Bài giảng Điện tử số (Digital Electronics) - Chương 4: Mạch tổ hợp

Bài giảng Điện tử số (Digital Electronics) - Chương 4: Mạch tổ hợp cung cấp cho học viên những kiến thức về khái niệm chung và mô hình toán học, phân tích và thiết kế mạch tổ hợp, một số mạch tổ hợp cơ bản,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chương 4

MẠCH TỔ HỢP

Mô hình toán học của mạch tổ hợp

X = (x1, x2, … , xn) là tập các tín hiệu vào có giá trị 0 hoặc 1

Y = (y1, y2, … , ym) là tập các tín hiệu ra có giá trị 0 hoặc 1

Quan hệ toán học của mạch tổ hợp là:

.

) , ,

4.2 Phân tích và thiết kế mạch tổ hợp

 Bài toán phân tích:

Từ mạch điện  Bảng trạng thái của mạch

 Bài toán thiết kế:

Từ yêu cầu chức năng  Vẽ sơ đồ mạch thực hiện

chức năng đề ra

Viết hàm logic của các đầu

ra theo các đầu vào

m j

x x x f

Các yj ở dạng không chính qui

(1)

(2)

(3)

Bài tập áp dụng (tiếp)

b)

A B C D

Y  

Ví dụ 2

Thiết kế mạch tổ hợp có chức năng cho ở bảng sau:

Bài tập áp dụng

Thiết kế mạch tổ hợp có chức năng hoạt động theo bảng sau:

1 Mạch mã hóa

đặc trưng cho một đối tượng nào đó

từ mã

1 Mạch mã hóa (tiếp)

tương ứng với các đối tượng thành các từ mã nhị phân.

hóa

tín hiệu ra

tín hiệu vào

Bộ mã hóa

A B C D

S0

S1

Mạch mã hóa bàn phím

 Tại một thời điểm chỉ có một phím được nhấn

 Mỗi phím được gán một từ mã khác nhau

 Khi một phím được nhấn, bộ mã hóa sẽ cho ra

đầu ra là từ mã tương ứng đã gán cho phím đó

 Nếu 2 hoặc nhiều phím đồng thời được nhấn, thì

bộ mã hóa chỉ coi như 1 phím được nhấn, và phím

đó có mã cao nhất

Mạch mã hóa bàn phím đơn giản

 Mạch mã hóa 10 đường sang 4 đường

 10 đường vào tương ứng với 10 phím từ SW0 đến SW9

 4 đường ra tương ứng với số BCD

 Tại một thời điểm chỉ có 1 phím được nhấn để đường đó lên mức cao, các đường khác đều ở mức thấp

Mạch mã hóa bàn phím đơn giản

(tiếp)

 Bảng trạng thái

Mạch mã hóa ưu tiên

 Ví dụ: mạch mã hóa số thập phân sang BCD

Mạch mã hóa số thập phân sang BCD

 Sơ đồ khối IC 74147

Mạch mã hóa số thập phân sang BCD

 Bảng trạng thái của IC 74147

 Mạch giải mã n sang 2n

 Mạch giải mã BCD sang thập phân

 Mạch giải mã BCD sang Led 7 đoạn

Một số mạch giải mã

Mạch giải mã n sang 2n

 Giải mã n bít nhị phân ngõ vào thành 2n đường ngõ

ra, chỉ duy nhất một đường ngõ ra ở mức tích

cực ứng với một tổ hợp n bit ngõ vào

 Số nhị phân đưa vào bộ giải mã phải ở dạng song

song

Ví dụ: mạch giải mã 3 sang 8

 Giải mã 3 đường ngõ vào thành 8 đường ngõ ra

 Giải mã 3 bít nhị phân ngõ vào thành 8 đường ngõ ra, chỉ duy nhất một đường ngõ ra ở mức tích cực ứng với một tổ hợp

3 bit ngõ vào

 Sơ đồ khối

Ứng dụng của bộ giải mã n sang 2n

 Bộ giải mã kết hợp với bộ đếm để điều khiển các thao tác

có tính trình tự

 Ví dụ: Đọc quét bộ nhớ

Mạch giải mã BCD sang thập phân

 BCD (Binary Coding Decimal): mã hóa số nguyên

thập phân bằng nhị phân

Mạch giải mã BCD sang thập phân

(tiếp)

 Xác định các đầu vào, ra

 Vào: từ mã nhị phân 4 bit ( có 16 tổ hợp)

 Ra: các tín hiệu tương ứng với các số thập phân mà từ mã

mã hóa

 Ta chỉ sử dụng 10 tổ hợp, còn 6 tổ hợp không sử dụng đến được coi là không xác định.

Mạch giải mã BCD sang thập phân

(tiếp)

 Bảng trạng thái:

Biểu thức rút gọn của đầu ra S1

Biểu thức rút gọn của đầu ra S2

Biểu thức rút gọn của đầu ra S3

Biểu thức rút gọn của đầu ra S4

Biểu thức rút gọn của đầu ra S5

Biểu thức rút gọn của đầu ra S6

Biểu thức rút gọn của đầu ra S7

Biểu thức rút gọn của đầu ra

S8

44

Vẽ mạch

 Chỉ thị kết quả của một mã nhị phân đưa vào thành một chữ

số ở hệ thập phân

 Còn gọi là mạch giải mã 7 thanh

Mạch giải mã BCD sang Led 7 đoạn (giải mã 7

thanh)

 Sử dụng để hiển thị giá trị thập phân

 LED 7 thanh có 2 loại: loại anode chung và loại cathode chung

Led 7 thanh

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Sơ đồ khối

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Hoạt động

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Bảng trạng thái

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Tìm biểu thức cho từng ngõ ra

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Tìm biểu thức cho từng ngõ ra

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Tìm biểu thức cho từng ngõ ra

Bộ giải mã 7 thanh (tiếp)

 Tìm biểu thức cho từng ngõ ra

Vẽ mạch

64

x3 x2 x1 x0

3 Mạch chọn kênh

 Multiplexer – MUX

 Có nhiều đầu vào tín hiệu

 Nhiều đầu vào điều khiển

 Chỉ có 1 đầu ra

 Chức năng: chọn 1 tín hiệu trong nhiều tín hiệu đầu vào để đưa ra đầu ra

Sơ đồ khối bộ MUX

dữ liệu

1 ngõ điều khiển Đầu ra

IC 74157

S Y

0 X0

1 X1

D0 D1 D2 D3

Y

IC 74153

4 ngõ

dữ liệu

2 ngõ điều khiển Ngõ ra

B A Y 0

0 1 1

0 1 0 1

D0

D1

D2

D3

D0 D1 D2 D3

Y

8 ngõ

dữ liệu

3 ngõ điều

D4 D5 D6 D7

Enable G

MUX 8-1

• Vẽ mạch:

73

G A B C

Thực hiện hàm logic dùng MUX

 Thực hiện hàm logic cho ở bảng sau dùng MUX:

Chuyển đổi dữ liệu song song sang nối

tiếp

4 Bộ phân kênh

 DeMultiPlexor – DeMUX

 Có 1 đầu vào tín hiệu và nhiều đầu ra

 Chức năng: đưa tín hiệu từ đầu vào tới 1 trong những đầu ra

Sơ đồ khối bộ DEMUX

DEMUX 1-4

A B

D

Điều

khiển

Y0 Y1 Y2 Y3

Ngõ

dữ

liệu

4 ngõ ra

D A B Y

D A B Y

3 2 1 0









DEMUX 1-4

 Mạch điện:

D

Sơ đồ tạo bít chẵn lẻ và kiểm tra hệ chẵn lẻ

83

Ví dụ 2

 Xây dựng mạch kiểm tra chẵn lẻ:

 n=3 (d1, d2, d3), bit kiểm tra X

 Fe, Fo

85

6 Mạch phân loại ngắt

 Phân tích:

 Tại thời điểm t nếu có ít nhất 1 trong các thiết bị ngoại vi có yêu cầu ngắt tới P thì mạch phải tạo ra tín hiệu ngắt IR gửi tới P

 Nếu tại thời điểm t có nhiều thiết bị ngoại vi cùng gửi yêu cầu ngắt tới P thì mạch phải chỉ ra được thiết bị ngoại vi nào cần được ưu tiên giải quyết ngắt tại thời điểm đó

7 Mạch cộng

 Chức năng: thực hiện phép cộng giữa 2 số nhị phân

 Xét phép cộng hai số nhị phân n bit:

Bộ bán tổng (tiếp)

 Bảng chức năng:

 Mạch điện:

 ci: bit nhớ đầu vào

 ci+1: bit nhớ đầu ra

Bộ cộng đầy đủ (tiếp)

 Bảng chức năng:

 Mạch điện:

Bộ cộng nhiều bit

 Đây là bộ cộng 2 số nhị phân n bit, kết quả nhận

được là 1 số nguyên n+1 bit

 Sơ đồ:

8 Mạch trừ

 Chức năng: thực hiện phép trừ giữa 2 số nhị phân

 Xét phép trừ hai số nhị phân n bit:

Bộ bán hiệu (tiếp)

 Bảng chức năng:

 Sơ đồ mạch:

Bộ trừ đầy đủ (tiếp)

 Bảng chức năng:

 Sơ đồ mạch

0 0 0 0

0 0

1 1

2 2

3 3

0 0

1 1

2 2

3 3

0 0

1 1

2 2

3 3

b a

b a

b a

b a

b a

b a

b a

b a

b a

b a

b a

b a

B A

0 0

1 1

2 2

3

a

i a b

E  

i i

i a b

L 

i i

i a b

G 

Bảng chức năng Biểu thức ngõ ra

Bộ so sánh 2 số nhị phân đầy đủ

 Cấu tạo: gồm các bộ so sánh 2 bit

 Có tín hiệu CS (Chip Select)

.

.

.

i i

i

i i i

i i i

b a

CS E

b a CS L

b a CS G









Hết chương 4