Giáo trình Kỹ thuật số

NỘI DUNG: 1.1 Tổng quan về logic số 1.1.1 Mạch tương tự và tín hiệu tương tự  Mạch tương tự Analog circuit dùng để xử lý các tín hiệu điện dạng tương tự Analog, mà các tín hiệu có biên

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội, ở nước ta các hệ thống thiết bị điện tử số ngày càng phát triển rộng rãi và đáp ứng các nhu cầu sử dụng của người dân

Kỹ thuật số đã khẳng định được ưu điểm của nó trong các lĩnh vực của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật điều khiển, kỹ thuật truyễn dẫn thông tin, … Ngoài ra, các mạch logic, bộ đếm, thanh ghi, … còn được ứng dụng nhiều trong các thiết bị điện tử số phục vụ nhu cầu của con người

Nhờ sự phát triển ngày càng lớn mạnh của công nghệ số, các thiết bị ứng dụng công nghệ số theo thời gian cũng được phát triển cả về hình thức (nhỏ gọn) và NỘI DUNG: (đa chức năng, dung lượng lớn, tốc độ cao )

Với những ưu điểm vượt trội của công nghệ số, cho nên Mô đun Kỹ thuật số là môn học cơ bản trong chương trình đào tạo cao đẳng nghề của các trường đại học và cao nghề trong cả nước

Tài liệu về Mô đun Kỹ thuật số đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước biên soạn, tuy nhiên nó chưa sát thực với chương trình chi tiết của các nghề thuộc khoa Điện - Điện tử đang đào tạo

Vì vậy, nhóm tác giả biên soạn giáo trình Mô đun Kỹ thuật số với mục tiêu để làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên cao đẳng nghề Điện tử công nghiệp, Điện công nghiệp, Điện tử dân dụng, Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Làm tài liệu tham khảo cho các nghề khác của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Nam Định

Cấu trúc giáo trình Mô đun Kỹ thuật số gồm 11 bài theo chương trình chi tiết môn học Với quan điểm viết giáo trình này để đáp ứng cho bài giảng tích hợp nên mỗi bài có thể là một hay nhiều tiểu kỹ năng

Chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ phía độc giả để hoàn thiện giáo trình mô đun Kỹ thuật số tốt hơn nữa

Xin trận trọng cảm ơn!

Nhóm tác giả Phạm Văn Phi Hoàng Thị Phương

Trang 2

Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined.

BÀI 1 TỔNG QUAN VỀ LOGIC SỐ VÀ ĐẠI SỐ LOGIC 1

1.1 Tổng quan về logic số 1

1.1.1 Mạch tương tự và tín hiệu tương tự 1

1.1.2 Mạch số và tín hiệu số 1

1.2 Hệ đếm 2

1.2.1 Khái niệm hệ đếm 2

1.2.2 Các hệ đếm cơ bản 2

1.2.3 Chuyển đổi giữa các hệ đếm 5

1.2.4 Bài tập 8

1.2.5 Hướng dẫn giải bài tập 9

1.2.6 Luyện tập 9

1.3 Các loại mã thông dụng 10

1.3.1 Mã BCD - Binary Code Decimal (mã 8421) 10

1.3.2 Mã vòng (Gray code) 10

1.4 Đại số logic (Boolean) 14

1.4.1 Khái niệm hàm logic 14

1.4.2 Các tính chất của đại số logic 14

1.4.3 Các định lý cơ bản của đại số Boolean 15

1.4.4 Định lý DeMorgan 15

1.4.5 Một số đẳng thức tiện dụng 15

1.4.6 Bài tập 16

1.5 Bài tập về nhà 17

BÀI 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VÀ TỐI THIỂU HOÁ HÀM LOGIC 18

2.1 Các phương pháp biểu diễn hàm logic 18

2.1.1 Phương pháp biểu diễn thành bảng giá trị của hàm 18

2.1.2 Đặc điểm 19

2.1.3 Phương pháp biểu diễn dạng hình học 20

2.1.4 Phương pháp biểu diễn bằng biểu thức đại số 20

Trang 3

2.1.5 Phương pháp biểu diễn bằng bảng Karnaugh 23

2.1.6 Bài tập 24

2.2 Các phương pháp tối tiểu hoá hàm logic 25

2.2.1 Tối thiểu hoá hàm logic bằng phương pháp đại số 25

2.2.2 Tối thiểu hoá hàm logic bằng phương pháp bảng Karnaugh 26

2.2.3 Bài tập 29

BÀI 3 CÁC HỌ VI MẠCH SỐ THÔNG DỤNG 31

3.1 Khái niệm chung về vi mạch số 31

3.1.1 Khái niệm chung 31

3.1.2 Phân loại 31

3.2 Các vi mạch số TTL (Transistor - transistor - logic) 31

3.2.1 Đặc điểm chung 32

3.2.2 Phân loại TTL 33

3.2.3 Đặc tính điện 35

3.2.4 Những chú ý khi sử dụng IC họ TTL 35

3.2.5 Bài tập 37

3.3 Các vi mạch số CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 41 3.3.1 Đặc điểm chung 41

3.3.2 Cấu tạo 42

3.3.4 Đặc tính kỹ thuật 45

3.3.5 Những chú ý khi sử dụng IC họ CMOS 48

3.3.6 Bài tập 49

Trang 4

3.4.2 Giao tiếp giữa TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT 51

3.5 Bài tập về nhà: 52

BÀI 4 CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN 53

4.1 Các cổng logic cơ bản 53

4.1.1 Cổng NOT 53

4.1.2 Cổng OR 55

4.1.3 Cổng NOR 57

4.1.4 Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus 60

4.1.5 Thực hành 60

4.1.7 Cổng AND 65

4.1.8 Ký hiệu, biểu thức toán của cổng AND 66

4.1.9 Cổng NAND 68

4.1.12 Cổng EXOR 76

4.1.13 Cổng EXNOR 77

4.1.14 Cổng đệm (Buffer) 79

4.1.15 Cổng đệm 3 trạng thái 80

4.1.17 Thực hành: 82

BÀI 5 MẠCH LOGIC TỔ HỢP 88

5.1 Khái niệm mạch logic tổ hợp 88

5.1.1 Định nghĩa 88

5.2 Phân tích và thiết kế mạch logic tổ hợp 89

5.2.1 Phân tích mạch logic tổ hợp 89

Trang 5

5.2.5 Thiết kế mạch logic tổ hợp 96

5.3 Một số mạch logic ứng dụng dùng các cổng logic 103

5.3.1 Mạch tự động bơm nước 103

5.3.5 Mạch điều khiển đèn cầu thang 04 công tắc cho một bóng đèn 108

BÀI 6 MẠCH MÃ HÓA VÀ MẠCH GIẢI MÃ 114

6.1 Mạch mã hóa 114

6.1.1 Khái niệm mạch mã hoá 114

6.1.2 Mạch mã hoá thập phân sang BCD ( Decimal to BCD converter) 115 6.1.3 Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus 116

6.1.5 Mạch mã hóa thập phân sang BCD 121

6.2 Mạch giải mã 127

6.2.1 Khái niệm mạch giải mã 127

6.2.2 Mạch giải mã BCD sang thập phân 128

6.2.4 Thực hành : 130

Trang 6

6.3 Bài tập 141

BÀI 7 MẠCH PHÂN KÊNH VÀ DỒN KÊNH 142

7.1 Mạch phân kênh 142

7.1.1 Khái niệm chung về mạch phân kênh 142

7.1.2 Mạch phân kênh bốn đường ra 142

7.1.6 Mạch phân kênh tám đường ra 149

7.2 Mạch dồn kênh 154

7.2.1 Khái niệm chung về mạch dồn kênh 154

7.2.2 Mạch dồn kênh bốn đầu vào 155

7.2.6 Mạch dồn kênh tám đầu vào 161

7.3 Bài tập 166

BÀI 8 FLIP  FLOP 167

8.1 Khái niệm chung về flip-flop 167

8.2 Flip-flop loại RS 168

8.2.1 Flip -Flop loại RS không đồng bộ 168

8.2.2 Flip -Flop loại RS đồng bộ 172

8.3 Flip -Flop loại JK 174

8.4 Flip -Flop loại D 176

8.5 Flip -Flop loại T 177

Trang 7

8.6 Chuyển đổi gữa các flip-flop 179

8.6.1 Chuyển đổi FF_RS thành FF_JK 179

8.6.2 Chuyển đổi FF-JK thành FF-T 180

8.6.3 Chuyển đổi FF_JK thành FF_D 180

8.6.4 Chuyển đổi FF_D thành FF_T 180

8.6.5 Chuyển đổi FF_D thành FF_JK 181

8.7 Khảo sát một số vi mạch (IC) flip-flop 182

8.7.1 Khảo sát IC 74112 ( FF-JK) 182

8.8 Bài tập 194

BÀI 9 MẠCH GHI DỊCH 195

9.1 Khái niệm mạch ghi dịch 195

9.1.2 Phân loại mạch ghi dịch 196

9.1.3 Các bước xây dựng mạch ghi dịch 196

9.2 Mạch ghi dịch dùng Flip-Flop 197

9.2.1 Mạch ghi dịch 4 bít 197

9.2.3 Thực hành : 199

9.3 Vi mạch ghi dịch 203

9.3.1 Vi mạch ghi dịch 74LS164 203

Trang 8

9.4 Mạch ứng dụng dùng IC ghi dịch 217

9.4.1 Mạch quảng cáo dùng IC 74LS164 217

9.4.5 Bài tập 224

BÀI 10 MẠCH ĐẾM 225

10.1 Khái niệm chung về mạch đếm 225

10.1.2 Phân loại mạch đếm 225

10.2 Mạch đếm không đồng bộ 226

10.2.1 Đặc điểm chung và phương pháp thiết kế 226

10.2.2 Mạch đếm lên không đồng bộ 4bit (Modul 16) 226

10.2.6 Mạch đếm lên không đồng bộ Modul 10 233

10.3 Mạch đếm đồng bộ 240

10.3.1 Đặc điểm chung 240

10.3.2 Phương pháp thiết kế 240

10.3.3 Mạch đếm lên đồng bộ Modul 16 240

10.3.7 Mạch đếm lên đồng bộ modul 10 246

10.3.10 Luyện tập 251

10.4 Bài tập 251

BÀI 11 MẠCH CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ-SỐ, SỐ-TƯƠNG TỰ 252

Trang 9

11.1 Khái niệm chung 252

11.2 Mạch chuyển đổi số sang tương tự (DAC) 253

11.2.1 Mạch DAC kiểu thang điện trở 253

11.2.2 Mạch DAC kiểu điện trở trọng số: 256

11.2.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của mạch chuyển đổi DAC 257

11.2.4 Khảo sát vi mạch DAC 0808LCN 258

11.3 Mạch chuyển đổi số sang tương tự (ADC) 264

11.3.1 Khái niệm chung về mạch chuyển đổi tương tự-số (analog to digitalconvert _ADC) 264

11.3.2 Mạch chuyển đổi ADC trực tiếp 265

11.3.3 Khảo sát vi mạch DAC 0809 267

11.4 Luyện tập 272

TÀI LIỆU THAM KHẢO 273

PHỤ LỤC 274

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Dạng tín hiệu tương tự 1

Hình 1.2 Dạng tín hiệu số 2

Hình 1.3.a Mức Logic dương 13

Hình 1.3.a Mức Logic âm 14

Hình 2.1 Phương pháp biểu diễn dạng hình học 20

Hình 3.1 Cấu trúc của một cổng NAND 2 đầu vào và có một đầu ra Collector để hở 32 Hình 3.2 Cấu trúc của một loại TTL ngõ ra 3 trạng thái 33

Hình 3.3 Cấu tạo cảu 1 cổng Not loại NMOS 41

Hình 3.4 Cấu tạo của một cổng loại CMOS 42

Hinh 3.6 Ảnh hưởng của tải điện dung 46

Hình 3.7 Giao tiếp giữa TTL với CMOS 52

Hình 4.1 Ký hiệu cổng NOT 53

Hình 4.2 Dạng sóng vào/ra của cổng NOT 54

Hình 4.3 Mạch điên tương đương cổng NOT 54

Hình 4.4 Mạch điện tử tương đương cổng NOT 55

Hình 4.5 Ký hiệu cổng OR 55

Hình 4.6 Dạng sóng vào/ra của cổng OR 2 đầu vào 56

Hình 4.7 Mạch điện tương đương cổng OR 57

Hình 4.8 Mạch điện tử tương đương cổng OR 57

Hình 4.9 Ký hiệu cổng NOR 58

Hình 4.10 Dạng sóng vào/ra cổng NOR 58

Hình 4.11 Biểu diễn cổng NOR bằng một mạch điện đơn giản 59

Hình 4 12 Biểu diễn cổng NOR bằng một mạch bán dẫn đơn giản. 59

Hình 4.13 Khảo sát IC 7404 61

Hình 4.16 Sơ đồ lắp ráp tham khảo 63

Hình 4.14 ký hiệu cổng AND hai đầu vào 66

Hình 4.15: Dạng sóng vào/ra của cổng OR 2 đầu vào 67

Hình 4.16 Biểu diễn cổng AND bằng một mạch điệnđơn giản 67

Hình 4.17 Biểu diễn cổng AND bằng một mạch bán dẫn đơn giản 68

Trang 11

Hình vẽ 4.18.Ký hiệu cổng NAND hai đầu vào 68

Hình 4.20: Dạng sóng vào/ra của cổng NAND 2 đầu vào 69

Hình 4.21 Biểu diễn cổng NAND bằng một mạch điện đơn giản. 70

Hình 4.22 Biểu diễn cổng NAND bằng một mạch bán dẫn đơn giản 70

Hình 4.24 Dạng sóng vào/ra của cổng EXOR 76

Hình 4.25 Mạch logic tương đương cổng EXOR 77

Hình 4.26 Ký hiệu cổng EXNOR 77

Hình 2.26 Dạng sóng vào/ra của cổng EXNOR 78

Hình 4.28 Mạch logic tương đương cổng EXNOR 79

Hình 4.29 Ký hiệu cổng đệm 79

Hình 4.30 Biểu diễn cổng đệm bằng một mạch bán dẫn đơn giản 80

Hình 4.31 Dạng sóng của cổng Buffer. 80

Hình 4 32 Ký hiệu đệm 80

Hình 4 33 Đệm ba trạng thái hai hướng 81

Hình 5.1 Sơ đồ khối mạch logic tổ hợp 88

Hình 5.2 Mạch logic tổ hợp 90

Hình 5.6 Mạch điện cầu thang 3 công tắc 100

Hình 5.7 Sơ đồ lắp ráp 100

Hình 5.8 Mạch tự động bơm nước 103

Hình 5.9 Sơ đồ lắp ráp. 105

Hình 5.11 Mạch điều khiển đèn cầu thang 04 công tắc cho một bóng đèn 108

Hình 5.12 Sơ đồ lắp ráp. 110

Hình 6.1 Sơ đồ tổng quát mạch mã hóa 114

Hình 6.2 Mạch mã hoá thập phân sang BCD trường hợp các đầu vào tích cực ở mức cao, dùng cổng OR 2 đầu vào 116

Hình 6.3 Mạch mã hoá thập phân sang BCD trường hợp các đầu vào tích cực ở mức cao, dùng cổng OR 2 đầu vào 118 Hình 6.4 Sơ đồ lắp ráp mạch mã hóa thập phân sang BCD trường hợp các đầu vào tích

Trang 12

Hình 6.6 Sơ đồ lắp ráp mạch mã hoá thập phân sang BCD trường hợp các đầu vào

tích cực ở mức thấp, dùng cổng NAND 2 đầu vào 124

Hình 6.7 Sơ đồ tổng quát mạch giải mã 128

Hình 6.8 Mạch giải mã BCD trường hợp các đầu ra tích cực mức cao 129

Hình 6.9 Sơ đồ khối mạch giải mã BCD sang led 7 thanh 134

Hình 6.10 Mạch giải mã Led 7 thanh (Anotchung) 135

Hình 6.11 Sơ đồ chân và hình dạng IC giải mã 74LS47 135

Hình 6.12 Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát IC giải mã 74LS47 136

Hình 6.13 Sơ đồ lăp ráp mạch khảo sát IC giải mã 74LS47 138

Hình 7.1 Sơ đồ tổng quát mạch phân kênh 142

Hình 7.2 Sơ đồ nguyên lý mạch phân kênh 4 đầu ra 144

Hình 7.3.Sơ đồ lắp ráp mạch phân kênh 4 đầu ra 145

Hình 7.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phân kênh 8 đầu ra 150

Hình 7.4 Sơ đồ tổng quát mạch dồn kênh 155

Hình 7.5 Sơ đồ nguyên lý mạch dồn kênh 4 đầu vào 156

Hình 7.6 Sơ đồ lắp ráp mạch dồn kênh 4 đầu vào 158

Hình 7.7 Sơ đồ nguyên lý mạch dồn kênh 8 đầu vào 162

Hình 8.1 Ký hiệu Flip-Flop 167

Hình 8.4 Các ký hiệu Flip-Flop loại RS không đồng bộ 169

Hình 8.5 Dạng sóng vào/ra của FF-RS không ĐB 170

Hình 8.6 Mạch FF-RS chỉ dùng cổng NAND 171

Hình 8.7 Mạch FF-RS chỉ dùng cổng NOR 172

Hình 8.8 Sơ đồ mạch Flip-Flop đồng bộ 173

Hình 8.9 Ký hiệu FlipFlop RS đồng bộ 173

Hình 8.10 Dạng sóng vào/ra của FF-RS đồng bộ 174

Hình 8.11 Ký hiệu Flip-Flop JK 175

Hình 8.12 Cấu trúc của FlipFlop_JK từ cổng logic 176

Hình 8.13 Dạng sóng vào/ra của FF-JK 176

Hình 8.14 Ký hiệu Flip-Flop D 177

Hình 8.15 Dạng sóng vào/ra của FF-D 177

Hình 8.16 Ký hiệu Flip-Flop T 178

Hình 8.17 Dạng sóng vào/ra của FF-T 179

Hình 8.18 Sơ đồ chuyển đổi FF-RS thành FF-JK 179

Trang 13

Hình 8.19 Sơ đồ chuyển đổi FF-JK thành FF-T 180

Hình 8.20 Sơ đồ chuyển đổi FF_D thành FF_T 180

Hình 8.21 Sơ đồ chuyển đổi FF_D thành FF_JK 181

Hình 8.22 Khảo sát IC 74LS112 183

Hình 8.23 Sơ đồ lắp ráp mạch khảo sát IC 74LS112 185

Hình 8 24 Sơ đồ chân IC 74LS74 188

Hình 8.25 Hình dạng IC 74LS74 188

Hình 8.27 Sơ đồ lắp ráp mạch khảo sát IC 74LS74 191

Hình 9.1 Sơ đồ cấu trúc thanh ghi dịch 4 bít quay trái 195

Hình 9.2 Sơ đồ cấu trúc thanh ghi dịch 4 bít quay phải 196

Hình 9.3 Sơ đồ mạch ghi dich 4 bit 198

Hình 9.4 Dạng sóng ra của mạch ghi dich 4 bit quay phải 198

Hình 9.5 Sơ đồ lắp ráp mạch ghi dịch 4 bít quay phải dùng IC 74LS74 200

Hình 9.6 Sơ đồ chân IC 74LS164 204

Hình 9.7 Hình dạng IC 74LS164 204

Hình 9.8 Sơ đồ cấu trúc IC 74LS164 204

Hình 9.10 Sơ đồ lắp ráp khảo sát IC 74LS164 208

Hình 9.11 Error! Bookmark not defined Hình 9.12 Error! Bookmark not defined Hình 9.13 Khảo sát IC 74LS194 213

Hình 9.14 Sơ đồ lắp ráp mạch ghi dịch 4 bít quay phải dùng IC 74LS74 214

Hình 9.15 Mạch quảng cáo 8 đèn dùng IC74164 218

Hình 9.10 Sơ đồ lắp mạch sáng dần tắt dần dùng IC 74LS164 220

Hình 10.1 Mạch đếm lên không đồng bộ Modul 16 227

Hình 10.2 Sơ đồ lắp ráp mạch đếm lên không đồng bộ Modul 16 230

Hình 10.3 Sơ đồ mạch đếm lên không đồng bộ Modul 10 234

Hình 10.4 Sơ đồ lắp ráp mạch đếm lên không đồng bộ Modul 10 237

Hình 10.5 Sơ đồ mạch đếm lên đồng bộ Modul 16 241

Hình 10.6 Sơ đồ lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ Modul 16 243

Hình 10.7 Mạch đếm lên đồng bộ Modul 10 dùng FF-JK 247

Trang 14

Hình 11.3 Mạch DAC 4bit kiểu thang điện trở khuếch đại thuận 254

Hình 11.4 Mạch DAC 4 bitkiểu thang điện trở khuếch đại đảo 255

Hình 11.5 Mạch DAC kiểu điện trở trọng số 256

Hình 11.6 Sơ đồ chân IC DAC 0808LCN 258

Hình 11.7 Hình dạng IC DAC 0808LCN 259

Hình 11.8 Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát IC 0808 259

Hình 11.9 Sơ đồ lắp ráp mạch khảo sát IC 0808 261

Hình 11.10 Sơ đồ khối mạch chuyển đổi ADC 264

Hình 11.11 Sơ đồ khối mạch ADC kiểu song song 265

Hình 11.12 Sơ đồ nguyên lý mạch ADC song song 5 mức lượng tử 266

Hình 11.13 Sơ đồ chân IC 0809 267

Hình 11.14 Hình dạng IC 0809 268

Hình 11.15 Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát IC 0809 268

Hình 11.16 Sơ đồ lắp ráp mạch ADC0809 270

Trang 15

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng Gray 4bit 10

Bảng 1.2 Các dạng mã 11

Bảng 1.3 Bảng các mã thông dụng 12

Bảng 1.4 Bảng mã ASCII 13

Bảng 3.1 Thông số chất lượng của các loại TTL 35

Bảng 3.2 Các thông số điện thế và dòng điện ở đầu vào và đầu ra 35

Bảng 3.3 Các điều kiện hoạt động khuyến cáo 36

Bảng 3.4 Đặc tính điện trong khoảng nhiệt độ hoạt động 36

Bảng 3.5 So sánh công suất tiêu tán và trì hoãn truyền của các loại TTL và CMOS ở nguồn cấp điện 5V 45

Bảng 3.6 Bảng sau cho phép so sánh fmax của một số loại cổng nand loại TTL với CMOS 46

Bảng 3.7Các khoảng áp nguồn cho từng loại CMOS 47

Bảng 3.8 Bảng thông số điện áp vào và ra của các loại CMOS 47

Bảng 3.9 Bảng so sánh dòng vào ra của một số loại CMOS với một số loại TTL 48

Bảng 4.4 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 71

Bảng 4.6 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 75

Bảng 5.1 Mạch logic tổ hợp 90

Bảng 5.3 Trình tự thực hiện 94

Bảng 5.5 Bảng trạng thái mạch điện cầu thang 3 công tắc 97 Bảng 5.6 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực

Trang 16

Bảng 5.8 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 102 Bảng 5.7 Trình tự thực hiện 105 Bảng 5.8 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 107 Bảng 5.9 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 109 Bảng 5.10 Trình tự thực hiện 110 Bảng 5.11 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 112 Bảng 6.1 Trạng thái mạch mã hoá thập phân sang BCD khi các đầu vào tích cực

ở mức cao 115 Bảng 6.2 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 117 Bảng 6.3 Trình tự thực hiện 119 Bảng 6.4 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 120 Bảng 6.6 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 124 Bảng 6.8 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 126 Bảng 6.10 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 130 Bảng 6.11 Trình tự thực hiện 131 Bảng 6.12 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 132 Bảng 6.13 Bảng trạng thái Mạch giải mã BCD sang led 7 thanh (Anotchung) 134 Bảng 6.14: Bảng trạng thái của IC 74LS47 136 Bảng 6.15 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 138 Bảng 6.16 Trình tự thực hiện 139 Bảng 6.17 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 140 Bảng 7.2 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 144 Bảng7.3 Trình tự thực hiện 145 Bảng 7.4 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 148 Bảng 7.6 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV 151 Bảng7.7 Trình tự thực hiện 152

Trang 17

Bảng 7.10 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/1SV 157

Bảng7.11 Trình tự thực hiện 158

Bảng 7.13 Bảng trạng thái mạch dồn kênh tám đầu vào 161

Bảng7.14 Trình tự thực hiện 164

Bảng 8.1 Bảng chân lý của Flip-Flop lại RS không đồng bộ, chân điều khiểu tích cực ở mức cao 170

Bảng 8.2 Bảng chân lý của FF lại RS không đồng bộ, chân điều khiểu tích cực ở mức thấp 170

Bảng 8.8 Bảng trạng thái IC 74112 182

Bảng 8.9 Bảng thông số kỹ thuật IC 74112 183

Bảng 8.13 Bảng trạng thái IC 74LS74 188

Bảng 8.14 Bảng thông số kỹ thuật 189

Bảng 9.1 bảng trạng thái mạch ghi dịch 4 bít 197

Bảng 9.5 Bảng trạng thái 205

Trang 18

Bảng 9.10 Bảng trạng thái 212

Bảng 9.11 Bảng thông số kỹ thuật 212

Bảng 9.15 Bảng trạng thái mạch ghi dịch sáng dần tắt dần 8 bít dùng IC 74164 218

Bảng 10.1 Bảng trạng thái mạch đếm lên không đồng bộ 4bit (Modul 16) 226

Bảng 10.5 Bảng trạng thái mạch đếm lên không đồng bộ Modul 10 233

Bảng 10.9 Bảng trạng thái mạch đếm lên đồng bộ Modul 16 240

Bảng 10.14 Bảng chuyển trạng thái của FF-JK 246

Bảng 11.4 Bảng trạng thái mạch chuyển đổi ADC trực tiếp 266

Trang 19

Bảng 11.6 Trình tự thực hiện 270 Bảng 11.7 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 272

Trang 21

BÀI 1 TỔNG QUAN VỀ LOGIC SỐ VÀ ĐẠI SỐ LOGIC

MỤC TIÊU THỰC HIỆN:

Sau khi học xong bài học này thì người học có khả năng:

- Kiến thức: Trình bày được các định lý, tính chất của đại số logic, hệ đếm, mã

- Kỹ năng: Chuyển đổi được giữa các hệ thống số, chuyển đổi giữa các loại mã

- Thái độ: Nghiêm túc và có ý thức tự giác trong học tập

NỘI DUNG:

1.1 Tổng quan về logic số

1.1.1 Mạch tương tự và tín hiệu tương tự

 Mạch tương tự (Analog circuit) dùng để xử lý các tín hiệu điện dạng tương tự (Analog), mà các tín hiệu có biên độ là một hàm số liên tục theo thời gian

 Tín hiệu tương tự thường do các hiện tượng tự nhiên phát sinh ra và nó

có các đặc điểm sau:

- Liên tục về biên độ (có bất cứ trị số nào trong quá trình biến thiên của nó)

- Liên tục về thời gian trong suốt thời gian có tín hiệu

Tín hiệu tương tự được biểu diễn theo đồ thị thời gian như hình 1.1

Hình 1.1 Dạng tín hiệu tương tự 1.1.2 Mạch số và tín hiệu số

 Mạch số còn gọi là mạch logic (logic circuit) dùng để xử lý các tín hiệu số

 Tín hiệu số là tín hiệu rời rạc về biên độ và rời rạc về thời gian Tín hiệu số chỉ có hai mức là mức cao (H) và mức thấp (L), còn gọi là mức (1) và mức (0) Tín

+Lv

t

-Lv

Trang 22

Hình 1.2 Dạng tín hiệu số

Như vậy các mạch logic loại TTL (Transistor – Transistor Logic) thường có:

- Mức cao thường biến thiên trong khoảng 2,4  5 vol

- Mức thấp thường biến thiên trong khoảng (0  0,4) vol

- Mức không xác định trạng thái biến thiên trong khoảng (0,4  2,4) vol

 Mức logic còn phân biệt mức logic âm và mức logic dương ( - & +)

- Nếu mức logic 1 chọn > mức 0 ta có mức logic (+)

- Nếu mức logic 1 chọn < mức 0 ta có mức logic (-)

 Đặc điểm của các mạch logic

- Chỉ phát sinh bởi các mạch thích hợp

- Gián đoạn về biên độ, sự chuyển tiếp giữa 2 mức xảy ra nhanh chóng (không đáng kể về thời gian)

- Gián đoạn về thời gian

 So sánh với mạch tương tự thì mạch số có những ưu điểm sau

- Khả năng chống nhiễu của tín hiệu số rất cao do quãng cách biệt giữa mức cao và mức thấp rất rõ ràng

- Thiết kế và phân tích mạch đơn giản

- Thuận tiện cho việc điều khiển tính toán và lưu trữ thông tin

5 2,4 0,4

Mức không xác định

Trang 23

Hệ thống số thập phân dựa trên cơ sở 10 đầu ngón tay, dùng các chữ số (digit)

từ 09 để biểu diễn 1 số nào đó, khi số biểu diễn có giá trị lớn hơn 9 thì người ta quy ước hàng chục, hàng trăm, hàng đơn vị, theo công thức tổng quát sau:

b) Hệ nhị phân (Binary system)

Hệ nhị phân hay hệ đếm cơ số 2 chỉ dùng 2 con số là “0” và “1” để biểu diễn một giá trị nào đó Mỗi một số nhị phân được gọi là 1 bít Như vậy "Bit" là đơn vị thông tin nhỏ nhất, nó có thể lấy giá trị 0 hay 1

Hệ nhị phân được biểu diễn theo công thức tổng quát sau:

với a : chỉ nhận các giá trị là “0” hoặc “1”

n : là số các chữ số tự nhiên có mặt trong từ mã

- Dạng tổng quát:

Ví dụ: ta có số: 10102 = 1x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20 = 1010

110012 = 1x24 +1x23 +0x22 + 0x21 +1x20 = 2510 Nếu một số nhị phân biểu diễn một giá trị nào đó, thì :

- 8 bít được gọi là một byte

- 16 bit được gọi là một từ (word)

- 32 bit được gọi là một từ dài (long word) gồm 4 byte

- 1024 bit (210) được gọi là 1KB (Kilobyte)

- 1048576 bit (220) được gọi là 1 M megabyte

Trang 24

- Hệ đếm cơ số 8 gọn hơn hệ nhị phân nên thường dùng nhiều trong kỹ thuật máy tính

Trang 25

d) Hệ thập lục phân (Hex: Hexadecimal)

1.2.3 Chuyển đổi giữa các hệ đếm

a) Đổi một số từ hệ thập phân sang hệ nhị phân

Để đổi một số từ hệ thập phân sang hệ nhị phân ta tiến hành chia liên tiếp số thập phân cho 2 Số dư ( là “0” hay “1”) trong các lần chia là số chữ số của hệ nhị phân tương ứng ghi theo trật tự ngược lại

Ví dụ1 : Đổi 2910 sang hệ nhị phân

MSB: Most Significal Bit (Bit có nghĩa lớn nhất)

LSB: Least significal bit (Bit có nghĩa nhỏ nhất)

với số dư thứ nhất là bít có nghĩa nhỏ nhất LSB

với số dư cuối cùng là bit có nghĩa lớn nhất MSB

Trang 26

Ví dụ 2: Đổi 6510 sang hệ nhị phân

Vậy 6510 =100 0001(2)

b) Đổi từ hệ nhị phân sang hệ thập phân

Để đổi một số từ hệ nhị phân sang hệ thập phân ta chỉ việc tính tổng của tất cả các tích của các chữ số trong hệ nhị phân với trọng số tương ứng của nó

Ví dụ1 : Đổi 101010(2) sang thập phân

= 1x25 + 0x24 + 1x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20

= 32 + 0 + 8 + 0 + 2 + 0 = 42(10)

Vậy 101010 của hệ nhị phân bằng 42 của hệ 10

Ví dụ2: Đổi 11001 sang thập phân

= 1x24 + 1x23 + 0x22 + 1x21 +1 x20

= 16 + 8 + 0 + 0 + 1 = 25(10)

Vậy 110012 = 2510

c) Đổi từ hệ thập phân sang hệ thập lục phân

Để đổi một số từ hệ thập phân sang số ở hệ thập lục phân ta lấy số thập phân chia liên tiếp cho 16, số dư trong mỗi lần chia là các chữ số của số ở hệ thập lục phân tương ứng

Ví dụ1 : Đổi 127 sang hệ thập lục phân

Vậy 127 của hệ (D) bằng 7F (H) của hệ thập lục phân 7 F

Trang 27

Ví dụ 2: Đổi 688(10) sang hệ thập lục phân

d) Đổi từ hệ thập lục phân sang hệ thập phân

Để đổi từ hệ thập lục phân sang hệ thập phân, ta chỉ việc tìm tổng đại số của tổng các số hạng trong hệ 16

e) Đổi từ hệ nhi phân sang hệ bát phân

- Vì 23 = 8, nên mỗi vị trí số trong hệ 8 tương ứng một nhóm 3 bít của hệ 2

- Khi đổi: Chia phần nguyên của hệ 2 thành từng nhóm 3 bít bắt đầu từ bít

- Dùng 8 chữ số của hệ 8 thay cho 8 chữ số tương ứng của nhóm 3 bít

Ví dụ: Đổi 10110101(2) = 265(8)

Chia nhóm : 010 110 101(2)

Kết quả: = 2 6 5 (8)

f) Đổi từ hệ bát phân sang hệ nhi phân

- Thay một chữ số trong hệ 8 bằng nhóm 3 bít của hệ 2

Trang 28

h) Đổi từ hệ thâp lục phân sang hệ nhi phân

- Thay một chữ số trong hệ 16 bằng nhóm 4 bít của hệ 2

- Chuyển đổi các số trên sang hệ nhị phân

- Chuyển đổi các số trên sang hệ bát phân

- Chuyển đổi các số trên sang hệ thập lục phân

Bài tập 2: Cho các số thuộc hệ thập lục phân: 16; A7; 8C; 100

Hãy:

- Chuyển đổi các số trên sang hệ thập phân

- Chuyển đổi các số trên sang hệ nhị phân

- Chuyển đổi các số trên sang hệ bát phân

Bài tập 3: Cho các số thuộc hệ nhị phân: 10010011; 110010010001;

11110000 1000; 1000111000111100

Hãy:

- Chuyển đổi các số trên sang hệ thập phân

- Chuyển đổi các số trên sang hệ thập lục phân

Trang 29

1.2.5 Hướng dẫn giải bài tập

Các bước

công việc Thao tác thực hiện Yêu cầu kỹ thuật

Dụng cụ thiết bị Bước 1: Thực hiện bài tập 1

Ghi kết quả lên phiếu bài tập

số 1.1

Tài liệu giáo trình giấy, bút

Bước 2: Thực hiện bài tập 2

Bước 3: Thực hiện bài tập 3

- Giáo viên hướng dẫn:

- NỘI DUNG: báo cáo: Kết quả bài tập số …

b) Nhận xét của GVHD

Trang 30

1.3 Các loại mã thông dụng

Để thuận tiện cho việc biến đổi từ số thập phân sang số nhị phân và ngược lại, người ta thường dùng các loại mã (Code) như mã BCD, mã lục thập phân (hexadecimal), mã Gray, mã 7 đoạn v.v…

1.3.1 Mã BCD - Binary Code Decimal (mã 8421)

Mã này dùng 4 bít để biểu diễn 1 số nào đó dưới dạng mã nhị phân Bốn bit này có thể ký hiệu là D,C,B,A , B3,B2,B1,B0 , hay D3, D2, D1,D0

Mã BCD còn gọi là mã 8,4,2,1 vì xếp theo thứ tự từ trái sang phải thì trọng số lớn nhất của mã số mang giá trị là 8 hoặc là 0, số thứ hai có trọng số là 4 hoặc 0, số thứ 3

có trọng số là 2 hoặc 0, số thứ tư có trọng số là 1 hoặc 0 (theo giá trị thập phân)

Trang 31

Đặc điểm của mã Gay là mã không có trọng số, ưu điểm chính của mã Gray là

2 từ mã cạnh nhau thì chỉ khác nhau 1 bit, hết một chu kì thì vòng lại do đó mã Gray còn gọi là mã vòng

Hạn chế của loại mã này là khó trực quan

Ngoài ra còn có các loại mã khác, các loại mã cơ bản tổng hợp như bảng 1.2

Trang 32

mã thừa 3 (excess-3), mã Gray, v.v

@ Bảng mã số chuyển đổi tương ứng giữa các loại mã

Giữa các mã của các số tự nhiên trong các hệ thống số được chuyển đổi theo bảng 1.3 Bảng 1.3 Bảng các mã thông dụng

Trang 33

@ Bảng mã ASCII

Bảng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) là bộ mã của người Mỹ dùng cho việc trao đổi thông tin Hiện nay, bảng mã này mã này được dùng trên toàn thế giới, để mã cho các phím của bàn phím như bảng 1.4

Trang 34

1.4 Đại số logic (Boolean)

Nếu ta biểu diễn mức logic “1” có mức điện thế cao hơn mức logic “0” ta có mức logic dương “+”

Nếu ta biểu diễn mức logic “1” có mức điện thế thấp hơn mức logic “0” ta có mức logic âm (-), như hình 1.3

Hình 1.3.a Mức Logic dương Hình 1.3.a Mức Logic âm 1.4.1 Khái niệm hàm logic

- Các phép toán logic

Quan hệ cơ bản chỉ có 3 loại: OR, AND, NOT Vậy nên trong đại số logic tương ứng 3 phép toán logic cơ bản là 3 mạch điện: nhân logic (VÀ) ; cộng logic (HOẶC) ; đảo logic (PHỦ ĐỊNH) Các mạch điện thực hiện 3 phép toán cơ bản là các cổng OR, AND, NOT

- Biến logic và hàm logic

Trong đại số logic các biến logic là các biến số ở đầu vào, hàm logic là các đầu ra Hàm logic biểu diễn mối quan hệ của các biến logic thong qua cá phép toán logic Biến logic và hàm logic đều chỉ nhận một trong hai giá trị là bằng 0 hoặc bằng 1

Ví dụ: YABCABCABCABC

Trong đó: A, B, C là các biến logic

Y là hàm logic

Có thể viết: Y= F(A,B,C) 1.4.2 Các tính chất của đại số logic

Trang 35

A.B.C N    

Phủ định của một tổng thì bằng tích các phủ định

N

C.B.AN

CB

Trang 36

Ghi kết quả lên phiếu bài tập

số 1.2

Tài liệu giáo trình giấy, bút Bước 2: Thực hiện bài tập 2

- Giáo viên hướng dẫn:

- NỘI DUNG: báo cáo: Kết quả bài tập số …

Trang 37

STT Yêu cầu Kết quả

a) Chuyển đổi sang mã thập phân

b) Chuyển đổi sang mã thập lục phân

Bài 2

- Phân biệt giữa mã thập phân và số thập phân ?

- Trình bày các loại mã thường dùng hiện nay ?

Bài 3 Trong các biểu thức logic dưới đây , Y = 1 với tổ hợp giá trị nào của các biến A,

B, C

C A BC AB

C A C B B A

C AB AB C B A B

Trang 38

BÀI 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VÀ TỐI THIỂU HOÁ HÀM LOGIC

MỤC TIÊU THỰC HIỆN:

Sau khi học xong bài học này người học có khả năng:

- Kiến thức: Trình bày được các phương pháp biểu diễn các hàm logic, tối thiểu hóa các hàm logic bằng phương pháp đại số và phương pháp bảng Karnaugh

- Kỹ năng: Biểu diễn được các hàm logic dưới các dạng khác nhau và tối thiểu hóa được hàm logic

- Thái độ: Nghiêm túc, có ý thức tự giác trong học tập

NỘI DUNG:

2.1 Các phương pháp biểu diễn hàm logic

2.1.1 Phương pháp biểu diễn thành bảng giá trị của hàm

- Biểu diễn hàm logic thành bảng giá trị của hàm là phương pháp biểu diễn dưới dạng bảng trạng thái, trên bảng thể hiện mối quan hệ của các tổ hợp biến với giá trị của hàm ra tương ứng

a) Cách lập bảng

- Xác định số biến và tổ hợp biến: mỗi biến có thể lấy một trong hai giá trị 1 hoặc

0, nếu có n biến thì sẽ có 2n tổ hợp các giá trị khác nhau của chúng

- Liệt kê tất cả các tổ hợp giá trị của biến

- Thay giá trị của mỗi tổ hợp biến vào hàm số và tính ra giá trị tương ứng của hàm, rồi liệt kê thành bảng

b) Ví dụ 1

Lập bảng chân lý cho hàm số

Y(A,B,C) = BC+ AB +AC

+ Hàm có 3 biến, nên có 23 = 8 tổ hợp các giá trị của biến

+ Thay giá trị của các tổ hợp biến vào hàm số và tính giá trị của hàm, ta

Trang 40

+ Trực quan, khó nhầm lẫn (trong các sổ tay IC số đều có bảng chức năng tương ứng với bảng chân lý để mô tả chức năng logic của IC)

+ Tiện lợi khi giải quyết một nhiệm vụ thực tế ở dạng vấn đề logic (trong thiết

kế mạch số thì đầu tiên là kê ra bảng chân lý)

b) Nhược điểm

+ Cồng kềnh, phức tạp khi số biến lớn Không thể dùng các công thức và định

lý của đại số logic để tính toán

2.1.3 Phương pháp biểu diễn dạng hình học

Phương pháp biểu diễn dạng hình học là phương pháp vẽ mạch thể hiện giá trị của hàm đầu ra với các giá trị của các tổ hợp biến đầu vào

Ví dụ: Cho mạch logic như hình 2.1

Định dạng
Số trang	317
Dung lượng	6,41 MB