BÀI GIẢNG MẠCH SỐ - BÀI 1 pptx

Mạch tương tự và mạch sốMạch tương tự: Mạch tương tự mạch Analog xử lý các tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian.. Mạch số: Mạch số mạch Digital xử

MẠCH SỐ

Mã học phần: VL264

Số tín chỉ: 2

Thời gian: 30 tiết

Tài liệu tham khảo:

1 Nguyễn Hữu Phương, “Mạch Số”, Nhà xuất

bản thống kê, 2001.

2 Ronald J Tocci, “Digital Systems: principles

and applications”, Prentice-Hall international, Inc.

Về học tập, thi cử và kiểm tra:

 Seminar: 2đ

 Kiểm tra: 2đ (2 đến 4 bài kiểm tra (15 – 30 phút),

mỗi bài 0.5đ -1đ, sv thiếu 1- 2 bài kiểm tra sẽ bị

cấm thi)

 Thi cuối kỳ: 6đ

 Nộp mạch thí nghiệm: mỗi nhóm tối đa 2 sv, mỗi

mạch tối đa 2đ (đây là điểm cộng thêm)

 Nộp bài tập: trường hợp điểm tổng kết < 5đ sẽ

được xem xét nếu sv nộp bài tập đầy đủ

Bài 1

HỆ THỐNG SỐ ĐẾM VÀ

KHÁI NIỆM VỀ MÃ

I Mạch tương tự và mạch số

Mạch tương tự:

Mạch tương tự (mạch Analog) xử lý các tín hiệu tương tự (là tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian) Việc xử lý bao gồm các vấn đề: chỉnh lưu, khuếch đại, điều chế, tách sóng.

Nhược điểm:

Chống nhiễu thấp (nhiễu dễ xâm nhập)

Phân tích, thiết kế mạch phức tạp

Mạch số:

Mạch số (mạch Digital) xử lý các tín hiệu

số (là tín hiệu có biên độ biến thiên không liên tục theo thời gian hay rời rạc thời gian),

nó được biểu diễn dưới dạng sóng xung với

2 mức điện thế cao và thấp mà tương ứng với 2 mức điện thế này là 2 mức logic của mạch số Việc xử lý bao gồm các vấn đề: lọc số, điều chế số, gain điều chế số, mã hóa, giải mã, …

Một số ưu điểm của mạch số:

 Đơn giản, dễ hiểu

 Dễ phân tích, thiết kế

 Độ chính xác cao, ít ảnh hưởng bởi nhiễu

 Khả năng lưu trữ, truyền tải

 Dễ tạo mạch tích hợp

 Hoạt động có thể lập trình.

Vì vậy, hiện nay mạch số được sử dụng khá phổ biến trong tất cả các lĩnh vực: đo lường số, truyền hình số, điều khiển số, …

II Hệ thống số đếm

• Hệ đếm là tập hợp các phương pháp gọi và biểu diễn các con số bằng các ký hiệu có giá trị số lượng xác định gọi là chữ số

o Hệ đếm không theo vị trí: là hệ đếm mà

trong đó giá trị số lượng của chữ số không phụ thuộc vào vị trí của nó đứng trong con số

VD: Hệ La mã I, II, III, …

III CƠ SỐ - CHUYỂN ĐỔI CƠ SỐ

 Bất cứ một số nguyên dương R (R>1) đều có thể đượcchọn làm cơ số cho một hệ thống số

 Nếu hệ thống có cơ số R thì các số từ 0 đến (R-1) được

sử dụng

Ví dụ: nếu R=8 thì các chữ số cần thiết là0,1,2,3,4,5,6,7

Các hệ thống cơ số thông dụng trong kỹ thuật số:

 • Thập phân (cơ số 10)

 • Nhị phân (cơ số 2)

 • Bát phân (cơ số 8)

 • Thập lục phân (cơ số 16)

Đổi từ cơ số d sang cơ số 10:

Về phương pháp, người ta khai triển con số trong cơ số

d dưới dạng đa thức theo cơ số của nó

VD: 1101, đổi sang thập phân là

1101(2)=1.23 + 1.22 + 0.21 + 1.20 = 13(10)

Đổi từ cơ số 10 sang cơ số d:

Về phương pháp, người ta lấy con số trong cơ số chialiên tiếp cho cơ số d đến khi nào thương bằng khôngthì thôi

IV Hệ nhị phân (hệ cơ số 2)

Hệ nhị phân là hệ đếm mà trong đó chỉ sử dụng hai

ký hiệu 0 và 1 để biểu diễn tất cả các số Hai ký hiệu đó gọi chung là bít hoặc digit và nó đặc trưng cho mạch điện tử có hai trạng thái ổn định hay còn gọi là 2 trạng thái bền Flip-Flop (ký hiệu là FF).

Một chữ số nhị phân gọi là bit.

Chuỗi 4 bit nhị phân gọi là nibble.

Chuỗi 8 bit gọi là byte.

Chuỗi 16 bit gọi là word.

Chuỗi 32 bit gọi là double word.

 Chữ số nhị phân bên phải nhất của chuỗi bit gọi là bit

có ý nghĩa nhỏ nhất (least significant bit – LSB)

 Chữ số nhị phân bên trái nhất của chuỗi bit gọi là bit

có ý nghĩa lớn nhất (most significant bit – MSB).

 Thường dùng chữ B cuối chuỗi bit để xác định đó là

số nhị phân

V Mã BCD (Binary Code Decimal)

Trong đời sống, con người giao tiếp với nhau thông qua một hệ thống ngôn ngữ quy ước, nhưng máy tính chỉ xử

lý các dữ liệu nhị phân Do đó, vấn đề đặt ra là làm thếnào tạo ra một giao diện dễ dàng giữa người và máy tính, nghĩa là máy tính thực hiện được các bài toán do con người đặt ra Để thực hiện điều đó, người ta đặt ra vấn đề

mã hóa dữ liệu

Các lĩnh vực mã hóa như: số thập phân, ký tự, âm thanh, hình ảnh, …

o Nếu mỗi chữ số của số thập phân được mô tả bằng sốnhị phân tương ứng với nó, kết quả ta được 1 mã gọi là

 Mã BCD phải viết đủ 4 bit

 Sự tương ứng chỉ áp dụng cho số thập phân từ 0

đến 9 (số nhị phân từ 1010 đến 1111 của số nhịphân 4 bit không phải là số BCD)

10008

01117

01106

01015

01004

00113

00102

00011

00000

BCD

Thậpphân

VD:

194110 = 111100101012

1941 = 0001 1001 0100 0001BCD

BÀI 2 CỔNG LOGIC VÀ ĐẠI SỐ BOOLE

I TRẠNG THÁI LOGIC O VÀ LOGIC 1

2,0V 3,4V

5V

Logic 1 (mức cao)

Logic 0 (mức thấp)

Mức logic:

Số nhị phân có số

mã là 0,1 và cơ số là

2

Số thập phân

Số thập lục

Số nhị phân

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

Ví dụ:

112D = 0111 0000B = 70H

7 0 D: decimal

B: binary

H: hexadecimal

0 1 0 1

0 0 0 1

Bảng trạng thái (bảng

sự thật): tìm trạng thái ngõ ra theo điều kiện ngõ vào

 A = 0 -> Y = 0 bất chấp B

 A = 1 -> Y = B

Y = A.B (đọc: Y bằng A VÀ B)

0 A

1 B

0 1 0 1

0 1 1 1

Bảng trạng thái:

Y = A + B (đọc: Y bằng A HOẶC B)

 A = 0 -> Y = B

 A = 1 -> Y = 1 bất chấp B

1 0

(đọc: Y bằng A KHÔNG B)

A

Y 

 Chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra

Y = 1 :sáng

Y = 0: tắt

LED A

4 CỔNG NAND

0 0 1 1

0 1 0 1

1 1 1 0

5 CỔNG NOR

2 3

0 1 0 1

1 0 0 0

Bảng trạng thái:

74LS04

1 2

B

 A = 1 -> Y = 0

 A = 0 -> Y =

0 1 0 1

0 1 1 0

Bảng trạng thái:

Y B

A

 Cùng trạng thái ngõ ra = 0

 Khác trạng thái ngõ ra = 1

B A B

A

B A

III ĐẠI SỐ BOOLE

1

0 

0

1 

(9) X + Y = Y + X (giao hoán)

(10) X Y = Y X (giao hoán)

(11) X + (Y + Z) = (X + Y) + Z = X + Y + Z (phối hợp) (12) X(YZ) = (XY)Z = XYZ (phối hợp)

(13a) X(Y + Z) = XY + XZ (phân bố)

(13b) (W + X)(Y + Z) = WY + XY + WZ + XZ (phân bố) (14) X + XY = X

(15) X + = X + Y X Y

* Định luật De Morgan:

Y X

X.Y (17)

Y X Y

X (16)









1/ Tối giải biểu thức sau: Z  ( A  C).(B  D )

2/ Dùng cổng NAND và cổng NOT để vẽ mạch điện có biểu thức

CB

Z (e)

Q P W

X (d)

Q P N

M Y

(c)

D C B E

D C B

A Z

(b)

D) AB(C

X (a)

D C AB Y

(f)

N) M

)(

N (M

Y (e)

D ) C B

A(

Y (d)

CD AB

Y (c)

C B A

Y (b)

C B A Y

III BẢN ĐỒ KARNAUGH

Bản đồ Karnaugh là một cách trình bày bảng sự thật ởdạng bản đồ để diễn tả sự liên hệ logic giữa ngõ ra vàcác biến ngõ vào Số ô chiếm bởi một số hạng trong bản

đồ Karnaugh sẽ bằng 2n-p với n là số biến số của hàm số,

p là số biến số của mỗi số hạng

* 1 biến số: A A

A A

* 2 biến số: A A

B B

0 1 0 1

- Ô kề là ô đi từ ô này đến ô kia chỉ có một biến số thay đổi.

- Khi đơn giản biểu thức ta phải khoanh vòng tròn, mà trong vòng

đó các ô phải kề nhau và phải là vòng lớn nhất.

* 3 biến số: A B C

B

A AB AB AB C

C

DC

D C

CD

* 4 biến số:

* Ví dụ 1: Y  A B C  A B C  A B C

C B B

C

* Ví dụ 3:

D ABC CD

B A ABCD

D C B A D

C AB D

C B A Y

C

CD

C D CD

D C B A ABC

AD

Y   

C B A C

B A ABC

BC A

C B A Y

D AC CD

B A C

B A D

C A D

C Y

c)  (  )    

IV Thời gian trễ ngang qua cổng logic

td: thời gian trì hoãn

tr: thời tăng (rise time)

ton: thời gian mở (turn on time)

tp: thời gian có xung ra (pulse time)

ts: thời gian trữ(storage time)

tf: thời gian giảm (fall time)

toff: thời gian tắt (turn off time)

Thời gian trễ từ 3 – 5 ns ( nanô giây )

Người ta giảm thời gian ton và toff bằng cách gắn thêm 1 tụ CB thích hợp ngang qua RB để nạp và xã điện nhanh.

V Phân loại TTL

- Thường hay chuẩn (standard): 74

- Công suất thấp (low power): 74L

- Công suất cao (high power): 74H

- Schottky công suất thấp: 74LS

- Schottky tiên tiến (advanced schottky ): 74AS

- Schottky nhanh (fast schottky): 74F

- Schottky công suất thấp tiên tiến: 74ALS