Đề cương bài giảng môđun Kỹ thuật số (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp)

Giáo trình “Kỹ thuật số” là một môđun chuyên ngành quan trọng của ngành điện tử, hiện nay nó được ứng dụng trong hầu hết các ngành kỹ thuật và các lĩnh vực điều khiển khác. Nội dung chính của đề cương gồm có: Đại cương, FLIP - FLOP, mạch đếm và thanh ghi, mạch logic MSI, họ vi mạch TTL - CMOS, bộ nhớ, kỹ thuật ADC - DAC. Mời các bạn cùng tham khảo.

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình “Kỹ thuật số” là một môđun chuyên ngành quan trọng của ngành điện tử, hiện nay nó được ứng dụng trong hầu hết các ngành kỹ thuật và các lĩnh vực điều khiển khác Nó quan trọng đối với sinh viên các ngành trong trường, đặc biệt là ngành điện tử, điện công nghiệp và sửa chữa máy tính Để tạo điều kiện cho sinh viên học tập và nghiên cứu môđun này, khoa Điện-Điện tử- trường CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II đã biên soạn tài liệu: KỸ THUẬT SỐ làm giáo trình lưu hành nội bộ Trong quá trình biên soạn không khỏi có nhiều sai sót, bởi vậy chúng tôi rất mong được sự thông cảm và sự góp ý của đồng nghiệp và bạn đọc

Tp.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018

MỤC LỤC

Lời giới thiệu

Mục lục 2

Phần 2: Kỹ thuật số Bài 4: Đại cương 3

Bài 5: FLIP - FLOP 33

Bài 6: Mạch đếm và thanh ghi 45

Bài 7: Mạch logic MSI 68

Bài 8: Họ vi mạch TTL - CMOS 88

Bài 9: Bộ nhớ 108

Bài 10: Kỹ thuật ADC - DAC 116

Tài liệu tham khảo 146

Bài 4: ĐẠI CƯƠNG

Giới thiệu:

Hệ thống số và mã là hệ thống gồm các số thập phân, nhị phân, bát phân, thập lục phân, mã BCD, mã ASCII

Mục tiêu:

- Biểu diễn được các hệ thống số đếm

- Chuyển đổi qua lại giữa các hệ số đếm

Nội dung chính:

4.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ MẠCH SỐ

4.1.1 Định nghĩa

a Hệ thống tương tự (analog system)

Là thiết bị thao tác các đại lượng vật lý được biểu diễn dưới dạng tương tự Trong hệ thống tương tự các đại lượng có thể thay đổi trong một khoảng giá trị liên tục Một vài hệ thống tương tự thường gặp như: bộ khuếch đại âm tần, thiết bị thu phát băng từ,…Tín hiệu tương tự được minh hoạ bằng hình 4.1

Hình 4.1

b Hệ thống số (digital system)

Là tập hợp các thiết bị được thiết kế để thao tác thông tin logic hay đại lương vật lý được biểu diển dưới dạng số, tức là những đại lượng chỉ có giá trị rời rạc Đây thường là các hệ thống điện tử nhưng đôi khi cũng có hệ thống từ, cơ hay khí nén Một vài hệ thống kỹ thuật số ta thường gặp là: máy vi tính, máy tính tay, thiết

bị nghe nhìn số và hệ thống điện thoại Tín hiệu số được minh họa như hình 4.2

Hình 4.2

Mạch số có nhiều ưu điểm hơn so với mạch tương tự do đó mạch số ngày càng có nhiều ứng dụng trong ngành điện tử, cũng như trong hầu hết các lĩnh vực khác

4.1.2 Ưu nhược điểm của kỹ thuật số so với kỹ thuật tương tự

a Ưu điểm của kỹ thuật số:

- Thiết bị số dễ thiết kế hơn

- Thông tin được lưu trữ và truy cập dễ dàng và nhanh chóng

- Tính chính xác và độ tin cậy cao

- Có thể lập trình hệ thống hoạt động của hệ thống kỹ thuật số

- Mạch số ít bị ảnh hưởng bị nhiễu

- Nhiều mạch số có thể được tích hợp trên một chíp IC

b Nhược điểm của kỹ thuật số:

Hầu hết các đại lượng vật lý có bản chất tương tự, và chính những đại lượng này thường là đầu vào và đầu ra được một hệ thống theo dõi, xữ lý và điều khiển Như vậy muốn sử dụng kỹ thuât số khi làm việc với đầu vào và đầu ra dạng tương

tự ta phải thực hiện sự chuyển đổi từ tương tự sang số sau đó lại số sang tương tự, đây là một nhược điểm lớn của kỹ thuật số

Để sử dụng được hệ thồng kỹ thuật số đối với đầu vào và đầu ra là dạng tương tự ta cần thực hiện các bước sau đây:

Biến đổi đầu vào tương tự thành dạng số

Xử lý thông tin số

Biến đổi đầu ra dạng số về lại tương tự

Để hiểu được quá trình chuyển đổi đó ta xem ví dụ minh họa hình 4.3 sau:

Hình 4.3.Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển nhiệt độ Theo sơ đồ khối ở hình 4.3 thì nhiệt độ dưới dạng tương tự được đo, sau đó giá trị đo được sẽ được chuyển sang đại lượng số bằng hệ thống biến đổi tương tự sang số (Analog to Digital Converter – ADC) Đại lượng số này được xử lý qua một mạch số Đầu ra số được đưa đến bộ biến đổi số sang tương tự (Digital to Analog Converter – DAC), cuối cùng đầu ra tương tự được đưa vào bộ điều khiển

để tiến hành điều chỉnh nhiệt độ

Một nhược điểm khác của hệ thống số đó là giá thành cao, ví dụ như truyền hình số sẽ tốn kém hơn truyền hình tương tự

-Tín hiệu:

+Tương tự: Tín hiệu tương tự là một nguồn biến thiên về biên độ, mà thường

là điện áp hay dòng điện, theo thời gian Đường biểu diển của tín hiệu là dạng sóng liên tục theo thời gian

+Số: tín hiệu số là một dãy các con số (nhị phân), được biểu diễn theo từng khoản rời rạc với mức 5v biểu thị cho mức logic [1] và 0v biểu thị cho mức logic [0]

- Mạch tương tự: Là mạch xử lý tín hiệu tương tự, là tín hiệu có biên độ liên tục theo thời gian

- Mạch số là mạch xử lý tín hiệu số, là tín hiệu sóng có dạng xung (gọi là tín hiệu nhị phân) mà biên độ gồm có 2 mức:

Hình 4.4

Mức cao hay còn gọi là mức 1 ký hiệu là [1]: Là mức mà tại đó xung

có xuất hiện Đối với TTL mức cao có tầm điện áp từ 2,4v đến 5v

Mức thấp hay còn gọi là mức 0 ký hiệu là [0]: Là mức tín hiệu mà tại

đó xung không xuất hiện Đối với TTL mức thấp có tầm điện áp từ 0v đến 0,8v

- Nói đến analog ta nghĩ ngay đến sự liên tục(continuous), còn nói đến digital ta liên tưởng đến sự rời rạc(discrete # step by step) đó là sự khác nhau cơ bản giữa kĩ thuật tương tự và kĩ thuật số Sự khác biệt đó cũng như khả năng của kĩ thuật số sẽ được làm sáng tỏ dần khi chúng ta lần lượt đi vào chương trình

4.2.1 Hệ thống số thập phân(Decade System)

Hệ thập phân – hay còn gọi là hệ cơ số 10 Bao gồm 10 chữ số (ký hiệu) đó là

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Sử dụng những chữ này ta có thể biểu thị được đại lượng bất kỳ

Hệ thập phân là một hệ thống theo vị trí vì trong đó giá trị của một chữ số phụ thuộc vào vị trí của nó Để hiểu rõ điều này ta xét ví dụ sau: xét số thập phân 345

Ta biết rằng chữ số 3 biểu thị 3 trăm, 4 biểu thị 4 chục, 5 là 5 đơn vị Xét về bản

chất, 3 mang giá trị lớn nhất trong ba chữ số, được gọi là chữ số có nghĩa lớn nhất (MSD) Chữ số 5 mang giá trị nhỏ nhất, gọi là chữ số có nghĩa nhỏ nhất (LSD)

là luỹ thừa của 2 Để biểu diễn một số nhị phân lẻ ta cũng dùng dấu chấm thập phân

để phân cánh phần nguyên và phần lẻ

Ví dụ: 1000.1012 = (1x 23) + (0x 22) + (0x21) + (0x20) + (1x2-1) + (0x2-2) + (1x 2-3) = 8 + 0 + 0 + 0 + 0.5 + 0 + 0.125

= 8.125

Cách gọi nhị phân

Một con số trong số nhị phân được gọi 1 bit (Binary Digital)

Bit đầu (hàng tận cùng bên trái) có giá trị cao nhất được gọi là MSB (Most Significant Bit – bit có nghĩa lớn nhất), bit cuối (hàng tận cùng bên phải) có giá trị nhỏ nhất và được gọi LSB (Least Significant Bit – bit có nghĩa nhỏ nhất)

Số nhị phân có 8 bit được gọi là 1 byte

Lũy thừa của 210 = 1024 được gọi là 1K (kilo)

220 = 210 210 = 1K 1K = 1M (Mega)

230 = 210 220 = 1K 1M = 1G (Giga)

Tín hiệu số và biểu đồ thời gian

Biểu đồ thời gian dùng để biểu diễn sự thay đổi theo thời gian của tín hiệu

số, đặc biệt là biểu diển hai hay nhiều tín hiệu số trong cùng một mạch điện hay một hệ thống

Cách đếm nhị phân

Cách đếm một số nhị phân được trình bày theo bảng sau:

Nếu sử dụng N bit hoặc N chữ số thì ta có thể đếm được 2N số độc lập nhau

Ví dụ: sử dụng 4 bit, bước đếm cuối cùng là 11112 = 24 – 1 = 1510

4.2.3 Hệ thống số bát phân(Octal Number System)

Hệ bát phân có cơ số 8 nghĩa là có 8 ký số : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, mỗi ký số của

số bát phân có giá trị bất ký từ 0 đến 7 Mỗi vị trí ký số của hệ bát phân có trọng số như sau:

ta sẽ xem qua bảng sau là bảng liên hệ giữa các hệ thống số và các phép tính đối với số nhị phân: cộng, trừ

4.2.4 Hệ thống số thập lục phân(Hexadecimal Number System)

Hệ thống số thập lục phân sử dụng cơ số 16, nghĩa là có 16 ký số Hệ thập lục phân dùng các ký số từ 0 đến 9 cộng thêm 6 chữ A, B, C, D, E, F Mỗi một ký số thập lục phân biểu diễn một nhóm 4 ký số nhị phân

Trình tự đếm được minh họa như dưới đây:

Liên hệ giữa số Hex và số nhị phân:

Mỗi ký số của số Hex sẽ tương ứng với 4 bit của số nhị phân Ví dụ như số 6H có giá trị là 6D và số nhị phân là 0110B , số CH có giá trị là 12D và số nhị phân

là 1100B Tương tự cho các ký số khác

Như vậy một ký số thập lục sẽ tương ứng với 4 bit nhị phân Do đó số Hex

có n ký số thì sẽ có 4*n bit số nhị phân hay có n nhóm bit số nhị phân Đây cũng chính là phép biến đổi từ số Hex sang số nhị phân

Ví dụ:

7AC2H = 111 1010 1100 0010B

* Cách đổi từ số nhị phân sang số Hex:

Nếu có một số nhị phân cho trước ta chia số này ra thành từng nhóm 4 bit theo chiều từ phải sang trái, sau đó ứng với một nhóm ta sẽ được tương ứng một ký

của hệ 10 Nếu số thập phân lớn hơn 15 người ta dùng nhiều nhóm mã BCD để biểu diễn

4.2.6 Mã ASCII

Mã chữ số được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là mã ASCII Mã ASCII là

mã 7bit, nên có 27 = 128 nhóm mã, đủ để biểu thị tất cả ký tự của một bàn phím chuẩn cũng như các chức năng điều khiển Bảng dưới đây minh họa một phần danh sách mã ASCII:

Kí tự Mã ASCII 7 bit Bát phân Thập phân

4.3 CHUYỂN ĐỔI QUA LẠI GIỮA CÁC HỆ THỐNG SỐ ĐẾM

4.3.1 Đổi từ nhị phân sang thập phân

Mỗi ký số nhị phân (bit) có một trọng số dựa trên vị trí của nó Bất kỳ số nhị phân nào cũng đều có thể đổi thành số thập phân tương đương bằng cách cộng các trọng số tại những vị trí có bit 1

Để hiểu rõ hơn ta xét một vài ví dụ sau đây:

4.3.2 Đổi từ thập phân sang nhị phân

Chuyển đổi từ số thập phân nguyên sang nhị phân là dùng phương pháp lặp lại phép chia cho 2 Ví dụ, với một số thập phân 27 ta thực hiện phép chia số này cho 2 và ghi lại số dư sau mỗi lần chia cho đến khi thu được thương số bằng 0, và kết quả nhị phân hình thành bằng cách viết số dư đầu tiên là LSB và số dư cuối cùng là MSB

4.3.3 Đổi từ bát phân sang thập phân

Ta dể dàng đổi số bát phân sang thập phân tương đương bằng cách nhân từng

ký số bát phân với trọng số của nó, rồi cộng kết quả với nhau

Ví dụ: Đổi số bát phân 4708 thành số thập phân

4758 = 4x(82) + 7x(81) + 5x(80)

= 4x64 + 7x8 + 5x1

= 31710

4.3.4 Đổi từ thập phân sang bát phân

Có thể dùng phương pháp lặp lại phép chia để đổi một số nguyên thập phân sang bát phân tương đương, với số chia là 8

Ví dụ 9: Đổi số thập phân 365 thành số bát phân tương đương

4.3.5 Đổi từ thập lục phân sang thập phân

Một số thập lục phân có thể được đổi thành số thập phân tương đương dựa vào dữ liệu mỗi vị trí ký số thập lục phân có trọng số là lũy thừa 16 LSD có trọng

số là 160, ký số thập lục phân ở vị trí tiếp theo có số mũ tăng lên Quá trình chuyển đổi như sau:

Ví dụ đổi số thập lục phân 4BE16 thành số thập phân tương đương

4BE16 = 4x162 + 11x161 + 14x160

= 1024 + 176 + 14

= 121410

Chú ý, trong ví dụ trên thay 11 vào B và 14 vào E khi đổi sang thập phân

4.3.6 Đổi từ thập phân sang thập lục phân

Tương tự như cách đổi từ thập phân sang nhị phân hay bát thân, khi đổi từ thập phân sang thập lục phân ta cũng dùng cách lặp lại phép chia cho 16 và lấy số

dư như trước

Ví dụ : đổi số 76510 thành số thập lục phân

Ta thực hiện phép chia, ta được:

→ 76510 = 2FD16

Chúng ta nên nhớ rằng bất kỳ một số dư nào trong phép chia lớn hơn 9 đều được biểu diễn bởi các chữ từ A đến F khi đổi sang số thập lục phân

4.3.7 Đổi từ thập lục phân sang nhị phân

Cách đổi từ số thập lục phân sang số nhị phân cũng giống như đổi từ bát phân sang nhị phân, nghĩa là mỗi ký số thập lục phân được đổi sang giá trị nhị phân

4 bit tương đương

Ví dụ: Đổi số 8D216

4.3.8 Đổi từ nhị phân sang thập lục phân

Để đổi từ số nhị phân sang thập lục phân ta làm ngược lại cách đổi từ thập lục phân sang nhị phân Nghĩa là ta nhóm thành từng nhóm 4 bit, mỗi nhóm được đổi sang ký số thập lục phân tương đương

Ví dụ 1: Đổi số 110011011012 thành số thập lục phân

Ví dụ 2: Đổi số 10101001112 thành số thập lục phân

4.4 CÁC PHÉP TÓAN TRONG HỆ THỐNG SỐ NHỊ PHÂN

4.4.1 Cộng nhị phân

Phép cộng hai số nhị phân được tiến hành giống như cộng số thập phân Các bước của phép cộng nhị phân được áp dụng cho số nhị phân Tuy nhiên, chỉ có bốn trường hợp có thể xảy ra trong phép cộng hai số nhị phân (bit) tại vị trí bất kỳ Đó là:

0 + 0 = 0

1 + 0 = 1

1 + 1 = 1 0 = 0 + nhớ 1 cộng vào vị trí tiếp theo

1 + 1 + 1 = 11 = 1+ nhớ 1 cộng vào vị trí tiếp theo Dưới đây là một vài ví dụ về cộng hai số nhị phân:

Phép cộng là phép toán số học quan trọng nhất trong hệ thống kỹ thuật số Như ta sẽ thấy, các phép trừ, nhân và chia được thực hiện ở hầu hết máy vi tính và máy tính bấm tay hiện đại nhất thực ra chỉ dùng phép cộng làm phép toán cơ bản của chúng

4.4.2 Trừ nhị phân

Trong phép trừ nếu số trừ nhỏ hơn số trừ, cụ thể là khi 0 trừ 1, thì phải mượn

1 ở hàng cao kế và là 2 ở ở hàng đang trừ và số mượn này phải trả lại cho hàng cao

kế tương tự như phép trừ của hai số thập phân

Ví dụ: trường hợp trừ hai số nhị phân 1 bit

Ví dụ: Trừ hai số nhị phân nhiều bit

4.4.3 Biểu diễn các số có dấu

Do đa số máy tính xử lý cả số âm lẫn số dương nên cần có dấu hiệu nào đó

để biểu thị dấu của số ( + hay - ) Thường thì người ta thêm vào một bit phụ gọi là bit dấu Thông thường chấp nhận bit 0 là bit dấu biểu thị số dương, bit 1 là bit dấu biểu thị số âm

Dạng bù 1

Để có bù 1 của số nhị phân, ta thay mỗi bit 0 thành bit 1 và mỗi bit 1 thành bit 0 Nói cách khác, ta thay đổi mỗi bit trong số nhị phân đã cho thành bit bù (đảo) tương ứng

Biểu diễn số có dấu bằng bù 2:

Nếu là số dương, thì trị tuyệt đối được biểu diễn theo dạng nhị phân thực sự của nó, và bit dấu là 0 được đặt vào trước MSB

Nếu là số âm, trị tuyệt đối được biểu diễn ở dạng bù 2, và bit dấu là 1 được đặt trước MSB

Ví dụ minh họa:

Các phép tính trong bù 2 tương tự như phép tính số nhị phân bình thường

là 0 và 1 Quá trình chia được minh họa bằng ví dụ sau:

Trong ví dụ đầu tiên ta có 10012 chia cho 112, tương đương 910 chia cho 310

Thương số là 00112 = 310 Trong ví dụ thứ 2, 10102 chia cho 1002 tức là 1010 chia cho 410 kết quả là 0010.12 = 2.510

Phép chia số có dấu được thực hiện như phép nhân Số âm được biến thành

số dương bằng phép bù, sau đó mới thực hiện phép chia Nếu số bị chia và số chia

có dấu ngược nhau, thương số đổi sang số âm bằng cách lấy bù 2 nó và gán bit dấu

là 1 Nếu số bị chia và số chia cùng dấu, thương số sẽ là số dương và được gán bit dấu là 0

4.5.1 Cổng AND

Là cổng logíc có hai ngõ vào (hoặc nhiều hơn) và một ngõ ra sao cho ngõ ra

chỉ lên mức [1] khi tất cả các ngõ vào đều ở mức [1]

- Ký hiệu: Hàm Logic

Hình 4.5 Ký hiệu, hàm logic, bảng trạng thái

A,B là 2 tín hiệu ngõ vào, Y là tín hiệu ngõ ra

Y=A.B là hàm biểu diển tín hiệu ngõ ra theo 2 biến vào A,B

Bảng sự thật (bảng trạng thái)

Trên đây là cổng AND 2 ngõ vào ngoài ra ta cũng có cổng AND 3 ngõ vào,

4 ngõ vào Ở bảng sự thật ta nhận thấy rằng tín hiệu ngõ ra Y chỉ bằng 1 khi cả 2 ngõ vào A và B đều bằng 1

bóng đèn Y chỉ sáng (ở mức 1) khi cả 2 công tắt AB đều được đóng Ở hình dưới,

Y=1 (5v) khi cả 2 Diode ngưng dẫn tương ứng với A=B=1=5v

@Lưu ý:

A=0 suy ra Y=0 B

A=1 suy ra Y=B

Khi A=1 suy ra Y=1 B

Khi A=0 suy ra Y=B

Bên cạnh bảng sự thật có 2 mạch diển tả cổng OR

4.5.3 Cổng NOT

Là một loại cổng logic (tích hợp từ linh kiện điên tử rời) nhằm chuyển đổi tín hiệu có mức logic thấp ( [0]) ở ngõ vào (A) thành tín hiệu có mức logíc cao ([1]) ở ngõ ra (Y); và nếu tín hiệu ở ngõ vào ở mức cao [1] thì tín hiệu ngõ ra sẽ ở mức thấp [0]

Hình 4.7 Ký hiệu, hàm logic, bảng trạng thái

4.5.4 Cổng NAND: là cổng phủ định của cổng AND

Ký hiệu Hàm Logic

Hình 4.8 Ký hiệu, hàm logic, bảng trạng thái

Cổng NAND thực chất là sự kết hợp giữa cổng AND và cổng NOT vì vậy ta

có thể áp dụng những tính chất của các cổng tương ứng đã biết

4.5.6 Cổng EX – OR

Hình 4.10 Ký hiệu, hàm logic, bảng trạng thái

Ghi nhớ: Ngõ ra của cổng Ex-Or có 2 ngõ vào chính là mạch cộng nhị phân

Là loại cổng dùng để nắn dạng tín hiệu Vo, nhưng không làm dạng tín hiệu

Vo thay đổi mà chỉ có tác dụng sửa(nắn) tín hiệu, làm cho tín hiệu trở nên rõ ràng

hơn sau khi đi qua nhiều tầng IC

4.6 BIỂU THỨC LOGIC VÀ MẠCH ĐIỆN

4.6.1 Mạch điện biểu diễn biểu thức logic

Ví dụ: Hàm Y  A B C*

Bao gồm B AND với C rồi OR với A sau cùng là phép NOT Dưới đây là mạch Logic diễn tả hàm số trên:

Hình 4.12

4.6.2 Xây dựng biểu thức logic theo mạch điện cho trước

Ví dụ: Cho mạch Logic sau:

Chẳn hạng như ở sơ đồ trên ta đánh dấu ở các điểm là Y1, Y2, Y3, Y4

4.7 ĐẠI SỐ BOOL VÀ ĐỊNH LÝ DEMORGAN

Vậy: F3 = ( D, C, B, A ) =

= D.C.B.AD.C.B.AD.C.B.AD.C.B.AD.C.B.AD.C.B.A +

A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A

4.8.1 Đơn giản biểu thức logic bằng phương pháp đại số

Đây là phương pháp dựa vào các định lý và đẳng thức trong đại số Boole

để ta tối thiểu hóa các hệ thức Boole

VD1: Y = A.B.C + A.B.C

= A.B( C + C) = A.B

VD2: Y = A.B.C + A.B.C + A B.C = A.B( C + C) + A B.C

= A.B + A B.C = A ( B + B .C ) = A ( B + C )

4.8.2 Đơn giản biểu thức logic bằng biểu đồ Karnaugh

- Các ô là kế cận nhau khi chỉ khác nhau về giá trị của một biến nên các

ô thuộc hai cạnh bìa song song thỏa mãn tính kế cận theo từng cặp một

- Nếu kết hợp các ô mà hàm có giá trị bằng 1 thì biểu thức rút gọn có dạng mintern, trong đó biến bằng 1 viết dạng thật ( không bù), biến bằng 0 viết dạng bù

Ví dụ 1: Dùng bảng K đơn giản biểu thức sau:

Hàm có 3 biến vậy bảng K có 8 ô, số hạng nào có trong biểu thức ta sẽ tìm vị trí nó trên bảng và ghi vào số 1

Ví dụ 2:

Ví dụ 3:

Ví dụ 4:

f (A,B,C,D) = 0,2,3,6,7,8,10,11,14,15

4.9 GIỚI THIỆU MỘT SỐ IC SỐ CƠ BẢN

4.9.1 IC 7400: IC chứa 4 cổng NAND 2 ngõ vào

4.9.2 IC 7402: IC chứa 4 cổng NOR 2 ngõ vào

4.10 KHẢO SÁT CÁC IC CỔNG LOGIC VÀ RÁP MẠCH ỨNG DỤNG

4.10.1 Khảo sát_đo kiểm

a IC 7400

Hãy vẽ sơ đồ chân chức năng, cách sử dụng từ lý thuyết đã học hãy nêu

nguyên tắc đo kiểm, phát hiện hư hỏng ic, Nêu các đặc điểm cần lưu ý (nếu có)

Khảo sát từng cổng logic NAND - IC 7400

- Ráp mạch điện theo sơ đồ sau, cấp nguồn 5V:

1 2

- Đo kiểm tra điện áp nguồn cấp cho IC và các mức logic ở các chân

- Thay đổi mức logic các chân ngõ vào, quan sát LED chỉ thị ngõ ra

- Thành lập bảng trạng thái dựa trên kết quả đo được So sánh với bảng trạng thái của IC

In put Out

put

Ghi Chú

In put Out put Ghi

- Lưu ý trường hợp thả nổi các chân ngõ vào, quan sát ngõ ra và ghi chú: .…… .……

@Hướng dẫn chung: hàng “chân” để ghi số thứ tự chân chức năng của cổng Dùng VOM để đo tín hiệu điện áp được đưa vào một chân chức năng và đo điện áp ngõ ra của cổng logic đó Cột “ghi chú” để ghi nhận xét chung, thí dụ : “tốt” ,

“xấu” , chưa xác định

b IC 7402

Hãy vẽ sơ đồ chân chức năng, cách sử dụng từ lý thuyết đã học hãy nêu

nguyên tắc đo kiểm, phát hiện hư hỏng ic Nêu các đặc điểm cần lưu ý (nếu có )

Khảo sát từng cổng logic NOR - IC 7402

- Ráp mạch điện theo sơ đồ sau, cấp nguồn 5V

- Đo kiểm tra điện áp nguồn cấp cho IC và các mức logic ở các chân

- Thay đổi mức logic các chân ngõ vào, quan sát LED chỉ thị ngõ ra

“xấu” , chưa xác định…

c IC 7408

Hãy vẽ sơ đồ chân chức năng, cách sử dụng từ lý thuyết đã học Hãy nêu

nguyên tắc đo kiểm, phát hiện hư hỏng ic Nêu các đặc điểm cần lưu ý (nếu có )

Khảo sát từng cổng logic AND - IC 7408

- Ráp mạch điện theo sơ đồ sau, cấp nguồn 5V

3

U2:A

74LS08

- Đo kiểm tra điện áp nguồn cấp cho IC và các mức logic ở các chân

- Thay đổi mức logic các chân ngõ vào, quan sát LED chỉ thị ngõ ra

- Thành lập bảng trạng thái dựa trên kết quả đo được So sánh với bảng trạng thái của IC

“xấu” , chưa xác định…

d IC 7486

Hãy vẽ sơ đồ chân chức năng, cách sử dụng từ lý thuyết đã học Hãy nêu

nguyên tắc đo kiểm, phát hiện hư hỏng ic Nêu các đặc điểm cần lưu ý (nếu có)

3

U2:A

74LS86

- Đo kiểm tra điện áp nguồn cấp cho IC và các mức logic ở các chân

- Thay đổi mức logic các chân ngõ vào, quan sát LED chỉ thị ngõ ra

- Thành lập bảng trạng thái dựa trên kết quả đo được So sánh với bảng trạng thái của IC

In put Out

put

Ghi Chú

“xấu” , chưa xác định…

e IC 7432(OR)

Hãy vẽ sơ đồ chân chức năng, cách sử dụng từ lý thuyết đã học Hãy nêu

nguyên tắc đo kiểm, phát hiện hư hỏng ic Nêu các đặc điểm cần lưu ý (nếu có)

Khảo sát từng cổng logic OR - IC 7432

- Ráp mạch điện theo sơ đồ sau:

- Đo kiểm tra điện áp nguồn cấp cho IC và các mức logic ở các chân

- Thay đổi mức logic các chân ngõ vào, quan sát LED chỉ thị ngõ ra

- Thành lập bảng trạng thái dựa trên kết quả đo được So sánh với bảng trạng thái của IC

“xấu” , chưa xác định…

f IC 7404

Hãy vẽ sơ đồ chân chức năng, cách sử dụng từ lý thuyết đã học Hãy nêu

nguyên tắc đo kiểm, phát hiện hư hỏng ic Nêu các đặc điểm cần lưu ý (nếu có)

Khảo sát từng cổng logic NOT- IC 7404

- Ráp mạch điện theo sơ đồ sau, cấp nguồn 5V:

- Đo kiểm tra điện áp nguồn cấp cho IC và các mức logic ở các chân

- Thay đổi mức logic các chân ngõ vào, quan sát LED chỉ thị ngõ ra

- Thành lập bảng trạng thái dựa trên kết quả đo được So sánh với bảng trạng thái của IC

“xấu” , chưa xác định…

4.10.2 Thiết kế cơ bản

Các ngõ ra được nối ra led đơn để quan sát trực tiếp

a Từ cổng nand, hãy thiết kế các cổng còn lại: and, or, nor, not, x_or

Sơ đồ thiết kế

Nhận xét từ mạch thực tế mắc trên project board:

b Từ cổng nor, hãy thiết kế các cổng còn lại: nand, and,or, not, x_or

Sơ đồ thiết kế

Nhận xét từ mạch thực tế mắc trên project board:

c Ráp mạch điện logic có biểu thức sau:Y AB C A C. Vẽ mạch điện và thành lập bảng trạng thái dựa trên kết quả đo được So sánh với giá trị tính toán

d Ráp mạch điện có 3 ngõ vào, 1 ngõ ra Ngõ ra chỉ lên 1 khi có ít nhất 2 ngõ vào bằng 1

Mạch điện

Bài 5: FLIP FLOP

Giới thiệu:

Trong quá trình xử lý dữ liệu có một yêu cầu rất thường gặp là phải ghi nhớ lại trạng thái của dữ liệu để phục vụ cho các bước thực hiện tiếp theo, mạch điện tử đáp ứng được yêu cầu này gọi là mạch nhớ Phần tử cơ bản nhất cấu tạo nên mạch nhớ đó là mạch hai trạng thái còn gọi là FlipFlop

Mục tiêu:

- Trình bày được chức năng của các IC flipflop cơ bản

- Thực hiện lắp ráp một số mạch tuần tự thông dụng

S

Từ đây ta có bảng sự thật :

Và biểu thức hàm chức năng như sau :

Q R S

Khi R=0, S=0 F-F không đổi trạng

thái, nếu R=0, S=1 F-F sẽ được thiết lập

ở trạng thái Q=1, còn nếu R=1, S=0 thì

F-F ở trạng thái Q=0 Yếu tố duy nhất

hạn chế việc sử dụng F-F R S là trạng

thái không xác định ở ngõ ra khi các ngõ

vào R=S=1 Do không thể điều khiển F-F

trong trường hợp này nên trạng thái vào

R=S=1 được coi là trạng thái cấm

Ta có giản đồ xung mô tả hoạt động

của F-F theo thời gian như hình 5.4 :

Giả thiết trạng thái đầu của F-F Q=0 Tại thời điểm cạnh xuống của xung Ck thứ nhất R=0, S=1 nên đầu ra Q lên mức 1 Khi xuất hiện cạnh xuống của xung Ck thứ hai R=S=0 nên đầu ra Q không đổi trạng thái Q=1 Tại thời điểm tác động xung

Ck thứ ba R=1, S=0 nên đầu ra Q đảo trạng thái Q=0 Khi xuất hiện xung Ck thứ tư R=S=0, nên F-F giữ nguyên trạng thái trước đó Q=0 Thời điểm xung Ck thứ năm

R=0, S=1 đầu ra Q lại lên mức 1

Ta có thể dùng cổng logic để chế tạo F-F RS:

Biểu thức hàm chức năng : Q n1 J Q n K.Q n

Khi J=K=0 đầu ra Q giữ nguyên trạng thái trước đó, tức nếu trước khi có xung Ck Q=0 thì sau khi có xung Ck Q vẫn bằng 0, hoặc trước khi có xung Ck Q=1 thì sau khi có xung Ck Q vẫn bằng 1

Nếu J=0 và K=1 thì đầu ra Q=0 sau khi có xung Ck, nếu J=1 và K=0 thì đầu

ra Q=1 sau khi có xung Ck

Nếu J=K=1 thì đầu ra Q đảo trạng thái trước đó, tức nếu trước khi có xung

Ck Q=1 thì sau khi có xung Ck Q sẽ đảo trạng thái xuống 0, và nếu trước khi có xung Ck Q=0 thì sau khi có xung Ck Q sẽ lên mức 1

Ta có ví dụ giản đồ xung theo thời gian như sau :

Giả thiết trạng thái đầu của F-F Q=0 Tại thời điểm cạnh xuống của xung Ck thứ nhất J=1, K=0 nên đầu ra Q lên mức 1 Khi xuất hiện cạnh xuống của xung Ck thứ hai J=0, K=1 nên đầu ra Q đổi trạng thái Q=0 Tại thời điểm tác động xung Ck thứ ba J=K=1 trạng thái trước đó Q=0 nên F-F đổi sang trạng thái Q=1 Khi xuất hiện xung Ck thứ tư J=0, K=1, nên F-F lại đảo trạng thái Q=0 Thời điểm xung Ck thứ năm J=1, K=0 đầu ra Q lại lên mức 1

Ta có thể dùng cổng logic chế tạo JK F-F như hình 5.7:

7

9 J

K Ck

Khi T=0 F-F không đổi trạng thái và khi T=1

F-F đổi trạng thái sau khi xung Ck tác động Do đó

nó được gọi là T ( Toggle - lật )

Khi có yêu cầu chuyển đổi trạng thái T phải

7

9 T

Theo hình vẽ ta có D- FF tác động theo sườn xung lên

Ngõ ra Q của F-F D lặp lại trạng thái ngỏ vào D do đó có tên là D ( Delay- trể)

Ngoài ra ta còn loại D F-F tác động theo sườn xung xuống :

Giả thiết trạng thái đầu của F-F

Q=0 Tại thời điểm tác động của xung Ck

thứ nhất D=1 nên Q lên mức 1, tại thời

điểm tác động xung Ck thứ hai D=0 nên

F-F đổi trạng thái với Q=0, sau xung Ck thứ

ba do D=1 nên F- F lại lên mức 1, trạng

thái này vẫn được giữ tại xung Ck thứ tư vì Hình 5.14.Dạng sóng của FF-D khi đó D vẫn bằng 1, ở xung Ck thứ năm do