BÁO CÁO BÀI 1 CỔNG LÔGIC (1) ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI – ĐẶC TRƯNG

Đầu ra ở trạng thái “1” đèn LED sáng 3.Khảo sát nguyên lý hoạt động của cổng không đảo với collector hở O.C.Open collector 3.1.. Dùng dây có chốt hai đầu nối lối vào A của cổng IC2/a v

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO BÀI 1: CỔNG LÔGIC (1) ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI – ĐẶC TRƯNG

HỌ TÊN SINH VIÊN: NGUYỄN MINH TUẤN

MÃ SINH VIÊN : 20021595

HỌ TÊN SINH VIÊN: LƯƠNG HỒNG MINH

MÃ SINH VIÊN :20021553

LỚP TÍN CHỈ : 2223I_ELT3103_46

1 Định nghĩa – Bảng chân lý

1.1 Yếu tố logic chứa 1 bít thông tin

2 Nối công tắc logic LS8 của bộ công tắc DATA SWITCHES của

DTLAB-201N với chốt 15 của bộ chỉ thị LED đơn (LOGIC INDICATORS) Gạt công tắc theo các vị trí ký hiệu “1” và “0”

Bảng D1-1 Công tắc LS8 Đèn LED Mức

thế trạng thái Ký hiệu Ký hiệu toán học

“1” Sáng V = 4,1 H (High – cao) 1

“0” Tắt V = 0 L (Low – thấp) 0

3 Sử dụng đồng hồ đo thế ở chốt 15 của bộ chỉ thị LED đơn (LOGIC

INDICATORS) Ghi giá trị thế đo vào bảng D1-1 theo trạng thái của công tắc LS8 (đã điền ở bảng trên)

S

4 Phát biểu định nghĩa về mức logic và yếu tố logic chứa 1 bít thông tin

Định nghĩa mức logic: Là mức điện áp được dùng để biểu diễn 2 miền giá trị khác nhau, tạo thành 2 miền giá trị khác nhau Mức 1 biểu thị mức logic cao còn mức 0 biểu thị mức logic thấp

Bảng D1-2

1.2 Các cổng logic

1 Cấp nguồn +5V cho mảng sơ đồ D1 – 1a

2 Khảo sát nguyên lý hoạt động của cổng đảo (Inverter)

2.1 Nối đầu ra C của cổng đảo IC1 (hình D1-1a) với một chốt của bộ chỉ

thị logic - LOGIC INDICATORS/ DTLAB-201N Dùng dây nối lối vào A của một cổng IC1 (ví dụ IC1/a) với một công tắc logic LS8 của DTLAB-201N Gạt công tắc từ 0 → 1 và từ 1 → 0, quan sát trạng thái tương ứng của đèn LED chỉ thị: LED sáng - trạng thái lối ra IC1 là cao (1), LED tắt - trạng thái lối ra IC1 là thấp (0)

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý

D1-2

2.2 Theo kết quả bảng chân lý D1-2, định nghĩa về cổng đảo Viết công

thức đại số logic cho cổng đảo Nhận xét trường hợp lối vào bỏ lửng tương ứng với trạng thái nào của lối vào?

Công tắc LS8 Lối vào A Lối ra

C

Lối vào IC1/a bỏ lửng 0 0

Bảng D1-2

Công thức đại số logic cho cổng đảo y = x Với x là lối vào, y là lối ra

Trường hợp lối vào bỏ lửng: tương ứng với trạng thái “0” của lối vào Đầu ra ở trạng thái “1” ( đèn LED sáng)

3.Khảo sát nguyên lý hoạt động của cổng không đảo với collector hở ( O.C.Open collector)

3.1 Nối đầu ra C của IC2/a (hình D1-1b) với chốt bộ chỉ thị logic – LOGIC

INDICATORS/ DTLAB-201N Dùng chốt ra C với chốt LR để mắc tải ngoài cho cổng hở Dùng dây có chốt hai đầu nối lối vào A của cổng IC2/a với công tắc logic LS8 của mảng DATA SWITCHES/ DTLAB-201N Gạt công tắc từ

0 → 1 và từ 1 → 0, quan sát trạng thái tương ứng của đèn LED chỉ thị: LED sáng - trạng thái lối ra IC2 là cao (1), LED tắt - trạng thái lối ra IC2 là thấp (0)

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý

D1-3

Bảng D1-3

Công tắc LS8 Lối vào A Lối ra C

0 0 0

Lối vào IC2/a bỏ

3.2 Theo kết quả bảng chân lý D1-3, định nghĩa về cổng không đảo Viết

công thức đại số logic cho cổng không đảo

Nhận xét trường hợp lối vào bỏ lửng tương ứng với trạng thái nào của lối vào? Định nghĩa cổng không đảo: là cổng logic cho trạng thái lối ra đúng bằng trạng thái lối vào

Công thức đại số: y = x Với y là lối ra, x là lối vào

Nhận xét: trường hợp lối vào bỏ lửng tương đương với trạng thái lối ra cao ( trạng thái “1”)

4 Khảo sát nguyên lý hoạt động của cổng “KHÔNG VÀ” có hai lối vào

(2-Input NAND)

4.1 Nối đầu ra C của IC3/a (hình D1-1c) với chốt 15 của bộ chỉ thị logic

– LOGIC INDICATORS/ DTLAB-201N Dùng dây có chốt hai đầu nối lối vào A & B của cổng IC3/a với một công tắc logic LS7, LS8 của mảng DATA SWITCHES/ DTLAB-201N Gạt công tắc từ 0 → 1 và từ 1 → 0, tương ứng với bảng D14, quan sát trạng thái tương ứng của đèn LED chỉ thị: LED sáng -trạng thái lối ra IC3/a là cao (1), LED tắt - -trạng thái lối ra IC3/a là thấp (0) Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của

LS7 LS8 Lối vào A Lối vào B Lối ra

C

41

4.2 Theo kết quả bảng chân lý D1-4, định nghĩa về cổng NAND Viết

biểu thức logic cho cổng NAND Nhận xét trường hợp lối ra khi một trong hai lối vào thấp (0), để kết luận cổng NAND có làm việc theo kiểu “HOẶC ĐẢO” (NOR) với mức logic 0 hay không?

Định nghĩa: Cổng NAND là cổng mà lối ra ở mức thấp chỉ khi 2 lối vào ở mức cao

Biểu thức logic cổng NAND: C = AB với A, B là lối vào, C là lối ra Trong trường hợp một trong hai lối vào thấp, cổng NAND làm việc giống NOR với mức

logic 0

4.3 Bỏ lửng không nối chân B của IC1/a, chân A nối với công tắc logic LS7, Chân

C nối với chốt 15 bộ chỉ thị logic - LOGIC INDICATORS/ DTLAB-201N Gạt công tắc chuyển trạng thái từ 0 → 1 và từ 1 → 0, theo dõi trạng thái ra So sánh với cổng đảo trong mục 2.2

Khi để lửng chân B thì khi A ở mức logic “0” thì NAND hoạt động như cổng đảo Nhưng khi A ở mức logic “1” thì đầu ra không đảo

5 Khảo sát nguyên lý hoạt động của cổng “NAND” có hai lối vào với lối ra

collector hở

5.1 Nối đầu ra C của IC4/a (hình D1-1d) với chốt 15 của bộ chỉ thị logic

– LOGIC INDICATORS/ DTLAB-201N Nối chốt C với chốt LR để nối tải ngoài cho cổng hở Dùng dây có chốt hai đầu nối các lối vào A & B của cổng IC4/a với công tắc logic LS7, LS8 của mảng DATA SWITCHES/ DTLAB-201N Gạt công tắc từ 0 → 1 và từ 1 → 0, tương ứng với bảng D1-5, quan sát trạng thái tương ứng của đèn LED chỉ thị: LED sáng - trạng thái lối ra IC4/a là cao (1), LED tắt - trạng thái lối ra IC4/a là thấp (0)

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý

D1-5

Bảng D1-5 LS7 LS8 Lối vào Lối vào B Lối ra

A C

5.2 So sánh kết quả trong D1-5 với bảng chân lý D1-4 của cổng NAND trong mục

4

Kết quả trong bảng D1-4 và D1 – 5 giống nhau

6 Khảo sát nguyên lý hoạt động của cổng “HOẶC” có hai lối vào (2-Input OR).

Bảng D1-6

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D1-6

LS7 LS8 Lối vào A Lối vào B Lối ra C

6.2 Theo kết quả bảng chân lý D1-6, định nghĩa về cổng OR Viết công thức đại

số logic cho cổng OR

Nhận xét trường hợp lối ra khi một trong hai lối vào thấp (0), để kết luận cổng OR

có làm việc theo kiểu “VÀ” (AND) với mức logic 0 hay không?

Định nghĩa: Cổng OR là cổng mà chỉ cần có một đầu vào của nó ở mức cao thì đầu

ra sẽ ở mức cao

Công thức đại số: C = A + B Với A, B là lối vào, C là lối ra

Khi cả hai đầu vào ở mức thấp thì đầu ra cổng OR ở mức thấp Điều này giống với đầu ra của cổng AND ở mức logic “0”

7 Khảo sát nguyên lý hoạt động của cổng “ HOẶC - LOẠI TRỪ” có hai lối vào ( 2 – Input XOR)

8 Bằng lý luận, dựa trên kết quả thí nghiệm với cổng có hai lối vào, lập bảng chân lý và viết biểu thức đại số logic cho:

- Cổng AND 2 lối vào.

Biểu thức đại số logic:

Y= A B

- Cổng NAND 4 lối vào

Y= ABCD

- Cổng OR với 3 lối vào

Y = A + B + C

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào củ

2 Phân loại cổng Logic

2.1 Cổng AND loại Diode logic (DL)

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý

D1-8

Bảng D1-8 LS7 LS8 Lối vào

A Lối vào B Lối ra C

Nguyên lý hoạt động:

+ Khi cả 2 đầu vào ở mức cao, diode D1, D2 phân cực ngược, dòng không qua diode mà qua LED nên đầu ra ở mức cao

+ Khi có 1 trong 2 đầu vào hoặc cả 2 đầu vào ớ mức thấp thì 1 trong 2 diode phân cực thuận, dòng qua diode, không qua LED Vì vậy, đầu ra ở mức thấp

Ưu – nhược điểm;

+ Ưu điểm : mạch điện nhỏ, đơn giản.

+ Nhược điểm : điện áp lối ra nhỏ

2.2 Cổng NAND loại Resistor – Transistor Logic (RTL)

Bảng D1-9 LS7 LS8 Lối vào

A Lối vào B Lối ra C

Nguyên lý hoạt động:

+ Khi cả 2 lối vào đông thời ở mức logic cao, điện áp tại B cao, transistor ở chế độ dẫn, dòng Ic chạy thẳng xuống cực emitter nên lối ra ở mức thấp

+ Khi 1 trong 2 hoặc cả 2 lối vào ở mức logic thấp, điện áp tại B thấp, transistor ngưng dẫn, dòng Ic đi thẳng qua LED nên lối ra ở mức cao

Ưu nhược điểm:

+ Ưu điểm : Cần ít transistor

+ Nhược điểm: Công suât tiêu tán cao khi transistor dẫn cồng kềnh, tốc độ chậm

2.3 Cổng NAND loại Diode – Transistor Logic (DTL)

Bảng D1-10 LS7 LS8 Lối vào

A Lối vào B Lối ra C

0 1 0 1 1

Nguyên lý hoạt động:

+ Khi cả 2 lối vào ở mức cao, cả 2 diode D5, D6 phân cực nghịch Dòng 5V qua R6, R7 vào cực base của transistor khiến cho Vb hoạt động ở mức logic cao Vì vậy, transistor hoạt động ở chế độ dẫn, dòng Ic chạy thẳng xuống emiter dẫn đến lối ra có mức logic thấp( đèn LED tắt)

+ Khi 1 trong 2 hoặc cả 2 lối vào ở mức logic thấp, 1 trong 2 diode D5, D6 hoặc cả

2 diode sẽ phân cực thuận Dòng điện qua R6, đi qua diode dẫn đến Vb hoạt động

ở mức logic thấp Vì vậy transistor hoạt động ở chế độ ngắt, dòng Ic chạy thẳng qua LED dẫn đến lối ra có mức logic cao (đèn LED sáng)

2.4 Cổng NAND loại Transistor – Transistor Logic (TTL)

Bảng D1-11 LS7 LS8 Lối vào

A Lối vào B Lối ra C

Nguyên lý hoạt động:

+ Khi cả 2 lối vào đều ở mức cao:

Coi transistor Q3, Q4 hoạt động như cặp diode có cực p nối với nhau Cả 2 lối vào ở mức cao dẫn đén lớp tiếp giáp BE của Q3, Q4 phân cực nghịch Dòng điện

từ nguồn chảy qua trở R10, đi vào các cực collector của Q3, Q4 và cùng vào cực base của transistor Q5 Kết quả là Q5 sẽ hoạt động ở chế độ dẫn bão hòa( Do dòng vào cực base rất lớn)

Q5 dẫn làm cho cực base của Q6 hoạt động ở mức logic thấp Q6 ngắt Thế nhưng emiter của Q6 ở mức thấp

Q5 dẫn khiến cho dòng cực qua emiter của Q5, đi vào cực base của Q7, khiến cho Q7 hoạt động ở chế độ dẫn bão hòa( do vòng vào cực base rất lớn) Vc = Vcesat = 0.2V

Xét tại diode D9, thế tại anode = 0.2V > thế tại cathode = 0 nên diode D9 phân cực ngược, không dẫn

Vì vậy, lối ra của mạch có mức logic thấp

+ Khi 1 trong 2 hoặc cả 2 lối vào hoạt động ở mức thấp:

1 trong 2 transistor Q3, Q4 dẫn (do lối vào cực base ở mức cao) Điều này dẫn đến cực base của transistor Q5 có mức logic thấp, Q5 ngắt

Q5 ngắt nên Q6 sẽ hoạt động ở chế độ dẫn ( do đầu vào cực base của Q6

có mức logic cao) Do đó tại lối ra emiter của Q6 sẽ có mức logic cao

Q5 ngắt nên Q7 cũng ngắt ( do cực base của Q7 không có dòng đi qua)

Do đó tại cực collector của Q7 sẽ có mức logic thấp

Diode D9 phân cực thuận (do đầu cathode nối với cực emiter của Q6, anode nối với collector của Q7)

Vậy lối ra của mạch sẽ mang mức logic cao

2.5 Cổng NAND collector hở

Bảng D1-12

LS1 LS2 Lối vào A Lối vào B C (Nối J1) C (Không nối J1)

3 Cổng CMOS

Bảng D1-13 DS1 DS2 Lối vào

A Lối vào B Lối ra C

Bảng trạng thái này giống với các bảng trạng thái của cổng NAND tại bảng D1-10

4 Bộ chuyển đổi mức TTL – CMOS & CMOS – TTL

Bảng D1-14

Công tắc LS1 V(A) V(B) V(C-D) V(E) V(F)

Trạng thái TTL CMOS CMOS TTL TTL