Các phần tử lôgic cơ bản trong IC

Các phần tử lôgic cơ bản trong IC Các hàm lôgic được thực hiện nhờ các hệ vật lý được gọi là các mạch lôgic, trong các mạch lôgic tổ hợp thì tín hiệu ở đầu ra chỉ phụ thuộc các tín hiệu

Các phần tử lôgic cơ bản trong IC

Các hàm lôgic được thực hiện nhờ các hệ vật lý được gọi là các mạch lôgic, trong các mạch lôgic tổ hợp thì tín hiệu ở đầu ra chỉ phụ thuộc các tín hiệu ở đầu vào tại thời điểm đang xét

Có nhiều phương pháp vật lý (điện tử, cơ học, cơ điện, thuỷ lực…) để thực hiện các hàm lôgic cơ bản AND (và), OR (hoặc), NOT (phủ định), NOR, NAND, XOR

Các phần tử lôgic cơ bản thực hiện các hàm lôgic cơ bản là các mạch lôgic tổ hợp có ít nhất hai đầu vào (ngoại trừ NOT) và chỉ một đầu ra (quy ứơc: A; B; C… là các đầu vào, Y là đầu ra), chúng được tích hợp trong IC Ta sẽ xem xét các phần tử này theo cách mô tả từ ký hiệu, bảng thật (bảng chân trị), biểu thức Boole đến sơ đồ thời gian mô tả hoạt động của nó (tức từ mô tả tĩnh đến mô tả động)

Phần tử lôgic AND: AND có chức năng như là một cổng, cổng đóng khi tín hiệu ở các đầu vào

không đủ và cổng mở khi đủ các tín hiệu ở các đầu vào Hình 2 mô tả AND

Hình 2: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử AND

Một ví dụ sử dụng phần tử lôgic AND như là một phần của bộ cộng nhị phân, Hình 3 cho phép cộng 1+1= 10 Trong đó cổng AND được dùng ở mạch số nhớ (C)

Trên thị trường có IC 7408 (còn gọi là chip 7408) là loại có 4 phần tử AND độc lập, lôgic dương, mỗi phần tử có hai đầu vào, chung nguồn điện, có 14 chân (còn gọi là pin), chân 14 và chân 7 là chân +Vcc và chân GND, ở góc dưới bên trái có dấu tròn để xác định chân 1 và theo thứ tự từ trái sang phải đến chân 7, từ 8-14 theo thứ tự từ phải sang trái

Hình 3: Bộ cộng nhị phân dùng cổng AND

Phần tử lôgic OR: OR cũng có chức năng như là một cổng, cổng mở chỉ cần có một tín hiệu (lôgic1) đặt lên một đầu vào Hình 4 mô tả OR (còn có ký hiệu khác, nhưng theo người viết bài thì cách ký hiệu này thể hiện tính chất OR hơn)

Hình 4: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử OR

Một ví dụ sử dụng OR chiếu sáng dấu +/- (P/N) trong dụng cụ đo số như Hình 5 Dấu (-) sáng khi đầu vào A(N) có logic1 và đầu vào B (P) có logic 0, dấu (+) sáng khi cả hai đầu vào có logic

1

Hình 5: Dùng cổng OR chiếu sáng dấu +/- Trên thị trường có IC 7432 là loại có 4 phần tử OR độc lập, được mô tả như IC 7408 ở trên Phần tử lôgic NOT: NOT có chức năng đảo tín hiệu (đảo lôgic 1 ở đầu vào thành lôgic 0 ở đầu ra

và ngược lại) Hình 6 mô tả NOT

Hình 6: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử NOT

Một ví dụ dùng NOT như là bộ giải mã (chuyển đổi số nhị phân sang số thập phân), xem Hình 7 Đầu vào là một số nhị phân 2 bit B="1," A="0." Đầu ra là số thập phân tương ứng (số 2)

Hình 7: Bộ giải mã nhị phân dùng NOT

Phần tử lôgic NOR (còn gọi là OR đảo): NOR có chức năng đảo tín hiệu ở đầu ra của OR (có thể đảo ở cổng ra hoặc đảo ở ngay các cổng vào) Hình 8 mô tả NOR (đảo cổng ra)ss NOR là phần

tử lôgic đa năng, dùng nhiều trong mạch số, có thể dùng NOR thay cho cổng OR có đảo hoặc AND bằng cách: nối hai NOR một cách thích hợp cho ra OR hoặc nối ba NOR cho ra AND (Bạn đọc dễ dàng tự vẽ được cách kết nối)

Hình 8: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử NOR

Phần tử lôgic NAND (còn gọi là AND đảo): NAND có chức năng đảo tín hiệu ở đầu ra AND (có thể đảo ở cổng ra hoặc ở ngay các cổng vào) Mô tả NAND như Hình 9 NAND là phần tử lôgic

đa năng, nếu kết nối thích hợp sẽ được AND, OR, NOT (Bạn đọc dễ dàng tự vẽ được cách kết nối)

Phần tử lôgic XOR: Phần tử này khá giống OR, chỉ khác ở hàng cuối trong bảng thật Hình 10

mô tả XOR (còn có ký hiệu khác, người viết bài thấy dùng ký hiệu phù hợp với ký hiệu OR ở trên)

Hình 9: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử NAND

Hình 10: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử XOR XOR là phần tử đa năng, thường được dùng trong bộ số học của máy tính, ví dụ làm bộ cộng hai

số nhị phân như ứng dụng của cổng AND ở Hình 4

Các phần tử lôgic nhiều đầu vào trong IC: Các phần tử lôgic cơ bản trên, có thể còn có nhiều

đầu vào, song các phép toán không thay đổi (ví dụ: ABC="Y" cho phần tử logic AND có ba đầu vào)

Tổng hợp các phần tử lôgic: Hệ lôgic phức tạp có thể nhận được bằng cách kết nối các phần tử

lôgic cơ bản theo hai nguyên tắc sau:

Đầu ra của một phần tử lôgic cơ bản có thể nối với một hoặc nhiều phần tử cơ bản khác;

Hai đầu ra của hai phần tử lôgic cơ bản không được nối trực tiếp với nhau

Quá trình tổng hợp hệ lôgic phức tạp từ các phần tử lôgic cơ bản được thực hiện theo ba bước sau:

Bước 1: Lập bảng thật mô tả hoạt động của hệ cần tổng hợp, tử bảng thật này viết ra hàm lôgic

của hệ;

Bước 2: Giảm thiểu tối đa hàm lôgic của hệ, dạng hàm cuối cùng thường là tích các tổng hoặc

tổng các tích;

Bước 3: Chọn các phần tử lôgic cơ bản thực hiện hàm lôgic trên

Ví dụ: Tìm sơ đồ lôgic thực hiện hàm sau:

Giảm thiểu hàm này về dạng:

Sơ đồ lôgic thực hiện hàm trên như Hình 11

Như vậy, sơ đồ lôgic thực hiện hàm W dùng 2 phần tử AND có 3 đầu vào, 2 phần tử OR, 4 phần

tử NOT ( bạn đọc nên sử dụng các chip 7404; 7432 và một chíp AND có 3 đầu vào trở lên để tự ráp mạch và tạo tín hiệu đầu vào ở các mức lôgic khác nhau, rồi kiểm tra các mức lôgic tại các đầu ra và luyện kỹ năng tổng hợp mạch lôgic Cũng trên cơ sở mạch số tự ráp này, bạn đọc tự tạo lỗi và luyện kỹ năng tìm và xử lý lỗi, vấn đề này xem các bài kỳ sau))

Trên đây, đã giới thiệu các phần tử lôgic cơ bản và sự tổng hợp chúng theo sự hoạt động của hệ thống qua lập bảng thật hoặc hàm lôgic Tuy nhiên các sơ đồ lôgic này không có nhớ (tức tín

hiệu ra chỉ phụ thuộc các tín hiệu vào tại thời điểm xét) Bằng cách kết nối thích hợp các phần tử lôgic cơ bản, ta sẽ được các mạch lôgic cơ bản có nhớ (gọi là mạch lôgic tuần tự)

Hình 11: Sơ đồ lôgic thực hiện hàm W