng 0 khi cọ êt nháút mäüt ng vo bàòng 0. x 1 y x n Hçnh 3.7. Cäøng AND våïi n ng vo Sỉí dủng cäøng AND âãø âọng måí tên hiãûu: Xẹt cäøng AND cọ hai ng vo x 1 v x 2 . Ta chn: - x 1 âọng vai tr ng vo âiãưu khiãøn (control). - x 2 âọng vai tr ng vo dỉỵ liãûu (data). Xẹt cạc trỉåìng håüp củ thãø sau âáy: - x 1 = 0: → y = 0 báút cháúp trảng thại ca x 2 , ta nọi cäøng AND khọa lải khäng cho dỉỵ liãûu âỉa vo ng vo x 2 qua cäøng AND âãún ng ra. Bi ging K Thût Säú Trang 32 - x 1 =1 2 xy 1y1 2 x 0y0 2 x =⇒ =⇒= =⇒= ⎩ ⎨ ⎧ Ta nọi cäøng AND måí cho dỉỵ liãûu âỉa vo ng vo x 2 qua cäøng AND âãún ng ra. Sỉí dủng cäøng AND âãø tảo ra cäøng logic khạc: Nãúu ta sỉí dủng 2 täø håüp âáưu v cúi trong bng giạ trë ca cäøng AND v näúi cäøng AND theo så âäư sau: y x 2 x 1 +x = 0 → x 1 = x 2 = 0 → y = 0 +x = 1 → x 1 = x 2 = 1 → y = 1 → y = x Hçnh 3.8. Sỉí dủng cäøng AND tảo ra cäøng âãûm. thç chụng ta cọ thãø sỉí dủng cäøng AND âãø tảo ra cäøng âãûm. Trong thỉûc tãú, cọ thãø táûn dủng hãút cạc cäøng chỉa dng trong IC âãø thỉûc hiãûn chỉïc nàng ca cạc cäøng logic khạc. d. Cäøng Hồûc (OR) L cäøng thỉûc hiãûn chỉïc nàng ca phẹp toạn cäüng logic, cäøng OR cọ 2 ng vo v 1 ng ra cọ k hiãûu nhỉ hçnh v: y x 2 x 1 y x 2 x 1 K hiãûu Cháu Áu K hiãûu theo M, Nháût, Ục Hçnh 3.9. Cäøng OR 2 ng vo Phỉång trçnh logic mä t hoảt âäüng ca cäøng OR: y = x 1 + x 2 Bng trảng thại mä t hoảt âäüng ca cäøng OR: Chổồng 3. Caùc phỏửn tổớ logic cồ baớn Trang 33 x 1 x 2 y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Xeùt trổồỡng hồỹp tọứng quaùt õọỳi vồùi cọứng OR coù n ngoợ vaỡo. Phổồng trỗnh logic: y OR = == = )n1,(i0x0 1x1 i i ỷc õióứm cuớa cọứng OR laỡ: Tờn hióỷu ngoợ ra chố bũng 0 khi vaỡ chố khi tỏỳt caớ caùc ngoợ vaỡo õóửu bũng 0, ngổồỹc laỷi tờn hióỷu ngoợ ra bũng 1 khi chố cỏửn coù ờt nhỏỳt mọỹt ngoợ vaỡo bũng 1. Sổớ duỷng cọứng OR õóứ õoùng mồớ tờn hióỷu: Xeùt cọứng OR coù 2 ngoợ vaỡo x 1 , x 2 . Nóỳu choỹn x 1 laỡ ngoợ vaỡo õióửu khióứn (control input), x 2 ngoợ vaỡo dổợ lióỷu (data input), ta coù caùc trổồỡng hồỹp cuỷ thóứ sau õỏy: - x 1 = 1 y = 1 (y luọn bũng 1 bỏỳt chỏỳp x 2 ) Ta noùi cọứng OR khoùa khọng cho dổợ lióỷu õi qua. - x 1 = 0 Cọứng OR mồớ cho dổợ lióỷu vaỡo ngoợ vaỡo x 2 2 2 xy 1y1x 0y0x = == == 2 . Sổớ duỷng cọứng OR õóứ thổỷc hióỷn chổùc nng cọứng logic khaùc: Ta sổớ duỷng hai tọứ hồỹp giaù trở õỏửu vaỡ cuọỳi cuớa baớng traỷng thaùi cuớa cọứng OR vaỡ nọỳi maỷch cọứng OR nhổ sau: - x = 0, x 1 = x 2 = 0 y = 0 - x = 1, x 1 = x 2 = 1 y = 1 y = x: cọứng OR õoùng vai troỡ cọứng õóỷm. Hỗnh 3.9. Cọứng OR n ngoợ vaỡo y x n x 1 Sồ õọử maỷch thổỷc hióỷn trón hỗnh 3.10. Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 34 y x 1 x 2 x Hỗnh 3.10. Sổớ duỷng cọứng OR laỡm cọứng õóỷm e. Cọứng NAND ỏy laỡ cọứng thổỷc hióỷn pheùp toaùn nhỏn õaớo, vóử sồ õọử logic cọứng NAND gọửm 1 cọứng AND mừc nọỳi tỏửng vồùi 1 cọứng NOT, kyù hióỷu vaỡ baớng traỷng thaùi cọứng NAND õổồỹc cho nhổ hỗnh 3.11: Hỗnh 3.11. Cọứng NAND: Kyù hióỷu, sồ õọử logic tổồng õổồng vaỡ baớng traỷng thaùi x 1 x 2 y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 x 1 y x 2 x 2 y x 1 Phổồng trỗnh logic mọ taớ hoaỷt õọỹng cuớa cọứng NAND 2 ngoợ vaỡo: 21 .xxy = Xeùt trổồỡng hồỹp tọứng quaùt: Cọứng NAND coù n ngoợ vaỡo. y NAND = == = )n1,(i1x0 0x1 i i x n y x 1 Hỗnh 3.12.Cọứng NAND vồùi n ngoợ vaỡo Vỏỷy, õỷc õióứm cuớa cọứng NAND laỡ: tờn hióỷu ngoợ ra chố bũng 0 khi tỏỳt caớ caùc ngoợ vaỡo õóửu bũng 1, vaỡ tờn hióỷu ngoợ ra seợ bũng 1 khi chố cỏửn ờt nhỏỳt mọỹt ngoợ vaỡo bũng 0. Sổớ duỷng cọứng NAND õóứ õoùng mồớ tờn hióỷu: Xeùt cọứng NAND coù hai ngoợ vaỡo, vaỡ choỹn x 1 laỡ ngoợ vaỡo õióửu khióứn, x 2 laỡ ngoợ vaỡo dổợ lióỷu. Khi: - x 1 = 0 y = 1 (y luọn bũng 1 bỏỳt chỏỳp x 2 ) cọứng NAND khoùa Chổồng 3. Caùc phỏửn tổớ logic cồ baớn Trang 35 - x 1 = 1 2 2 2 01 10 xy yx yx = == == Cọứng NAND mồớ cho dổợ lióỷu vaỡo ngoợ vaỡo x 2 vaỡ õóỳn ngoợ ra Sổớ duỷng cọứng NAND õóứ taỷo caùc cọứng logic khaùc: - duỡng cọứng NAND taỷo cọứng NOT: x y y x 1 x 2 x y = xxxxx =+= 2121 Hỗnh 3.13a.Duỡng cọứng NAND taỷo cọứng NOT - duỡng cọứng NAND taỷo cọứng BUFFER (cọứng õóỷm): xxy == x x 1 x 2 x y y x Hỗnh 3.13b.Duỡng cọứng NAND taỷo ra cọứng õóỷm (BUFFER) - duỡng cọứng NAND taỷo cọứng AND: y 2121 . xxxx = y x 2 x 1 y = x 1 x 2 21 . xx Hỗnh 3.13c. Sổớ duỷng cọứng NAND taỷo cọứng AND - duỡng cọứng NAND taỷo cọứng OR: x 1 x 2 1 x x 1 y y x 2 2 x y = 212121 . xxxxxx +=+= Hỗnh 3.13d. Sổớ duỷng cọứng NAND taỷo ra cọứng OR