Bài giảng Điện tử số: Chương 1 và 2 - Duy Tuân

Tóm tắt nội dung mơn học
(Đọc qua)
(Đọc thêm)

(Đọc qua)

Slide có tham khảo từ slide thầy Thang M. Hoang


BCORN

Giới
thiệu
về
thiết
kế
số


Phần cứng
1. Mạch logic
 Dùng để xây dựng các máy

tính số, các thiết bị điện tử.
 Khoảng cuối thập niên 60 và
đầu 70 có sự bùng nổ về kích
thước transitstor/chip lớn
➔các thiết bị điện tử dễ dàng
thực hiện nhiều chức năng,
tuy nhiên quá trình thiết kế

phức tạp.

Khối silic

2. Mạch tích hợp
 Được xây dựng trên khối

silic
 Các khối silic cắt và đóng
gói thành CHIP
 Trên mợt CHIP có đến
hàng triệu transistor


Sự phức tạp của thiết kế số.
 Hiện nay, mật độ transistor/cm2 là 16 triệu
 10 năm tới sẽ là 100 triệu transistor/cm2

⇒ Vượt qua khả năng của con người địi hỏi có các
kỹ tḥt thiết kế dựa vào máy tính
( gọi là CAD – Computer Aided Design)


Các loại CHIP
 Các chip chuẩn(cụ thể họ 74xxx):
 Chứa số lượng nhỏ transistor (<100)

 Thực hiện những chức năng đơn giản

Quá trình thiết kế
Sản phẩm yêu cầu

Sản phẩm thiết kế

Chỉ ra các
thông số

yes
Đáp ứng yêu
cầu kỹ thuật chưa ?

Thiết kế thử
Mô phỏng
Thiết kế đúng chưa ?
yes

Thiết kế lại

Sửa chữa nhỏ ?

no

Tái thiết kế
no

Kiểm tra

Thực hiện prototype

Chỉnh sửa


Môn này mang lại gì?
 Hiểu các khái niệm, các mô hình, thuật toán và các

quá trình liên quan đến thiết kế mạch logic
 Môn này trang bị kiến thức làm cơ sở cho các môn
khác và định hướng nghề nghiệp
 Cung cấp kỹ năng giải quyết vấn đề gồm:
 Mô tả và giải quyết các vấn đề mới
 Cần cọ sát vấn đề ➔ nâng cao kỹ năng giải quyết vấn đề

 Làm quen với thực tế thiết kế mạch số


Giới
thiệu
về
mạch
số
BCORN


1,Mạch logic
 Mạch logic hoạt động trên các tín hiệu số

với giá trị là các tín hiệu giới hạn về các
biến có giá trị rời rạc

 Mạch logic nhị phân chỉ có 2 giá trị, 0 và 1

A
B

Xm
Các giá trị rời rạc

1
3
2

f

U7A
3
2
U4A
1

14071
2
U11A
1
3
2

U5A
1

2

Y1
Y2
Y3

Yn

U10A

1

Ví dụ về mạch logic

Mạch logic

X1
X2
X3


2, Các biến và hàm
 Nếu một chuyển mạch được điều khiển bởi mợt biến

x. Ta coi chủn mạch đóng nếu x=1 và ngắt nếu
x=0
S
x=0

x=1

x

 Giả sử dùng chuyển mạch để điều khiển đèn:
 Trạng thái của đèn(L(x)=x) là hàm của x
 L(x): hàm logic
 x: biến vào
S
L(x)=1 ➔ đèn sáng,
L(x)=0 ➔ đèn tắt

E

x

L(x)


3, Đại số Boolean
 Ứng dụng trực tiếp vào mạng chuyển mạch:
 Làm việc với thiết bị 2 trạng thái(0 hoặc 1)
 Biến chỉ có thể nhận mợt trong 2 giá trị 0(trong mạch

điện ứng với điện áp mức thấp) hoặc 1(điện áp mức
cao)

 Dùng các biến Boolean (X,Y...) để biểu diễn đầu vào

và đầu ra của mạch logic

a, Các tiên đề về đại số Boolean
 Đại số Boolean dựa trên một tập các luật từ một số các giả sử

cơ bản:
 1.a: 0.0 =0
 1.b: 1+1=1
 2.a: 1.1=1
 2.b: 0+0=0

◼3.a:

0.1 =1.0=0
◼3.b: 0+1=1+0=1
◼4.a: If x=0 then x’=1(phép phủ định)
◼4.b: If x=1 then x’=0

• Các tiên đề trên được diễn tả theo các cặp. Bởi nó thể hiện tính đới ngẫu.
• đới ngẫu được hình thành bằng cách thay tất cả các phép “+” bằng phép “.”
và ngược lại và thay tất cả giá trị 0 bằng 1 và ngược lại:
• f(a,b)=a+b ➔ đới ngẫu của f(a,b)=a.b
• f(x)=x+0 ➔ đới ngẫu của f(x)=x.1

• Đới ngẫu của bất kỳ phát biểu đúng nào cũng là đúng


b, Các định lý trên biến đơn
 5.a: x.0=0
 5.b: x+1=1
 6.a: x.1=x

 6.b: x+0=x

◼Các

tiên đề này có thể
dễ ràng chứng minh
bằng cách thay các giá
trị x=0 hoặc x=1 vào.

 7.a: x.x=x
 7.b: x+x=x
 8.a: x.x’=0
 8.b: x+x’=1
 9: x’’=x

◼Phép

phủ định của x
là x’. Có thể kí hiệu
khác là x


c, Các đặc điểm đối với 2 và 3 biến
Tính giao hoán (commutative)
 10.a: x.y=y.x
 10.b: x+y=y+x

Tính phối hợp (combining)
 14.a: x.y+x.y’=x

 14.b: (x+y).(x+y’)=x

Tính kết hợp (associative)
 11.a: x.(y.z)=(x.y).z
 11.b: x+(y+z)=(x+y)+z

Tính phân bố (Distributive)
 12.a: x.(y+z)=x.y+x.z
 12.b: x+y.z=(x+y).(x+z)

Tính thu hút (Absorption)
 13.a: x+x.y=x
 13.b: x.(x+y)=x

Định lý DeMorgan
 15.a: (x.y)’=x’+y’
 15.b: (x+y)’=x’.y’
CT Chứng minh bằng bảng chân lý
 16.a: x+x’.y=x+y
 16.b: x.(x’+y)=xy


d, Chứng minh dùng biến đổi đại số
 Chứng minh:

(X+A) (X’+A) (A+C) (A+D)X=AX
➔(X+A) (X’+A) (A+C) (A+D)X
Dùng 14b tính phối hợp
➔(A) (A+C) (A+D) X
➔A (A+C) (A+D) X

Dùng 12.b tính phân bố
➔(A) (A+CD)X
➔(A) (A+CD)X
Dùng 13b tính thu hút
➔AX

Chú ý: Khi làm bài thi phải ghi rõ tiên đề hoặc định lí gì


Ví dụ: Rút gọn biểu thức sau dùng các tiền đề, định lí boolean
F1 =xy+xy’z+x’yz
=xy+xyz+xy’z+x’yz (Tính thu hút)
=xy+x(y+y’)z+x’yz (Tính phân bớ)
=xy+xz+x’yz
=xy+xz+xyz+x’yz (Tính thu hút)
=xy+xz+(x+x’)yz (Tính phân bớ)
=xy+xz+yz
(Có thể nhóm theo cách khác)


Bài tập:
1. Chứng minh:
a. AB’C’ + A’ + ABC’ = A’ + C’
b. ABC’ + BC’D’ + BC + C’D = B + C’D
c. (A + B).(A + B’ + C)=(A + B).(A + C)
2. Rút gọn hàm sau
a. Y= A’ + ABC’ + (A’ + ABC’)(A + A’B’C)
b. Y= (A + B + C)’ + A’BC’ + AB’C’ + ABC’ + A’BC

4. Bảng chân lý (truth table – bảng sự thật)
 Liệt kê các trường hợp thành bảng để mô tả đầy đủ cho một hàm logic
 Giá trị kết quả của hàm là tổ hợp của các đầu vào

F(x1,x2)= x1.x2 (phép AND)
F(x1,x2)= x1 + x2 (phép OR)
F(x)= x’ (phép phủ định)

Bảng chân lý


Bảng chân lý (truth table) – Hàm 3 biến
A

B


5. Cổng logic
 Các phép AND, OR hay NOT(phủ định) thực hiện bằng

mạch điện, và mạch điện đó được gọi là cổng logic
 Cổng logic có thể có nhiều đầu vào, một đầu ra là hàm
của các đầu vào

AND gates


5. Cổng logic(tiếp)

OR gates

NOT gates


5. Cổng logic(tiếp)
 Cổng NAND