Kỹ thuật điện tử C - Chương 8

ky thuat dien tu c

Chương 8

HỆ TỔ HỢPMạch sô ñược chia làm hai loại:

- Mạch tô hợp (Combinational Circuit)

- Mạch tuần tư% (Sequential Circuit).

Mạch tô hợp là mạch mà các ngo, ra chỉ phu% thuộc vào các ngo, vào hiện tại.

NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ TỔ HỢP

1 Phát biểu bài toán.

2 Xác ñịnh các ngo, vào va? các ngo, ra.

3 Lập bảng chân trị nêu lên mối quan hê% giữa các ngo, ra va? các ngo, vào theo yêu cầu của bài toán.

4 Xác ñịnh hàm Boole ñược ñơn giản hóa cho các hàm ngo, ra.

Ví dụ: Thiết kế mạch tổ hợp nhận một số vào là số nhị phân 4 bit ABCD (với D là LSB) Hệ có 2 ngõ ra F và G, ngõ ra F là 1 khi giá trị nhị phân của ngõ vào là 1 số chia hết cho 2 hoặc 3

và ngược lại; ngõ ra G bằng 1 khi tổng số bit 1 ở ngõ vào lớn hơn tổng số bit 0 và ngược lại.

Sơ ñồ khối

A B C D

F G

Xác ñịnh các hàm ngõ ra

∑

= ( 0 , 2 , 3 , 4 , 6 , 8 , 9 , 10 , 12 , 14 , 15 ) )

D , C , B , A (

F

∑

= ( 7 , 11 , 13 , 14 , 15 ) )

D , C , B , A (

C B A C

B A C

B A D

D C B D

B A D

C A

Trường hợp hệ tổ hợp không sử dụng hết 2 n tổ hợp của ngõ vào thì tại các tổ hợp không sử dụng ñó ngõ ra có giá trị tùy ñịnh.

Ví du-: Thiết kê một mạch tô hợp có 4 ngõ vào ABCD (với D là MSB) biểu diễn cho sô BCD Các ngõ ra giải mã cho ñèn led 7 ñoạn loại anode chung.

Sơ ñô? khối

C

A B

b c d e f g

Bảng chân trị

0 1

1 0

0 0

0 1

1 0

0

0 1

0 0

1 0

0 0

1 0

0

1 1

1 1

0 0

1 1

0 0

0

1 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0

1 1

1 1

0 0

0 1

1 1

0

0 0

0 0

0 1

0 0

1 1

0

0 0

1 0

0 1

0 1

0 1

0

0 0

1 1

0 0

1 0

0 1

0

g f

e d

c b

a A

B C

D

Outputs Inputs

Bảng chân trị

X X

X X

X X

X 1

1 0

1

X X

X X

X X

X 0

1 0

1

0 0

1 0

0 0

0 1

0 0

1

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

1

X X

X X

X X

X 1

1 1

1

X X

X X

X X

X 0

1 1

1

X X

X X

X X

X 1

0 1

1

X X

X X

X X

X 0

0 1

1

g f

e d

c b

a A

B C

D

Outputs Inputs

11

10

DC BA

a

A B C D A

B C

01 11 10

DC BA

b

A B C A

B C

A B C

c = =

A B C D A

B C A

B C

A C D B

C A

B

f = + + g = D C B + C B A

Thực hiện rút gọn trên bìa K, ta có các hàm ngo, ra:

a Mạch cộng bán phần (Half Adder – HA)

Mạch cộng bán phần là mạch cộng 2 sô nhi% phân 1 bit X và

Y, mạch tạo ra 1 bit tổng S(Sum) va? 1 bit nhơ C(Carry).

Sơ ñô? khối

Bảng chân trị

S C

Y X

Ngõ ra Ngõ vào

Y X Y

X

b Mạch cộng toàn phần (Full Adder – FA)

Mạch cộng toàn phần thực hiện phép cộng 3 sô nhi% phân 1 bit

X + Y + Z, mạch tạo ra 1 bit tổng S(Sum) va? 1 bit nhớ C(Carry).

Sơ ñô< khối

X

Z

S

C Y

F.A

Bảng chân trị

S C

Z Y

X

Ngõ ra Ngõ vào

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 0 0 1 0 1 1 1

0 1 1 0 1 0 0 1

Các hàm ngo, ra

Z Y X Z

Y X Z

Y X Z

Y X

Z Y

X

S = ⊕ ⊕

Z X Z

Y Y

X

C = + +

00 01 11 10 0

1

XY Z

S

00 01 11 10 0

1

XY Z

X Y

D B

Y X

Y X Y

X

Y X

B = =

X Y

D

0 1

B

0 1

00 01 11 10

1

1

b Mạch trừ toàn phần – Full Subtractor (F.S)

Mạch trừ toàn phần thực hiện phép trừ số học 3 bit X – Y – Z (Z:biểu diễn cho bit mượn từ vị trí có trọng số nhỏ hơn)

) Y X

( Z

Z Y X Z

Y X Z

Y X Z

Y X D

⊕

⊕

=

++

+

=

) Y X

( Z Y

X

Z Y Z

X Y

X C

++

=

++

=

M: M3 M2 M1 M0 N: N3 N2 N1 N0

S0 S1

S2 S3

C1 C2

S

F.A

X Y

Z C

S

F.A

X Y

Z C

S

F.A

X Y

Z C

S

F.A

M0 N0 M1 N1

M2 N2 M3 N3

C0

= 0

C1 C2

C3

3 MẠCH CỘNG/TRỪ NHỊ PHÂN SONG SONG

a Mạch cộng nhị phân

M – N = M + Bù_2(N) = M + Bù_1(N) + 1

M0 N0 M1 N1

M2 N2 M3 N3

C0

= 1

X Y

Z C

S

F.A

Z Y

Z C

S

F.A

X Y

Z C

S

F.A

X Y

Z C

S

S0 S1

S2 S3

M0 N0 M1 N1

M2 N2 M3 N3

C0

x y

z C

S

F.A

x y

z C

S

F.A

x y

z C

S

F.A

x y

z C

S

C 0 y i Phép toán

0 N i

CỘNG TRỪ 1 N i

III HỆ CHUYỂN MÃ (Code Conversion):

- Hệ chuyển mã là hệ tổ hợp làm cho 2 hệ thống tương thích nhau, mặc dù mỗi hệ thống dùng mã nhị phân khác nhau.

- Hệ chuyển mã có ngõ vào cung cấp các tổ hợp mã nhị phân A

và các ngõ ra tạo ra các tổ hợp mã nhị phân B Như vậy, ngõ vào

và ngõ ra phải có số lượng từ mã bằng nhau

Mã nhị phân B

Hệ chuyển mã

Mã nhị phân A

Ví dụ: Thiết kế hệ chuyển mã BCD thành mã BCD quá 3

B

C D

W

X Y

IV MẠCH GIẢI MÃ (DECODER):

- Mạch giải mã là hệ chuyển mã thực hiện chuyển ñổi mã nhị phân cơ bản n bit ở ngõ vào thành mã 1 trong m ở ngõ ra

c Mạch giải mã có ngõ vào cho phép:

- Ngoài các ngõ vào dữ liệu, mạch giải mã có thể có 1 hay nhiều ngõ vào cho phép

- Khi các ngõ vào cho phép ở trạng thái tích cực thì mạch giải mã mới ñược hoạt ñộng và ngược lại, khi ñó các ngõ ra ở trạng thái không tích cực

IC giải mã:

a IC 74139: gồm 2 mạch giải mã 2 sang 4 ngõ ra tích cực thấp

1Y 0 1Y 1 1Y 2 1Y 3

1A (LSB)

1B

1G

2Y 0 2Y 1 2Y 2 2Y 3

12 11 10 9

15 14 13

Dùng mạch giải mã thực hiện hàm Boole

Mỗi ngõ ra của mạch giải mã n sang 2 n (ngõ ra tích cực cao) là

1 minterm(tích chuẩn) n biến Nếu ngo, ra tích cực thấp thi? mỗi ngõ ra là 1 Maxterm(tổng chuẩn) Do ño, 1 mạch giải mã

n sang 2 n kết hợp với các cổng logic có thê ñược dùng ñê thực hiện 1 hoặc nhiều hàm Boole n biến.

Ví dụ : dùng 74LS138 và các cổng cần thiết thực hiện các hàm sau:

F1(x,y,z) = ΠΠ (0,1,3)

F2(x,y,z) = ∑∑(1,4,5)

F3(x,y,z) = ∑∑(0,1,2,5,6,7)

F1(x,y,z) = ΠΠ (0,1,3)

3 1

0 M M M

) z , y , x ( 1

F2(x,y,z) = ∑∑(0,4,5)

5 4

m )

z , y , x ( 2

F3(x,y,z) = ∑∑(0,1,2,5,6,7)

4

3 M M

) 4 , 3 ( )

z , y , x ( 3 F

=

Giải

5 4

m + +

=

5 4

0 m m m

=

5 4

0 M M M

=

C(MSB)

G2A G2B

0 M M M

) z ,

V MẠCH MÃ HÓA (ENCODER):

- Encoder là mạch chuyển mã thực hiện hoạt ñộng ngược lại với decoder Nghĩa là encoder có m ngõ vào theo mã nhị phân 1

trong m và n ngõ ra theo mã nhị phân cơ bản (với m ≤ 2 n ).

- Với ngõ vào I i ñược tích cực thì ngõ ra chính là tổ hợp giá trị nhị phân i tương ứng.

0 1

0

1 1

3 1

* Mạch mã hóa có ưu tiên (Priority Encoder):

Mạch mã hóa có ưu tiên là mạch mã hóa sao cho nếu có nhiều hơn 1 ngõ vào cùng tích cực thì ngõ ra sẽ là giá trị nhị phân của ngõ vào có ưu tiên cao nhất.

2 IC mã hóa ưu tiên 8 →→3 (74148):

7 6

VI MẠCH DỒN KÊNH (Multiplexer - MUX):

- MUX 2 n →1 là hệ tổ hợp có nhiều ngõ vào nhưng chỉ có 1 ngõ

ra Ngõ vào gồm 2 nhóm: m ngõ vào dữ liệu (data input) và n

ngõ vào lựa chọn (select input)

- Với 1 giá trị i của tổ hợp nhị phân các ngõ vào lựa chọn, ngõ vào dữ liệu D sẽ ñược chọn ñưa ñến ngõ ra (m = 2 n )

D 0

D 1 :

D m-1

S 0 (LSB)

S 1 :

S n-1

Y

Ngõ vào dữ liệu (Data Input)

Ngõ vào lựa chọn (Select Input)

Tổng quát: Y = ∑ m i D i

IC dồn kênh:

a 74LS153: gồm 2 MUX 4 →→→1

1G 1C 0 1C 1 1C 2 1C 3

A (LSB)

B

1Y

2G 2C 0 2C 1 2C 2 2C

b 74151: MUX 8 →→→1

EN

A (LSB)

B C

Sử dụng MUX thực hiện hàm Boole:

a Dùng MUX 2 n thực hiện hàm Boole n biến:

EN

A (LSB)

B C

0

1 0

F

b Dùng MUX 2 n thực hiện hàm Boole n+1 biến:

A (LSB)

B

1Y

2G 2C 0 2C 1 2C 2 2C 3

2Y

y x 0 1 0 z

D 0 = 1

D 1 = 0

D = z

D 2 = z

VII MẠCH PHÂN KÊNH (DEMUX):

Mạch có 1 ngõ vào dữ liệu, n ngõ vào lựa chọn và 2 n ngõ ra

- Với 1 giá trị i của tổ hợp nhị phân các ngõ vào lựa chọn, ngõ vào dữ liệu D sẽ ñược ñưa ñến ngõ ra Y

Y 0

Y 1 :

Y m-1

S 0 (LSB)

S 1 :

S n-1

D

Ngõ vào dữ liệu (Data Input)

Ngõ vào lựa chọn (Select Input)

Ngõ ra

1Y 0 1Y 1 1Y 2 1Y 3 1G 1C

B A

1Y 0 1Y 1 1Y 2 1Y 3

A (LSB)

0 2Y 1 2Y 2 2Y 3

12

10 11

VIII MẠCH SO SÁNH ðỘ LỚN (Comparator):

- Mạch so sánh là hệ tổ hợp thực hiện so sánh 2 số nhị phân không dấu A và B (mỗi số n bit)

- Mạch so sánh có 3 ngõ ra (A>B), (A=B) và (A<B); chỉ có 1 ngõ ra tích cực theo kết quả so sánh

* Mạch so sánh 3 bit:

A: A 2 A 1 A 0 B: B 2 B 1 B 0

Sử dụng biến trung gian:

B

2

AGTBOUT = (A>B) + (A=B)AGTBIN

AEQBOUT = (A=B) AEQBIN

ALTBOUT = (A<B) + (A=B)ALTBIN