Đang tải... (xem toàn văn)
- CMOS dùng nguồn cao thúc TTL.[r]
(1)CHƯƠNG 3: CỔNG LOGIC
9 CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỌ TTL
• Cổng
• Các kiểu ngã HỌ MOS
• NMOS
• CMOS
9 GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ
• TTL thúc CMOS
• CMOS thúc TTL
I KHÁI NIỆM LIÊN QUAN 1 Giới thiệu
Cổng logic tên chung mạch điện tử thực hàm logic Cổng logic chế tạo công nghệ khác (lưỡng cực, MOS), tổ hợp linh kiện rời thường chế tạo công nghệ tích hợp IC (Intergrated circuit)
Chương giới thiệu loại cổng bản, họ IC số, tính kỹ thuật giao tiếp chúng
2 Tính hiệu tương tự tính hiệu số
Tính hiệu tương tự tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian Nó thường tượng tự nhiên sinh
Tín hiệu số tín hiệu có dạng xung, gián đoạn thời gian biên độ, có mức rõ rệt mức cao mức thấp Tín hiệu số phát sinh mạch điện tích hợp
3 Mạch tương tự mạch số
Mạch điện tử xử lý tín hiệu tương tự gọi mạch tương tự, xử lý tín hiệu số gọi mạch số Một cách tổng quát, mạch số có nhiều ưu điểm mạch tương tự:
- Ít bị ảnh hưỡng nhiễu - Dễ chế tạo thành mạch tích hợp
- Dễ thiết kế phân tích Việc phân tích thiết kế dựa tính IC khối mạch không dựa linh kiện rời
- Thuận tiện điều khiển tự động, tính tốn, lưu trữ liệu liên kết với máy tính
4 Biễu diễn trạng thái logic
(2)5v
2,4v Mức
Không xác định
v v
7 ,
0 Mức
II CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN 1 Cổng NOT
Còn gọi cổng đảo (Inventer), dùng để thực hàm: Y = A
Ký hiệu mũi tên chiều dòng điện, vòng ký hiệu đảo Trong trường hợp không gây nhầm lẫn, ta bỏ dấu mũi tên
A Y = A 1 Bảng thật 2 Cổng AND
Dùng thực hàm AND hay nhiều biến
Cổng AND có số ngã vào tuỳ thuộc vào số biến có ngã Ngã cổng hàm AND biến ngã vào
Dưới ký hiệu bảng thật cổng AND ngã vào
A B Y=A.B
Hoặc
A B Y=A.B
0 0 × 0
0 0
1 0 1
1 1
Đọc giả tự cho nhận xét cổng AND 3 Cổng OR
Dùng thực hàm OR hay nhiều biến
Cổng OR có số ngã vào tuỳ thuộc vào số biến có ngã Ngã cổng hàm OR biến ngã vào
Dưới ký hiệu bảng thật cổng OR ngã vào
A
Y =
A
A
B Y = A.B
A B =
Y = A Y = A B =
A
B Y = A + B A B =
(3)A B Y=A + B
Hoặc
A B Y=A + B
0 0 × 1
0 1 0
1 1
1 1
Đọc giả tự cho nhận xét cổng OR 4 Cổng BUFFER
Cịn gọi cổng đệm, có ngã vào ngã Tính hiệu số qua cổng BUFFER không đổi trạng thái logic Cổng BUFFER dùng mục đích sau:
- Sửa dạng tín hiệu
- Đưa điện tín hiệu vềđúng chuẩn mức logic - Nâng khả cấp dòng cho mạch
Ký hiệu cổng BUFFER sau:
5 Cổng NAND
Là kết hợp cổng AND cổng NOT, thực hàm Y = A.B (đây trường hợp ngã vào, trường hợp nhiều ngã vào, đọc giả tự suy ra)
Dưới ký hiệu bảng thật cổng NAND ngã vào
A B Y = A.B
0 1 1 1 6 Cổng NOR
Là kết hợp cổng OR cổng NOT, thực hàm Y = A+B (đây trường hợp ngã vào, trường hợp nhiều ngã vào, đọc giả tự suy ra)
Dưới ký hiệu bảng thật cổng NOR ngã vào
A B Y = A.B
0 1 1 1
A
Y =
A
A B =
Y = A
B Y = A.B A
B =
A Y = A Y = A
B
A B =
A Y = A Y = A+B A Y = A A
B =
(4)7 Cổng EX-OR
Dùng để thực hàm EX-OR Y = A⊕B= AB+AB Cổng EX-OR ngã vào ngã
A B Y = A⊕B
0 0 1 1 1 8 Cổng EX-NOR
Dùng để thực hàm EX-NOR Y = A⊕B Cổng EX-NOR ngã vào ngã
A B Y = A⊕B
0 1 0 1 9 Cổng phức AOI (And – Or – Inverter)
Ứng dụng kết Đại số Boole, người ta nối nhiều cổng khác chip IC để thực hàm logic phức tạp Cổng AOI loại cổng kết hợp loại cổng AND, OR NOT Ví dụ, để thực hàm logic
E D C B A
Y = + , ta có cổng phức sau:
10 Biến đổi qua lại cổng logic
Trong chương Hàm Logic thấy tất hàm logic có thểđược thay hàm logic AND (hoặc OR) NOT Các cổng logic có chức thực hàm logic, ta cần dùng hàm AND (hoặc OR) NOT để thực hàm logic Tuy nhiên, cổng NOT thực cổng NAND (hoặc NOR) Như tất hàm logic có thểđược thực cổng cổng NAND (hoặc NOR) Hàm ý này, cho phép biến đổi qua lại
B
A Y = A⊕B
B
A Y = A⊕B
A
E D BC A
Y = +
(5)Quan sát định lý De Morgan, rút qui tắc biến đổi qua lại cổng AND, NOT OR, NOT sau: Chỉ cần thên cổng đảo từ ngã vào ngã biến đổi từ AND sang OR ngược lại, ngã có cổng đảo cổng đảo biến
Ví dụ: Hai mạch tương đương
III THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA IC SỐ 1 Các đại lượng điện đặc trưng
Để sử dụng tốt IC, ta nên biết thuật ngữ, đặt tính IC, sơđồ chân IC - Vcc: Điện nguồn (power supply) Đây khoảng điện cấp cho IC để
nó hoạt động tốt
- VIH: Điện ngã vào mức cao (high level input voltage) Đây điện
ngã vào nhỏ xem mức
- VIL: Điện ngã vào mức thấp (low level input voltage) Đây điện
ngã vào lớn xem mức
- VOH: Điện ngã mức cao (high level output voltage) Đây điện
ngã nhỏ xem mức cao
- VOL: Điện ngã mức thấp (low level output voltage) Đây điện
ngã lớn xem mức thấp
- IIH: Dòng điện ngã vào mức cao (high level input current) Đây dòng điện
lớn vào ngã vào IC mức cao
- IIL: Dòng điện ngã vào mức thấp (low level input current) Đây dòng điện
ra khỏi IC mức thấp
- IOH: Dòng điện ngã mức cao (high level output current) Đây dòng điện
lớn ngã cấp cho tải mức cao
- IOL: Dịng điện ngã mức thấp (low level output current) Đây dòng điện
lớn ngã nhận mức thấp
- ICCH, ICCL: Dòng điện chạy qua IC ngã mức cao thấp
Ngồi ra, IC cịn số thuật ngữ khác, sẽđề cập nói tính chất IC
2 Cơng suất tiêu tán (power requirement)
Mỗi IC hoạt động, tiêu thụ công suất từ nguồn cung cấp VCC (hoặc
VDD) Công suất tiêu tán xác định hiệu điện nguồn dòng điện qua IC
Do hoạt động, dòng điện IC thường thay đổi mức cao mức thấp, nên công suất tính từ dịng điện trung bình qua IC
A
E D BC A
Y = +
B C D E
(6)VI GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ 1 Giới thiệu
Giao tiếp thực kết nối ngã mạch hay hệ thống với ngã vào mạch hay hệ thống khác Do tính chất vềđiện khác họ IC TLL CMOS nên việc giao tiếp nhiều trường hợp nối trực tiếp mà phải nhờ
một mạch trung gian nối tầng thúc tầng tải sau cho tín hiệu tầng thúc phù hợp với tín hiệu vào tầng tải dịng điện tầng thúc phải đủ thúc cho tầng tải
Dưới điều kiện để thúc trực tiếp:
- Khi dòng điện tầng thúc lớn dòng điện vào tầng tải hai trạng thái thấp cao
- Khi hiệu ngã tầng thúc trạng thái thấp cao phù hợp với
điện vào tầng tải
Như vậy, trước xét trường hợp cụ thể ta xem qua bảng kê tham số họ IC
Tham số CMOS (VDD = 5V) TTL
4000B 74HC 74HCT 74 74LS 74AS 74ALS VIH(min) 3.5V 3.5V 2.0V 2.0V 2.0V 2.0V 2.0V
VIL(max) 1.5V 1.0V 0.8V 0.8V 0.8V 0.8V 0.8V
VOH(min) 4.95V 4.9V 4.9V 2.4V 2.7V 2.7V 2.7V
VOL(max) 0.05V 0.1V 0.1V 0.4V 0.5V 0.5V 0.4V
IIH(max) μA μA μA 40 μA 20 μA 200 μA 20 μA
IIL(max) μA μA μA 1.6 mA 0.4 mA mA 100 μA
IOH(max) 0.4 mA mA mA 0.4 mA 0.4 mA mA 0.4 mA
IOL(max) 0.4 mA mA mA 16 mA mA 20 mA mA Hình: Bảng số tính kỹ thuật CMOS TTL
2 Dùng TTL thúc CMOS
- TTL thúc CMOS dùng điện thấp (VDD = 5V)
Từ bảng tính kỹ thuật trên, ta thấy dịng điện CMOS có trị nhỏ so với dịng TTL, dịng điện khơng có vấn đề
Tuy nhiên, so sánh hiệu TTL với hiệu vào CMOS ta thấy VOH(min) tất loạt TTL thấp so với VIH(min) CMOS Như vậy,
phải có biện pháp nâng hiệu TTL lên Điều thực
điện trở kéo lên mắc ngã IC TTL
Hình: Điện trở kéo lên
VCC = 5V
(7)- TTL thúc 74HCT
Như nói đây, loạt 75HCT loạt CMOS thiết kế tương thích với TTL nên thực kết nối mà không cần điện trở kéo lên
- TTL thúc CMOS dùng nguồn cao (VDD = +10V)
Ngay dùng điện trở kéo lên, điện ngã mức cao TTL không
đủ cấp cho ngã vào CMOS, người ta phải dùng cổng đệm có ngã để hở dùng nguồn cao (IC 7407 chẳn hạn) để thực giao tiếp
3 Dùng CMOS thúc TTL
- CMOS thúc TTL trạng thái cao
Từ bảng tính kỹ thuật, ta thấy dòng điện mức cao CMOS đủ cấp cho TTL, dịng điện khơng có vấn đề
- CMOS thúc TTL trạng thái thấp
Dòng điện vào trạng thái thấp TLL thay đổi khoảng từ 100μA đến 2mA Vậy hai loạt giao tiếp với IC TTL mà khơng có vấn đề Tuy nhiên, với loạt 4000B, IOL nhỏ không đủ giao tiếp với IC TTL, người ta phải
dùng cổng đệm để nâng dòng tải loạt 4000B trước thúc - CMOS dùng nguồn cao thúc TTL
Có số IC loạt 74LS, chế tạo đặc biệt, nhận điện vào cao khoảng 15V, có thểđược thúc trực tiếp CMOS dùng nguồn cao Tuy nhiên, đa số