Bài giảng Kĩ thuật số - Phần 1: Mạch số

ái đa 2đ (đây là điểm cộng thêm)Nộp bài tập: trường hợp điểm tổng kết 1) đều có thể được chọn làm cơ số cho một hệ thống số.Nếu hệ thống có cơ số R thì các số từ 0 đến (R-1) được sử dụng. Ví dụ: nếu R=8 thì các chữ số cần thiết là 0,1,2,3,4,5,6,7.Các hệ thống cơ số thông dụng trong kỹ thuật số:• Thập phân (cơ số 10).• Nhị phân (cơ số 2).• Bát phân (cơ số 8).• Thập lục phân (cơ số 16).Đổi từ cơ số d sang cơ số 10:Về phương pháp, người ta khai triển con số trong cơ số d dưới dạng đa thức theo cơ số của nĩ.VD: 1101, đổi sang thập phân là 1101(2)=1.23 + 1.22 + 0.21 + 1.20 = 13(10)Đổi từ cơ số 10 sang cơ số d:Về phương pháp, người ta lấy con số trong cơ số chia liên tiếp cho cơ số d đến khi nào thương bằng khơng thì thơi.IV. Hệ nhị phân (hệ cơ số 2)Hệ nhị phân là hệ đếm mà trong đĩ chỉ sử dụng hai ký hiệu 0 và 1 để biểu diễn tất cả các số. Hai ký hiệu đĩ gọi chung là bít hoặc digit và nĩ đặc trưng cho mạch điện tử cĩ hai trạng thái ổn định hay cịn gọi là 2 trạng thái bền Flip-Flop (ký hiệu là FF).Một chữ số nhị phân gọi là bit.Chuỗi 4 bit nhị phân gọi là nibble.Chuỗi 8 bit gọi là byte.Chuỗi 16 bit gọi là word.Chuỗi 32 bit gọi là double word.Chữ số nhị phân bên phải nhất của chuỗi bit gọi là bit có ý nghĩa nhỏ nhất (least significant bit – LSB)Chữ số nhị phân bên trái nhất của chuỗi bit gọi là bit có ý nghĩa lớn nhất (most significant bit – MSB).Thường dùng chữ B cuối chuỗi bit để xác định đó là số nhị phân.V. Mã BCD (Binary Code Decimal)Trong đời sống, con người giao tiếp với nhau thơng qua một hệ thống ngơn ngữ quy ước, nhưng máy tính chỉ xử lý các dữ liệu nhị phân. Do đĩ, vấn đề đặt ra là làm thế nào tạo ra một giao diện dễ dàng giữa người và máy tính, nghĩa là máy tính thực hiện được các bài tốn do con người đặt ra. Để thực hiện điều đĩ, người ta đặt ra vấn đề mã hĩa dữ liệu.Các lĩnh vực mã hĩa như: số thập phân, ký tự, âm thanh, hình ảnh, Nếu mỗi chữ số của số thập phân được mô tả bằng số nhị phân tương ứng với nó, kết quả ta được 1 mã gọi là mã BCD, vì chữ số thập phân lớn nhất là 9, cần 4 bit để mã hóa.Các số 8,4,2,1 được gọi là trọng số của mã và được gọi là mã BCD 8-4-2-1.Lưu ý: Mã BCD phải viết đủ 4 bitSự tương ứng chỉ áp dụng cho số thập phân từ 0 đến 9 (số nhị phân từ 1010 đến 1111 của số nhị phân 4 bit không phải là số BCD)Thập phânBCD00000100012001030011401005010160110701118100091001VD: 194110 = 1111001010121941 = 0001 1001 0100 0001BCDBÀI 2CỔNG LOGIC VÀ ĐẠI SỐ BOOLEI. TRẠNG THÁI LOGIC O VÀ LOGIC 1LOGIC 0LOGIC 1SaiĐúngTắtMởThấpCaoKhôngĐồng ýGiảThật0V0,8V2,0V3,4V5VLogic 1(mức cao)Logic 0(mức thấp)Mức logic:Số nhị phân có số mã là 0,1 và cơ số là 2 Số thập phânSố thập lụcSố nhị phân01234567891011121314150123456789ABCDEF0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111Ví dụ:112D = 0111 0000B = 70H 7 0D: decimalB: binaryH: hexadecimal +-+-RCCEBVCCRBICIBVI = 0VO  VCCVO  0RCCEBVCCRBICIBVI = VCC II. CÁC CỔNG (HÀM) LOGIC1. CỔNG ANDAABBCYYBiến sốHàm sốABY001101010001Bảng trạng thái (bảng sự thật): tìm trạng thái ngõ ra theo điều kiện ngõ vào A = 0 -> Y = 0 bất chấp B A = 1 -> Y = BY = A.B(đọc: Y bằng A VÀ B) LED10+- Y = 1: sáng Y = 0: tắtLED0A1BVCC 5VDIODERVCC = 5V0 = 0V1 = 5VABY = A.BI0111001ABYt0t1t2t3t4t5t6t712374LS08ABY2. CỔNG ORABYBiến sốHàm sốABY001101010111Bảng trạng thái:Y = A + B(đọc: Y bằng A HOẶC B) A = 0 -> Y = B A = 1 -> Y = 1 bất chấp B DIODER0 = 0V1 = 5VIY =A + BABY = 1:sángY = 0: tắtLED10A10B+-VCC5V0111001ABYt0t1t2t3t4t5t6t791087432ABY 3. CỔNG NOTAY = Bảng trạng thái:Biến sốHàm sốAB0110(đọc: Y bằng A KHÔNG B) Chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra  Y = 1 :sángY = 0: tắtLEDAVCC = 5VCEBRCRBVCC5V+-01Y = A0 = 0V1= 5VORANDNOT0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 10 . 0 = 00 . 1 = 01 . 0 = 01 . 1 = 1Tóm tắtAAAABBBYYYYCCC4. CỔNG NANDBiến sốHàm sốABY001101011110Bảng trạng thái:ABYABY A = 0 -> Y = 1 bất chấp B A = 1 -> Y =  0111001ABYt0t1t2t3t4t5t6t7ABY45674LS00 5. CỔNG NORABYBiến sốHàm sốABY001101011000Bảng trạng thái:ABY A = 1 -> Y = 0 A = 0 -> Y =  6. CỔNG EX-OR (EXCLUSIVE-OR)Biến sốHàm sốABY001101010110Bảng trạng thái:YBA Cùng trạng thái ngõ ra = 0 Khác trạng thái ngõ ra = 1  III. ĐẠI SỐ BOOLEORANDNOT0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 10 . 0 = 00 . 1 = 01 . 0 = 01 . 1 = 1Các phép tính khi áp dụng cho logic 0 và 1 là:Các định lý:X . 0 = 0X . 1 = X X . X = XX . = 0(5) X + 0 = X(6) X + 1 = 1(7) X + X = X(8) X + = 1 (9) X + Y = Y + X (giao hoán)(10) X . Y = Y . X (giao hoán)(11) X + (Y + Z) = (X + Y) + Z = X + Y + Z (phối hợp)(12) X(YZ) = (XY)Z = XYZ (phối hợp)(13a) X(Y + Z) = XY + XZ (phân bố)(13b) (W + X)(Y + Z) = WY + XY + WZ + XZ (phân bố) X + XY = X X + = X + Y* Định luật De Morgan:VD: 1/ Tối giải biểu thức sau:2/ Dùng cổng NAND và cổng NOT để vẽ mạch điện có biểu thức3/ Dùng cổng AND, cổng OR và cổng NOT để vẽ mạch điện có biểu thức  4/ Dùng định luật De Morgan tối giản biểu thức: III. BẢN ĐỒ KARNAUGHBản đồ Karnaugh là một cách trình bày bảng sự thật ở dạng bản đồ để diễn tả sự liên hệ logic giữa ngõ ra và các biến ngõ vào. Số ô chiếm bởi một số hạng trong bản đồ Karnaugh sẽ bằng 2n-p với n là số biến số của hàm số, p là số biến số của mỗi số hạng * 1 biến số:   AA* 2 biến số:     ABABABBiến sốHàm sốABY00110101AB- Ô kề là ô đi từ ô này đến ô kia chỉ có một biến số thay đổi.- Khi đơn giản biểu thức ta phải khoanh vòng tròn, mà trong vòng đó các ô phải kề nhau và phải là vòng lớn nhất. * 3 biến số: A        ABBCBABCABAACCBC0000010011001000000101011101100100110111111110100010011011101011ABCD* 4 biến số: * Ví dụ 1: * Ví dụ 2: AABBC00011001AABBC11001101* Ví dụ 3: 111111BABACDCDIV. Thời gian trễ ngang qua cổng logictd: thời gian trì hoãntr: thời tăng (rise time)ton: thời gian mở (turn on time)tp: thời gian có xung ra (pulse time)ts: thời gian trữ(storage time)tf: thời gian giảm (fall time)toff: thời gian tắt (turn off time)90%90%10%td10%0V5VtrtontstftofftpThời gian trễ từ 3 – 5 ns ( nanô giây )Người ta giảm thời gian ton và toff bằng cách gắn thêm 1 tụ CB thích hợp ngang qua RB để nạp và xã điện nhanh. V. Phân loại TTL - Thường hay chuẩn (standard): 74- Công suất thấp (low power): 74L- Công suất cao (high power): 74H- Schottky công suất thấp: 74LS- Schottky tiên tiến (advanced schottky ): 74AS- Schottky nhanh (fast schottky): 74F- Schottky công suất thấp tiên tiến: 74ALS Mỗi loại có 3 dạng mạch:-  TTL cực thu nối cao thế-  TTL cực thu để hở: + Nối các ngõ ra lại với nhau + Tạo tính NOR - TTL 3 trạng thái Họ 74 .. . hoạt động từ O0c - 750c Họ 54 .. . hoạt động từ - 750c - 125 0c