Bài giảng Điện tử số - Nguyễn Trung Hiếu

234 trang ngocly 3370

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử số - Nguyễn Trung Hiếu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_dien_tu_so_nguyen_trung_hieu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Điện tử số - Nguyễn Trung Hiếu

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN ĐIỆN TỬ SỐ Giảng viên: KS. Nguyễn Trung Hiếu Điệnthoại/E-mail: 0916566268; trunghieutq@gmail.com Bộ môn: Kỹ thuật điện tử - Khoa KTDT1 Họckỳ/Nămbiênsoạn: Học kỳ 1/2009-2010 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Tài liệuthamkhảo Giáo trình Kỹ thuậtsố -TrầnVăn Minh, NXB Bưu điện 2002. Cơ sở kỹ thuật điệntử số, Đạihọc Thanh Hoa, Bắc Kinh, NXB Giáo dục 1996. Kỹ thuậtsố, Nguyễn Thúy Vân, NXB Khoa họcvàkỹ thuật 1994. Lý thuyếtmạch logic và Kỹ thuậtsố, NguyễnXuânQuỳnh, NXB Bưu điện 1984. Fundamentals of logic design, fourth edition, Charles H. Roth, Prentice Hall 1991. Digital engineering design, Richard F.Tinder, Prentice Hall 1991. Digital design principles and practices, John F.Wakerly, Prentice Hall 1990. VHDL for Programmable Logic by Kevin Skahill, Addison Wesley, 1996 The Designer's Guide to VHDL by Peter Ashenden, Morgan Kaufmann, 1996. Analysis and Design of Digital Systems with VHDL by Dewey A., PWS Publishing, 1993. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 2
Nộidung Chương 1: Hệđếm Chương 2: Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Chương 3: Cổng logic Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuầntự Chương 6: Mạch phát xung và tạodạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 3
Hệđếm Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 4
Nộidung Khái niệm chung Biểudiễnsố Chuyển đổigiữacáchệđếm Số nhị phân có dấu Dấuphẩy động Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 5
Biểudiễnsố (1) Nguyên tắc chung Dùng mộtsố hữuhạn các ký hiệu ghép với nhau theo qui ướcvề vị trí. Các ký hiệunàythường đượcgọilàchữ số. Do đó, ngườitacòngọihệ đếmlàhệ thống số. Số ký hiệu được dùng là cơ số củahệ ký hiệulàr. Giá trị biểudiễncủa các chữ khác nhau được phân biệt thông qua trọng số củahệ. Trọng số củamộthệđếmbấtkỳ sẽ bằng ri, với i là số nguyên dương hoặcâm. Tên gọi, số ký hiệuvàcơ số củamột vài hệđếm thông dụng Tên hệđếmSố ký hiệuCơ số (r) Hệ nhị phân (Binary) 0, 1 2 Hệ bát phân (Octal) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 8 Hệ thậpphân(Decimal) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 10 Hệ thậplục phân (Hexadecimal) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F 16 Chú ý: Ngườitacũng có thể gọihệđếmtheocơ số của chúng. Ví dụ: Hệ nhị phân = Hệ cơ số 2, Hệ thậpphân= Hệ cơ số 10 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 6
Biểudiễnsố (2) Biểudiễnsố tổng quát: n1−−− 1 0 1 m N=×++×+×+×++× an1−−− r a 1 r a 0 r a 1 r a m r −m i =×∑ ari n1− Trong mộtsố trường hợp, ta phảithêmchỉ sốđểtránh nhầmlẫngiữabiểudiễncủacáchệ. Ví dụ: 3610 , 36 8 , 36 16 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 7
Hệ thập phân (1) Biểudiễntổng quát: n1−−− 1 0 1 m N10=× d n−−− 1 10 ++×+×+×++× d 1 10 d 0 10 d 1 10 d m 10 −m i =×∑ d10i n1− Trong đó: N10 : biểudiễnbấtkìtheohệ 10, d : các hệ số nhân (ký hiệubấtkìcủahệ), n: số chữ sốởphần nguyên, m : số chữ sốởphần phân số. Giá trị biểudiễncủamộtsố trong hệ thậpphânsẽ bằng tổng các tích của ký hiệu(cótrongbiểudiễn) vớitrọng số tương ứng Ví dụ: 1265.34 là biểudiễnsố trong hệ thập phân: 1265.34=× 1 10321012 +× 2 10 +× 6 10 +× 5 10 +× 3 10− +× 4 10− Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 8
Hệ thập phân (2) Ưu điểmcủahệ thập phân: Tính truyềnthống đốivới con người. Đây là hệ mà con ngườidễ nhận biếtnhất. Ngoài ra, nhờ có nhiềukýhiệunênkhả năng biểudiễncủahệ rấtlớn, cách biểudiễngọn, tốnítthờigianviếtvàđọc. Nhược điểm: Do có nhiềukýhiệunênviệcthể hiệnbằng thiếtbị kỹ thuậtsẽ khó khăn và phứctạp. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 9
Hệ nhị phân (1) Biểudiễntổng quát: n1−−− 1 0 1 m N2n1= b−−− × 2 ++×+×+ b 1 2 b 0 2 b 1 × 2 ++ b m × 2 −m i =×∑ b2i n1− Trong đó: N2 : biểudiễnbấtkìtheohệ 2, b : là hệ số nhân lấy các giá trị 0 hoặc1, n: số chữ sốởphần nguyên, m : số chữ sốởphần phân số. Hệ nhị phân (Binary number system) còn gọilàhệ cơ số hai, gồmchỉ hai ký hiệu 0 và 1, cơ số củahệ là 2, trọng số củahệ là 2n. Ví dụ: 1010.012 là biểudiễnsố trong hệ nhị phân. 3210− 1− 2 1010.012 =× 1 2 +× 0 2 +× 1 2 +× 0 0 +× 0 2 +× 1 2 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 10
Hệ nhị phân (2) Ưu điểm: Chỉ có hai ký hiệunênrấtdễ thể hiệnbằng các thiếtbị cơ, điện. Hệ nhị phân được xem là ngôn ngữ của các mạch logic, các thiếtbị tính toán hiện đại - ngôn ngữ máy. Nhược điểm: Biểudiễn dài, mất nhiềuthờigianviết, đọc. Các phép tính: Phép cộng: 0 + 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 10 Phép trừ: 0 - 0 = 0 ; 1 - 1 = 0 ; 1 - 0 = 1 ; 10 - 1 = 1 (mượn1) Phép nhân: (thựchiệngiống hệ thậpphân) 0 x 0 = 0 , 0 x 1 = 0 , 1 x 0 = 0 , 1 x 1 = 1 Chú ý : Phépnhâncóthể thay bằng phép dịch và cộng liên tiếp. Phép chia: Tương tự phép chia 2 số thập phân Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 11
Hệ bát phân (1) Biểudiễntổng quát: n1−−− 0 1 m N8n1=×++×+×++× O−−− 8 O 0 8 O 1 8 O m 8 −m i =×∑O8i n1− Trong đó: N8 : biểudiễnbấtkìtheohệ 8, O : các hệ số nhân (ký hiệubấtkìcủahệ), n: số chữ sốởphần nguyên, m : số chữ sốởphần phân số. Hệ này gồm 8 ký hiệu : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7. Cơ số củahệ là 8. Việclựachọncơ số 8 là xuấtpháttừ chỗ 8 = 23. Do đó, mỗichữ số bát phân có thể thay thế cho 3 bit nhị phân. Ví dụ: 1265.348 là biểudiễnsố trong bát phân. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 12
Hệ bát phân (2) Phép cộng Phép cộng trong hệ bát phân đượcthựchiệntương tự như trong hệ thập phân. Tuy nhiên, khi kếtquả củaviệccộng hai hoặcnhiềuchữ số cùng trọng số lớnhơn hoặcbằng 8 phảinhớ lên chữ số có trọng số lớnhơnkế tiếp. donvi:3+ 6==+ 9 1 8( viet 1 nho 1 len hang chuc ) 253 +++==+chuc:5 1 2 8 0 8 ( viet 0 nho 1 len hang tram ) 126 tram:2++= 1 1 4 (1 la nhotu hang chuc ) 401 Phép trừ Phép trừ cũng đượctiếnhànhnhư trong hệ thâp phân. Chú ý rằng khi mượn1 ở chữ số có trọng số lớnhơnthìchỉ cầncộng thêm 8 chứ không phảicộng thêm 10. 253donvi :3<→+−= 6 8 3 6 5( no 1 hang chuc ) − 126chuc :5−− 1 2 = 2 (1 la cho hang donvi vay ) 125 Chú ý: Cácphéptínhtronghệ bát phân ít đượcsử dụng. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 13
Hệ thậplục phân (1) Biểudiễntổng quát: n1− 0−− 1 m N16=×++×+×++×H n−−− 1 16 H 0 16 H 1 16 H m 16 −m i =×∑ H16i n1− Trong đó: N16 : biểudiễnbấtkìtheohệ 16, d : các hệ số nhân (ký hiệubấtkìcủahệ), n: số chữ sốởphần nguyên, m : số chữ sốởphần phân số. Hệ thậplục phân (hay hệ Hexadecimal, hệ cơ số 16). Hệ gồm 16 ký hiệu là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Trong đó, A = 1010 , B = 1110 , C = 1210 , D = 1310 , E = 1410 , F = 1510 . Ví dụ: 1FFA là biểudiễnsố trong hệ thậplụcphân Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 14
Hệ thậplục phân (2) Phép cộng Khi tổng hai chữ số lớnhơn 15, ta lấytổng chia cho 16. 169 Số dưđượcviếtxuống chữ số tổng và số thương được + 258 nhớ lên chữ số kế tiếp. Nếu các chữ số là A, B, C, D, E, F thì trướchết, ta phải đổi chúng về giá trị thập phân 3C1 tương ứng rồimớicộng. Phép trừ Khi trừ mộtsố bé hơn cho mộtsố lớnhơntacũng mượn 258 1 ở cộtkế tiếp bên trái, nghĩalàcộng thêm 16 rồimới − 169 trừ. 0 E F Phép nhân Muốnthựchiện phép nhân trong hệ 16 ta phải đổicácsố trong mỗithừasố về thập phân, nhân hai số với nhau. Sau đó, đổikếtquả về hệ 16. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 15
Nội dung Biểudiễnsố Chuyển đổicơ số giữacáchệđếm Số nhị phân có dấu Dấuphẩy động Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 16
Chuyển đổitừ hệ cơ số 10 sang các hệ khác Ví dụ: Đổisố 22.12510, 83.8710 sang số nhị phân Đốivớiphầnnguyên: Chia liên tiếpphần nguyên củasố thậpphânchocơ số củahệ cầnchuyển đến, số dư sau mỗilầnchiaviết đảongượctrậttự là kếtquả cần tìm. Phép chia dừng lạikhikếtquả lầnchiacuốicùngbằng 0. Đốivớiphần phân số: Nhân liên tiếpphầnphânsố củasố thậpphânvớicơ số củahệ cần chuyển đến, phần nguyên thu đượcsaumỗilần nhân, viếttuầntự là kết quả cần tìm. Phép nhân dừng lại khi phần phân số triệttiêu. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 17
Đổisố 22.12510 sang số nhị phân Đốivớiphần nguyên: Đốivớiphần phân số: Kết Phần BướcChiaĐượcDư BướcNhân quả nguyên 122/2110LSB 1 0.125 x 2 0.25 0 211/25 1 2 0.25 x 2 0.5 0 35/22 1 30.5 x 211 42/21 0 40 x 200 5 1/2 0 1 MSB Kếtquả biểudiễnnhị phân: 10110.001 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 18
Đổisố 83.8710 sang số nhị phân Đốivớiphần nguyên: Đốivớiphần phân số: Kết Phần BướcChiaĐượcDư BướcNhân quả nguyên 183/2411LSB 1 0.87 x 2 1.74 1 241/2201 2 0.74 x 2 1.48 1 320/2100 3 0.48 x 2 0.96 0 410/25 0 4 0.96 x 2 1.92 1 55/22 1 5 0.92 x 2 1.84 1 62/21 0 6 0.84 x 2 1.68 1 7 1/2 0 1 MSB 7 0.68 x 2 1.36 1 8 0.36 x 2 0.72 0 Kếtquả biểudiễnnhị phân: 1010011.11011110 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 19
Đổimộtbiểudiễntronghệ bất kì sang hệ 10 Công thứcchuyển đổi: n1−− n2 0 − 1 − m N10=×+× a n−− 1 r a n 2 r +×+×++× a 0 r a − 1 r a − m r Thựchiệnlấytổng vế phảisẽ có kếtquả cần tìm. Trong biểuthứctrên, ai và r là hệ số và cơ số hệ có biểudiễn. Ví dụ: Chuyển 1101110.102 sang hệ thậpphân 65 4321 0− 1− 2 N10 =× 121202121212021202 +× + × +× +× +× + × +× + × =++++++++=64 32 0 8 4 2 0 0.5 0 110.5 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 20
Đổicácsố từ hệ nhị phân sang hệ cơ số 8, 16 Quy tắc: Vì 8 = 23 và 16 = 24 nên ta chỉ cần dùng mộtsố nhị phân 3 bit là đủ ghi 8 ký hiệu củahệ cơ số 8 và từ nhị phân 4 bit cho hệ cơ số 16. Do đó, muốn đổimộtsố nhị phân sang hệ cơ số 8 và 16 ta chia số nhị phân cần đổi, kể từ dấu phân số sang trái và phải thành từng nhóm 3 bit hoặc 4 bit. Sau đó thay các nhóm bit đãphânbằng ký hiệutương ứng củahệ cần đổitới. Ví dụ: Chuyển 1101110.102 sang hệ cơ số 8 và 16 Tính từ dấu phân số, chia số Tính từ dấu phân số, chia số đã cho thành các nhóm 3 bit đã cho thành các nhóm 4 bit 001 101 110 . 100 0110 1110 . 1000 ↓↓ ↓ ↓ ↓↓ ↓ 15 6 4 6E 8 Kếtquả: 1101110.102 = 156.4 Kếtquả: 1101110.102 = 6E.8 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 21
Nội dung Biểudiễnsố Chuyển đổicơ số giữacáchệđếm Số nhị phân có dấu Dấuphẩy động Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 22
3 phương pháp biểudiễnsố nhị phân có dấu Sử dụng mộtbit dấu. Trong phương pháp này ta dùng một bit phụ, đứng trước các bit trị sốđểbiểu diễndấu, ‘0’ chỉ dấudương (+), ‘1’ chỉ dấu âm (-). Ví dụ: số 6: 00000110, số -6: 10000110. Sử dụng phép bù 1. Giữ nguyên bit dấuvàlấybù1 cácbit trị số (bù 1 bằng đảocủa các bit cần được lấy bù). Ví dụ: số 4: 00000100, số -4: 111111011. Sử dụng phép bù 2 Là phương pháp phổ biếnnhất. Số dương thể hiệnbằng số nhị phân không bù (bit dấubằng 0), còn số âm đượcbiểudiễn qua bù 2 (bit dấubằng 1). Bù 2 bằng bù 1 cộng 1. Có thể biểudiễnsố âm theo phương pháp bù 2 xen kẽ: bắt đầutừ bit LSB, dịch về bên trái, giữ nguyên các bit cho đếngặp bit 1 đầutiênvàlấy bù các bit còn lại. Bit dấugiữ nguyên. Ví dụ: số 4: 00000100, số -4: 111111100. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 23
Cộng và trừ các số theo biểudiễnbit dấu Phép cộng Hai số cùng dấu: cộng hai phầntrị số với nhau, còn dấulàdấu chung. Hai số khác dấuvàsố dương lớnhơn: cộng trị số củasố dương vớibù1 củasố âm. Bit tràn đượccộng thêm vào kếtquả trung gian. Dấulàdấudương. Hai số khác dấuvàsố dương lớnhơn: cộng trị số củasố dương vớibù1 củasố âm. Lấybù1 củatổng trung gian. Dấulàdấuâm. Phép trừ. Nếulưuý rằng, - (-) = + thì trình tự thựchiệnphéptrừ trong trường hợpnày cũng giống phép cộng. Ví dụ: Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 24
Cộng và trừ các số theo biểudiễnbù1 Phép cộng Hai số dương: cộng như cộng nhị phân thông thường, kể cả bit dấu. Hai số âm: biểudiễn chúng ở dạng bù 1 và cộng như cộng nhị phân, kể cả bit dấu. Bit tràn cộng vào kếtquả. Chú ý, kếtquảđượcviếtdướidạng bù 1. Hai số khác dấuvàsố dương lớnhơn: cộng số dương vớibù1 củasố âm. Bit tràn đượccộng vào kếtquả. Hai số khác dấuvàsố âm lớnhơn: cộng số dương vớibù1 củasố âm. Kếtquả không có bit tràn và ở dạng bù 1. Phép trừ Để thựchiệnphéptrừ, ta lấybù1 củasố trừ, sau đóthựchiệncácbướcnhư phép cộng. Vídụ: Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 25
Cộng các số theo biểudiễnbù1: Vídụ Hai số dương: cộng như cộng nhị phân thông thường, kể cả bit dấu. 0 0 0 0 0 1 0 12 (510) + 0 0 0 0 0 1 1 12 (710) 0 0 0 0 1 1 0 02 (1210) Hai số âm: biểudiễn chúng ở dạng bù 1 và cộng như cộng nhị phân, kể cả bit dấu. Bit tràn cộng vào kếtquả. Chú ý, kếtquả đượcviếtdướidạng bù 1 1 1 1 1 1 0 1 02 (-510) + 1 1 1 1 1 0 0 02 (-710) 1 1 1 1 1 0 0 1 02 ↓ + Bít tràn → 1 1 1 1 1 0 0 1 12 (-12) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 26
Cộng các số theo biểudiễnbù1: Vídụ Hai số khác dấuvàsố dương lớnhơn: cộng số dương vớibù1 củasố âm. Bit tràn đượccộng vào kếtquả. 0 0 0 0 1 0 1 02 (+1010) + 1 1 1 1 1 0 1 02 (-510) 1 0 0 0 0 0 1 0 02 ↓ + Bít tràn → 1 0 0 0 0 0 1 0 12 (+510) Hai số khác dấuvàsố âm lớnhơn: cộng số dương vớibù1 củasố âm. Kết quả không có bit tràn và ở dạng bù 1. 1 1 1 1 0 1 0 12 (-1010) + 0 0 0 0 0 1 0 12 (+510) 1 1 1 1 1 0 1 02 (-510) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 27
Cộng và trừ các số theo biểudiễnbù2 Phép cộng Hai số dương: cộng như cộng nhị phân thông thường. Kếtquả là dương. Hai số âm: lấybù2 cả hai số hạng và cộng, kếtquảởdạng bù 2. Hai số khác dấuvàsố dương lớnhơn: lấysố dương cộng vớibù2 củasố âm. Kếtquả bao gồmcả bit dấu, bit tràn bỏđi. Hai số khác dấuvàsố âm lớnhơn: số dương đượccộng vớibù2 củasố âm, kết quảởdạng bù 2 củasố dương tương ứng. Bit dấulà1. Phép trừ Phép trừ hai số có dấu là các trường hợp riêng của phép cộng. Ví dụ, khi lấy+9 trừđi +6 là tương ứng với +9 cộng với-6. Vídụ: Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 28
Cộng các số theo biểudiễnbù2: Vídụ Hai số dương: cộng như cộng nhị phân thông thường. Kếtquả là dương. 0 0 0 0 1 0 1 12 (1110) + 0 0 0 0 0 1 1 12 (710) 0 0 0 1 0 0 1 02 (1810) Hai số âm: lấybù2 cả hai số hạng và cộng, kếtquảởdạng bù 2. 1 1 1 1 0 1 0 12 (-1110) + 1 1 1 1 1 0 0 12 (-710) 1 1 1 1 0 1 1 1 02 ↓ + Bít tràn → bỏđi 1 1 1 0 1 1 1 02 (-1810) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 29
Cộng các số theo biểudiễnbù2: Vídụ Hai số khác dấuvàsố dương lớnhơn: lấysố dương cộng vớibù2 củasố âm. Kếtquả bao gồmcả bit dấu, bit tràn bỏđi. 0 0 0 0 1 0 1 12 (+1110) + 1 1 1 1 1 0 0 12 (-710) 1 0 0 0 0 0 1 0 02 ↓ + Bít tràn → bỏđi 0 0 0 0 0 1 0 02 (+410) Hai số khác dấuvàsố âm lớnhơn: số dương đượccộng vớibù2 củasố âm, kếtquảởdạng bù 2 củasố dương tương ứng. Bit dấulà1. 1 1 1 1 0 1 0 12 (-1110) + 0 0 0 0 0 1 1 12 (+710) 1 1 1 1 1 1 0 02 (-410) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 30
Nội dung Biểudiễnsố Chuyển đổicơ số giữacáchệđếm Số nhị phân có dấu Dấuphẩy động Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 31
Biểudiễntheodấuphẩy động -3 Ví dụ: 197,62710 = 197627 x 10 +3 197,62710 = 0,197627 x 10 Gồmhaiphần: số mũ E (phần đặc tính) và phần định trị M (trường phân số). E có thể có độ dài từ 5 đến 20 bit, M từ 8 đến 200 bit phụ thuộc vào từng ứng dụng và độ dài từ máy tính. Thông thường dùng 1 số bit để biểudiễnE vàcácbit cònlạichoM với điềukiện: Ex X2= () Mx 1/2≤ M≤ 1 E và M có thểđượcbiểudiễn ở dạng bù 2. Giá trị của chúng đượchiệu chỉnh để đảmbảomốiquanhệ trên đây đượcgọilàchuẩn hóa. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 32
Cácphéptínhvớibiểudiễndấuphẩy động Giống như các phép tính củahàmmũ. Giả sử có hai số theo dấuphẩy động đãchuẩn hóa: Ex Ey X2= () Mx Y2= ( My ) thì: EExy+ EZ Nhân: ZX.Y2==( M.M2Mxy) = z EExy− Ew Chia: W== X/Y 2( Mxy /M) = 2 M w Tích: Thương: Muốnlấytổng và hiệu, cần đưacácsố hạng về cùng số mũ, sau đósố mũ củatổng và hiệusẽ lấysố mũ chung, còn định trị của tổng và hiệusẽ bằng tổng và hiệucácđịnh trị. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 33
Câu hỏi Đổisố nhị phân sau sang dạng bát phân: 0101 1111 0100 1110 A) 57514 B) 57515 C) 57516 D) 57517 Thựchiệnphéptínhhaisố thậplục phân sau: 132,4416 + 215,0216. A) 347,46 B) 357,46 C) 347,56 D) 357,67 Thựchiện phép cộng hai số có dấusautheophương pháp bù 1: 0000 11012 + 1000 10112 A) 0000 0101 B) 0000 0100 C) 0000 0011 D) 0000 0010 Thựchiện phép cộng hai số có dấusautheophương pháp bù 2: 0000 11012 – 1001 10002 A) 1000 1110 B) 1000 1011 C) 1000 1100 D) 1000 1110 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 34
Nộidung Chương 1: Hệđếm Chương 2: Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Chương 3: Cổng logic Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuầntự Chương 6: Mạch phát xung và tạodạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 35
Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 36
Nộidung Đạisố Boole Các phương pháp biểudiễn hàm Boole Các phương pháp rút gọnhàm Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 37
Đạisố Boole Các định lý cơ bản: Stt Tên gọiDạng tích Dạng tổng 1 Đồng nhất X.1 = X X + 0 = X 2Phầntử 0, 1 X.0 = 0 X + 1 = 1 X 3Bù X.X= 0 XX1+ = 4Bấtbiến X.X = X X + X = X 1 ZZ 5Hấpthụ X + X.Y = X X.(X + Y) = X YY 6Phủđịnh đúp X=X 7 Định lý X.Y.Z = X+++ Y Z DeMorgan () ()X+++ Y Z = X.Y.Z Các định luậtcơ bản: Hoán vị: X.Y = Y.X, X + Y = Y + X Kếthợp: X.(Y.Z) = (X.Y).Z, X + (Y + Z) = (X + Y) + Z Phân phối: X.(Y + Z) = X.Y + X.Z, (X + Y).(X + Z) = X + Y.Z Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 38
Các phương pháp biểudiễn hàm Boole Có 3 phương pháp biểudiễn: Bảng trạng thái Bảng các nô (Karnaugh) Phương pháp đạisố Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 39
Phương pháp Bảng trạng thái Liệtkêgiátrị (trạng thái) mỗibiếntheo từng cộtvàgiátrị hàm theo mộtcột mA B C f riêng (thường là bên phảibảng). Bảng trạng thái còn đượcgọilàbảng sự thật m0 0000 hay bảng chân lý. m1 0010 n Đốivới hàm n biếnsẽ có 2 tổ hợp độc m2 0100 lập. Các tổ hợpnàyđượckíhiệubằng n m3 0110 chữ mi, với i = 0 ÷ 2 -1 và có tên gọilà các hạng tích hay còn gọilàmintex. m4 1000 m5 1010 m 1100 Ưu điểm: Rõ ràng, trực quan. Sau khi xác 6 định các giá trị biếnvàothìtacóthể tìm m7 1111 được giá trịđầuranhờ bảng trạng thái. Nhược điểm: Sẽ phứctạpnếusố biến quá nhiều, không thể dùng các công thức và định lý để tính toán Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 40
Phương pháp Bảng Các nô (Karnaugh) Tổ chứccủabảng Các nô: B 01 Các tổ hợpbiến đượcviếttheomột dòng (thường là A phía trên) và mộtcột(thường là bên trái). Một hàm logic có n biếnsẽ có 2n ô. 0 Mỗiô thể hiệnmộthạng tích hay mộthạng tổng, các 1 hạng tích trong hai ô kế cận chỉ khác nhau mộtbiến. BC 00 01 11 10 Tính tuầnhoàncủabảng Các nô: A Không những các ô kế cận khác nhau mộtbiến mà 0 các ô đầu dòng và cuối dòng, đầucột và cuốicột cũng chỉ khác nhau mộtbiến (kể cả 4 góc vuông của 1 bảng). Bởivậy cácô nàycũng gọilàkế cận. CD 00 01 11 10 Thiếtlậpbảng Các nô củamộthàm: AB Dướidạng chuẩn tổng các tích, ta chỉ việc ghi giá trị 1 vào các ô ứng vớihạngtíchcómặt trong biểudiễn, 00 các ô còn lạisẽ lấy giá trị 0 (theo định lý DeMorgan). 01 Dướidạng tích các tổng, cách làm cũng tương tự, 11 nhưng các ô ứng vớihạng tổng có trong biểudiễnlại lấygiátrị 0 và các ô khác lấygiátrị 1. 10 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 41
Phương pháp đạisố Có 2 dạng biểudiễnlàdạng tuyển (tổng các tích) và dạng hội (tích các tổng). Dạng tuyển: Mỗisố hạng là một hạng tích hay mintex, thường kí hiệubằng chữ "mi". Dạng hội: Mỗithừasố là hạng tổng hay maxtex, thường đượckíhiệubằng chữ "Mi". Nếutrongtấtcả mỗihạng tích hay hạng tổng có đủ mặtcácbiến, thì dạng tổng các tích hay tích các tổng tương ứng đượcgọilàdạng chuẩn. Dạng chuẩn là duy nhất. Tổng quát, hàm logic n biếncóthể biểudiễnchỉ bằng mộtdạng tổng các tích: 21n − f() Xn1− , ,X 0= ∑ a i m i i0= hoặcbằng chỉ mộtdạng tích các tổng: 21n − f() Xn1− , ,X 0=+∏ () a i M i i0= ai chỉ lấy hai giá trị 0 hoặc1. Đốivớimộthàmthìmintex và maxtex là bù củanhau. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 42
Các phương pháp rút gọnhàm Có 3 phương pháp rút gọn hàm: Phương pháp đạisố Phương pháp bảng Karnough Phương pháp Quine Mc. Cluskey Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 43
Phương pháp đạisố Dựa vào các định lý đãhọc để đưabiểuthứcvề dạng tốigiản. Ví dụ: Hãy đưa hàm logic về dạng tốigiản: fABACBC=++ Áp dụng định lýAA1+ = , XXYX + = , ta có: fABACBCAA=++( +) =+ABABCACABC ++ =+AB AC Vậynếutrongtổng các tích, xuấthiệnmộtbiếnvàđảocủabiến đó trong hai số hạng khác nhau, các thừasố còn lạitronghaisố hạng đó tạo thành thừasố củamộtsố hạng thứ ba thì số hạng thứ ba đólàthừa và có thể bỏđi. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 44
Phương pháp đạisố (tiếp) Ví dụ: Hãy đưa hàm logic về dạng tốigiản: fABBCDACBC=+ ++ Áp dụng định lýAA1+ = , XXYX + = , ta có: fABBCD(AA)ACBC=+ +++ =++++(AB ABCD) (ABCD AC) BC =++=+AB AC BC AB AB.C =++AB(1 C) AB.C =+AB C f1 =++AD BD BCD + ACD + ABC Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 45
Phương pháp Bảng Các nô (Karnaugh) Phương pháp này thường được dùng để rút gọn các hàm có số biến không vượtquá5. Các bướctốithiểu hóa: 1. Gộp các ô kế cận có giá trị ‘1’ (hoặc ‘0’) lại thành từng nhóm 2, 4, , 2i ô. Số ô trong mỗi nhóm càng CD lớnkếtquả thu được càng tốigiản. Mộtô cóthểđược 00 01 11 10 AB gộp nhiềulần trong các nhóm khác nhau. Nếugộp theo các ô có giá trị ‘0’ ta sẽ thu đượcbiểuthứcbù 00 11 củahàm. 01 11 2. Thay mỗi nhóm bằng mộthạng tích mới, trong đó 11 1111 giữ lạicácbiếngiống nhau theo dòng và cột. 10 11 3. Cộng các hạng tích mớilại, ta có hàm đãtốigiản. f = AB f = C Ví dụ: Hãy dùng bảng Các nô để giản ướchàm: 1 2 fABBCDACBC=+ ++ Kếtquả fABC=+ f3 (A, B,C, D) = ∑(0,1,2,3,5,7,8,9,10,13) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 46
Phương pháp Quine Mc. Cluskey Phương pháp này có thể tốithiểuhóađược hàm nhiềubiếnvàcóthể tiếnhànhcôngviệcnhờ máy tính. Các bướctốithiểu hóa: 1. Lậpbảng liệt kê các hạng tích dướidạng nhị phân theo từng nhóm vớisố bit 1 giống nhau và xếpchúngtheosố bit 1 tăng dần. 2. Gộp2 hạng tích củamỗicặpnhómchỉ khác nhau 1 bit để tạo các nhóm mới. Trong mỗi nhóm mới, giữ lạicácbiếngiống nhau, biếnbỏđithaybằng một dấu ngang (-). Lặplạichođến khi trong các nhóm tạo thành không còn khả năng gộpnữa. Mỗi lần rút gọn, ta đánh dấu # vào các hạng ghép cặp được. Các hạng không đánh dấutrongmỗilần rút gọnsẽđượctậphợplại để lựachọnbiểuthứctốigiản. Ví dụ: f( A,B,C,D) = ∑( 10, 11, 12, 13, 14, 15) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 47
Phương pháp Quine Mc. Cluskey (tiếp) Bước1: Lậpbảng Bảng a Bảng b Hạng tích sắpxếpNhị phân (ABCD) Rút gọnlần1 (ABCD) Rút gọnlầnthứ 2 (ABCD) 10 1 0 1 0 1 0 1 - # (10,11) 1 1 - - (12,13,14,15) 12 1 1 0 0 1 - 1 0 # (10,14) 1 - 1 - (10,11,14,15) 11 1 0 1 1 1 1 0 - # (12,13) 13 1 1 0 1 1 1 - 0 # (12,14) 14 1 1 1 0 1 - 1 1 # (11,15) 15 1 1 1 1 1 1 - 1 # (13,15) 1 1 1 - # (14,15) Bước2: Thựchiệnnhómcáchạng tích Ta nhậnthấyrằng 4 cột có duy nhất A BCD 10 11 12 13 14 15 mộtdấu"x" ứng vớihaihạng 11 và 1-1-. Do đó, biểuthứctốigiảnlà: 1 1 - - xx xx 1 - 1 - x x x x fA,B,C,D( ) =+ ABAC Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 48
Nộidung Chương 1: Hệđếm Chương 2: Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Chương 3: Cổng logic Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuầntự Chương 6: Mạch phát xung và tạodạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 49
Cổng logic Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 50
Nội dung Các cổng logic và các tham số chính Các họ cổng logic Giao tiếpgiữa các cổng logic cơ bản Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 51
Cổng logic và các tham số chính Cổng logic cơ bản Mộtsố cổng ghép thông dụng Logic dương và logic âm Các tham số chính Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 52
Cổng logic cơ bản: AND, OR, NOT Cổng AND Cổng OR Cổng NOT Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 53
Cổng AND Hàm ra củacổng AND 2 và nhiềubiến vào như sau: f== f (A,B) AB; f = f (A,B,C,D, ) = A.B.C.D Ký hiệu cổng AND Bảng trạng thái cổng AND 2 lối vào A A 0 & AB f AB f f 0 f B B 0 000 LLL A A 0 & 010 LHL B f B 00f 0 C C 100 HLL 111 HHH Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic 0 1 1 0001 1 1 0 LốivàoA Lốira 001 11 001 00 f LốivàoB 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 t t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 Đồ thị dạng xung vào, ra củacổng AND Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 54
Cổng OR Hàm ra củacổng OR 2 và nhiềubiếnvàonhư sau: f= f (A,B) = A + B; f = f (A,B,C,D, ) = A ++++ B C D Ký hiệu cổng OR Bảng trạng thái cổng OR 2 lối vào A A 0 >=1 AB f AB f f 0 f 0 B B 0 0 0 LLL 011 LHH A A 0 >=1 B f B 00f 0 101 HLH C C 1 1 1 HHH Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 A 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 f B 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 t t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 Đồ thị dạng xung củacổng OR. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 55
Cổng NOT Hàm ra củacổng NOT: fA= Ký hiệu cổng NOT Bảng trạng thái cổng NOT A f A f Af Af 01 LH 10 HL A f A f Theo giá trị logic Theo mức logic Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE A A Dạng xung ra Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 56
Mộtsố cổng ghép thông dụng Cổng NAND Cổng NOR Cổng khác dấu(XOR) Cổng đồng dấu(XNOR) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 57
Cổng NAND Ghép nốitiếpmộtcổng AND vớimộtcổng NOT ta đượccổng NAND. Hàm ra củacổng NAND 2 và nhiềubiến vào như sau: fAB= fABCD = Ký hiệu cổng NAND Bảng trạng thái cổng NAND 2 lốivào A A 0 & AB f AB f f 0 f B B 0 001 LLH 011 LHH A A 0 & B f B 0 0 f 0 101 HLH C C 110 HHL Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 58
Cổng NOR Ghép nốitiếpmộtcổng OR vớimộtcổng NOT ta đượccổng NOR. Hàm ra củacổng NOR 2 và nhiềubiến vào như sau: fAB=+ f= A++++ B C D Ký hiệu cổng NOR Bảng trạng thái cổng NOR 2 lối vào A A 0 >=1 AB f AB f f 0 f B B 0 001 LLH 010 LHL A A 0 >=1 B f B 0 0 f 0 100 HLL C C 110 HHL Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 59
Cổng NAND Ghép nốitiếpmộtcổng AND vớimộtcổng NOT ta đượccổng NAND. Hàm ra củacổng NAND 2 và nhiềubiến vào như sau: fAB= fABCD = Ký hiệu cổng NAND Bảng trạng thái cổng NAND 2 lốivào A A 0 & AB f AB f f 0 f B B 0 001 LLH 011 LHH A A 0 & B f B 0 0 f 0 101 HLH C C 110 HHL Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 60
Cổng NOR Ghép nốitiếpmộtcổng OR vớimộtcổng NOT ta đượccổng NOR. Hàm ra củacổng NOR 2 và nhiềubiến vào như sau: fAB=+ f= A++++ B C D Ký hiệu cổng NOR Bảng trạng thái cổng NOR 2 lối vào A A 0 >=1 AB f AB f f 0 f B B 0 001 LLH 010 LHL A A 0 >=1 B f B 0 0 f 0 100 HLL C C 110 HHL Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 61
Cổng XOR - cổng khác dấu Cổng XOR còn gọilàcổng khác dấu, hay cộng modul 2. Hàm ra củacổng XOR 2 biếnvàonhư sau: fABABha=+y fAB =⊕ Ký hiệu cổng XOR Bảng trạng thái cổng XOR 2 lối vào A A 0 =1 AB f AB f f 0 f B B 0 000 LLL 011 LHH A A 0 =1 B f B 00f 0 101 HLH C C 110 HHL Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 62
Cổng XNOR - cổng đồng dấu Cổng XNOR còn gọilàcổng đồng dấu. Hàm ra củacổng XNOR 2 biến vào như sau: fABABha=+y fABAB =⊕=∼ Ký hiệu cổng XNOR Bảng trạng thái cổng XNOR 2 lốivào A A 0 = AB f AB f f 0 f B B 0 001 LLH 010 LHL A A 0 = B f B 0 0 f 0 100 HLL C C 111 HHH Chuẩn ANSI Chuẩn IEEE Theo giá trị logic Theo mức logic Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 63
Logic dương và logic âm Logic dương là logic có điệnthế mức cao H luôn lớnhơn điệnthế mức thấpL (VH > VL). Logic âm là đảocủalogic dương (VH < VL). Khái niệm logic âm thường được dùng để biểudiễntrị các biến. Logic âm và mứcâmcủa logic là hoàn toàn khác nhau. V H 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 L t 0 a) Logic dương vớimứcdương. V 0 t H 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 L b) Logic dương vớimứcâm. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 64
Các tham số chính Mức logic Độ chống nhiễu Hệ số ghép tảiK Công suấttiêuthụ Trễ truyềnlan Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 65
Mức logic 5v V V VRHmax VHmax RHmax VVHmax 4,9v VRHmin NH 4v VVHmin 3,5v 3v 2,4v VRHmin NH 2v VVHmin VVLmax 1,5v N 1v L 0,8v VVLmax NL V 0,4v RLmax 0,1v 0v VRLmax Họ TTL Họ CMOS Mức logic là mức điệnthế trên đầuvàovàđầuracủacổng tương ứng với logic "1" và logic "0", nó phụ thuộc điệnthế nguồn nuôi củacổng (VCC đốivớihọ TTL (Transistor Transistor Logic) và VDD đốivớihọ MOS (Metal Oxide Semiconductor)). Lưuý:mức logic vào vượt quá điệnthế nguồn nuôi có thể gây hư hỏng cho cổng. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 66
Độ chống nhiễu Độ chống nhiễu (hay độ phòng vệ nhiễu) là mứcnhiễulớnnhấttácđộng tớilối vào hoặclốiracủacổng mà chưa làm thay đổitrạng thái vốncócủanó. VNH VNL VVL V VRH TTL TTL VH TTL TTL V VVL VRH VH VRL Cổng I Cổng II Cổng I Cổng II a) Tác động nhiễu khi mứcracao b) Tácđộng nhiễu khi mứcrathấp Ảnh hưởng của nhiễucóthể phân ra hai trường hợp: + Nhiễumứccao: đầuracổng I lấylogic H (hìnha), + Nhiễumứcthấp: đầuracổng I lấy logic L đầuracổng II là logic L, nếucáccổng vẫnhoạt (hình b), tương tự ta có: động bình thường. Khi tính tớitácđộng của nhiễu: VVVRHmin+≥ NH VHmin ⇔≥ VVV NH VHmin − RHmin VVVRLmax+ NL≤⇔≤− VLmax VVV NL VLmax RLmax Vớicổng TTL: Vớicổng TTL: VNL ≥− 2V 2,4V =− 0,4V V0,8V0,4V0,4VNL ≤ −= Vớicổng CMOS: Vớicổng CMOS: V3,5V4,9V1,4VNL ≥−=− V1,5V0,1V1,4VNL ≤ −= Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 67
Hệ số ghép tảiK Cho biếtkhả năng nối đượcbaonhiêulốivàotới đầuracủa1 cổng đãcho. Hệ số ghép tảiphụ thuộc dòng ra (hay dòng phun) củacổng chịutảivà dòng vào (hay dòng hút) củacáccổng tải ở cả hai trạng thái H, L. Cổng chịutải Cổng chịutải Các cổng tải Các cổng tải H L A A B B I IRH RL a) Mứcracủacổng chịutải là H b) Mứcracủacổng chịutảilàL Công thứctínhhệ số ghép tải: I RLmax ; I =1,6mA gọilàđơnvị ghép tải(D) Kt = RL t IRL Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 68
Công suấttiêuthụ +Vcc +Vcc ICCH ICCL L H H H H L Hai trạng thái tiêu thụ dòng củacổng logic ICCH -Làdòngtiêuthụ khi đầuralấymứcH, ICCL -Làdòngtiêuthụ khi đầuralấymứcL. Theo thống kê, tín hiệusố có tỷ lệ bit H / bit L khoảng 50%. Do đó, dòng tiêu thụ trung bình ICC đượctínhtheocôngthức: ICC = (ICCH + ICCL)/ 2 Công suấttiêuthụ trung bình củamỗicổng sẽ là: P0 = ICC . VCC Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 69
Trễ truyềnlan Tín hiệu điqua mộtcổng phảimấtmột khoảng thờigian, đượcgọilàtrễ truyềnlan. Vào Vào Ra Ra tTHL tTLH Trễ truyềnlanxảyratạicả hai sườncủa xung ra. Nếukíhiệutrễ truyền lan ứng vớisườntrướclàtTHLvàsườn sau là tTLH thì trễ truyềnlan trung bình là: tTbtb = (t THL + tTLH)/2 Thời gian trễ truyền lan hạn chế tần số công tác của cổng. Trễ càng lớn thì tần số công tác cực đại càng thấp. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 70
Các họ cổng logic Họ DDL Họ DTL Họ RTL Họ TTL Họ MOS FET Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 71
Họ DDL DDL (Diode Diode Logic) là họ cổng logic do các diode bán dẫntạo thành. Cổng AND, OR 2 lối vào họ DDL: Bảng trạng thái thể hiệnnguyênlýhoạt động củacáccổng +5V AND, OR họ DDL AND OR R1 D1 A f A A(V) B(V) f(V) A(V) B(V) f(V) D2 f B B a) Cổng AND 0 0 0,7 0 0 0 D1 A f 0 3 0,7 0 5 4,3 A D2 f B B 3 0 0,7 5 0 4,3 R1 3 3 4,7 5 5 4,3 b) Cổng OR Theo mức điệnápvào/ra Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 72
Họ DDL (2) Ưu điểm củahọ DDL: Mạch điện đơngiản, dễ tạo ra các cổng AND, OR nhiềulốivào. Ưu điểm này cho phép xây dựng các ma trận diode vớinhiều ứng dụng khác nhau; Tầnsố công tác có thểđạtcaobằng cách chọn các diode chuyểnmạch nhanh; Công suấttiêuthụ nhỏ. Nhược điểm củahọ DDL: Độ phòng vệ nhiễuthấp(VRL lớn) ; Hệ số ghép tảinhỏ. Để cảithiện độ phòng vệ nhiễutacóthể ghép nốitiếp ở mạch ra một diode. Tuy nhiên, khi đóVRH cũng bị sụt đi 0,6V. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 73
Họ DTL Để thựchiệnchứcnăng đảo, ta có thểđấunốitiếpvớicáccổng DDL một transistor công tác ở chếđộkhoá. Mạch cổng như thếđượcgọilàhọ DTL (Diode Transistor Logic). Ví dụ các cổng NOT, NAND thuộchọ DTL +5V +5V +5V +5V 2k 2k 4k 4k f f D1 D2 D3 D1 D2 D3 A Q A Q1 1 D4 5k 5k B a) b) Bằng cách tương tự, ta có thể thiếtlậpcổng NOR hoặccáccổng liên hợp phứctạphơn. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 74
Họ DTL (2) Ưu điểm củahọ DTL: Trong hai trường hợp trên, nhờ các diode D2, D3 độ chống nhiễutrênlối vào củaQ1 đượccảithiện. Mức logic thấptạilốiraf giảmxuống khoảng 0,2 V ( bằng thế bão hoà UCE củaQ1). Do IRHmax và IRLmax củabándẫncóthể lớnhơn nhiềuso vớidiode nênhệ số ghép tảicủacổng cũng tăng lên. Nhược điểm củahọ DTL: Vì tảicủa các cổng là điệntrở nên hệ số ghép tải(đặcbiệt đốivớiNH) còn bị hạnchế, Trễ truyềnlancủahọ cổng này còn lớn. Những tồntạitrênsẽ đượckhắcphụctừng phần ở các họ cổng sau. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 75
Họ RTL Họ RTL (Resistor Transistor Logic) là các cổng logic đượccấutạobởi các điệntrở và transistor. Cổng NOT họ RTL Cổng NOR 2 lối vào họ RTL Bảng trạng thái Bảng trạng thái A(V) f(V) A(V) B(V) f(V) 05,7 005,7 50 050 500 550 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 76
Họ TTL Thay các điốt đầu vào họ DTL thành transistor đalớptiếp giáp BE ta đượchọ TTL (Transistor Transistor Logic). Mộtsố mạch TTL Mạch cổng NAND Mạch cổng OR Mạch cổng collector để hở Mạch cổng TTL 3 trạng thái Họ TTL có diode Schottky ( TTL + S ) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 77
Mạch cổng NAND TTL Sơđồnguyên lý củamạch NAND TTL có thểđược chia ra thành 3 phần. Mạch đầu vào: gồm +Vcc Transistor Q1, trở R1 và R1 R2 R3 300Ω các diode D1, D2. Mạch 4kΩ 1,6kΩ này thựchiệnchứcnăng Q3 NAND. A Q1 Q2 D3 A Mạch giữa: gồm f f Transistor Q2, các trở B B R2, R4. Q4 D1 D2 R4 Mạch đầura: gồmQ3, 1kΩ Q4, R3 và diode D3. Khi bấtkỳ mộtlốivàoở mứcthấpthìQ1 đềutrở thành thông bão hoà, do đó Q2 và Q4 đóng, còn Q3 thông nên đầuracủamạch sẽởmứccao. Lốirasẽ chỉ xuống mứcthấpkhitấtcả các lối vào đều ở mức logic cao và làm transistor Q1 cấm. Diode D3 đượcsử dụng như mạch dịch mức điệnáp, nócótácdụng làm cho Q3 cấm hoàn toàn khi Q2 và Q4 thông. Diode này nhiều khi còn đượcmắc vào mạch giữa collector Q2 và base củaQ3. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 78
Mạch cổng OR TTL Sơđồnguyên lý củamạch NAND TTL có thểđược chia ra thành 3 phần. +Vcc Mạch đầu vào: gồm R2 R3 R5 R7 Transistor Q1, Q2, Q3, R1 130Ω 4kΩ 4kΩ 1,6kΩ 1,6kΩ trở R1, R2 và các diode D3 D1, D2. Mạch này thực Q7 hiệnchứcnăng OR. Q6 A Q4 Q1 D4 Mạch giữa: gồm f Transistor Q4, Q5, các B Q2 Q3 Q5 Q8 trở R3, R4, và diode D3. D1 D2 R4 R6 1 kΩ 1 kΩ Mạch đầura: gồmQ6, Q7, Q8, các trở R5, R6, R7 và diode D4. Sơđồmạch điệncủamộtcổng OR TTL 2 lốivào. Nguyên lý hoạt động củamạch vào này cũng giống vớicổng NAND Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 79
Mạch cổng collector để hở Nhược điểmcủahọ cổng TTL có mạch ra khép kín là hệ số tải đầura không thể thay đổi, nên nhiều khi gây khó khăntrongviệckếtnốivới đầu vào củacácmạch điệntử tầng sau. Cổng logic collector để hở khắc phục đượcnhược điểm này. +5V R1 R2 4kΩ 1,6kΩ ≡ A Q1 Q2 A f Q3 f D1 R3 1,6kΩ Hình trên là sơđồcủamộtcổng TTL đảo collector hở tiêu chuẩn. Muốn đưacổng vào hoạt động, cần đấuthêmtrở gánh ngoài, từ cực collector đến +Vcc. Mộtnhược điểmcủacổng logic collector hở là tầnsố hoạt động của mạch sẽ giảmxuống do phảisử dụng điệntrở gánh ngoài. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 80
Mạch cổng TTL 3 trạng thái +5V +Vcc R3 R5 R1 R2 1,6kΩ 130Ω R5 4k 4k D1 Q4 A Q3 Q4 Q1 D2 B f LốiraZ cao E Q2 Q5 R4 Q5 1k Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 81
Họ MOS FET Bán dẫntrường (MOS FET) cũng đượcdùngrấtphổ biến để xây dựng mạch điệncácloạicổng logic. Đặc điểm chung và nổibậtcủahọ này là: Mạch điệnchỉ bao gồm các MOS FET mà không có điệntrở Dải điệnthế công tác rộng, có thể từ +3 đến +15 V Độ trễ thờigianlớn, nhưng công suất tiêu thụ rấtbé Tuỳ theo loại MOS FET đượcsử dụng, họ này đượcchiara các tiểuhọ: PMOS NMOS CMOS Cổng truyềndẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 82
PMOS Mạch điệncủahọ cổng này chỉ dùng MOSFET có kênh dẫnloạiP. Công nghệ PMOS cho phép sảnxuấtcácmạch tích hợpvớimật độ cao nhất. Hình dướilàsơđồcổng NOT và cổng NOR loạiPMOS. Ởđây MOSFET Q2, Q5 đóng chứcnăng các điệntrở. VDD VDD S S A A G Q3 G Q1 D D f = A S B S G Q4 G Q2 D f= A+B S D G Q5 VSS D VSS a) Cổng NOT b) Cổng NOR Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 83
NMOS Mạch điệncủahọ cổng này chỉ dùng MOSFET có kênh dẫnloạiN. Hình dướilàsơđồcổng NAND và cổng NOR loạiNMOS. Ởđây MOSFET Q1 đóng vai trò điệntrở. V DD VDD Q1 Q1 1 f f Q2 Q2 Q3 A A B Q3 B VSS VSS a) Cổng NAND b) Cổng NOR Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 84
CMOS CMOS – Complementary MOS. Mạch điệncủahọ cổng logic này sử dụng cả hai loại MOS FET kênh dẫn P và kênh dẫnN. Bởivậycóhiện tượng bù dòng điệntrongmạch. Chính vì thế mà công suấttiêuthụ của họ cổng, đặcbiệttrongtrạng thái tĩnh là rấtbé. VDD V DD S S S G Q1 G Q2 G Q1 D D f D D A f Q3 D G A G Q2 S S B Q4 a) Cổng NOT b) Cổng NAND Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 85
Cổng truyềndẫn Dựa trên công nghệ CMOS, ngườitasảnxuấtloạicổng có thể cho qua cả tín hiệusố lẫntínhiệutương tự. Bởivậycổng đượcgọilàcổng truyềndẫn G Q1 D S Vào/Ra Ra/Vào Vào/Ra Ra/Vào +5V D S Q2 Điều khiển G a) Mạch điệnb) Kýhiệu Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 86
Họ ECL ECL (Emitter Coupled Logic) là họ cổng logic có cựcE củamộtsố bán dẫnnối chung với nhau. Họ mạch này cũng sử dụng công nghệ TTL, nhưng cấutrúcmạch có những điểm khác hẳnvớihọ TTL. +Vcc D R5 R6 R8 Lối C vào Q8 Ra B Lốira Q7 OR A - 0,9 V Lối ra NOR Q4 Q5 Q6 Q1 Q2 Q3 D1 -1,29 V D2 R1 R2 R3 R4 RE R7 R9 - 1,75 V - 1,2 V Vào -Vcc = - 5V - 1,4 V a) Mạch điện nguyên lý b) Đồ thị mứcvào/ra Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 87
Giao tiếpgiữacáccổng logic cơ bản Giao tiếpgiữa TTL và CMOS Giao tiếpgiữa CMOS và TTL Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 88
Câu hỏi Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 89
Nộidung Chương 1: Hệđếm Chương 2: Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuầntự Chương 6: Mạch phát xung và tạodạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 90
Mạch logic tổ hợp Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 91
Nội dung Khái niệm chung Phân tích mạch logic tổ hợp Thiếtkế mạch logic tổ hợp Mạchmãhóavàgiảimã Bộ hợpkênhvàphânkênh Mạch số học Mạch tạovàkiểm tra chẵnlẻ Đơnvị số học và logic (ALU) Hazzards Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 92
Khái niệm chung Đặc điểmcơ bảncủamạch tổ hợp Trong mạch số, mạch tổ hợplàmạch mà trị sốổn định của tín hiệu đầura ở thời điểm đang xét chỉ phụ thuộcvàotổ hợpcácgiátrị tín hiệu đầuvào. Đặc điểmcấutrúcmạch tổ hợplàđượccấu trúc nên từ các cổng logic. Vậy các mạch điệncổng ở chương 2 và các mạch logic ở chương 3 đềulà các mạch tổ hợp. Phương pháp biểudiễnchứcnăng logic Các phương pháp thường dùng để biểudiễnchứcnăng logic củamạch tổ hợplàhàmsố logic, bảng trạng thái, bảng Cac nô (Karnaugh), cũng có khi biểuthị bằng đồ thị thờigiandạng xung. Đốivớivi mạch cỡ nhỏ (SSI) thường biểudiễnbằng hàm logic. Đốivới vi mạch cỡ vừa (MSI) thường biểudiễnbằng bảng trạng thái. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 93
Khái niệm chung (2) Phương pháp biểudiễnchứcnăng logic (tiếp) Sơđồkhốitổng quát củamạch logic tổ hợp đượctrìnhbàyở hình vẽ. Mạch logic tổ hợpcóthể có n lốivàovà m lốira. Mỗilốiralàmộthàmcủa các biếnvào. Quanhệ vào, ra này đượcthể x hiệnbằng hệ phương trình tổng quát sau: 0 Y x 0 1 Y Y0 = f0(x0, x1, , xn-1); Mạch logic 1 Y1 = f1(x0, x1, , xn-1); tổ hợp xn-1 Ym-1 Ym-1 = fm-1(x0, x1, , xn-1). Đặc điểmnổibậtcủamạch logic tổ hợp là hàm ra chỉ phụ thuộc các biến vào mà không phụ thuộcvàotrạng thái củamạch. Cũng chính vì thế, trạng thái ra chỉ tồntại trong thờigiancótácđộng vào. Thể loạicủamạch logic tổ hợprất phong phú. Phạmvi ứng dụng của chúng cũng rấtrộng. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 94
Phân tích mạch logic tổ hợp Định nghĩa: là đánh giá, phê phán mộtmạch. Trên cơ sởđó, có thể rút gọn, chuyển đổidạng thựchiệncủamạch điện để có đượclờigiảitối ưutheomộtnghĩanàođấy. Mạch tổ hợpcóthể bao gồm hai hay nhiềutầng, mức độ phứctạpcủacủamạch cũng rất khác nhau. Thựchiện: Nếumạch đơngiảnthìtatiếnhànhlậpbảng trạng thái, viếtbiểuthức, rút gọn, tối ưu(nếucần) và cuối cùng vẽ lạimạch điện. Nếumạch phứctạpthìtatiến hành phân đoạnmạch để viếtbiểuthức, sau đórútgọn, tối ưu(nếucần) và cuối cùng vẽ lạimạch điện. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 95
Ví dụ A B F = A ⊕ B Hình 4-4. Sơđồlogic thể hiện hàm f 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Bảng 4-3. Bảng trạng thái mô tả hoạt động củahệ chiếusáng Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Thiếtkế mạch logic tổ hợp là bài toán ngượcvới bài toán phân tích. Nội dung thiếtkế đượcthể hiệntheotuầntự sau: 1. Phân tích bài toán đãchođể gắn hàm và biến, xác lậpmối quan hệ logic giữa hàm và các biến đó; 2. Lậpbảng trạng thái tương ứng; 3. Từ bảng trạng thái có thể viếttrựctiếpbiểuthức đầura hoặcthiếtlậpbảng Cac nô tương ứng; 4. Dùng phương pháp thích hợp để rút gọn, đưahàmvề dạng tốigiảnhoặctối ưutheomongmuốn; 5. Vẽ mạch điệnthể hiện. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 97
Các bướcthiếtkế mạch tổ hợp Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Thiếtkế mạch logic tổ hợp Ví dụ: Một ngôi nhà hai tầng. Ngườitalắp hai chuyểnmạch hai chiềutại hai tầng, sao cho ở tầng nào cũng có thể bậthoặctắt đèn. Hãy thiếtkế mộtmạch logic mô phỏng hệ thống đó? 1 1 A Lờigiải: B 0 0 Hệ thống chiếusángnhư sơđồ Biểuthứccủahàmlà: VAC fABAB=+ = ABhayfAB ⊕ = A AB B Mạch điệncủahệ thống chiếusáng Bảng trạng thái Sơđồlogic thể hiện hàm f AB f 000 A 011 f B 101 110 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 99
Mạch mã hóa Mãhoálàdùngvăntự, ký hiệu hay mã để biểuthị một đốitượng xác định. Bộ mãhoálàmạch điện thao tác mã hoá, có nhiềubộ mã hoá khác nhau, bộ mã hoá nhị phân, bộ mã hoá nhị -thậpphân, bộ mã hoá ưutiênv.v. Mã nhị phân n bit có 2n trạng thái, có thể biểuthị 2n tín hiệu. Vậy để tiếnhànhmãhoáN tínhiệu, cầnsử dụng n bit sao cho 2n ≥ N. Mộtsố loại mã thông dụng Mã BCD và mã dư 3 Mã Gray Mã chẵn, lẻ Mạch mã hoá Mạch mã hoá từ thập phân sang BCD 8421 Mạch mã hoá ưu tiên Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 100
Mạch giảimã Giảimãlàmột quá trình phiên dịch hàm đã đượcgánbằng mộttừ mã. Mạch điệnthựchiệngiảimãgọilàbộ giải mã. Bộ giảimãbiến đổitừ mã thành tín hiệu ởđầu ra. Mạch giảimã Mạch giảimã7 đoạn Mạch giảimãnhị phân Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Mã BCD và mã dư 3 MÃ BCD (Binary Coded Decimal) Cấutạo: dùng từ nhị phân 4 bit để mã hóa 10 kí hiệuthập Thập BCD Mã phân, nhưng cách biểudiễnvẫntheothập phân. phân 8421 Dư 3 Ví dụđốivới mã NBCD, các chữ số thập phân đượcnhị 0 0000 0011 phân hoá theo trọng số như nhau 23, 22, 21, 20 nêncó6 tổ 1 0001 0100 hợpdư, ứng với các số thập phân 10,11,12,13,14 và 15. 2 0010 0101 Ứng dụng: Do trọng số nhị phân củamỗivị trí biểudiễn thậpphânlàtự nhiên nên máy có thể thựchiệntrựctiếp các 3 0011 0110 phép tính cộng, trừ, nhân, chia theo mã NBCD. 4 0100 0111 Nhược điểm chính củamãlàtồntạitổ hợp toàn Zero, gây 5 0101 1000 khó khăn trong việc đồng bộ khi truyềndẫntínhiệu. 6 0110 1001 Mã Dư-3 7 0111 1010 Cấutạo: được hình thành từ mã NBCD bằng cách cộng 8 1000 1011 thêm 3 vào mỗitổ hợpmã. Như vậy, mã không bao gồmtổ 9 1001 1100 hợptoànZero. Ứng dụng để truyềndẫn tín hiệu mà không dùng cho việc tínhtoántrựctiếp. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 102
Mã Gray Mã Gray còn đượcgọilàmãcách1, Thập phân Gray Gray Dư 3 là loạimãmàcáctổ hợpmãkế nhau 0 0000 0010 chỉ khác nhau duy nhất1 bit. Loại 1 0001 0110 mã này không có tính trọng số. Do 2 0011 0111 đó, giá trị thậpphânđã đượcmãhóa 3 0010 0101 chỉđượcgiải mã thông qua bảng mã 4 0110 0100 mà không thể tính theo tổng trọng số 5 0111 1100 nhưđốivớimãBCD. 6 0101 1101 7 0100 1111 Mã Gray có thểđượctổ chứctheo 8 1100 1110 nhiềubit. Bởivậy, có thểđếmtheo 9 1101 1010 mã Gray. 10 1111 1011 11 1110 1001 Cũng tương tự như mã BCD, ngoài 12 1010 1000 mã Gray chính còn có mã Gray dư-3. 13 1011 0000 14 1001 0001 15 1000 0011 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 103
Mã chẵn, lẻ Mã chẵnvàmãlẻ là hai loạimã có khả năng phát hiệnlỗi hay BCD 8421 BCD 8421chẵn BCD 8421 lẻ dùng nhất. Để thiếtlậploạimã P P nàytachỉ cầnthêmmộtbit C L chẵn/ lẻ (bit parity) vào tổ hợp 0000 0000 0 0000 1 mã đãcho, nếutổng số bit 1 0001 0001 1 0001 0 trong từ mã (bit tin tức+ bit 0010 0010 1 0010 0 chẵn/lẻ) là chẵnthìtađượcmã 0011 0011 0 0011 1 chẵnvàngượclạitađượcmãlẻ. 0100 0100 1 0100 0 0101 0101 0 0101 1 0110 0110 0 0110 1 0111 0111 1 0111 0 1000 1000 1 1000 0 1001 1001 0 1001 1 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 104
Mạch mã hoá từ thập phân sang BCD 8421 Sơđồkhốitổng quát củamạch mã hoá Gồm9 lốivào(biến) ứng Với các chữ số thậpphântừ 1 đến 9. Lối vào zero là không cầnthiết, vì khi tấtcả các lối vào khác bằng 0 thì lốiracũng bằng 0. Bốnlối ra A, B, C, D (hàm) thể hiệntổ hợpmãtương ứng vớimỗichữ số thập phântrênlối vào theo trọng số 8421. Sơđồkhốicủamạch mã hóa Bảng trạng thái 1 Vào thập Ra BCD A 2 phân 8 4 2 1 8 3 B 1 0 0 0 1 4 Mạch Vào 4 Ra 5 mã hoá 2 0 0 1 0 Thập C BCD 6 phân 2 8421 3 0 0 1 1 7 D 8 4 0 1 0 0 1 9 5 0 1 0 1 Từ bảng trạng thái ta viết được các hàm ra: 6 0 1 1 0 A = 8 +9 = Σ (8,9) 7 0 1 1 1 B = 4 + 5 + 6 + 7 = Σ ( 4,5,6,7) C = 2 + 3 + 6 + 7 = Σ (2,3,6,7) 8 1 0 0 0 D = 1 + 3 + 5 + 7 + 9 = Σ (1,3,5,7,9) 9 1 0 0 1 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 105
Bảng mã hoá BCD – 8421 Số thập phân A B C D 0 (Y0) 0 0 0 0 1 (Y1) 0 0 0 1 2 (Y2) 0 0 1 0 3 (Y3) 0 0 1 1 4 (Y4) 0 1 0 0 5 (Y5) 0 1 0 1 6 (Y6) 0 1 1 0 7 (Y7) 0 1 1 1 8 (Y8) 1 0 0 0 9 (Y9) 1 0 0 1 Bảng 4-4. Bảng mã hoá BCD – 8421: Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Mạch mã hoá từ thập phân sang BCD 8421 Căncứ hệ phương trình, ta xây dựng đượcmạch điệncủabộ mã hoá. Hoặc +5V dùng ma trậndiode (cổng OR) để xây R4 R3 R2 R1 dựng Hoặccóthểđượcviếtlạinhư sau (dùng 1 định lý DeMorgan) và dùng ma trận diode (cổng AND) để xây dựng mạch: 2 3 A = 8 + 9 = 8 . 9 4 B = 4 +5+ 6+ 7 = 4 . 5 . 6 . 7 5 C = 2 +3+ 6 + 7 = 2 . 3 . 6 . 7 6 D = 1+3+ 5+ 7 +9 = 1 . 3 . 5 . 7 . 9 7 8 9 A B C D Mạch điệncủabộ mã hoá dùng diode Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 107
Mạch mã hóa ưutiên Trong bộ mã hoá vừa xét trên, tín hiệuvàotồntại độclập, (không có trường hợpcó2 tổ hợptrở lên đồng thờitácđộng). Để giải quyếttrường hợp có nhiều đầu vào tác động đồng thờitacóBộ mã hoá ưu tiên. Trong các trường hợpnàythìbộ mã hoá ưutiênchỉ tiến hành mã hoá tín hiệu vào nào có cấp ưutiêncaonhất ở thời điểmxét. Việc xác định cấp ưutiênchomỗitínhiệu vào là do ngườithiếtkế mạch. Xét nguyên tắchoạt động và quá trình thiếtkế củabộ mã hoá ưutiên9 lốivào, 4 lốira. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 108
Mạch mã hóa ưutiên(tiếp) D sẽ lấy logic 1 ứng với đầu vào là 1, Vào thập phân Ra BCD 3, 5, 7, 9. Tuy nhiên, lốivào1 chỉ hiệu lựckhitấtcả các lối vào cao hơn đều 1234567898421 bằng 0; lối vào 3 chỉ có hiệulực khi 4, 0000000000000 6, 8 đềubằng 0 và tương tựđốivới5, 7, 9, nghĩalà: 1000000000001 1=“1” và 2,4,6,8 bằng “0” X100000000010 3=“1” và 4,6,8 bằng “0” XX10000000011 D=“1” nếu 5=“1” và 6,8 bằng “0” XXX1000000100 7=“1” và 8 bằng “0” XXXX100000101 9=“1” XXXXX10000110 ⇒ D = 1.2.4.6.8 + 3.4.6.8 + 5.6.8 + 7.8 + 9 Lýluậntương tự ta có: XXXXXX1000111 C = 2.4.5.8.9 + 3.4.5.8.9 + 6.8.9 + 7.8.9 XXXXXXX101000 B = 4.8.9 + 5.8.9 + 6.8.9 + 7.8.9 XXXXXXXX11001 A=8+9 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 109
Mạch giảimã7 đoạn Dụng cụ 7 đoạn Để hiểnthị chữ số củamộthệđếmphânbấtkỳ, ta có thể dùng dụng cụ 7 đoạn. Cấutạocủanónhư chỉở a hình 4-15. f b Các đoạn được hình thành bằng nhiềuloạivậtliệu g khác nhau, nhưng phảicókhả năng hiểnthịđược trong e c các điềukiện ánh sáng khác nhau và tốc độ chuyển mạch phải đủ lớn. Trong kĩ thuậtsố, các đoạnthường d đượcdùnglàLED hoặc tinh thể lỏng (LCD). Cấutạodụng cụ 7 đoạn sáng Đốivới LED, mỗi đoạnlàmột Diode phát quang và khi có dòng điện đi qua đủ lớn(5 đến 30 mA) thì đoạn tương ứng sẽ sáng. Ngoài 7 đoạn sáng chính, mỗi LED cũng có thêm Diode để hiểnthị dấuphânsố khi cầnthiết. LED có hai loại chính: LED Anôt chung và Ktốt chung. Do đó, logic củatínhiệu điều khiểnhailoạinàylàngược nhau. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 110
Mạch giảimã7 đoạn Mạch giảimã7 đoạn Nhiệmvụ củatalàphảithiếtkế mộtmạch logic liên hợpvới 4 lối vào và 7 lốirađể chuyểnmãNBCD thànhmã7 đoạn. a Sơđồkhốitổng quát củabộ giảimãnhư hình b). f b Từ hình a) dễ nhậnthấyrằng, đoạn a sẽ sáng khi hiểnthị g chữ số : 0 hoặc 2, hoặc3, hoặc 5, hoặc 7, hoặc 8, hoặc 9. Do e c đó, ta có thể viết: d a = ∑ (0,2,3,5,6,7,8,9). a) Cấutạodụng cụ 7 đoạn Tương tự, ta có: sáng b = ∑ (0,1,2,3,4,7,8,9), a b c = ∑ (0,1,3,4,5,6,7,8,9), Mạch D c 1 giảimã d = ∑ (0,2,3,5,6,8,9), C d 2 7 đoạn e = ∑ (0,2,6,8), B 4 e f = ∑ (0,4,5,6,8,9), A 8 f g g = ∑ (2,3,4,5,6,8,9). IC 7447, 74247 (Anốt chung), 7448 (K chung ), 4511 b) Sơđồkhốicủamạch (CMOS) là các IC giảimãtừ NBCD sang thập phân theo giảimã7 đoạnsáng phương pháp hiểnthị 7 đoạn. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 111
Mạch giảimãnhị phân Bộ giảimãnhị phâncòncótênlàbộ giải D0 mã "1 từ n", bộ giảimãđịachỉ hoặcbộ A0 Bộ giảimã D1 chọn địachỉ nhị phân. Chứcnăng củanó A1 nhị phân là lựachọn duy nhấtmộtlốira(lấygiá An-1 trị 1 hoặc 0), khi tác động tới đầu vào D2n- 1 mộtsố nhị phân. Sơđồkhốicủabộ giảimãnhị phân Như vậy, nếusố nhị phân là n bit (n lối vào) sẽ nhậndiện được 2n địachỉ khác nhau (trên 2n lốira). Nóikhácđi, mạch chọn địachỉ nhị phân là mộtmạch logic tổ hợpcón lối vào và 2n lốira, nếutác động tới đầu vào mộtsố nhị phân thì chỉ duy nhấtmộtlốirađượclựachọn, lấy giá trị 1 (tích cực cao) hoặc0 (tíchcực thấp), các lốiracònlại đều không được lựachọn, lấygiátrị 0 hoặc1. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 112
Bộ hợpkênhvàphânkênh Bộ hợp kênh (MUX-Multiplexer) Định nghĩa: Bộ hợpkênhlàmạch có 2n lốivàodữ liệu, n lốivàođiều khiển, 1 lốivàochọnmạch và 1 lốira. Tuỳ theo giá trị của n lốivàođiều khiểnmàlốirasẽ bằng một trong những giá trịởlốivào(Xj). Nếu giá trị thập phân của n lốivàođiềukhiển bằng j thì Y = Xj. Bộ phân kênh (DEMUX-DeMultiplexer) Định nghĩa: Bộ phânkênhlàmạch có 1 lốivàodữ liệu, n lốivàođiều khiển, 1 lốivàochọnmạch và 2n lốira. Tuỳ theo giá trị của n lốivàođiều khiểnmàlốirathứ i (Yi) sẽ bằng giá trị củalốivào. Cụ thể nếugọi n lốivàođiềukhiểnlàAn-1An-2 A0 thì Yi = X khi (An-1An-2 A0)2 = (i)10. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 113
Bộ hợp kênh (MUX-Multiplexer) Phương trình tín hiệuracủa MUX 2n ⇒ 1: Y=+++ X (A A A A ) X (A A A A ) Xn (A A A A A ) 0 n1−− n2 i 0 1 n1 −− n2 i 021− n1 −− n2 i 1 0 En X0 X 0 A 74151 X MUX 0 Vào điều 1 X1 Y A n 1 khiển 2 ⇒ 1 Y- Lốira A X 2 j Vào dữ Xj n liệu X2 -1 n X2 -1 A A A (b). MUX là một chuyểnmạch điệntử n-1 n-2 0 Vào cho E phép n lốivàođiều khiển 1 E (a) Sơđồkhối 2 Bộ hợpkênhMUX 2n ⇒ 1 Thựcchất, MUX là chuyểnmạch điệntử dùng các tín hiệu điều khiển(An-1An-2 A0) để điều khiểnsự nốimạch củalốiravới 1 trong số 2n lốivào. MUX được dùng như 1 phầntử vạnnăng để xây dựng những mạch tổ hợp khác. IC 74151 là bộ MUX 8 lốivàodữ liệu - 1 lốira. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 114
Bộ phân kênh (DEMUX-DeMultiplexer) n Phương trình tín hiệuracủa DEMUX 1 ⇒ 2 : Y0 = X.An1−− A n2 A i A 0 Y10= X.An1−− A n2 A i A 1 A Y0 Y= X.A .A A A Y0 21n − n1−− n2 i 0 En Y1 MUX Y1 Chọnmạch 2n ⇒ 1 X Y Yj Lốivào X j Lốivào n n Y2 -1 Y2 -1 (b). DEMUX là một chuyểnmạch điệntử 74138 A0 Vào điều An-1 An-2 A0 A1 A khiển n lốivàođiều khiển 2 (a) Sơđồkhối Vào dữ n Hình 4-19. Bộ phân kênh DEMUX 1 ⇒ 2 liệu Bộ phânkênhcònđượcgọilàbộ giải mã 1 trong 2n. n Vào cho Tạimộtthời điểmchỉ có 1 trong số 2 lốiraở mức phép tích cực. IC 74138 là bộ DEMUX 1 lốivàodữ liệu - 8 lốira. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 115
Mạch cộng: Mạch toàn tổng Định nghĩa: Mạch logic thựchiện phép cộng hai số nhị phân 1 bit có lốinhớđầuvào đượcgọilàmạch toàn tổng. Theo sơđồkhốitổng quát củamạch toàn tổng và nguyên lý cộng hai số nhị phân một bit có trọng số bấtkỳ, ta có thể lậpbảng trạng thái và các hàm ra Si, Ci. SabCiii=⊕⊕ i−1 Ci-1 a S CabCabCabCi=++ iii−−11 iii iii − 1 i i bi CababCiiiiii=+⊕()−1 Ci Bảng trạng thái Gi Pi Ci-1 ai bi Si Ci 00000 a) Mạch điện 00110 Si 01010 P 01101 i TT Ci 10010 Ci-1 Gi 10101 11001 ai bi 11111 b) Ký hiệu Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 116
Mạch cộng: Mạch cộng nhị phân song song Ta có thể ghép nhiều bộ cộng hai số nhị một bit lại với nhau để thực hiện phép cộng hai số nhị phân nhiều bit. Sơ đồ khối của bộ cộng được trình bày ở dưới, được gọi là bộ cộng song song Si S2 S1 S0 Bộ toàn Bộ toàn Bộ toàn Bộ toàn tổng tổng tổng tổng C CR2 Ri CVi CV2 CR1 CV1 CR0 CV0 bi ai b2 a2 b1 a1 b0 a0 Hình 4-22 Sơ đồ khối của bộ cộng nhị phân song song Để giảm bớt mức độ phức tạp của mạch, trong thực tế người ta thường sản xuất bộ tổng 4 bit. Muồn cộng nhiều bit, có thể hợp nối tiếp một vài bộ tổng một bit theo phương pháp nêu trên. Một trong những bộ cộng thông dụng hiện nay là 7483. IC này được sản xuất theo hai loại: 7483 và 7483A với logic vào, ra khác nhau. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 117
Mạch so sánh Trong các hệ thống số, đặc biệt là trong máy tính, thường thực hiện việc so sánh hai số. Hai số cần so sánh có thể là các số nhị phân, có thể là các ký tự đã mã hoá nhị phân. Mạch so sánh có thể hoạt động theo kiểu nối tiếp hoặc theo kiểu song song. Trong phần này ta sẽ nghiên cứu bộ so sánh theo kiểu song song. Bộ so sánh bằng nhau Bộ so sánh bằng nhau 1 bit Bộ so sánh bằng nhau 4 bit Bộ so sánh Bộ so sánh 1 bit Bộ so sánh 4 bit (So sánh lớn hơn) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 118
Bộ so sánh bằng nhau Bộ so sánh bằng nhau 1 bit Bảng trạng thái củabộ Xét 2 bit ai và bi, gọi gi là kết quả so sánh. so sánh bằng 1 bit Ta có: ai bi gi g =+=⊕ab ab a b iiiiiiiSơ đồ logic của hàm ra 001 bộ so sánh bằng 1 bit 010 a i g 100 b i i 111 Bộ so sánh bằng nhau 4 bit So sánh hai số nhị phân 4 bit A = a3a2a1a0 vớiB = b3b2b1b0. Có A = B ⇔ a3 = b3, a2 = b2, a1 = b1, a0 = b0. Biểuthức đầuratương ứng là: G = g3g2g1g0 với: g33=⊕ab 322,,,g =⊕ab 211g =⊕ab 100g =⊕ab 0 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 119
Bộ so sánh 1 bit Bảng trạng thái củamạch so sánh Mạch điệncủabộ so sánh 1 bit ai bi f ai f Biểuthức đầura: f = ai .bi Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 120
Bộ so sánh 4 bit (So sánh lớn hơn) So sánh hai số nhị phân 4 bit A = a3a2a1a0 vớiB = b3b2b1b0. Có A > B khi: hoặca3 > b3, hoặca3 = b3, và a2 > b2, hoặca3 = b3, và a2 = b2, và a1 > b1, hoặca3 = b3, và a2 = b2, và a1 = b1, và a0 > b0. Từđótacóbiểuthứchàmralà: a3 b fababab> =+⊕+33 3 3 22 3 ababab332211⊕⊕ + a2 abababab33221100⊕⊕⊕ b2 f> a1 b1 a0 b0 Mạch điệncủabộ so sánh lớnhơn4 bit Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 121
Mạch tạovàkiểmtrachẵnlẻ Có nhiềuphương pháp mã hoá dữ liệu để phát hiệnlỗivà sửalỗi khi truyềndữ liệutừ nơi này sang nơi khác. Phương pháp đơngiảnnhấtlàthêmmột bit vào dữ liệu đượctruyền đisaochosố chữ số 1 trong dữ liệuluônlàchẵnhoặclẻ. Bit thêm vào đó đượcgọilàbit chẵn/lẻ. Để thựchiện đượcviệctruyềndữ liệutheokiểu đưathêmbit chẵn, lẻ vào dữ liệu chúng ta phải: Xây dựng sơđồtạo đượcbit chẵn, lẻđểthêm vào n bit dữ liệu. Xây dựng sơđồkiểm tra hệ xem đólàhệ chẵnhay lẻ với (n + 1) bit ởđầu vào (n bit dữ liệu, 1 bit chẵn/lẻ). Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 122
Mạch tạobit chẵn/lẻ X Tạo bit o n bit chẵn/lẻ dữ liệu Xe Sơđồkhốitổng quát của Bảng trạng thái của mạch tạo bit chẵn/lẻ mạch tạobit chẵnlẻ Vào Ra Xét trường hợp3 bit dữ liệud1, d2, d3 d1 d2 d3 Xe Xo 00001 GọiXe, X0 là 2 bit chẵn, lẻ thêm vào dữ liệu. 00110 Từ bảng trạng thái ta thấy 01010 01101 XXhayXXoe== e o 10010 Và biểuthứccủaX và X là 0 e 10101 Xddde1=⊕⊕ 2 3 11001 XXdddoe123==⊕⊕ 11110 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 123
Mạch kiểm tra chẵn/lẻ F Vào Ra Kiểmtra o d1 d2 d3 XFo Fe n bit dữ liệu hệ chẵn/lẻ 000001 Fe Bit chẵnlẻ 000110 001010 (Xo, Xe) Sơđồkhốicủamạch kiểmtrachẵn/lẻ 001101 010010 Từ bảng trạng thái của mạch kiểm tra tính 010101 chẵn/lẻ ta thấy: 011001 011110 Fe = 1 nếu hệ là chẵn (Fe chỉ ra tính chẵn của hệ). 100010 Fo = 1 nếu hệ là lẻ (Fo chỉ ra tính lẻ của hệ). 100101 Hai hàm kiểm tra chẵn/lẻ luôn là phủ định 101001 của nhau. Mặt khác do tính chất của hàm 101110 cộng XOR, ta có: 110001 110110 Fo = d1 ⊕ d2 ⊕ d3 ⊕ X 111010 Fe = Fo 111101 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 124
74LS180 8910 11 12 13 1 2 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 4 OI 54/74180 3 EI 56 VCC = 14 GND = 7 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Đơnvị số học và logic (ALU) 4 4 Thanh ghi A Thanh ghi B 4 4 Cin ALU M (Mode) F Chọnchứcnăng 0 (Phép tính) F1 4 4 Ghi trạng thái Sơđồkhốicủa ALU 4 bit Đơnvị số học và logic (Arithmetic – Logic Unit) là một thành phầncơ bản không thể thiếu được trong các máy tính. Nó bao gồm2 khối chính là khối logic và khốisố họcvàmộtkhối ghép kênh. Khối logic: Thựchiện các phép tính logic như là AND, OR, NOT, XOR. Khốisố học: Thựchiện các phép tính số họcnhư là: cộng, trừ, tăng 1, giảm1. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 126
Hazzards/Glitch Hazard còn đượcgọilàsự "sai nhầm", hoạt động lúc được lúc không củamạch logic. Sự "sai nhầm" nàycóthể xảyratrongmộtmạch điện hoàn toàn không bị hỏng linh kiệnlàmchomạch hoạt động không có sự tin cậy. Hiệntượng của Hazard trong mạch tổ hợpcóthể gặplà: - Hazard chỉ xuấthiệnmộtlần và không bao giờ gặplạinữa. - Hazard có thể xuấthiệnnhiềulần(theomộtchukỳ nào đóhoặc không theo mộtchukỳ nào). - Hazard có thể do chính chứcnăng củamạch điệngâyra. Đây là trường hợp khó giảiquyếtnhất khi thiếtkế. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Hazzards Bảnchấtcủa hazzards Do sự chạy đua giữa các tín hiệu VD: demo trên Logicworks Phân loạihazzard Hazzard tĩnh : Đầurachỉ xuống 0 hoặc1 mộtlần Hazzard động : Đầuracóthể thay đổinhiềuhơn1 lần Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 128
Nộidung Chương 1: Hệđếm Chương 2: Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuầntự Chương 6: Mạch phát xung và tạodạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 129
Mạch logic tuầntự Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 130
Nội dung Khái niệm chung Phầntử nhớ trong mạch tuầntự Phương pháp mô tả mạch tuầntự Phân tích và thiếtkế mạch tuầntự Mạch tuầntựđồng bộ Mạch tuầntự không đồng bộ Hiệntượng chu kỳ và chạy đua trong mạch không đồng bộ Mộtsố mạch tuầntự thông dụng Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 131
Khái niệm chung và mô hình toán học Khái niệm chung Mạch logic tuầntự hay còn gọilàmạch dãy - Sequential Circuit. Hoạt động củahệ nàycótínhchấtkế tiếp nhau, tứclàtrạng thái hoạt động của mạch điện không những phụ thuộctrựctiếplốivàomàcònphụ thuộcvàotrạng thái bên trong trước đócủa chính nó. Nói cách khác các hệ thống này làm việc theo nguyên tắccónhớ. x1 z1 x2 z2 Mô hình toán học Mạch tổ hợp xi zj Z = f(Q, X) Q Q W W X - tậptínhiệuvào. 1 l 1 k Q - tậptrạng thái trong trước đócủamạch. Mạch nhớ W - hàm kích. Z - các hàm ra Sơđồkhốicủamạch tuầntự. Biểudiễn khác: Z = f (Q(n), X); Q (n +1) = f (Q(n), X) Q(n +1): là trạng thái tiếptheocủamạch. Q(n): là trạng thái bên trong trước đó. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 132
Trigơ –Phầntử nhớ củamạch tuầntự Định nghĩa: Trigơ là phầntử có khả năng lưutrữ (nhớ) một trong hai trạng thái 0 và 1. Cấutrúc PR Trigơ có từ 1 đếnmộtvàilối điềukhiển, có hai lốira Q luôn luôn ngượcnhaulàQ vàQ . Tuỳ từng loạitrigơ Các có thể có thêm các lốivàolập (PRESET) và lốivào lốivào xoá (CLEAR). Ngoài ra, trigơ còn có lốivàođồng bộ điều TRIGƠ (CLOCK). Hình bên là sơđồkhốitổng quát củatrigơ. khiển Phân loại: Clock Q Theo chứcnăng làm việccủacủacáclốivàođiều khiển: CLR Trigơ 1 lốivàonhư trigơ D, T; Trigơ 2 lốivàonhư trigơ RS, trigơ JK. Theo phương thứchoạt động thi ta có hai loại: Trigơ không đồng bộ Trigơđồng bộ, có hai loại: trigơ thường và trigơ chính-phụ (Master-Slave). TRIGƠ TRIGƠ D TRIGƠ T TRIGƠ RS TRIGƠ JK KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐỒNG BỘ LOẠI THƯỜNG CHÍNH - PHỤ Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 133
Trigơ RS (1) Trigơ RS là loại có hai lối vào điều khiển S, R. Chân S gọilàlốivào"lập" (SET) và R đượcgọilàlối vào "xoá" (RESET). R Q S Sơđồkhối: Q S Q R Q S S Q Sơđồnguyên lý củatrigơ RS và C RS đồng bộ Q R R Bảng TT củatrigơ RS Bảng TT củatrigơ RS đồng bộ cổng NAND SRQk Mod hoạt động CS RQk Mod hoạt động 00Q Nhớ 0XXQ Nhớ 010 Xóa 10 0Q Nhớ 101 Lập 1010 Xóa 11X Cấm 1101 Lập 11 1X Cấm Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 134
Trigơ RS (2) Tri gơ RS không đồng bộ Bảng trạng thái Bảng Các nô k R QRSQ RS Q 00 01 11 10 0 000 Q 0 011 0 01X0 S Q 0 100 011X 1 11X0 1 001 1 011 Đồ hình trạng thái 1 100 111X Biểuthức Q=S+R.QK ⎫ ⎬ RS = 0(dieu kien de tranh to hopcam)⎭ Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 135
Trigơ RS (3) Tri gơ RS không đồng bộ Bảng trạng thái R k Q QRSQ 0 000 0 011 S Q 0 100 011X 1 001 1 011 1 100 111X Đồ thị dạng xung S R Q t1 t2 t3 t4 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 136
Trigơ RS (4) Tri gơ RS đồng bộ Bảng trạng thái Bảng TT củatrigơ RS đồng bộ cổng NAND CS RQk Mod h.động 0XXQ Nhớ Đồ thị dạng xung 10 0Q Nhớ 1010 Xóa 1101 Lập 11 1X Cấm CS=1 CR=1 CRS=1 (lập) (xóa) (không xác định) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 137
Trigơ D Trigơ D là loạitrigơ có mộtlối vào điều khiểnD. Biểuthức: Qk = D, mỗi khi xuấthiện xung nhịpC. Sơđồkhối: Bảng trạng thái Đồ hình trạng thái QDQk 000 011 100 111 Ứng dụng: thường dùng làm bộ ghi dịch dữ liệu hay bộ chốtdữ liệu. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 138
Trigơ T Trigơ T là loạitrigơ có môt lốivàođiềukhiểnT. Mỗi khi có xung tớilối vào T thì lốiraQ sẽ thay đổitrạng thái. Biểuthức: Q=TQ+TQ=TQK ⊕ Sơđồkhối: Bảng trạng thái Bảng trạng thái Đồ hình trạng thái r TQQk út gọn 000 T Qk 011 0Q 101 1Q_ 110 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 139
Trigơ JK (1) Trigơ JK là loạitrigơ có hai lối vào điều khiển J, K. Ưu điểmhơntrigơ RS là không còn tồntạitổ hợpcấmbằng các đường hồitiếptừ Q về chân R và từ Q về S. Trigơ JK còn có thêm đầu vào đồng bộ C. Trigơ có thể lập hay xoá trong khoảng thờigianứng vớisườnâmhoặcsườndương củaxungđồng bộ C. Ta nói, trigơ JK thuộcloại đồng bộ. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 140
Trigơ JK (2) Bảng TT đầy đủ Bảng TT U1 J k U3 JKQ Q rút gọn Q k 000 0 JKQ NAND_2 NAND_2 001 1 00Q 010 0 01 0 U4 U2 011 0 10 1 Q_ K 100 1 11Q’ NAND_2 NAND_2 101 1 110 1 111 0 Bảng TT củatrigơ JK đồng bộ U5 J U7 CJKQk Q NAND_3 0XXQ NAND_2 C 00Q 010 U8 1 U6 Q_ 101 K 11Q’ NAND_2 NAND_3 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 141
Bảng hàm kích thích củacácloạiTrigơ QQk SRJKTD 000X0X00 01101X11 1001X110 11X0X001 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 142
Trigơ Chính-Phụ (Master-Slave) Do các loạitrigơđồng bộ trên đềuhoạt động tạisườndương hay sườnâmcủa xung nhịp nên khi làm việc ở tầnsố cao thì lối ra Q không đáp ứng kịpvớisự thay đổicủa xung nhịp, dẫn đếnmạch hoạt động ở tình trạng không đượctin cậy. Lốiracủatrigơ MS thay đổitạisườndương và sườnâmcủaxungnhịp, nên cấu trúc củanógồm2 trigơ giống nhau nhưng cựctínhđiềukhiểncủa xung Clock thì ngược nhau để đảmbảosaochotạimỗisườncủa xung sẽ có mộttrigơ hoạt động. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Lối vào không đồng bộ củaTrigơ Các lốivàodữ liệu thông thường củatrigơ như D, S, R, J hoặcK lànhững lối vào đồng bộ Các trigơ còn có thêm 2 đầu vào không đồng bộ, các lốinàytácđộng trực tiếp lên các lối ra mà không phụ thuộc vào xung Clock Các lốivàonàythường đượckýhiệulà: PRE (lập) và CLR (R -xóa) hoặc PRE và CLR (R) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Mộtsố IC Trigơ thông dụng Trigơ JK: IC 54/7473- IC này gồmhaitrigơ JK có lối vào xóa và không có lối vào lậphoạt độngtạisườnâmcủa xung Clock Trigơ D: IC 54/7474- IC này gồmhaitrigơ D có lối vào xóa và lối vào lập, hoạt động tạisườndương củaxungClock Trigơ JK: IC 54/7476- IC này gồmhaitrigơ JK có lối vào xóa và lối vào lập, hoạt động tạisườnâmcủa xung Clock. Q Q Q1 Q2 1 2 Q2 Q1 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Phương pháp mô tả mạch tuầntự Phương trình logic (hay phương pháp đạisố) Dùng các phương trình logic để mô tả trạng thái và đầura. Bảng trạng thái Bảng chuyển đổitrạng thái Bảng tín hiệura Đồ hình trạng thái Mô hình Mealy thựchiệnánhxạ Mô hình Moore Đồ thị dạng xung Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 146
Bảng trạng thái (1) Bảng chuyển đổitrạng thái Bao gồm các hàng và các cột Các hàng ghi các trạng thái trong các cột ghi các giá trị của tín hiệuvào. Các ô ghi giá trị các trạng thái trong kế tiếpmàmạch sẽ chuyển đến ứng với các giá trịởhàng và cột Trạng Tín hiệuvào thái V V1 V2 . Vn Trạng thái kế trong S tiếpQk S1 → S2 . . Sn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Bảng trạng thái (2) Bảng tín hiệura Các hàng củabảng ghi các trạng thái trong Các cột ghi các tín hiệuvào. Các ô ghi giá trị của tín hiệuratương ứng. Trạng Tín hiệuvào thái V V1 V2 . Vn Tín hiệura trong S S1 → S2 : : Sn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Đồ hình trạng thái Đồ hình trạng thái là hình vẽ phảnánhquyluật chuyển đổi trạng thái và tình trạng các giá trịởlốivàovàlốiratương ứng củamạch tuầntự. Đồ hình trạng thái là một đồ hình có hướng gồmhaitập: M - Tậpcácđỉnh và K - Tậpcác cung có hướng. QDQk Mô hình Mealy 000 011 Mô hình Moore 100 111 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Phân tích mạch tuầntự - Lý thuyết Viếtchương trình logic: Viết c.trình logic Viếtchương trình logic cho lốivàođồng bộ, chỉ ra điểukiện chuyểntrạng thái của các phầntử nhớ. Xác định hàm ra: Xác định hàm ra Tìm hàm kích thích: Căncứ loạiTG để tìm kích thích, phương trình chuyển đổitrạng thái (chính là phương trình đặctrưng củaTG đã cho). Tìm hàm kích thích Phương trình chuyển đổitrạng thái: Xác định số tổ hợptrạng thái và thay các tổ hợp này vào các phương trình kích thích, phương trình chuyển đổitrạng thái để tính bảng chuyển đổitrạng thái. Pt chuyển đổiTT Vẽđồhình trạng thái dướidạng nhị phân hoặcdạng rút gọn Đồ hình trạng thái Vẽđồthị dạng xung gồm: Xung đồng hồ, Xung củamỗibiếntrạng thái, Đồ thị dạng xung Xung ra. Các bước phân tích mạch tuầntự Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 150
Phân tích mạch tuầntự -Vídụ Bước1: Sơđồcó hai đầu vào là tín hiệu X và xung nhịpClock. Có mộttínhiệu Z ra, mạch sử dụng hai phầntử nhớ là hai trigơ JK (Q0 và Q1). Bước2:Xác định đầu vào, đầura và số trạng thái trong củamạch. Mạchnàycóthểđượcbiểudiễn bằng một“hộp đen”cóhaiđầu vào và một đầura. Do mạch đượccấutạobằng hai trigơ nên số trạng thái có thể có củamạch là 4. Cụ thể là:Q1Q0 = 00, 01, 10 và 11. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 151
Phân tích mạch tuầntự -Vídụ Bước3:Xác định phương trình hàm ra và hàm kích cho trigơ. Từ sơđồtrên ta tìm được: Phương trình hàm ra: Z = C Q1 Q0 Phương trình hàm kích J0 = Q1; K0 = 1 X Q = X +Q J1 = Q 0 ; K1 = 0 0 Bước4.Bảng chuyển đổitrạng thái Phương trình đặctrưng củatrigơ JK là Q k =JQ+ K Q Phương trình chuyển đổitrạng thái: k QJQKQQQ0000010=+= k QJQKQQQXQQQQXQQ1111101010101=+=++=+ Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Phân tích mạch tuầntự -Vídụ Trạng thái hiện Trạng thái kế Tín hiệura tại tiếp Q0Q1 X = 0 X = 1 X = 0 X = 1 Q0Q1 Q0Q1 Z Z S 00 01 01 0 0 0 S 01 10 11 0 0 1 S 11 00 00 1 1 2 S 10 00 00 0 0 3 . Bảng chuyển đổitrạng thái Bước5:Đồ hình trạng thái. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Phân tích mạch tuầntự -Vídụ Bước6: Chứcnăng củamạch: Trên đồ hình trạng thái ta thấycóhaiđường chuyển đổitrạng thái là S0 → S1-→ S2 → S 0 và S0 → S1-→ S3 → S 0. Theo đường S0 → S1-→ S2 → S 0 thì tín hiệu ra Z = 1 sẽđược đưaracùngthời điểm có xung nhịpthứ 3. Theo đường S0 → S1-→ S3 → S 0 thì không có tín hiệu ra (Z = 0). Do vậytasẽ phân tích theo con đường thứ nhấtS0 → S1-→ S2 → S 0 : Sự chuyển đổitrạng thái đầutiêntừ S0 → S1 chỉ nhờ tác động của xung nhịp mà không phụ thuộc vào trạng thái củaX. Chuyển đổitrạng thái thứ hai từ S1→S2 nhờ tác động của xung nhịpvàsự tác động củatínhiệu vào X = 1. Còn sự chuyển đổitrạng thái thứ ba từ S2 → S0 chỉ nhờ tác động của xung nhịp mà không phụ thuộc vào tín hiệu vào. 0 1 ↓ ↓ 0 ← 1 → 1 0 ← 1 → 1 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Thiếtkế mạch tuầntự - Lý thuyết Bài toán ban đầu: Bài toán ban đầu Nhiệmvụ thiếtkếđượcmôtả bằng ngôn ngữ hoặcbằng lưu đồ thuật toán. Hình thức hoá: Từ các dữ kiện đề bài cho mà ta mô tả hoạt động củamạch bằng Hình thứchoá cách hình thức hoá dữ kiệnban đầu ở dạng bảng trạng thái, bảng ra hay đồ hình trạng thái. Sau đórútgọn các trạng thái củamạch để có đượcsố trạng thái trong ít nhất. Mã hoá trạng thái: Mã hoá trạng thái Mã hoá tín hiệuvàora, trạng thái trong để nhận đượcmãnhị phân (hoặccóthể là các loại mã khác) có tậptínhiệuvàolàX, tậptín hiệuralàY, tậpcáctrạng thái trong là Q. Hệ hàm củamạch: Hệ hàm củamạch Xác định hệ phương trình logic củamạch và tốithiểuhoácác phương trình này. Nếumạch tuầntự khi thiếtkế cần dùng các trigơ và mạch tổ hợpthìtuỳ theo yêu cầumàtaviếthệ phương trình cho các lối vào kích cho từng loạitrigơđó. Sơđồ Xây dựng sơđồ: Từ hệ phương trình củamạch đãviết đượctaxâydựng mạch điện thựchiện. Các bướcthiếtkế mạch tuầntự Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 155
Thiếtkế mạch tuầntự -Vídụ Bài toán :Thiếtkế mạch điềukhiển đèn đường Hình thức hóa và mã hóa Ký hiệutrạng thái các đèn ( sáng: 1, tắt0) Tính toán số trạng thái Vẽ sơđồtrạng thái Mã hóa trạng thái Xây dựng bảng sự thật Xây dựng hàm Từ bảng sự thật, rút gọnvàxâydựng hàm Xây dựng sơđồmạch Xây dựng sơđồmạch từ các phương trình đạisố logic. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 156
Mạch tuầntựđồng bộ Bước1:Xác định bài toán, gán hàm và biến, tìm hiểu mối quan hệ giữa chúng. Bước2:Xây dựng đồ hình trạng thái, bảng chuyển đổi trạng thái và hàm ra. Bước3:Rút gọntrạng thái (tốithiểuhoátrạng thái). Bước4:Mã hoá trạng thái. Nếusố lượng trạng thái trong là N, số biếnnhị phân cần dùng là n thì n phảithoả mãn điềukiện: n ≥ log2N. Bước5:Xác định hệ phương trình củamạch. Có hai cách xác định: + Lậpbảng chuyển đổitrạng thái và tín hiệura, từđó xác định các phương trình kích cho các trigơ. + Dựatrựctiếpvàođồ hình trạng thái, viếthệ phương trình Ton, Toff của các trigơ và phương trình hàm ra. Bước6:Vẽ sơđồthựchiện. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 157
Mạch tuầntự không đồng bộ Bước1: Xác định bài toán, gán hàm và biến, tìm hiểumối quan hệ giữa chúng. Bước2:Xây dựng đồ hình trạng thái, bảng chuyển đổitrạng thái và hàm ra. Bước3:Rút gọntrạng thái (tốithiểuhoátrạng thái). Bước4:Mã hoá trạng thái. Nếusố lượng trạng thái trong là N, số biếnnhị phân cần dùng là n thì n phảithoả mãn điềukiện: n ≥ log2N. Do mạch không đồng bộ hoạt động không có sự tác động củaxungnhịp cho nên trong mạch thường có các hiệntượng chạy đua làm cho hoạt động củamạch bị sai, vì vậy khi mã hoá trạng thái phải tránh hiệntượng này. Bước5:Xác định hệ phương trình củamạch. Có hai cách xác định: + Lậpbảng chuyển đổitrạng thái và tín hiệura, từđóxácđịnh các phương trình kích cho các trigơ. + Dựatrựctiếpvàođồ hình trạng thái, viếthệ phương trình Ton, Toff củacác trigơ và phương trình hàm ra. Cả hai cách này đềucódạng phương trình: Phương trình củamạch chỉ dùng NAND. Phương trình củamạch dùng trigơ RS không đồng bộ và các mạch NAND. Phương trình củamạch dùng các loạitrigơ khác. Bước6:Vẽ sơđồthựchiện. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 158
Các cách thiếtkế mạch tuầntự Cách 1: Dựavàobảng chuyển đổitrạng thái. Ký hiệu : A, B, N là các biếnnhị phân dùng để mã hoá các trạng thái trong của mạch. X1, X2 Xm là các tín hiệuvàođã đượcmãhoánhị phân. Z1, Z2 Zm là các tín hiệurađã đượcmãhoánhị phân. Dựavàobảng chuyển đổitrạng thái xác định hệ phương trình: Ak = fA (A, B, N , X1, X2 Xm ) Bk = fB (A, B, N , X1, X2 Xm ) Nk = fN (A, B, N , X1, X2 Xm ) Z1 = g1 (A, B, N , X1, X2 Xm ) Z2 = g2 (A, B, N , X1, X2 Xm ) Zn = gn (A, B, N , X1, X2 Xm ) Tốithiểuhoáhệ hàm và viếtphương trình ở dạng chỉ dùng NAND. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Các cách thiếtkế mạch tuầntự Cách 2: Dựatrựctiếpvàođồ hình trạng thái Cho đồ hình trạng thái củamạch có tậptínhiệuvàoV, tập tín hiệuraR, tậptrạng thái trong S (chưa mã hoá nhị phân). Các bướcthiếtkế Mã hoá tín hiệuvàoV, tínhiệuraR, trạng thái trong S để chuyển thành mạch dạng nhị phân có các tập tín hiệuvàoX, tínhiệuraY, trạng thái trong Q. Xác định hệ phương trình tín hiệu ra: Yi = fi (X, Q). Phương trình này đượcxácđịnh trên các cung vớimôhìnhkiểu Mealy, trên các đỉnh với mô hình kiểu Moore. Tốithiểu các hàm này. Xác định hệ phương trình hàm kích cho các trigơ và tốithiểu hoá nó. Sau đây giớithiệuthuậttoánxácđịnh phương trình lối vào kích cho các trigơ từđồhình trạng thái. Đốivớitrigơ Qi bấtkỳ sự thay đổitrạng thái từ Qi đếnQkichỉ có thể có 4 khả năng. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
các cung biểudiễnsự thay đổitừđến được ký hiệunhư sau: 0 → 0 là (0) 1 → 1 (là 1) 0 → 1 là (2) 1 → 0 là (3). Thuật toán xác định phương trình lốivàokích n1+ cho trigơ Qi loạiD. QDii= n1+ DQii= = tuyểntấtcả các cung đitới đỉnh có Qi = 1. = ∑ các cung loại(2), kể cả khuyên tại đỉnh đó tứclàcungloại1 = ∑ (1) và (2) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Ví dụ Thiếtkế bộđếm đồng bộ có Mđ = 5 ' Q1 ''' '' QQQ321 QQ21 Bảng 5-16. Bảng mã hóa trạng thái ' Q1 Hình 5-38. Đồ hình trạng thái \ Bảng 5-17. Bảng chuyển đổitrạng thái Bảng 5-18. Bảng Các nô tìm hàm ra Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Ví dụ dùng trigơ D Nhìn vào đồ hình trạng thái ta thấy: Q3 = 1 tại đỉnh (4), Q2 = 1 tại đỉnh (2), (3), Q2 = 1 tại đỉnh (1), (3). QQQ D3 = ∑ Các cung đi đến đỉnh (4) = (3) = 321 D2 = ∑ Các cung đi đến đỉnh (2), (3) = (1) + (2) = QQQ321+ Q 3 QQ 21 D1 = ∑ Các cung đi đến đỉnh (1), (3) = (0) + (2) = QQQ321+ Q 3 QQ 21 Từđótalậpbảng Các nô để tốithiểu hóa hàm Di Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Ví dụ trigơ D Q2Q1 Q2Q1 Q3 00 01 11 10 Q3 00 01 11 10 0 00 10 0 01 01 1 1 0 x xx 0 x xx D3 = Q2Q1 DQ.QQ.QQQ=+=⊕ 221211 2 Q2Q1 Q3 00 01 11 10 B?ng 5-20. B?ng Các nô tìm hàm kích 0 10 0 1 1 0 x xx DQ.Q= 113 D3 = Q2Q3 D2 = D2 = Q2 Q3 +Q2 Q3 =Q2 ⊕Q3 D1 = Q1 Q3 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Định nghĩahiệntượng chu kỳ: Hiệntượng chu kỳ là hiệntượng tạimộttổ hợptínhiệuvàonàođó, mạch liên tục chuyểntừ trạng thái này sang trạng thái khác theo mộtchukỳ kín. Nghĩalàtrongquátrìnhđó không có trạng thái nào ổn định. Do vậy, khi thay đổi tín hiệu vào không xác định đượcmạch đang ở trạng thái nào trong dãy trạng thái nói trên. X XX+ XX+ Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 165
Hiệntượng chạy đua trong mạch không ĐB Định nghĩa: Hiệntượng chạy đua trong mạch không đồng bộ là hiệntượng: do tính không đồng nhấtcủa các phầntử nhị phân dùng để mã hoá trạng thái, vì mạch hoạt động không đồng bộ, khi mạch chuyểntrạng thái từ Si → Sj mạch có thể chuyểnbiếntrạng thái theo những con đường khác nhau. Nếutrạng thái cuốicùngcủanhững con đường đólàổn định và duy nhất thì chạy đua không nguy hiểm. Ngượclại, chạy đua nguy hiểmlànhững cách chuyểnbiếntrạng thái khác nhau đócuốicùngdẫn đến các trạng thái ổn định khác nhau, có thể tớitrạng thái khoá và không thoát ra được. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Mộtsố mạch tuầntự thông dụng Bộđếm Bộ ghi dịch Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 167
Bộđếm Định nghĩa: Bộđếmlàmộtmạch tuầntự tuần hoàn có mộtlối vào đếm và mộtlốira, mạch có số trạng thái trong bằng chính hệ sốđếm (ký hiệu là Md). Dướitácdụng củatínhiệu vào đếm, mạch sẽ chuyểntừ trạng thái trong này đếnmộttrạng thái trong khác theo mộtthứ tự nhất định. Cứ sau Md tín hiệu vào đếmmạch lạitrở về trạng thái xuất phát ban đầu. Bộđếm đượcdùngrấtnhiềutrongcácdụng cụđolường chỉ thị số, các máy tính điệntử. Bấtkỳ hệ thống số hiện đạinàođềusử dụng các bộđếm. Xd/0 Xd/0 Xd/0 Xd/0 Xd/0 Xd/0 Xd/0 Xd/0 Xd/0 Xd/1 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Phân loạibộđếm Theo sự chuyển đổitrạng thái: Bộđếm đồng bộ (Synchronous): Các trigơđềuchịutácdụng điềukhiển củamột xung đồng hồ duy nhất Bộđếm không đồng bộ (Asynchronous): có trigơ chịutácdụng điều khiểntrựctiếpcủa xung đếm đầuvào, nhưng cũng có trigơ chịutácdụng điềukhiểncủa xung ởđầuracủatrigơ khác . Theo hệ sốđếm Bộđếmnhị phân Bộđếmthập phân Bộđếm N phân Theo xung đếm Bộđếmthuận (Up counter) hay còn gọilàbộđếmtiến Bộđếm nghịch (Down counter) hay còn gọilàbộđếmlùi Bộđếmthuận nghịch Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Mộtsố IC đếm Tên IC Mô tả Đặctính 7492 Gồm 4 trigơ JK mắc thành hai bộđếm không đồng bộ mod 2 và mod 6 độclập. 7493 Gồm 4 trigơ JK mắc thành hai bộđếm không đồng bộ mod 2 và mod 8 độclập. 74190 Bộđếmthuậnnghịch (UP/DOWN) thập Preset đồng bộ và không Clear phân 74191 Bộđếmthuậnnghịch (UP/DOWN) nhị Preset đồng bộ và không Clear phân 4 bit 74192 Bộđếmthuậnnghịch (UP/DOWN) thập Preset đồng bộ và Clear phân 74193 Bộđếmthuậnnghịch (UP/DOWN) nhị Preset đồng bộ và Clear phân 4 bit 74390 Gồmhaikhốigiống hệt nhau, mỗikhối gồm 4 trigơ JK mắc thành hai bộđếm không đồng bộ mod 2 và mod 5 độclập Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
IC 74192, 74193 Trong các bộđếm này, khi thứchiện đếmthuận thì xung Clock đượcnối với CLK-UP, còn chân CLK-DOWN đượcnốivới logic 1; khi đếm nghịch thì ngượclại. Các chân CARRY (nhớ) và BORROW (mượn) có logic 1 và nó sẽ chuyển mứcthấp khi tràn mứchoặcdướimức. Chân LOAD = 0 có thể nạpdữ liệu vào bộđếm. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
IC 7490, 74390 Nó bao gồm4 trigơ cung cấpbộđếmgồmhaiMod đếm: Mod 2 và Mod 5. Các bộđếm Mod 2 và Mod 5 có thểđượcsử dụng mộtcáchđộclập. Trigơ A thựchiện đếmMod 2, Trigơ B, C, D thựchiện đếmMod 5. IC 74390 là bản kép (dual) của 7490 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
IC 7492, 7493, IC 74293, 74393 Nó bao gồm4 trigơ cung cấpbộđếmgồmhaiMod đếm: Mod 2 và Mod 6 hoặc mod 8. Trigơ A thựchiện đếmMod 2, Trigơ B, C, D thựchiện đếmMod 5. Hoạt động củanhững bộđếmnàygiống như IC 7490, chỉ khác là không có các lốivàolập và Mod 6 không đếmtheotrìnhtự nhị phân. Các IC này thường không dùng làm các bộđếm mà dùng làm bộ chia tần Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Thiếtkế bộđếmbấtkỳ dùng bộđếmvạnnăng Mộtsố bộđếm có các chân xóa (CLR), lốinạpdữ liệu, chân RC (ripple carry) ra có thể lậptrìnhđược VD IC 74192, 74193 Để tìm mộtbộđếmchiahếtchom thìđầu vào nạpP đượcchobởicông thức: P=(16-m) (nếu dùng bộđếmhex) hoặc =10-m nếudùngbộđếm thậpphân Khi bộđếm đếmtớigiátrị m thì dùng giá trị này để nối vào chân CLR. Nhiệmvụ củachânClear làgặp bit 1 thì xóa về 0. Nếusố bit 1 nhiềuhơn số chân Clear thì ta phải dùng thêm cổng NAND (hoặccổng AND) tùy mứctíchcựccủachânClear Nếubộđếm không bắt đầutừ 0 (VD đếmtừ n đến m) thì phảinạpgiátrị n khi bắt đầu đếmlại) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Bộ ghi dịch Có khả năng ghi (nhớ) số liệuvàdịch thông tin (sang phải hoặc sang trái). Đượccấutạotừ mộtdãyphầntử nhớđượcmắcliêntiếpvới nhau và mộtsố các cổng logic cơ bảnhỗ trợ. Muốn ghi và truyềnmộttừ nhị phân n bit cầnn phầntử nhớ (n trigger) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 175
Phân loại: Phân theo cách đưatínhiệu vào và lấytínhiệura: Vào nốitiếp, ra song song– SIPO (Serial Input, Parallel Output) Vào song song, ra song song – PIPO (Parallel Input, Parallel Output) Vào nốitiếp, ra nốitiếp – SISO (Serial Input, Serial Output) Vào song song, ra nốitiếp – PISO (Parallel Input, Serial Output): Phân theo hướng dịch: Dịch phải, dịch trái, dịch hai hướng, dịch vòng Phân theo đầu vào: Đầuvàođơn: Đầuvàođôi: Phân theo đầura: Đầurađơn: Đầurađôi: Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Ứng dụng củabộ ghi dịch nhớ dữ liệu chuyểndữ liệutừ song song thành nốitiếpvàngượclại. để thiếtkế bộđếm tạo dãy tín hiệunhị phân tuần hoàn Mộtsố IC ghi dịch (giáo trình DTS mục 5.9.4) Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Bộ ghi dịch song song Các số liệucầnghiđưa vào D1, D2, D3, D4 Khi có mộtxungđiềukhiểnghiđưatớilốivàoCLK, dữ liệu đượcnạp vào bộ nhớ song song và cho lối ra song song Q1 Q2 Q3 Q4 = D1 D2 D3 D4. Muốnchodữ liệutớicáclối ra, lốivào“điềukhiểnra”phải bằng 1. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Bộ ghi dịch nốitiếp có thể dịch phải, dịch trái và cho ra song song hoặcranối tiếp muốnghinốitiếp4 bit cần 4 xung CLK và cho ra ở lốira song song. Còn để lấysố liệuranốitiếpcần thêm 3 xung nhịpnữa Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Bộđếm vòng Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Bộđếm vòng xoắn (mã Johnson) là bộ dếmcósố bit 1 trong từ mã tăng dần, sau đólạigiảm dần. Tương tự có bộđếm vòng xoắntự khởi động. DQ1n= Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Thanh chốtdữ liệu (Latch) là mạch logic sốđượcdùngđể lưutrữ trạng thái số (1 hoặc 0) trong bộ lưutrữ dữ liệu. thường đượcsử dụng trong các mạch giao tiếpBus dữ liệu, các bộ phân kênh, hợp kênh, và trong các mạch điều khiển Dn LE OE On H ↑ L H L L L X X H Z Bảng 5-64b. Bảng chức năng của IC 74374 Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Q0 X X H Z Bảng 5-64a. Bảng chức năng của IC 74373 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Nộidung Chương 1: Hệđếm Chương 2: Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuầntự Chương 6: Mạch phát xung và tạodạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 183
Mạch phát xung và tạodạng xung Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 184
Nội dung Mạch phát xung Mạch dao động đahàicơ bảncổng NAND TTL Mạch dao động đa hài vòng RC Mạch dao động đahàithạch anh Mạch dao động đahàiCMOS Trigơ Schmit Mạch đahàiđợi Mạch đahàiđợiCMOS Mạch đahàiđợi TTL IC định thời Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 185
Mạch phát xung Mạch dao động đahàicơ bảncổng NAND TTL Mạch dao động đa hài vòng RC Mạch dao động đahàithạch anh Mạch dao động đahàiCMOS Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 186
Mạch dao động đahàicơ bảncổng NAND TTL (1) Cổng NAND khi làm việc trong vùng chuyểntiếpcóthể k.đạimạnh tín hiệu đầu vào. 2 cổng NAND đượcghépđiện dung thành mạch vòng thì có bộ dao động đa hài. VK là đầu vào điều khiển, khi ở mức cao mạch phát xung, và khi ở mứcthấpmạch ngừng phát. Nếucáccổng I và II thiếtlập điểm công tác tĩnh trong vùng chuyểntiếpvàVK = 1, thì mạch sẽ phát xung khi đượcnốinguồn. Nguyên tắc làm việccủamạch: Giả sử do tác động của nhiễulàmchoVi1 tăng một chút, lập tứcxuấthiện quá trình phảnhồidương (hình 6.2a). Cổng I Hình 6.1 nhanh chóng trở thành thông bão hoà, cổng II nhanh chóng ngắt, mạch bướcvàotrạng thái tạm ổn định. Lúc này, C1 nạp điện và C2 phóng điện. C1 nạp đến khi Vi2 tăng đếnngưỡng thông VT, trong mạch xuấthiện quá trình phảnhồidương (hình 6.2b). Cổng I Hình 6.2a nhanh chóng ngắtcòncổng II thông bão hoà, mạch điện bước vào trang thái tạm ổn định mới. Lúc này C2 nạp điện còn C1 phóng cho đến khi Vi1 bằng ngưỡng thông VT làm xuấthiện quá trình phảnhồidương đưamạch về trạng thái ổn định ban đầu. Mạch không ngừng dao động. Hình 6.2b Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 187
Mạch dao động đahàicơ bảncổng NAND TTL (2) Giả sử do tác động củanhiễulàmchoVi1 tăng mộtchút, lậptứcxuấthiện quá trình phảnhồidương (hình 6.2a). Cổng I nhanh chóng trở thành thông bão hoà, cổng II nhanh chóng ngắt, mạch bướcvàotrạng thái tạm ổn định. Lúc này, C1 nạp điện và C2 phóng điện. Hình 6.2a C1 nạp đến khi Vi2 tăng đếnngưỡng thông VT, trong mạch xuấthiện quá trình phảnhồidương (hình 6.2b). Cổng I nhanh chóng ngắt còn cổng II thông bão hoà, mạch điệnbướcvàotrangtháitạm ổn định mới. Lúc này C2 nạp điện còn C1 phóng cho đến khi Vi1 bằng ngưỡng thông VT làm xuấthiện quá trình phảnhồi dương đưamạch về trạng thái ổn định ban đầu. Hình 6.2b Hình 6.3 Mạch không ngừng dao động. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 188
Mạch dao động đahàithạch anh Để có các tín hiệu đồng hồ có tầnsố chính xác và có độ ổn định cao, các mạch đa hài trình bày trên đây không đáp ứng được. Tinh thể thạch anh thường đượcsử dụng trong các trường hợp này. Thạch anh có tính ổn định tầnsố tốt, hệ số phẩmchấtrấtcaodẫn đếntínhchọnlọctầnsố rất cao. Hình dướilàmộtmạch dao động đahàiđiểnhìnhsử dụng tinh thể thạch anh. Tầnsố củamạch dao động chỉ phụ thuộc vào tinh thể thạch anh mà không phụ thuộc vào giá trị các tụđiệnvàđiệntrở trong mạch Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 189
Trigơ Schmit Xem giáo trình Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 190
Mạch đahàiđợi Xem giáo trình Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 191
IC định thời(1) 8 4 R Chân Chức năng Chân Chức năng 5 + - 6 1 Đất - GND 5 Điện áp điều khiển R 2 Chân kích thích 6 Chân ngưỡng R 3 Đầu ra 7 Đầu phóng điện 2 + 3 - S 4 Xoá - Reset 8 Nguồn – Vcc 7 Bảng 6-1. Bảng mô tả chức năng của các chân trong IC R R1 Q1 1 Mạch điện IC 555. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 192
Tạomạch đơn ổn Khi chân 2 nhậnkíchthích(nối đất), ta thấyS~ sẽ lậpQ 8 4 lên 1 và xung sẽ xuấthiện ở lối ra 3. Lúc này, Q~ = 0 nên Q1 khóa. Tụ C nạp điện. Khi điệnthế trên tụ (chân 6) vượt R 5 + - quá 2/3Vcc thì R~ = 0, do đó Q~ = 1. Xung lỗirakếtthúc, 6 R Q1 thông và tụ C phóng rất nhanh qua Q1. Trạng thái này R 2 + 3 giữ nguyên cho tới xung kích thích sau (nên chọn R1 lớn - S để không nóng transistor Q1) 7 R Q R Độ rộng xung ra được tính theo công thức: T = 1,1RC 1 1 1 Tụ C1 thường chọnbằng 0,1uF và có chứcnăng là tụ lọc để hạnchế nhiễu do nguồn nuôi gây ra. +Vcc Kích R thích 8 4 2/3Vcc 6 Điệnthế trên tụ 555 3 Ra C 7 Vào 2 1 5 Xung ra + C - C1 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 193
Tạomạch dao động đahài Chân 2, 6 và tụ C đượcnốivới nhau, nên điệnthế 8 4 trên tụ sẽđiềukhiển đồng thờicả hai bộ so áp. Nếu điệnthế này vượt quá mứcngưỡng 2/3Vcc, thì xung R 5 + - trên đầuracủaTG sẽ bị xoá. Ngượclại, khi tụ 6 R phóng xuống dướimức 1/3 Vcc thì xung ra lại được R 2 + 3 lập. Quá trình này sẽ tiếpdiễnvàchomộtchuỗi xung - S ở lốira. 7 R Q R Chu kì củadaođộng sẽ là: 1 1 1 T = TN + TP TN là thờigiannạpvàđượctínhtheocôngthức: +Vcc V TN = 0,7C (R1+ R2) CC R 2/3VCC TP thời gian phóng và bằng: 1 8 4 Điện 7 1/3VCC thế trên 555 R2 3 Ra 0 tụ C TP = 0,7.C.R2 6 2 1 5 Xung ra + Như vậy: T = 0,7C (R + 2R ) C 1 2 - C1 Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 194
Tạomạch dao động – xung vuông 8 4 Các biểuthứctrênchỉ ra rằng dãy xung R ra chỉ vuông đều khi TN và TP bằng 5 + - 6 R nhau, nghĩalàR1 = 0. Điều này không thựctế, vì lúc đócựcC củaQ nốitrực R 1 2 + 3 - tiếpvới Vcc. Khi Q1 dẫn điệnxemnhư S nguồnVccbị ngắnmạch. Có thể cân 7 R Q R bằng TN và TP bằng các diode phụ như 1 1 chỉởhình bên. 1 Tầnsố dao động củachuỗi xung ra là: +Vcc R 1, 4 1 D 8 4 f = 1 7 CR()12+ 2 R R 2 555 3 Ra 6 D Với R1 = R2 = R thì (có Diod): 2 2 1 5 + 0,7 C C f = - 1 CR Hình 6. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 195
Câu hỏi Thiếtkế mạch tạoxungdùng555 chocáctầnsố 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1KHz Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 196
Nộidung Chương 1: Hệđếm Chương 2: Đạisố Boole và các phương pháp biểudiễnhàm Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuầntự Chương 6: Mạch phát xung và tạodạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 197
Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 198
Nội dung Khái niệm chung DRAM SRAM Bộ nhớ cố định – ROM Bộ nhớ bán cố định Mở rộng dung lượng bộ nhớ Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 199
Khái niệm chung Khái niệm: Bộ nhớ là một thiết bị có khả năng lưu trữ thông tin (nhị phân). Muốn sử dụng bộ nhớ, trước tiên ta phải ghi dữ liệu và các thông tin cần thiết vào nó, sau đó lúc cần thiết phải lấy dữ liệu đã ghi trước đó để sử dụng. Thủ tục ghi vào và đọc ra phải được kiểm soát chặt chẽ, tránh nhầm lẫn nhờ định vị chính xác từng vị trí ô nhớ và nội dung của nó theo một mã địa chỉ duy nhất. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 200
Khái niệm chung Những đặc trưng chính của bộ nhớ Dung lượng của bộ nhớ. Dung lượng bộ nhớ là số bit thông tin tối đa có thể lưu giữ trong nó. Dung lượng cũng có thể biểu thị bằng số từ nhớ n bit. Từ nhớ n bit là số bit (n) thông tin mà ta có thể đọc hoặc ghi đồng thời vào bộ nhớ. Ví dụ: Một bộ nhớ có dung lượng là 256 bit; nếu nó có cấu trúc để có thể truy cập cùng một lúcc 8 bit thông tin, thì ta cũng có thể biểu thị dung lượng bộ nhớ là 32 từ nhớ x 8 bit = 32 byte. Cách truy cập thông tin: Có 2 cách là trựctiếpvàgiántiếp Truy cậptrựctiếp, hay còn gọilàtruycậpngẫu nhiên (random access). Ở cách này, không gian bộ nhớđược chia thành nhiềuô nhớ. Mỗi ô nhớ chứa được1 từ nhớ n bit và có một địachỉ xác định, mã hoá bằng số nhị phân k bit. Như vậy, ngườisử dụng có thể truy cậptrựctiếp thông tin ở ô nhớ có địachỉ nào đó trong bộ nhớ. Mỗibộ nhớ có k bit địachỉ sẽ có 2k ô nhớ và có thể ghi được2k từ nhớ n bit. Truy cậptuầntự (serial access) hay còn gọilàkiểutruycậptuầntự. Các đĩa từ, băng từ, trống từ, thanh ghi dịch có kiểutruycập này. Các bit thông tin được đưa vào và lấyramột cách tuầntự. Tốc độ truy cập thông tin. Đây là thông số rất quan trọng củabộ nhớ. Nó được đặctrưng bởithờigian cầnthiết để truy cập thông tin. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT
Khái niệm chung – Phân loạibộ nhớ BỘ NHỚ BÁN DẪN Bộ nhớ cốđịnh ROM Bộ nhớ bán cốđịnh Bộ nhớđọc/viết MROM PROM EPROM EEPROM SRAM DRAM Dựa trên thờigianviếtvàcáchviết, có thể chia thành: bộ nhớ cốđịnh, bộ nhớ bán cốđịnh và bộ nhớđọc/viết được. Bộ nhớ cốđịnh ROM (Read Only Memory): có nội dung đượcviếtsẵnmộtlần. MROM: là loại ROM sau khi đã đượcviết(bằng mặtnạ-mask) từ nhà máy thì không viết lại đượcnữa. PROM là mộtdạng khác, các bit có thểđượcviếtbằng thiếtbị ghi củangườisử dụng trong mộtlần (Programmable ROM). Bộ nhớ có thểđọc/ viết nhiềulần RAM (Random Access Memory) gồmhailoại: RAM tĩnh-SRAM (Static RAM) thường đượcxâydựng trên các mạch điệntử trigơ. RAM động-DRAM (Dynamic RAM) đượcxâydựng trên cơ sở nhớ các điệntíchở tụ điện; bộ nhớ này phải đượchồiphụcnội dung đều đặn, nếu không nội dung sẽ mất đi theo sự rò điện tích trên tụ. Bài giảng Điệntử số www.ptit.edu.vn KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐT 202