Bài giảng Kỹ thuật số Chương 3: Cổng logic cung cấp cho người học các kiến thức: Các khái niệm liên quan, cổng logic cơ bản, thông số kỹ thuật, giao tiếp giữa các họ IC số. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 2 CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN
- Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ liên tục theo thời gian,
thường do các hiện tượng tự nhiên sinh ra
- Tín hiệu số là tín hiệu có dạng xung gián đoạn về thời gian biên
- Hoạt động theo chương trình lập sẵn
- Ít bị ảnh hưởng của nhiễu
- Dễ chế tạo thành mạch tích hợp
Trang 3Phân loại IC số dựa vào số cổng trong một chip:
- Số cổng < 10: SSI (Small Scale Integrated)
- 10 < Số cổng < 100: MSI (Medium Scale Integrated)
- 100 < Số cổng < 1000: LSI (Large Scale Integrated)
- 1000 < Số cổng < 10000: VLSI (Very Large SI)
- 10000 < Số cổng: ULSI (Ultra Large Scale Integrated)
Trang 4Biểu diễn trạng thái Logic 1 và 0
- Người ta thường gán: Logic dương:
Điện thế cao Logic 1 ; Điện thế thấp Logic 0
Thực tế, mức Logic 1 và mức logic 0 tương ứng với môt khoảng điện thế xác định,
có một khoảng chuyển tiếp giữa mức cao và mức thấp là khoảng không xác định (ngưỡng logic) Khoảng này tùy thuộc vào họ IC sử dụng và được cung cấp trong bảng thông số kỹ thuật – Trong khoảng điện áp này có thể gây ra lỗi trong mạch số -Logic âm ngược lại
VD giản đồ điện thế các mức logic của IC số họ TTL
Trang 5 CỔNG LOGIC CƠ BẢN (Cổng logic là các mạch điện
tử có chức năng thực hiện các hàm logic)
1 Note: Khi cổng đảo được ghép chung với cổng khác thì
ký hiệu được đơn giản thành 1 dấu tròn nhỏ
- Ký hiệu
Trang 62 Cổng AND (toán tử “và”)
- Chức năng: Dùng thực hiện phép nhân logic giữa 2 hay nhiều biến nhị
phân Cổng AND có 2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra
Trang 73 Cổng OR (toán tử + “hoặc”)
- Chức năng: Dùng thực hiện phép cộng logic giữa 2 hay nhiều biến nhị
phân Cổng OR có 2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra
Trang 84 Cổng NAND
- Chức năng: Thực hiện cùng 1 lúc 2 chức năng: AND và NOT Cổng
NAND có 2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra
- Bảng sự thật
Note: Ngõ ra chỉ bằng 0 khi tất cả A và B đều bằng 1
Trang 95 Cổng NOR
- Chức năng: Thực hiện cùng 1 lúc 2 chức năng: OR và NOT Cổng NOR
2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra
- Bảng sự thật
Note: Ngõ ra chỉ bằng 1 khi tất cả A và B đều bằng 0
Y
Trang 106 Cổng BUFFER (Cổng đệm)
- Chức năng: Dùng như mạch khếch đại logic Tín hiệu qua cổng đệm
không làm thay đổi trạng thái logic
- Dùng cổng đệm để sửa dạng tín hiệu vuông hơn, đưa điện thế tín hiệu
về đúng mức logic Cổng BUFFER có 1 ngõ vào và có 1 ngõ ra
Trang 117 Cổng EX-OR
- Chức năng: Thực hiện phép toán EX-OR (cộng ngoại trừ - cộng bỏ qua số
nhớ) giữa 2 biến nhị phân Cổng EX-OR có 2 ngõ vào và có 1 ngõ ra
.B A B
A
= AB
Trang 12A B
Trang 13.D A
D B A C
B A C
B A
VD: Từ biểu thức Vẽ mạch điện
Trang 1410 SỰ CHUYỂN ĐỔI QUA LẠI GIỮA CÁC CỔNG LOGIC
Chỉ cần dùng AND và NOT hoặc OR và NOT là xây dựng đƣợc tất cả các hàm
khác có nghĩa là có thể xây dựng tất cả các cổng khác từ AND và NOT hoặc OR
và NOT Mặt khác cổng Not có thể tạo ra từ cổng NAND hoặc cổng NOR Tất
cả các hàm logic có thể đƣợc thực hiện bởi cổng NAND hoặc cổng NOR
Qui tắc: Biến đổi giữa AND, NOT OR, NOT: Thêm các cổng đảo ở ngõ vào
và ngõ ra, nếu ơ các ngõ đã có đảo rồi thì đảo này sẽ mất đi (Thực chất là sử dụng Định lý De-morgan)
B A
B A
Y
B A
Y :
B A
B A
Y
B A
Y : NOR
B A B
A
Y
B A Y
: NAND
B A B
A
Y
A.B Y
Trang 1511 TỪ NAND XÂY DỰNG CÁC CỔNG KHÁC
A.A
A Y
: NOT
A.B
A.B Y
A Y
:
B A
B A
Y : NOR
B A.
.B
A
B A.
.B A B
A Y
: OR -
A.B B
.
A
A.B B
A B
A Y
: NOR
B A
B A
Trang 16: NOT
A.B
A.B Y
A Y
: NAND
B A.
.B
A
B A.
.B A B
A Y
: OR
A.B B
.
A
A.B B
A B
A Y
: NOR
B
Trang 17 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA IC SỐ
Các đại lƣợng điện đặc trƣng
- V CC : Điện thế nguồn
- V IH (min): Điện thế ngã vào mức cao
- V IL (max): Điện thế ngã vào mức thấp
- V OH (min): Điện thế ngã ra mức cao
- V OL (max): Điện thế ngã ra mức thấp
- I IH : Dòng điện ngã vào mức cao
- I IL : Dòng điện ngã vào mức cao
- I OH : Dòng điện ngã ra mức cao
- I OL : Dòng điện ngã ra mức thấp
- I CCH , I CCL: Dòng điện qua IC, khi ngã ra ở mức cao, thấp
Trang 18Công suất tiêu tán
PD(avg) = ICC(avg).VCC
2
I
I )
avg (
ICC CCH CCL
Fan-Out là số ngã vào lớn nhất có
thể nối với ngã ra của một IC cùng
loại, hay là khả năng chịu tải của một
cổng logic
IL
OL L
IH
OH H
I
IOut
Fan
I
IOut
Thời trễ truyền là thời gian
trễ của tín hiệu logic truyền qua một cổng
tPLH: thời trễ truyền từ thấp lên cao
tPHL: thời trễ truyền từ cao xuống thấp
Trang 19Tích số công suất - vận tốc
Dùng để đánh giá chất lượng IC, đó là tích số công suất tiêu tán và thời trễ truyền
Tính miễn nhiễu tuỳ thuộc
khả năng dung nạp hiệu thế
nhiễu của mạch, được xác
Trang 20Logic nhận dòng và Logic cấp dòng
Thể hiện sự trao đổi dòng điện giữa hai tầng thúc và tầng tải
Tính Schimitt Trigger
Trang 21Để cải thiện dạng tín hiệu ngã ra, tính miển nhiễu cao chế tạo
các cổng có tính trễ điện thế, gọi là cổng Schmitt Trigger
Ký hiệu:
Trang 241,7
8 13,6
200
40
2,5 0,5 2,0 0,8
4 1,2 4,8
70
20
2,5 0,4 2,0 0,8
Trang 26Cổng cơ bản CMOS
V in T 1 T 2 V out
VDD (logic 1) ROFF = 1010 RON = 1K 0V (logic 0)
0V (logic 0) R = 1K R = 1010 V (logic 1)
Trang 27Các cổng CMOS khác
Trang 28- 74C: CMOS, có cùng chức năng, sơ đồ chân với IC TTL
- 74HC: High speed CMOS, cải tiến tốc độ giao hoán của 74C
- 74AC: Advance CMOS, cải tiến của 74HC về mặt nhiễu
Trang 29 GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ
Điều kiện để thúc trực tiếp:
- Dòng điện ra của tầng thúc dòng điện vào của tầng tải
- Điện thế ra của tầng thúc phù hợp với điện thế vào của tầng tải
3,5V 1,0V
2,0V 0,8V
2,0V 0,8V
2,0V 0,8V
2,0V 0,8V
2,0V 0,8V
VOH(min)
VOL(max)
4,95V 0,05V
4,9V 0,1V
4,9V 0,1V
2,4V 0,4V
2,7V 0,5V
2,7V 0,5V
2,7V 0,4V
20 A 2mA
200 A 2mA
20 A
100 A
IOH(max) 0,4mA 4mA 4mA 0,4mA 0,4mA 2mA 0,4mA
Trang 30TTL thúc CMOS
- TTL thúc CMOS nguồn thấp (V DD = 5V): Mắc điện trở kéo lên ở
ngã ra TTL để nâng điện thế ra của TTL
- TTL thúc 74HCT: Kết nối không cần điện trở kéo lên
- TTL thúc CMOS nguồn cao (V DD = 10V): Dùng cổng đệm có ngã
ra để hở dùng nguồn cao
Trang 31CMOS thúc TTL
- CMOS thúc TTL ở trạng thái cao: Không có vấn đề
- CMOS thúc TTL ở trạng thái thấp: Dùng cổng đệm đối với
loạt 4000B
- CMOS nguồn cao thúc TTL: Dùng cổng đệm để hạ điện thế ra
