thiết kế mạch chuyển đổi adc với yêu cầu đầu vào là tín hiệu tương tự đầu ra là 4 bit dữ liệu ,hiển thị dưới dạng led 7 thanh

Đồ án: thiết kế mạch
chuyển đổi ADC với yêu
cầu đầu vào là tín hiệu
tương tự đầu ra là 4 bit
dữ liệu ,hiển thị dưới
dạng LED 7 thanh

Mục Lục:
Nội Dung
Lời Mở Đầu 2
PHẦN I : Các kiến thức cơ bản về kĩ thuật xung số 3
Chương I: Hệ thống số đếm 3
Tổng quan về logic số 3
Hàmlogic 9
Chương II: Các cổng logic và mạch tổ hợp 14
Các cổng logic 14
Thiết kế mạch logic 17
Chương III: FipFop và ứng dụng 23
FipFop 23
Mạch đếm 30
Chương IV: Chuyển đổi ADC và DAC 41
Mạch chuyển đổi DAC 41
Mạch chuyển đổi ADC 44
Chương V: Mạch tạo xung 50
PHẦN II : ĐỒ ÁN KĨ THUẬT SỐ MACH CHUYEN DOI ADC




Lời mở đầu

Từ khi ra đời cho tới nay kĩ thuật số đã được ứng dụng rất nhiều vào thực tế
từ tivi số ,máy ảnh số ,camera số ,điện thoại số,truyền hình số và rất nhiều các
lĩnh vực khác.
Kĩ thuật số có những ưu điểm như dễ xử lí,lưu trữ ,ít bị méo tín hiệu khi
truyền,thiết bị đơn giản do vậy nó ngày càng được sử dụng phổ biến.Tuy vậy số
lại có các ưu điểm như không hiển thị được dưới các thiết bị đo tương tự ,phải
dùng thiết bị số chuyên dụng,hơn nữa trong thực tế các tín hiệu thường là tín
hiệu tương tự.Tuy nhiên với các ưu điểm của mình thì kĩ thuật số đã ngày càng
thay thế được kĩ thuật tương tự.
Trải qua quá trình học tập, nghiên cứu em đã chọn đề bài : “ thiết kế mạch
chuyển đổi ADC với yêu cầu đầu vào là tín hiệu tương tự đầu ra là 4 bit dữ
liệu ,hiển thị dưới dạng LED 7 thanh” làm đồ án. Em hy vọng sau khi hoàn
thành đồ án này nó sẽ giúp em củng cố lại những kiến thức mà em tích luỹ được
trong suốt thời gian học tập, và với ước mong nó sẽ là một điểm tựa cơ bản (về
kiến thức) cho em sau khi ra trường.
Trong quá trình làm đồ án do khả năng còn hạn chế và thời gian cón hạn chế
,hơn nữa đây là một lĩnh vực còn mới đối với chúng em nên mặc dù em đã cố
gắng hết sức nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót về nội dung và
phương pháp trình bày .em rất mong được sư chỉ bảo,hướng dẫn của các thầy cô
cùng các bạn đẻ bài tập của em được hoàn thiện hơn .

Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên: NHÓM 2
Lớp : ĐKKTĐ1


Chương I : Hệ thống số và đếm .
I. Tỗng quan về logic số .
I.1. Mạch tương tự và tín hiệu tương tự (Analog circuit)
a.Mạch tương tự (Analog )

*Định nghĩa : Mạch tương tự là mạch xử lý các tín hiệu tương tự
-Tín hiệu tương tự : Là những tín hiệu có biên độ biến đổi liên tục theo thời
gian được xác định theo quan hệ của hàm số bất kì .
-Đặc điểm : Mạch tương tự có khả năng chống nhiễu và độ ỗn định kém ,
phân tích và thiết kế
phức tạp.
b. Mạch số và tín hiệu số
*Định nghĩa :Là các mạch điện xử lý tín hiệu số là mạch logic số
-Tín hiệu số : là tín hiệu chỉ có 2 mức logic phân biệt. Trong kỹ thuật số 2
mức logic đó đươc gọi là mức cao(H) và mức thấp (L) , còn gọi là mức “1” và
mức “0”
*Đặc điễm: -Tín hiệu số chỉ đươc phát sinh bởi các mạch thích hợp. Gián
đoạn về thời gian và biên độ. Sự chuyển tiếp từ mức thấp lên mức cao xảy ra
nhanh chóng.
-Khả năng chống nhiễu tốt .
-Thiết kế, phân tích mạch đơn gian dễ làm .
-Thuận lợi cho mạch lưu chữ thông tin.
1.2. Các hệ thống đếm (Number systems)
1.2.1.Hệ thống số thập phân(Decimal System)
- Sử dụng mười chữ số từ 0 đến 9 ghép lại với nhau tạo thành số đếm, số
sau lớn hơn số trước một đơn vị. Mỗi chữ số có mặt trong số thập phân gọi là
một bit tính từ phải sang trái, bit đầu tiên được gọi là hàng đơn vị , bit 2 hàng
chục, bit 3 hàng trăm, bit 4 hàng nghìn.
Ví Dụ:
D
168
860100
10.810.610.1168
012
=

++=
++=
Tổng quát:
2.Hệ thống số nhị phân(Binery)
*Định nghĩa:hệ thống số nhị phân là loại số đếm sử dụng 2 kí tự số 0 và 1
ghép lại với nhau tạo thành số đếm
-Tổng quát:
3.Hệ thống số thập lục phân (Hexa)

0
1
2
1
1
2 2.2. aaaX
n
n
n
nD
+++=
−
−
−
0
1
2
1
1
10 10.10. aaaX
n

n
n
nD
+++=
−
−
−
*Định nghĩa:Hệ thống số thập lục phân là hệ thống số sử dụng 16 kí tự
trong đó 10 kí tự đầu là số từ 0
→
9 ,6 kí tự sau là chữ A,B,C,D,E,F ghép với
nhau tạo thành số đếm.
Ví dụ:
D
h
549
532512
16.516.216.2225
012
=
++=
++=
-Tổng quát:
I.1.3.Chuyển đổi giữa các hệ thống số đếm
1.Chuyển từ số thập phân sang số nhị phân
*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập phân sang số nhị phân người ta lấy số
thập phân cần chuyển đổi chia liên tiếp cho 2 để tìm số dư .Số dư đầu tiên của
phép chia là bít có nghĩa nhỏ nhất của số nhị phân .số dư cuối cùng của phép
chia khi kết quả bằng 0 là bít có nghĩa lớn nhất của số nhị phân cần tìm .
-Ví dụ:

DD
?69 =
69/2=34 dư 1 1
34/2=17 dư 0 0
17/2=8 dư 1 1
8/2=4 dư 0 0
4/2=2 dư 0 0
2/2=1dư 0 0
1/2=0 dư 1 1
→
BD
100010169 =
2.Chuyển từ số nhị phân sang số thập phân
*Cách làm:Muốn chuyển từ số nhị phân sang số thập phân ta khai triển công
thức tổng quát của số nhị phân với cơ số bằng 2 kết quả tìm được là số thập
phân cần chuyển đổi
- Tổng quát:
0
1
2
1
1
2 2.2. aaaX
n
n
n
nD
+++=
−
−

−
-Ví dụ:
D
B
69
2.12.12.11000101
026
=
++=
3.Chuyển từ số thập phân sang thập lục phân
*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập phân sang thập lục phân ta lấy số thập
phân cần chuyển đổi chia lien tiếp cho 16 để tìm số dư.Số dư đầu tiên của phép
chia là bit có trọng số nhỏ nhất, số dư cuối cùng của phép chia là bít có trọng số
lớn nhất của số thập lục phân cần tìm.
Ví dụ:
( )
H
D
?69 =
69/16 = 4 dư 5(LBS)
4/16 = 0 dư 4(MSB)
HD
4569 =⇒
4. Chuyển đổi từ số thập lục phân sang hệ thập phân

0
1
2
1
1

16 16.16. aaaX
n
n
n
nD
+++=
−
−
−
*Cách làm: Muốn chuyển từ hệ thập lục phân sang hệ thập phân ta sử dụng
công thức khai triển tổng quát số thập lục phân với cơ số bằng 16, kết quả tìm
được chính là số thập phân cần chuyển đổi.
Ví Dụ:
DH
DH
6956416.516.445
?45
01
=+=+=
=
5.Chuyển đổi từ số thập lục phân sang số nhị phân
*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập lục phân sang số nhị phân ta tính từ tráI
qua phảI của số thập lục phân mỗi bít của số thập lục phân tương đương với 4
bít của số nhị phân có vị trí tương ứng.
6. Chuyển từ nhị phân sang thập lục phân
*Cách làm: Muốn chuyển từ nhị phân sang thập lục phân ta tính từ phải qua
tráI cứ 4 bít của số nhị phân tương đương với 1 bít của số thập lục phân. Những
số cuối cùng nằm về phía bên tráI nếu thiếu số lượng bít ta có thể thêm “0” vào
phía bên trước.
I.2. Các loại mã thông dụng

1. Khái niệm:mã số là tập hợp của những hệ thống số đếm theo một qui
luật nhất định dùng để biểu diễn các thông tin theo qui luật đó. Mã số là phương
tiện giao tiếp cơ bản của hệ thống thông tin.
+ Đơn vị tính: byte (B)
- Trong thực tế có nhiều loại mã khác nhau nhưng chủ yếu sử dụng mã:
+ BCD (Binery Code Decimal )
+ ASC II
+Mã GRAY(mã vòng)
2. Các loại mã thông dụng
a.Mã BCD:
- Cách thành lập:được thành lập dựa trên cở sở 4 bít của số nhị phân ghép
lại với nhau
- Có 2 dạng cơ bản để thể hiện mã số BCD
+ BCD không gói: BCD thể hiện tất cả các trạng thái mà nó có thể biểu
diễn được (16 trạng thái )
+ BCD gói: là các mã số mà BCD thể hiện được nằm trong 10 kí tự của hệ
số đếm thập phân. Các mã lớn hơn 10 cần biểu diễn ở dạng BCD ta dùng nhiều
tổ hợp BCD ghép lại với nhau
- Qui ước: Mã BCD là những mã số thuộc 10 kí tự cơ bản của số thập phân.
b. Mã thập lục phân(Hexa)
- Cách thành lập: được thành lập trên cơ sở hệ thống số đếm thập lục phân
- Dạng thể hiện của nó giống thập lục phân: gồm 16 kí tự để biểu diễn 1 mã
số gồm 10 kí tự số từ 0 đến 9 và 6 kí tự chữ A,B,C,D,E,F
Bảng 1.1: Các dạng mã của các số tự nhiên từ
150
÷
Mã thập phân Mã BCD Mã thập lục
0 0000 0
1 0001 1
2 0010 2

3 0011 3
4 0100 4
5 0101 5
6 0110 6
7 0111 7
8 1000 8
9 1001 9
10 1010 A
11 1011 B
12 1100 C
13 1101 D
14 1110 E
15 1111 F
- Bảng mã số chuyển đổi tương ứng giữa các hệ thống số:
c.Mã ASC II
- Là hệ thống mã số cơ bản dùng để mã hóa phần cứng với các thiết bị vào ra:
bàn phím, chuột.

Bảng 1.2: bảng các mã của các số tự nhiên
Hexa
Decimal
0 1 2 3 4 5 6 7
0 <NUL>
0
<DLE>
16
<SP>
32
0

48
@
64
P
80
\
96
p
112
1 <SOH>
1
<DC1>
17
!
33
1
49
A
65
Q
81
a
97
q
113
2 <STX>
2
<DC2>
18
//

34
2
50
B
66
R
82
b
98
r
114
3 <EXT>
3
<DC3>
19
#
35
3
51
C
67
S
83
c
99
s
115
4 <EOT>
4
<DC4>

20
$
36
4
52
D
68
T
84
d
100
t
116
5 <ENQ>
5
<NAK>
21
%
37
5
53
E
69
U
85
e
101
u
117
6 <ACK>

6
<SYN>
22
&
38
6
54
F
70
V
86
f
102
v
118
7 <BEL>
7
<ETB>
23
/
39
7
55
G
71
W
87
g
103
W

119
8 <BS>
8
<CAN>
24
(
40
8
56
H
72
X
88
h
104
x
120
9 <HT>
9
<EM>
25
)
41
9
57
I
73
Y
89
I

105
y
121
A <LF>
10
<SUB>
26
*
42
:
58
J
74
Z
90
j
106
z
122
B <VT>
11
<ESC>
27
+
43
;
59
K
75
[

91
k
107
{
123
C <FF>
12
<FS>
28
,
44
<
60
L
76
\
92
l
108
l
124
D <CR>
13
<GS>
29
-
45
=
61
M

77
]
93
m
109
}
125
E <SO>
14
<RSI>
30
.
46
>
62
N
78
^
94
n
110
~
126
F <SI>
15
<US>
31
/
47
?

63
O
79
-
95
o
111
<DEL>
127
Bảng 1.3: bảng mã ASCII
d.Mã GRAY (Mã vòng )
-Là loại mã số được viết theo qui luật vòng tròn 2 mã liên tiếp nhau chỉ sai
khác 1 bit
e.Mã thừa 3(EXCESS - 3)
- Mã thừa 3 là loại mã số sử dụng với số thập phân cộng thêm 3 sau đó
chuyển sang dạng BCD không gói

Hệ D Hệ B Hệ H Hệ O
0 00000 0 0
1 00001 1 1
2 00010 2 2
3 00011 3 3
4 00100 4 4
5 00101 5 5
6 00110 6 6
7 00111 7 7
8 01000 8 10
9 01001 9 11
10 01010 A 12
11 01011 B 13

12 01100 C 14
13 01101 D 15
14 01110 E 16
15 01111 F 17
16 10000 10 20
17 10001 11 21
18 10010 12 22
19 10011 13 22
20 10100 14 23
21 10101 15 24
22 10110 16 25
23 10111 17 26
24 11000 18 27
25 11001 19 30
26 11010 1A 31
27 11011 1B 32
…… ………. ………. ………….
3.Chuyển đổi giữa các loại mã
*Chuyển đổi từ mã BCD sang mã Hexa: Tính từ phải qua trái mỗi tổ hợp 4
bit của mã BCD được một bit của mã Hexa
*Chuyển đổi từ mã thừa 3 sang mã thập phân:Lấy mã thừa 3 chuyển sang
BCD sang số thập phân trừ 3 đơn vị đươc kết quả
I.3.Đại số Boolean
1.Các định lí cơ bản của đại số Boolean
a.Cơ sở đại số Boolean
- Đại số Boolean là các phép tính đại số dựa trên phép tính nhị phân với 2
giá trị cơ bản là “0” và “1”
- Một biến A bất kì nhận 2 giá trị A=0 hoặc A=1
+Nếu cho A=0 phủ định của A:
1=A

AA
AAA
AA
=⇒
=⇒=⇒=
=⇒=
010
01
Kết luận: Phủ định 2 lần bằng chính nó
11.1
00.1
111
101
=
=
=+
=+
b.Các định lí cơ bản:
- Ta có biến A bất kì
0.
.
1.
00.
1
0
11
=
=
=

=
=+
=+
=+
=+
=
AA
AAA
AA
A
AA
AAA
AA
A
AA
2.Các tính chất của đại số Boolean
*Phép hoán vị:
BACACBCBA
ABCACBCBA
++=++=++
==
*Phép kết hợp:
ACBBCACBACBA ++=++=++=++ )()()(
*Phép phân kì:
CABACBA ).( +=+
3.Các định lý cơ bản của đại số Boolean
*Phép phủ định:Phủ định 2 lần thì bằng chính nó
)( AA =
*Định lí Dermorgan:

-Phủ định của một tổng bằng tích các phủ định thành phần
CBACBA )( =++
-Phủ định của một tích bằng tổng các phủ dịnh thành phần
) ( CBACBA ++=
4.Các định lí cơ bản của đại số Boolean
)() (.10
9
8
7
)).(()).().(.(6
)_).(( 5
)).(.(4
)).(.(3
.).(.2
).(.1
CBACBBA
BABAA
ABAA
CABACBCABA
CABACBCABA
BACACABA
BACACABA
ABABA
BABAA
ABAA
+=+
+=+
=+
+=++
++=+++

+=+
+=++
=++
=+
=+
I.4. Hàm logic
1. Định nghĩa hàm logic.
- Là 1 dạng hàm số dùng để biểu diễn mối quan hệ logic của tín hiệu ra và
tín hiệu vào.
- Hàm logic có thể được biểu diễn dưới dạng chữ hoặc số
Ví Dụ:
CBACBACBAY ++=
dạng chữ

{ }
∑
= 11,9,7,3,1,0Y
dạng số
-Thể hiện ở các dạng:
+ Dạng hội chuẩn
+ Dạng tuyển chuẩn
+ Bảng trạng thái
+ Bìa Karnough
2. các dạng biểu diễn hàm logic
a. biểu diễn dưới dạng tuyển chuẩn( tổng các tích)
- Đây là dạng biểu diễn cơ bản của hàm logic, nó được biểu diễn trạng thái
logic đầu ra ở mức cao toàn bộ hàm số là tổng nhiều thành phần.Mỗi thành phần
là 1 tổ hợp trạng thái ở đầu vào tương ứng với các ở dạng tích
Ví Dụ:
CBACBACBACBAY +++=

1111 +++=Y
-Để xác định được dạng này phải dựa vào yêu cầu và các điều khiện của bài
toán
b. Biểu diễn dưới dạng hội chuẩn( tích các tổng)
-Là 1 hàm quan hệ của tín hiệu ra với tổ hợp tín hiệu vào là các tích của
nhiều thành phần, mỗi thành phần chứa tổ hợp các biến dưới dạng 1 tổng
c.Biểu diễn dạng bảng trạng thái

- Là 1 cách biểu diễn trực quan mối quan hệ hàm logic giữa tín hiệu ra và
tín hiệu vào. Bảng trạng thái thực chất là 1 ma trận hàng cột, trong đó số cột
bằng tổng số các biến của bài toán, số hàng bằng(2
n
+1). Trong đó n: là số các
biến đầu vàohàng trên cùng của bảng trạng thái ghi tên các biến vào ra dwois
dạng chữ. Các hàm tiếp theo về phía bên trái của bảng trạng thái ghi tổ hợp giá
trị các biến đầu vào dưới dạng số nhị phân theo thứ tự tăng dần từ trên xuống.
Các hàm còn lại thuộc cột bên phải tương ứng với đầu ra ghi giá trị logic của
biến đầu ra. Tương ứng với tổ hợp trạng thái biến đầu vào
Ví Dụ: 3 công tắc A, B, C
⇒
3 biến đầu vào
A, B, C kín
⇔
“1”
A, B, C hở
⇔
“0”
Đèn Y: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt

⇒
1 biến ra
Số cột=
∑
các biến =4 cột
Số hàng=2
3
+1=9 hàng
Bảng trạng thái

A B C Y
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
d.Biểu diễn bằng bìa Karnough
- Cách xác định bìa:
+ Bìa karnough là 1 ma trận hình chữ nhật chứa các ô bên trong nó. Số ô
của ma trận= 2
n
(n: số các biến đầu vào)
+ Xung quanh ma trận tương ứng với vị trí hàng cột. Người ta ghi tên các
biến có thể ghi ở dạng chữ hoặc số (dạng mã GRAY)
+ Bên trong các ô được ghi: 3 cách
Giá trị logic của biến đầu ra tương ứng với tổ hợp trạng tháI đầu vào có tọa
độ chiếu đến ô đó.

Ghi giá trị nhị phân tương ứng tọa độ tổ hợp các biến đầu vào.
Ghi giá trị thập phân tương ứng với tọa độ tổ hợp các biến đầu vào.
Ví Dụ: 3 công tắc A, B, C kín= “1”
A, B, C hở= “0”
Đèn Y: Y=1 đèn sáng

Y= 0 đèn tắt
3 biến đầu vào
⇒
2
3
= 8
Cách ghi 1
AB
C 00 01 11 10
0 1 0 0 0
1 1 1 1 0
Cách ghi 2
AB
C
00 01 11 10
0 000 010 110 100
1 001 011 111 101
Cách ghi3
AB
C
00 01 11 10
0 0 2 6 4
1 1 3 7 5
I.5. các phương pháp tối giản hàm logic

1. Khái quát chung
- Trong quá trình thiết kế mạch điện logic các hàm số mà ta xây dựng ban
đầu đều là các hàm số chưa tối giản vì vậy khi xây dựng mạch theo các hàm này
mạch điện thường phức tạp có những cổng, những phép biến đổi không cần
thiết.
- Để mạch điện là tối ưu và ngắn gọn nhất trước khi vẽ mạch người ta tìm
cách tối giản hàm logic. Trong thực tế có nhiều phương pháp khác nhau để tối
giản hàm logic nhưng chủ yếu sử dụng 2 phương pháp: sử dụng đại số Boolean
và dùng bìa karnough
2.Phương pháp đại số Boolean tối giản hàm logic
- Nội dung phương pháp: sử dụng các tính chất và các phép biến đổi cơ bản
của đại số Boolean để biến đổi hàm logic sao cho hàm số là ngắn gọn nhất.
- Đặc điểm phương pháp:
+ các phếp biến đổi phức tạp đối với những hàm có nhiều biến vậy phương
pháp này chỉ sử dụng cho những hàm đơn giản.
+ Hàm số biến đổi cuối cùng có thể là không tối giản hoàn toàn tùy thuộc
khả năng của người biến đổi.
+ Phương phá này phải chú ý các số “1” và số “0” và sử dụng chúng 1 cách
linh hoạt trong quá trình biến đổi.
Ví Dụ:
BACBACBACBAY +++=

).(.).(. BBCACCBA +++=

CABA +
2. Phương pháp bìa Karnough tối giản hàm logic

- Nội dung phương pháp:
+ Xây dung bìa Karnough đối với hàm số cần đơn giản
+ Ghép các ô trong bìa Karnough liền kề nhau có giá trị =1.Số lượng ô

ghép phải lớn nhất và tỉ lệ với 2
n
Ví Dụ: 2 ô = 2
1
1 biến bỏ đi
4 ô = 2
2
2 biến bỏ đi
8 ô = 2
3
3 biến bỏ đi
16 ô = 2
4
4 biến bỏ đi
+ Trong số các ô ghép với nhau biến nào có giá trị thay đổi biến đó bỏ đi.
Cứ 2
n
ô ghép với nhau thì bỏ được n biến.
+ 1 ô có thể được ghép nhiều lần với các ô khác nhưng trong mỗi lần ghép
phảI có 1 ô mới.
+ Có thể ghép các ô ở cạnh, ở mép với nhau, ở 4 góc với nhau hoặc các ô
đối xứng nhau.
-Ví dụ:
DCBADCBADCBADCBA
DCBADCBADCBADCBADCBADCBAY


++++
+++++=
Dùng bìa Karnough đơn giản hàm lôgic:

AB
C
00 01 11 10
00 1 1 1 1
01 0 0 1 1
11 0 0 1 0
10 1 1 0 1
Tối giản:
DBDADBACADCY ++++=


Chương II: Một số cổng lôgic và mạch tổ hợp
II.1.Một số cổng logic
1.Cổng OR(Cổng hoặc - ORGATE)
*Định nghĩa: Cổng OR là cổng logic cơ bản thực hiện thuật toán logic tổng các
tín hiệu đầu vào(tổng các biến số ở đầu vào)
-Hàm quan hệ:
+Tổng quát: Y=A+B+….+N
2 biến: Y=A+B
3 biến:Y=A+B+C
Trong đó:A,B,N là các biến đầu vào
Y là biến đầu vào
+Kí hiệu: 2 biến:

U5A

+Bảng chân lí:
A B C
0 0 0
0 1 1

1 0 1
1 1 1
3 biến :
+Kí hiệu:

U6A
+Bảng chân lí:
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
-ý nghĩa: Nếu gọi A,B là các công tắc: Công tắc kín
⇔
A=B=1
Công tắc hở
⇔
A=B=0
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
⇒
Cổng OR tương đương với mạch sau:

A
B
C

Y
A
B
Y

S3
S6
A kín đèn sáng
B kín đèn sáng
A,B kín đèn sáng
A,B hở đèn không sáng
⇒
ý nghĩa: Cổng OR là cổng logic có đầu ra ở mức thấp
⇔
Tất cả các đầu vào
cùng ở mức thấp
-Dạng xung:

2.Cổng AND (Cổng và - AND GATE)
*Định nghĩa: Cổng AND là cổng logic cơ bản thực hiện thuật toán logic tích các
biến số ở đầu vào
- Tổng quát: Y= A.B.C.N
2 biến: Y=A.B
3 biến: Y=A.B.C
Kí hiệu: 2 biến :

U8A
Bảng chân lý:
A B Y
0 0 0

0 1 0
1 0 0
1 1 1
3 Biến:
Kí hiệu:
U7A
Bảng chân lý:
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0

A
B
Y
A
B
C
Y
A
B
Y
A
B
Y
U
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0

1 1 1 1
- ý nghĩa:Nếu coi A,B là 2 công tắc: A=B=1 Công tắc kín
A=B=0 Công tắc hở
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
→
Ta thấy 2 công tắc A,B đối với cổng AND được mắc nối tiếp nhau như hình
vẽ:

S3
S6
⇒
Đèn Y chỉ sáng
⇔
cả 2 công tắc A,B cùng kín , Có 1 công tắc hở đèn tắt
⇒
Cổng AND là cổng logic có đầu ra ở mức cao
⇔
tất cả đầu vào cùng ở mức cao
- Dạng xung:

3.Cổng NOT( Cổng đảo – NOTGATE)
*Định nghĩa:Cổng NOT là cổng logic cơ bản thực hiện phép tính logic phủ định
biến số đầu vào
- Hàm quan hệ:
AY =
- Kí hiệu:
U4A
- Bảng chân lý:
A Y

0 1
1 0
- ý nghĩa: Coi A là một công tắc: A=1 Công tắc kín
A=0 Công tắc hở
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
⇒
Ta có mạch sau:

A
B
Y
A Y
A B
u Y

C2
1uF
S6
Khi A đèn Y ngắn mạch
→
Y không sáng
+Khi A hở Y= nguồn
→
Y sáng
- Dạng xung:

II.2.Thiết kế mạch logic
1. Thiết kế mạch logic biết bảng trạng thái
a. Các bước thiết kế

Bước 1: Xác định các biến đầu vào, biến đầu ra, trạng thái logic biến đầu ra
tương ứng tổ hợp biến đầu vào mà ở đó biến đầu ra có giá trị logic bằng 1.
Bước 2: Thiết lập hàm logic đầy đủ tương ứng với biến đầu ra dưới dạng
tổng các tích.
Bước 3: Đơn giản hàm logic dùng bìa Karnough hoặc đại số Boolean tùy
theo tính chất và yêu cầu của bài.
Bước 4: Biến đổi hàm về dạng cổng logic theo yêu cầu bài đề ra.
Bước 5: Vẽ mạch sử dụng các cổng logic đã học
Ví Dụ : Cho bảng trạng thái:
A B C Y
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 1
Hãy thiết kế mạch logic:
a.Dùng toàn cổng NAND 2 đầu vào.
b.Dùng toàn cổng NOR 2 đầu vào.
Giải
Ta có: 3 biến đầu vào: A,B,C
1 biến đầu ra: Y
Lập hàm:
CACACBACBACBACBAY +=+++=
Biến đổi hàm:
CACAY +=

A
Y
YAu
a.Dùng toàn cổng NAND 2 đầu vào:
CACACACAY =+=
Vẽ mạch:

U2A
U1D
U1C
U1B
U1A
b.Dùng toàn cổng NOR 2 đầu vào:
CACACACAY +++=+=
Vẽ mạch :

U4BU4A
U3D
U3C
U3B
U3A
2. Thiết kế mạch logic biết biểu thức logic
a.Công thức (Các bước thiết kế)
- Bước 1: Từ biểu thức logic đã cho ban đầu xác định các biến đầu ra ,đầu
vào, chọn các mức logic cho các biến đó.
- Bước 2:Thiết lập bảng trạng thái biểu diễn mối quan hệ giữa đầu vào và
đầu ra.
- Bước 3:Từ bảng trạng thái xây dựng hàm logic dạng đầy đủ dưới dạng
tổng các tích tương ứng với ngõ ra có trạng thái bằng 1
- Bước 4:Đơn giản hàm bằng các phương pháp đã học.

- Bước 5:Biến đổi hàm logic và vẽ mạch theo yêu càu của đề bài.
- Bước 6: Kiểm tra lại bài.
b. Ví dụ: Cho biểu thức logic
DCADCBBAY ++=
.Hãy thiết kế mạch
logic ding toàn cổng NAND 2 đầu vào .
Giải
Ta có: 4 biến đầu vào: A,B,C,D giá trị đúng A=B=C=D=1
giá trị phủ định A=B=C=D=0

A
C
Y
A
C
Y
1 biến ra Y
Ta có bảng trạng thái sau:
A B C D Y
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0
0 0 1 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 0
0 1 1 1 1
1 0 0 0 0
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1

1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 1
1 1 1 1 1
Ta có hàm logic đầy đủ sau:
DCBADCBADCBADCBADCBADCBAY +++++=
Đơn giản hàm dùng bìa Karnough:
AB
CD
00 01 11 10
00 0 0 1 0
01 0 0 1 0
11 0 1 1 0
10 0 0 1 1

→
DCADCBBAY ++=
Biến đổi hàm dùng toàn cổng NAND:

DCADCBBADCADCBBAY =++=
Vẽ mạch:



U6D
U6CU6B
U6A
U5D
U5C

U5B
U5A
U2DU2C
U2B
3.Thiết kế mạch theo yêu cầu.
a.Các bước thực hiện:
*Bước 1: Dựa vào các yêu cầu của bài toán xác định số lượng biến đầu vào,
đầu ra, đặt tên và chọn mức logic cho các biến đầu vào đặt tên cho các biến đầu
ra.
*Bước2: Xây dung bảng trạng thái dựa trên yêu cầu của đề bài, diễn tả hoạt
động của các biến đầu vào và đầu ra.
*Bước3: Xác định hàm logic đầy đủ thể hiện mối quan hệ giữa đầu vào và
đầu ra dưới dạng tổng các tích.
*Bứơc4: Đơn giản hàm logic bằng các phương pháp đã học.
*Bước5: Biến đổi hàm logic vừa rút gọn và vẽ mạch theo yêu cầu
*Bước6: Kiểm tra lại mạch
b.Ví dụ:
Một nhà có 3 công tắc điều khiển 1 đèn chủ nhà muốn đèn sáng khi :
+Cả 3 công tắc đều hở,
+Cả 3 công tắc đều kín,
+Công tẵc 1 hở , 2,3 kín,
+Công tắc 3 kín ,1,2 hở .
Hãy thiết kế mạch logic thưc hiện hoạt động trên dùng:
1. Toàn cổng NAMD 2 đầu vào.
2. Toàn cổng NOR 2 đầu vào.
Giải:
Gọi 3 công tắc là 3 biến đầu vào kí hiệu lần lượt là: A,B,C
Công tắc kín:A=B=C=1
Công tắc hở: A=B=C=0
Đèn là biến ra kí hiệu Y đèn sáng: Y=1

đèn tẵt: Y =0

A
B
C
D
Y
Ta có bảng trạng thái:
A B C Y
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
Hàm logic đầy đủ là:
CBACBACBACBAY +++=
Đơn giản hàm:
AB
C
00 01 11 10
0 1 0 0 0
1 1 1 0 0
CBBAY +=→
1.Dùng toàn cổng NAND 2 đầu vào:
Biến đổi hàm ta có:
CBBACBBAY =+=
Vẽ mạch:

U8A
U7D
U7C
U7B
U7A
2.Dùng toàn cổng NOR 2 đầu vào:
Biến đổi hàm ta có:
( )
( )
CBBACBBAY +++=+=
Vẽ mạch:

A
B
C
Y

U9D
U9C
U9B
U9A
U4D
U4C


Chương III: Flip-Flop và ứng dụng
III.1. Fip-Flop
1. Khái niệm chung về Flip-Flop
- Flip-Flop hay còn gọi là lật hay phần tử nhớ có khả năng nhớ được 1 trong 2

trạng thái 0 hoặc 1 ở đầu ra
- Một Fip-Flop điển hình bao giờ cũng có 2 đầu ra
Q
và
Q
luôn luôn có giá trị
logic ngược nhau
- Kí hiệu điển hình của Flip-Flop là 1 hình chữ nhật có các đầu vào và 2 đầu ra


- Đầu vào đồng bộ là các đầu vào tác động đồng thời với xung CK thường có
các tên gọi: S,R,J,K,T,D.
- Các đầu vào không đồng bộ là đầu vào tác động độc lập với xung CK thường
có các tên gọi: S,R,Pr,CL.
- CK: Là đầu vào tác động liên tục của xung đồng hồ
- Các đầu vào đồng bộ và không đồng bộ tác động ở mức logic :

Mức cao:
Mức thấp:
- Đầu vào CK tác động vào sườn của xung:
+ Tác động vào sườn lên:

Y
Đầu vào không đông bộ
Đầu vào xung CK
Các
đầu
vào
đồng
bộ

Q
Q
Đầu vào đồng bộ
A
B
C
+ Tác động vào sườn xuống:

CK: clock
CLK: clock
CP: clock pulse.
- Phân loại FF: Dựa vào kí hiệu các đầu vào đồng bộ người ta chia FF ra thành 5
loại:
+ RS Flip-Flop
+ JK Flip-Flop
+ T Flip-Flop
+ D Flip-Flop
+MS Flip-Flop
2.FF cơ bản kiểu RS:
a. Dùng cổng NAND:

U4B
U4A

2 đầu ra :
QQ,
2 đầu vào:
SS,
1.00,0 ==→== QQRS

1.0 ==→ QQ
→
Không đúng với FF
→
Cấm
S
R
Q
Q
0 0 Cấm
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1
0
Q
0
Q
1.01,0 ==→== QQRS

01.1.1 === QQ
1.00,1 ==→== QQRS

01.1 ==Q
QQQRS ==→== .01,1

QQQ == .1
→
Giữ nguyên trạng tháI trước đó

S

R
Q
Q
* Nhận xét: Với FFRS dùng 2 cổng NAND có 1 trạng thái là cấm, trạng thái đó
là trạng thái mà cả 2 đầu ra
Q
và
Q
bằng nhau. Để FF hoạt động được ta phải
tìm cách loại bỏ trạng thái này.
- Đưa thêm một cổng đảo ở phía trước:
QRRRQ
QSSSQ


21
21
==
==

QQQORS ==→== .1,0

QQQ == .1
0.11,0 ===→== QQQRS

1.0 == QQ

0.10,1 ==→== QQRS

1.0 == QQ

1.01,1 ==→== QQRS

1.0 == QQ
Bảng trạng thái:
S R Q
Q
0 0
0
Q
0
Q
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 Cấm Cấm
⇒
Vẫn tồn tại trạng thái cấm.
- Thêm đầu vào CK:

U6B
U6A
U4B
U4A
CK S R
Q
Q
0 X x
1 0 0
1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 1

0
Q
0
Q
→
Có 2 trạng thái cấm
- Dùng 4 cổng NAND:

R
S
Q

U4D
U4C
U4B
U4A
CK S R
Q
Q
0 x x
0
Q
0
Q
1 0 0
0
Q
0
Q
1 0 1 0 1

1 1 0 1 0
1 1 1 Cấm
+ Có 2 trạng thái được phép giữ nguyên và 1 trạng thái cấm
→
CK: Được gọi là tín hiệu diều khiển hay xung đồng hồ đo được đồng thời các
xung đầu vào R&S

U7B
U7A
U1B
U1A
CK Pr CL S R
Q
Q
x 0 1 x x 1 0
x 1 0 x x 0 1
0 1 1 x x
0
Q
0
Q
1 1 1 0 0
0
Q
0
Q
1 1 1 0 1 0 1
1 1 1 1 0 1 0
1 1 1 1 1 Cấm
Nhận xét: Nhìn vào bảng trạng thái ta thấy quyền ưu tiên cao nhất thuộc

vào các ngõ vào Pr, CL. Khi các ngõ vào này ở mức tích cực thì đầu ra sẽ bị xoá
trạnh thái hoặc thiết lập tuỳ theo giá trị của đầu vào thiết lập hoặc đầu vào xoá.
Các đầu vào không đồng bộ không được phép tích cực cùng lúc
b.Flip-Flip dùng cổng NOR

S
CK
R
Q
Q
S
CK
R
Q
Q
Pr
CL