Sách hướng dẫn học tập Điện tử số: Phần 1 - Trường ĐH Thủ Dầu Một

Sách hướng dẫn học tập Điện tử số cung cấp các kiến thức cơ bản về hệ thống số đếm, các lý thuyết cơ sở về đại số logic, các bước thiết kế mạch tổ hợp, mạch tuần tự, cụ thể như: mạch mã hóa, giải mã, phân kênh, dồn kênh, các mạch số học, FlipFlop, thanh ghi, mạch đếm không đồng bộ, đồng bộ;...Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 dưới đây.

Trang 1

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Trang 2

Mục Lục

Mục lục hình 3

Mục lục bảng 7

Chương 1: HỆ THỐNG SỐ 10

1.1 MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG 10

1.2 HỆ THỐNG SỐ 10

1.3 SỐ NHỊ PHÂN 11

1.4 SỐ THẬP LỤC PHÂN 13

1.5 HỆ BÁT PHÂN 16

1.6 TRƯỜNG HỢP SỐ CHUYỂN ĐỔI KHÔNG LÀ SỐ NGUYÊN 18

1.7 SỐ BCD (Binary Coded Decimal) 20

1.8 SỐ CÓ BIT DẤU VÀ KHÔNG CÓ BIT DẤU 20

1.9 BÀI TẬP 25

Chương 2: CÁC CỔNG LOGIC - ĐẠI SỐ BOOLE 27

2.2 CỔNG LOGIC 27

2.3 CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC CỔNG 37

2.4 ĐẠI SỐ BOOLE 38

2.5 THIẾT LẬP HÀM BOOLE 42

2.6 BÌA KARNAUGH 44

2.7 THIẾT KẾ MẠCH SỐ 46

2.8 BÀI TẬP 49

Chương 3: MẠCH TÍCH HỢP 53

3.2 GIỚI THIỆU VỀ IC 53

3.3 HỌ TTL 53

3.4 HỌ CMOS (Complementary Metal Oxid Semi-conductor) 63

3.5 GIAO TIẾP GIỮA TTL VÀ CMOS 64

3.6 BÀI TẬP 67

Chương 4: MẠCH TỔ HỢP 68

4.2 MẠCH SO SÁNH 68

4.3 MẠCH KIỂM TRA CHẴN LẺ 71

4.4 MẠCH ĐA HỢP VÀ GIẢI ĐA HỢP 72

4.5 MẠCH MÃ HÓA - GIẢI MÃ 76

4.6 BÀI TẬP 85

Chương 5: MẠCH TUẦN TỰ 86

Trang 3

5.2 FLIP FLOP (FF) 86

5.3 MẠCH ĐẾM LÊN NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỒNG BỘ (KĐB) 94

5.4 MẠCH ĐẾM XUỐNG KHÔNG ĐỒNG BỘ 108

5.5 MẠCH ĐẾM ĐỒNG BỘ (Synchronous Counter) 114

5.6 THANH GHI DỊCH (Shift Register) 131

5.7 BÀI TẬP 146

Chương 6: MẠCH CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ 147

6.2 DAC (Digital to Analog Converter) 147

6.3 ADC (Analog to Digital Converter) 154

6.4 BÀI TẬP 164

Chương 7: VI MẠCH NHỚ 165

7.2 KHÁI NIỆM VỀ VI MẠCH NHỚ 165

7.3 TỔ CHỨC VI MẠCH NHỚ 172

7.4 MỞ RỘNG DUNG LƯỢNG BỘ NHỚ 177

7.5 GIỚI THIỆU VI MẠCH NHỚ 180

7.6 BÀI TẬP 183

Giới thiệu phần mềm Protues 184

Tài liệu tham khảo 199

Trang 4

Mục lục hình

Hình 2-1: Ký hiệu cổng NOT 27

Hình 2-2: Mạch tương đương công tắc cổng NOT 28

Hình 2-3: Mạch tương đương cổng NOT dùng BJT 28

Hình 2-4: Ký hiệu cổng OR 29

Hình 2-5: Mạch tương đương công tắc cổng OR 30

Hình 2-6: Mạch tương đương Diode của cổng OR 30

Hình 2-7: Ký hiệu cổng AND 30

Hình 2-8: Mạch tương đương công tắc cổng AND 31

Hình 2-9: Ký hiệu cổng NOR 31

Hình 2-10: Mạch tương đương công tắc cổng NOR 32

Hình 2-11: Ký hiệu cổng NAND 33

Hình 2-12: Mạch tương đương công tắc cổng NAND 33

Hình 2-13: Ký hiệu cổng EX-OR 34

Hình 2-14: Mạch nửa cộng 35

Hình 2-15: Mạch nửa trừ 36

Hình 2-16: Ký hiệu cổng EX-NOR 36

Hình 2-17: Cổng NAND, NOR sang NOT 37

Hình 2-18: Cổng NAND sang AND, NOR sang OR 37

Hình 2-19: AND sang NAND, OR sang NOR 37

Hình 2-20: NAND sang OR, NOR sang AND 38

Hình 2-21: AND sang NOR, OR sang NAND 38

Hình 2-22: Các phép toán cộng 39

Hình 2-23: Các phép toán nhân 39

Hình 2-24: Đảo của đảo 39

Hình 2-25: Định lý kết hợp (phép nhân) 40

Hình 2-26: Định lý kết hợp (phép cộng) 40

Hình 2-27: Định lý phân phối 41

Hình 2-28: Định lý DeMorgan 1 42

Hình 2-29: Định lý DeMorgan 2 42

Hình 2-30: Hàm Boole 43

Hình 2-31: Mạch thiết kế 48

Hình 3-1: Đặc tính của TTL 55

Hình 3-2: TTL có ngõ ra dạng cột chạm 57

Hình 3-3: TTL có ngõ ra cực thu để hở 58

Hình 3-4: TTL có ngõ ra 3 trạng thái 58

Hình 3-5: Cổng NAND 3 trạng thái 59

Hình 3-6: Cổng NOT Schmitt trigger và giản đồ tín hiệu 60

Hình 3-7: TTL lái CMOS 65

Hình 3-8: TTL lái CMOS với Vcc khác Vdd 65

Hình 3-9: CMOS lái TTL 66

Hình 3-10: CMOS lái TTL với Vdd khác Vcc 67

Hình 4-1: Mạch so sánh 69

Hình 4-2: Sơ đồ chân IC 7485 70

Hình 4-3: Mạch nguyên lý 7485 70

Trang 5

Hình 4-4: Mạch thu phát Parity chẵn 71

Hình 4-5: Sơ đồ khối mạch đa hợp 73

Hình 4-6: Sơ đồ logic của bộ đa hợp từ 4 sang 1 73

Hình 4-7: Sơ đồ chân IC đa hợp 74

Hình 4-8: IC 74151A thực hiện đa hợp từ 16 sang 1 74

Hình 4-9: Sơ đồ khối giải đa hợp 75

Hình 4-10: Mã hóa 10 đường sang 4 77

Hình 4-11: IC mã hóa 79

Hình 4-12: Sơ đồ nguyên lý IC 7442 81

Hình 4-13: LED 7 đoạn 81

Hình 4-14: LED Anode chung 82

Hình 4-15: LED Cathode chung 82

Hình 4-16: Giải mã BCD sang LED 7 đoạn CA 84

Hình 4-17: Giải mã BCD sang LED 7 đoạn CC 85

Hình 5-1: Ký hiệu FF 87

Hình 5-2: RS-FF dùng cổng NAND 88

Hình 5-3: RS-FF dùng cổng NOR 89

Hình 5-4: RS-FF có xung C K 90

Hình 5-5: Thời gian trễ khi tác động 91

Hình 5-6: Ký hiệu JK-FF 91

Hình 5-7: D-FF 93

Hình 5-8: D-FF từ JK-FF 93

Hình 5-9: Mạch đếm lên 4 bit 95

Hình 5-10: Giản đồ thời gian mạch đếm lên dùng 4 FF 96

Hình 5-11: Mạch đếm lên MOD10 98

Hình 5-12: Mạch đếm lên MOD 6 99

Hình 5-13: Mạch đếm chặn từ số 2 10 đến số 8 10 100

Hình 5-14: Sơ đồ logic của IC 7490 101

Hình 5-16: Mạch đếm lên MOD 10 dùng 7490 103

Hình 5-17: Mạch đếm lên MOD 6 dùng IC 74LS90 104

Hình 5-23: Giản đồ thời gian IC 4017 107

Hình 5-26: Mạch đếm xuống dùng 4 FF 109

Hình 5-27: Giản đồ thời gian của mạch đếm xuống dùng 4 FF 110

Hình 5-28: Mạch đếm xuống MOD 7 112

Hình 5-29: Mạch đếm xuống chặn từ số 9 10 đến số 4 10 113

Hình 5-30: Mạch đếm lên đồng bộ 3 bit 115

Hình 5-31: Giản đồ thời gian cho mạch đếm lên đồng bộ 3 bit 116

Hình 5-32: Thời gian trễ trong đếm đồng bộ 116

Trang 6

Hình 5-33: Giản đồ trạng thái của đếm đồng bộ 117

Hình 5-34: Mạch đếm lên đồng bộ MOD10 dùng JK-FF 120

Hình 5-35: Sơ đồ chân IC 74190, 74191 120

Hình 5-38: Mạch đếm xuống MOD 10 dùng 74190 122

Hình 5-41: Mạch nguyên lý đếm lên từ số 3 đến số 8 125

Hình 5-42: Mạch nguyên lý đếm xuống từ số 8 đến số 3 125

Hình 5-43: Sơ đồ chân IC 74192 126

Hình 5-49: Mạch nguyên lý đếm lên từ số 3 đến số 8 dùng IC 74192 130

Hình 5-50: Mạch nguyên lý đếm xuống từ số 8 đến số 4 dùng IC 74192 131

Hình 5-51: Thanh ghi vào nối tiếp ra nối tiếp 132

Hình 5-52: Thanh ghi vào nối tiếp ra song song 132

Hình 5-53: Thanh ghi vào song song ra song song 133

Hình 5-54: Quy trình thiết kế thanh ghi 134

Hình 5-55: Thanh ghi 4 bit có hai điểm sáng, 2 điểm tắt 135

Hình 5-56: Sơ đồ chân IC 74164, 74194 141

Hình 5-57: Thanh ghi dịch 5 sáng, 3 tắt dịch xen kẽ 8 bit dùng IC 74164 143

Hình 5-60: Thanh ghi dịch phải 2 sáng, 1 tắt dịch xen kẽ 4 bit dùng IC 74194 144

Hình 5-61: Thanh ghi dịch trái 4 sáng, 4 tắt dịch xen kẽ 4 bit dùng IC 74194 145

Hình 6-1: Sơ đồ khối của một bộ chuyển đổi DAC 148

Hình 6-2: Dạng sóng bậc thang của DAC 4 bit 149

Hình 6-3: DAC 4 bit dùng điện trở và bộ khuếch đại đảo 151

Hình 6-4: Sơ đồ chân IC DAC0800 153

Hình 6-5: Mạch nguyên lý IC 0800 153

Hình 6-6: Sơ đồ chân IC DAC0808 154

Hình 6-7: Mạch nguyên lý IC 0808 154

Hình 6-8: Sơ đồ khối của một lớp ADC đơn giản 155

Hình 6-9: Cách lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào 157

Hình 6-10: Sơ đồ của mạch lấy mẫu và nhớ mẫu 158

Hình 6-11: Sơ đồ của một ADC nhanh 159

Hình 6-12: Sơ đồ chân IC ADC0804 161

Hình 6-13: Mạch nguyên lý ADC0804 162

Hình 6-15: Mạch nguyên lý IC0808 163

Hình 7-1: Bộ nhớ bán dẫn 165

Hình 7-2: Bộ nhớ cơ bản 32x4 167

Trang 7

Hình 7-3: Ba nhóm truyền (bus) kết nối bộ nhớ trong với CPU 171

Hình 7-4: Cấu trúc bên trong của RAM 64X4 176

Hình 7-5: Kết hợp 2 chip 16x4 thành bộ 16x8 178

Hình 7-6: Kết hợp 2 chip 16x4 thành bộ 32x4 180

Hình 7-7: (a) Kí hiệu logic của EPROM M2732A; (b) Sơ đồ chân; (c) Vỏ EPROM với cửa sổ tia tử ngoại; (d) Chế độ hoạt động của EPROM M2732A 181

Hình 7-8: Ký hiệu EPROM, chức năng các chân IC 2764 182

Hình 7-9: Hình dạng và sơ đồ chân IC 2764 183

Trang 8

Mục lục bảng

Bảng 1-1: Trọng số bit của số nhị phân 11

Bảng 1-2: Bảng chuyển đổi giữa các hệ đếm 14

Bảng 1-3: Bit mẫu của một vài số nhị phân tiêu biểu 22

Bảng 2-1: Bảng sự thật cổng NOT 27

Bảng 2-2: Bảng sự thật cổng OR 29

Bảng 2-3: Bảng sự thật cổng AND 31

Bảng 2-4: Bảng sự thật cổng NOR 32

Bảng 2-5: Bảng sự thật cổng NAND 33

Bảng 2-6: Bảng sự thật cổng EX-OR 34

Bảng 2-7: Bảng sự thật mạch nửa cộng 35

Bảng 2-8: Bảng sự thật mạch nửa trừ 35

Bảng 2-9: Bảng sự thật cổng EX-NOR 36

Bảng 2-10: Bảng trạng thái định lý hoán đổi 40

Bảng 2-11: Bìa K 4 biến 45

Bảng 2-12: Bìa K 46

Bảng 2-13: Vị trí giá trị số trong bìa K 46

Bảng 2-14: Bảng trạng thái hàm Ysp 47

Bảng 2-15: Bảng trạng thái 4 biến 48

Bảng 2-16: Bìa K 4 biến 49

Bảng 3-1: Các họ TTL 54

Bảng 3-2: Công suất tiêu thụ điển hình cho 1 số họ TTL 56

Bảng 3-3: Giao tiếp TTL với CMOS 64

Bảng 3-4: Giao tiếp CMOS với TTL 66

Bảng 4-1: Bảng so sánh 2 số nhị phân 3 bit 69

Bảng 4-2: Dữ liệu cho mạch phát parity 4 bit 72

Bảng 4-3: Bảng trạng thái mạch đa hợp 73

Bảng 4-4: Bảng trạng thái mạch giải đa hợp 75

Bảng 4-5: Bảng trạng thái mạch mã hóa 10 đường sang 4 76

Bảng 4-6: Bảng trạng thái IC 74147 78

Bảng 4-7: Bảng trạng thái IC 4512 79

Bảng 4-8: Bảng trạng thái mạch giải mã 4 đường sang 10 80

Bảng 4-9: Hoạt động của 7447 83

Bảng 4-10: Một số IC giải mã 84

Bảng 5-1: Bảng sự thật RS-FF dùng cổng NAND 88

Bảng 5-2: Bảng sự thật RS-FF dùng cổng NOR 89

Bảng 5-3: Bảng sự thật RS-FF có xung C K 90

Bảng 5-4: Bảng sự thật JK-FF 92

Bảng 5-5: Bảng sự thật D-FF 93

Bảng 5-6: Bảng sự thật mạch đếm 3 bit 94

Bảng 5-7: Bảng trạng thái mạch đếm lên 4 bit 97

Bảng 5-8: Bảng chức năng các chân không đồng bộ của IC 7490 102

Bảng 5-9: Bảng chức năng các chân không đồng bộ của IC 7493 105

Bảng 5-10: Bảng trạng thái mạch đếm xuống 4 bit 111

Bảng 5-11: Bảng trạng thái mạch đếm đồng bộ 3 bit 115

Trang 9

Bảng 5-12: Bảng trạng thái JK cho thiết kế đồng bộ 118

Bảng 5-13: Bảng trạng thái JK thiết kế mạch đếm lên đồng bộ MOD 10 118

Bảng 5-14: Bảng trạng thái thanh ghi 2 sáng, 2 tắt 4 bit 134

Bảng 5-15: Bìa K thanh ghi 2 sáng, 2 tắt 135

Bảng 5-16: Chế độ dịch của IC 74194 142

Bảng 6-1: Mối quan hệ điện áp ra tương ứng ngõ vào số 152

Bảng 6-2: Mối quan hệ điện áp vào tương ứng ngõ ra số 160

Bảng 6-3: Mối quan hệ giữa điện áp Vref/2 với Vin 162

Bảng 7-1: Cách bố trí các địa chỉ và vị trí ô nhớ 168

Bảng 7-2: Hoạt động đọc và ghi 169

Bảng 7-3: Bảng minh họa dữ liệu tại mỗi địa chỉ 173

Bảng 7-4: Bảng minh họa dữ liệu tại mỗi địa chỉ với hệ Hex 174

Bảng 7-5: Chế độ hoạt động của EPROM 182

Trang 10

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, điện tử số ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống - xã hội

Ở Việt Nam có rất nhiều tài liệu nói về lĩnh vực kỹ thuật điện tử số Một số tài liệu được dịch từ sách nước ngoài, một số tài liệu được những giáo sư, tiến sĩ đầu ngành biên soạn

Xuất phát từ việc phải có một tài liệu giảng dạy phù hợp với điều kiện giảng dạy và học tập riêng của khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại học Thủ Dầu Một Chúng tôi đã biên soạn sách hướng dẫn học tập Điện tử số nhằm tạo điều kiện thuận lợi nhất cho giảng viên và sinh viên của khoa trong việc dạy và học tập môn học này

Tài liệu sách hướng dẫn học tập Điện tử số biên soạn phù hợp với chương trình môn học Điện tử số đã được phê duyệt Nó cung cấp các kiến thức cơ bản về hệ thống

số đếm, các lý thuyết cơ sở về đại số logic, các bước thiết kế mạch tổ hợp, mạch tuần

tự, cụ thể như: mạch mã hóa, giải mã, phân kênh, dồn kênh, các mạch số học, Flop, thanh ghi, mạch đếm không đồng bộ, đồng bộ, v.v…,

Tài liệu này giúp sinh viên có khả năng thực hiện logic các hệ thống trên bằng cổng logic, bằng mạch giải mã, Mux, v.v…

Tuy nhiên, đây là lần đầu biên soạn nên sẽ không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để có một sản phẩm hoàn thiện hơn trong lần in ấn sau!

Mọi góp ý xin gửi về Khoa Điện - Điện tử Trường Đại Học Thủ Dầu Một

Trang 11

Chương 1: HỆ THỐNG SỐ

1.1 MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

Trong chương này, chúng ta khảo sát các hệ số thường dùng và cách chuyển đổi qua lại giữa các hệ số này Ngoài ra, vấn đề số có dấu và không có dấu cũng được trình bày

Chương này cung cấp các kiến thức cơ bản phục vụ cho các chương sau Cho nên, sinh viên phải thực hiện lại được các ví dụ và bài tập Từ đó, tự cho mình các ví dụ, bài tập tương tự và giải chúng để tự khám phá tri thức

1.2 HỆ THỐNG SỐ

Hệ thống số thường dùng gồm có 4 hệ cơ bản sau:

- Hệ nhị phân: Bin (cơ số 2) - Binary: Hệ này dùng 2 phân số 0, 1 để biểu diễn Khi viết số nhị phân, thường viết kèm theo cơ số 2 của nó

Ví dụ: 1012; 11002

- Hệ bát phân: Oct (cơ số 8) - Octal: Hệ này dùng 8 phân số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7

để biểu diễn Khi viết số bát phân, thường viết kèm theo cơ số 8 của nó

Ví dụ: 1018; 568

- Hệ thập phân: Dec (cơ số 10) - Decimal: Hệ này dùng 10 phân số: 0, 1, 2, 3, 4, 5,

6, 7, 8 và 9 để biểu diễn Khi viết số thập phân, thường viết kèm theo cơ số 10 của nó

Ví dụ: 11010; 5610

- Hệ thập lục phân: Hex (cơ số 16) - Hexa Decimal: Hệ này dùng 16 phân số: 0, 1,

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E và F để biểu diễn Khi viết số thập lục phân, thường viết kèm theo cơ số 16 của nó

Ví dụ: 1A16; F016

Trong kỹ thuật số, hệ nhị phân và hệ thập lục phân được sử dụng phổ biến

Trang 12

Với một số nhị phân 8 bit là B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 thì bit thứ 8 (B7) là bit có

ý nghĩa (trọng số) lớn nhất, được gọi là MSB (Most Significant Bit) và ý nghĩa của các bit còn lại giảm dần đến B0 Bit B0 là bit có ý nghĩa (trọng số) thấp nhất được gọi là LSB (Less Significant Bit)

Trọng số bit được biểu diễn bởi vị trí bit trong số nhị phân đó, nó được tăng dần từ phải sang trái

Bảng 1-1 cho ví dụ về vị trí và trọng số bit của 1 ký số nhị phân

Bảng 1-1: Trọng số bit của số nhị phân

Trọng số bit 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20

Giá trị Dec 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1

1.3.2 Mã hóa từ thập phân sang nhị phân (X10 → X2)

Phương pháp: Ta lấy số thập phân cần đổi chia cho 2 (2 là cơ số của số nhị phân) và lưu lại số dư Đến khi thương số bằng không thì dừng lại, số dư được lấy ngược từ dưới lên chính là số nhị phân cần chuyển đổi

Ví dụ: Mã hoá số 3710 sang số nhị phân

Ta thực hiện như sau:

37 : 2 = 18 dư 1

Trang 13

Ta có thể thực hiện việc mã hóa trên dựa vào giá trị trọng số bit của số đó

Ví dụ: Mã hoá số 3710 sang số nhị phân

5 -4 1

1 -1 0

Trang 14

1.3.3 Giải mã từ nhị phân sang thập phân (X2 →X10)

Phương pháp: Lấy tổng các số hạng, trong đó mỗi số hạng là từng chữ số nhân với 2

mũ trọng số của chính chữ số đó

Dựa vào bảng trên ta có thể đổi một số nhị phân bất kỳ thành số thập phân tương ứng

Ví dụ: 101101012 = X10

Ta sẽ đổi từng bit nhị phân ứng với trọng số của nó ra số thập phân

Như vậy số thập phân tương ứng với số nhị phân 101101012 là: 1*27 + 0*26 + 1*25 + 1*24 + 0*23 + 1*22 + 0*21 + 1*20 = 128 + 0 + 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 18110 Bài tập

Đổi các số nhị phân sau đây ra thập phân:

Hệ thập lục phân được dùng khá rộng rãi trong hệ thống vi xử lý Nó dùng hai ký số

để biểu diễn bởi 8 bit, mỗi một nhóm 4 bit cho một kí số Các kí số biểu diễn trong hệ thập lục phân được biểu diễn bởi 0-9 và A-F, 16 kí số này thể hiện được một hệ đếm

cơ số 16

Bảng dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa các hệ đếm: thập phân, nhị phân, thập lục phân

Trang 15

Bảng 1-2: Bảng chuyển đổi giữa các hệ đếm

ký số tiếp theo Đối với số bát phân thì một nhóm 3 bit sẽ thành 1 ký số

Ví dụ: Biểu diễn số nhị phân 8 bit 010110102 sang thập lục phân

Ta có: 0101 10102 = 5A16

Như vậy, số nhị phân 8 bit 010110102 được biểu diễn sang thập lục phân là 5A16

Trang 16

1.4.2 Chuyển đổi từ thập phân sang thập lục phân

Phương pháp: Ta lấy số thập phân cần đổi chia cho 16 (16 là cơ số của số thập lục phân) và lưu lại số dư Đến khi thương số bằng không thì dừng lại, số dư được lấy ngược từ dưới lên thì chính là số thập lục phân cần chuyển đổi

Ví dụ: Chuyển đổi số 201010 sang thập lục phân

Ví dụ: Chuyển đổi số 7810 sang thập lục phân

Bước 1: Chuyển 7810 sang nhị phân: 7810 =10011102

Bước 2: Chuyển nhị phân sang thập lục phân : 10011102 = 4E16

Trang 17

1.4.3 Chuyển đổi từ thập lục phân sang thập phân

Phương pháp: Lấy tổng các số hạng, trong đó mỗi số hạng là từng chữ số nhân với

Đây là hệ đếm ít thông dụng hơn, người ta dùng 8 ký tự số để biểu diễn một số: 0, 1,

2, …., 7 Như vậy, một số ở hệ bát phân thì không có ký tự số lớn hơn 7

Trang 18

1.5.2 Cách đổi từ thập phân sang bát phân

Phương pháp: Tương tự cách đổi từ thập phân sang nhị phân, từ thập phân sang thập lục phân: ta lấy số thập phân cần đổi chia cho 8 và lưu lại số dư Đến khi thương số bằng không thì dừng lại, số dư được lấy ngược từ dưới lên thì chính là số bát phân cần chuyển đổi

Ví dụ: Đổi số thập phân 9810 thành bát phân

98 : 8 = 12 dư 2

12 : 8 = 1 dư 4

1 : 8 = 0 dư 1

Như vậy: 9810 = 1428

1.5.3 Cách đổi từ bát phân sang thập phân

Phương pháp: Tương tự như cách đổi nhị phân sang thập phân, thập lục phân sang thập phân Các số bát phân cũng có các trọng số của nó Chúng ta lấy tổng các số hạng, trong đó mỗi số hạng là từng chữ số nhân với 8 mũ trọng số của chính chữ số đó

Trang 19

1.6 TRƯỜNG HỢP SỐ CHUYỂN ĐỔI KHÔNG LÀ SỐ NGUYÊN

1.6.1 Mã hóa từ thập phân sang nhị phân

Khi gặp những trường hợp này thì phần nguyên của số ta tiến hành tương tự như trên Phần thập phân giải quyết bằng cách: lấy phần thập phân lần lượt nhân cho 2, đến khi nào phần thập phân bằng 0 thì kết thúc

Ví dụ: chuyển đổi số 22,37510 sang số nhị phân

1.6.2 Giải mã từ nhị phân sang thập phân

Tương tự như cách đổi trên, ta sẽ đổi từng bit nhị phân ứng với trọng số của nó ra thập phân

Phần thập phân của số nhị phân sẽ có trọng số từ trái sang phải lần lượt là: 2-1, 2-2, 23

1.6.3 Mã hóa từ thập phân sang bát phân

Phần nguyên của số thập phân như trên, phần thập phân ta lần lượt nhân cho 8, đến khi nào phần thập phân bằng 0 thì kết thúc

Ví dụ: Đổi số 37,312510 sang X8

Phần nguyên: 3710 = 458

Trang 20

Phần thập phân:

0,3125 x 8 = 2,5 = 0,5 nhớ 2

0,5 x 8 = 4,0 = 0 nhớ 4

Vậy: 37,312510 = 45,248

1.6.4 Giải mã từ bát phân sang thập phân

Tương tự như cách đổi trên, ta sẽ đổi từng số hạng bát phân ứng với trọng số của nó

1.6.5 Mã hóa từ thập phân sang thập lục phân

Phần nguyên của số thập phân như trên, phần thập phân ta lần lượt nhân cho 16, đến khi nào phần thập phân bằng 0 thì kết thúc

1.6.6 Giải mã từ thập lục phân sang thập phân

Tương tự như cách đổi trên, ta sẽ đổi từng số hạng thập lục phân ứng với trọng số của nó ra thập phân

Trang 21

Phần thập phân của số thập lục phân sẽ có trọng số từ trái sang phải lần lượt là: 16-1,

1.7 SỐ BCD (Binary Coded Decimal)

BCD là một dạng số thập phân được mã hóa bởi số nhị phân Mỗi thành phần của số BCD là một số nhị phân 4bit, có giá trị thập phân tương ứng từ 0 đến 9 như sau:

0000 → 0001 → 0010 → 0011 → 0100 → 0101 → 0110 → 0111 → 1000 → 1001

Để chuyển đổi từ một số BCD sang thập phân ta chỉ đơn giản chia từng nhóm 4 bit

và đưa về thập phân tương ứng

Trang 22

Trong tính toán số học, ta dùng dấu (+) để chỉ số dương và dấu (-) để chỉ số âm Do

đó, ta phải tìm cách để diễn tả các số nhị phân có dấu Cách thực hiện cơ bản là thêm bit ở bên trái để chỉ dấu: bit 0 chỉ số dương và bit 1 chỉ số âm Khi đó, số nhị phân có dấu sẽ gồm 2 phần: dấu và độ lớn

1.8.2 Các phương pháp thực hiện

Có ba phương pháp được dùng trong vấn đề số có dấu:

1 Phương pháp bit dấu và giá trị

2 Phương pháp bù một

3 Phương pháp bù hai

a) Phương pháp 1: Bit dấu và giá trị

Trong phương pháp này, số nhị phân chứa cả dấu và giá trị của nó Vì vậy số âm và dương được biểu diễn như sau:

Trang 23

Giá trị của số âm được biểu diễn bằng cách lấy bù 1 của giá trị dương của số đó và ngược lại Số bù 1 được thực hiện bằng cách chuyển đổi bit [1] thành bit [0] và ngược lại

Số bù 2 của một số là số bù 1 của số đó và cộng với 1

Ví dụ: tìm số bù 2 của +410

Bước 1: Số nhị phân của 410 0000 01002

Bước 2: Lấy bù một của 410 1111 10112

Bước 3: Cộng thêm 1 vào số bù 1 thì ta được số bù 2 của +410 là: 1111 11002

Sau đây là bảng bit mẫu của một vài số nhị phân tiêu biểu (bảng 1-3)

Bảng 1-3: Bit mẫu của một vài số nhị phân tiêu biểu

Trang 25

Trong số nhị phân tổng 1000 01002, MSB chính là bit dấu có giá trị là [1] nên là số

âm, lấy bù 2 của các bit lại chính là 12410 nên 1000 01002 mới có giá trị là -12410 (bit dấu không xét trong giá trị)

Rõ ràng các cấu hình bit là như nhau, chỉ có ý nghĩa mới thay đổi Trong ví dụ 1 ta giả sử cấu hình bit là không dấu và bộ cộng tạo ra số không dấu Trong ví dụ 2, cấu hình bit là số có dấu, nên bộ cộng tạo ra kết quả là số có dấu

Điều này chứng tỏ một điều rất quan trọng đó là bộ cộng trong khối ALU (Arithmetic - Logic - Unit) luôn luôn cộng các số lại với nhau như thể chúng là những

số không dấu Ưu điểm của bù 2 là cấu hình bit được giải thích theo các kiểu khác nhau Điều này cho phép ta làm việc với cả số có dấu và số không dấu mà không cần dùng các bộ cộng khác nhau cho mỗi trường hợp

Các phép toán bù 2 mặt khác làm đơn giản hoá khối ALU Trong tất cả các con vi

xử lý đều có lệnh trừ Vì vậy khối ALU phải có chức năng trừ một số này cho số khác Tuy nhiên, nếu tạo thêm mạch trừ trong khối ALU thì mạch điện sẽ trở nên phức tạp

và giá thành sẽ cao

Thực ra, phương pháp bù 2 sẽ cho phép ALU sử dụng mạch cộng để thực hiện phép trừ Như vậy, vi xử lý đã sử dụng cùng mạch điện cho cả việc thực hiện phép cộng và phép trừ

Trang 26

Bộ vi xử lý có thể thực hiện phép trừ bằng cách cộng trực tiếp số bù 2 của số trừ vào

số bị trừ

Từ ví dụ trên cho thấy nguyên nhân chính của việc dùng hệ thống bù 2 trong số có dấu Nó cho phép bộ vi xử lý thực hiện phép trừ và phép cộng trên cùng một mạch điện

Trang 27

1.9.4 Chuyển đổi các số hạng dưới đây sang số nhị phân 8 bit và thực hiện phép tính

Trang 28

Chương 2: CÁC CỔNG LOGIC - ĐẠI SỐ BOOLE

2.1 MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

Trong chương này, chúng ta khảo sát các cổng logic thông dụng và cách chuyển đổi qua lại giữa chúng Vấn đề thiết lập hàm và đơn giản hàm Boole cũng được trình bày

Chương này cung cấp ký hiệu, biểu thức cũng như bảng trạng thái các cổng logic để phục vụ cho các chương sau Cho nên, sinh viên phải vẽ lại được ký hiệu các cổng, trình bày được bảng trạng thái các cổng cũng như thực hiện được việc đơn giản hàm Boole bằng cách dùng các đẳng thức, định lý De-Morgan hay bìa Karnaugh Làm các bài tập trong chương Từ đó, tự cho mình các ví dụ, bài tập tương tự và giải chúng để

Trang 29

Cổng NOT hay còn gọi là cổng đảo có đặc điểm là ngõ ra có trang thái ngược với ngõ vào, biểu thức được biểu diễn như sau:

Biểu thức: Y  A

c) Mạch tương đương

Cho mạch điện như hình 2-2 Khi công tắc A đóng thì đèn Y tắt, ngược lại khi công tắc A mở thì đèn Y sáng Ở đây, ta qui định A đóng là mức [1], A mở là mức [0] Tương tự như vậy, đèn sáng là mức [1], đèn tắt là mức [0] Từ các trạng thái phân tích trên, ta nhận thấy mạch điện như hình 2-2 như một cổng NOT

Hình 2-2: Mạch tương đương công tắc cổng NOT

Ở hình 2-3, khi điện áp ngõ vào Vin qui định đủ lớn tức là mức [1], khi đó Q1 được phân cực cho dẫn bão hòa làm cho Vout có điện áp gần bằng 0V, tức là mức [0] Ngược lại, khi điện áp ngõ vào Vin qui định đủ nhỏ tức là mức [0], khi đó Q1 không dẫn làm cho Vout có điện áp gần bằng Vcc, tức là mức [1] Rõ ràng một cổng đảo được hình thành Trong hình này Vin chính là A, Vout là Y

Hình 2-3: Mạch tương đương cổng NOT dùng BJT

Vout

Q1 R1

Trang 31

Hình 2-5: Mạch tương đương công tắc cổng OR

Xét mạch như hình 2-5, A và B là hai công tắc đóng vai trò ngõ vào, đèn Y là ngõ

ra Đèn Y sáng khi chỉ cần A hoặc B ở mức [1] hay cả A và B cùng ở mức [1]

Hình 2-6 là mạch tương đương cổng OR dùng diode Đèn Y sáng khi chỉ cần A hoặc B ở mức [1] hay cả A và B cùng ở mức [1]

Mạch tương đương theo diode như hình 2-6

Hình 2-6: Mạch tương đương Diode của cổng OR

2.2.3 Cổng AND

a) Ký hiệu

Ký hiệu cổng AND 2 ngõ vào như hình 2-7

Hình 2-7: Ký hiệu cổng AND

Cổng AND là cổng có ít nhất 2 ngõ vào và một ngõ ra Mối quan hệ giữa ngõ vào

và ngõ ra được thông qua biểu thức: Y=A.B = AB

b) Bảng sự thật

Ở cổng này, ngõ ra Y lên [1] khi tất cả các ngõ vào lên [1] Chỉ cần một ngõ vào xuống [0] thì ngõ ra sẽ xuống [0] Tính chất được thể hiện ở bảng 2-3 bên dưới

Y A

B

LED Y

B

R A

Trang 32

c) Mạch điện tương đương

Ta có thể dùng mạch điện để thể hiện tính chất của cổng AND như hình 2-8

Hình 2-8: Mạch tương đương công tắc cổng AND

A, B là hai ngõ vào và đèn Y là ngõ ra Đèn Y sáng khi và chỉ khi cả hai công tắc A,

Trang 33

Biểu thức cổng NOR 2 ngõ vào như sau: Y A B

b) Mạch điện tương đương

Theo mạch điện hình 2-10, khi A và B cùng mở thì Y sáng (Y= [1]) Chỉ cần A hoặc

Trang 34

c) Mạch điện tương đương

Trong mạch điện ở hình 2-12 này, A, B là hai ngõ vào, đèn Y là ngõ ra Ngõ ra Y chỉ bằng [0] (đèn tắt) khi và chỉ khi cả hai công tắc A, B đều đóng (A= [1], B= [1])

A B

Vcc

SW A

R

LED Y

Trang 35

a) Mạch nửa cộng (half adder)

Mạch nửa cộng là một trong những ứng dụng của cổng EX-OR Đây là mạch cộng hai số nhị phân một bit Mạch được minh hoạ như hình 2-14

Trang 36

b) Mạch nửa trừ (half subtractor)

Đây chính là mạch trừ hai số nhị phân một bit Bảng sự thật 2-8 và sơ đồ mạch trên hình 2-15 cho ta thấy rõ tính chất của nó

Trang 37

Hình 2-15: Mạch nửa trừ

Trong đó WD là kết quả của phép trừ, cụ thể D (Difference) là hiệu số của phép trừ,

W (Borrow) là phần mượn khi số bị trừ nhỏ hơn số trừ

W B

B

Y A

Trang 38

2.3 CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC CỔNG

2.3.1 Từ cổng NAND hoặc NOR sang NOT: như hình 2-17

Hình 2-17: Cổng NAND, NOR sang NOT

2.3.2 Từ cổng NAND, NOR sang AND, OR: như hình 2-18

Hình 2-18: Cổng NAND sang AND, NOR sang OR

2.3.3 Từ cổng AND sang NAND, từ OR sang NOR: như hình 2-19

Hình 2-19: AND sang NAND, OR sang NOR

2.3.4 Từ NAND sang OR, từ NOR sang AND: như hình 2-20

Từ NOR sang NOT

Từ NAND sang NOT

2 3

1YA

Y=A+BB

2

3A

B

Y1

2

3B

A

Trang 39

Hình 2-20: NAND sang OR, NOR sang AND

2.3.5 Từ AND sang NOR, từ OR sang NAND: như hình 2-21

Hình 2-21: AND sang NOR, OR sang NAND

2.4 ĐẠI SỐ BOOLE

2.4.1 Giới Thiệu

Đại số Boole là đại số của các biến số 2 trạng thái của các số nhị phân

Hai trạng thái có thể là mức logic [0] và [1], hoặc trạng thái đóng và mở công tắc,

hoặc cơ sở lý luận đúng và sai, …

Thông thường ta hay gọi các biến số ngõ vào là các chữ cái A, B, C, … và các hàm

ngõ ra là các chữ cái X, Y, Z, …

2.4.2 Các phép toán cơ bản về đại số Boole

Các phép toán cơ bản trong đại số Boole

A

Trang 40

Các cổng logic minh hoạ các phép toán cộng trên hình 2-22

Ngoài ra chúng ta còn có tính chất đảo như sau: A  A

Mạch điện minh hoạ tính chất phủ định của phủ định được mô tả trên hình 2- 24

Hình 2-24: Đảo của đảo

Y =A A

2

3

1 2

A

Y= A1

2

3A

A

1 2

3

[1]

Tiêu đề	Sách hướng dẫn học tập Điện tử số: Phần 1 - Trường ĐH Thủ Dầu Một
Tác giả	ThS. Ngô Sỹ, ThS. Đỗ Đắc Thiểm
Trường học	Trường Đại học Thủ Dầu Một
Chuyên ngành	Điện Tử Số
Thể loại	Sách hướng dẫn học tập
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Thủ Dầu Một

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	1,25 MB