Giáo án điện tử công nghệ: mạch điot pptx

Trêng®¹ihäcküthuËtc«ngnghiÖpth¸inguyªn
Khoa®iÖntö-Bém«nKüthuËt®iÖntö
o0o
Giảng viên: ThS. Phạm Duy Khánh
Bộ môn: Kỹ thuật điện tử

NỘI DUNG HỌC PHẦN
Môn học trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản
về đại số lôgíc, các hệ thống số đếm, các cổng logic cơ
bản, thông dụng, các hệ logic tổ hợp, các hệ logic tuần
tự (trigơ, bộ đếm),các mạch chuyển đổi tín hiệu …
Chương I: Cơ sở đại số Logic
- Đại số lôgic
- Các phương pháp biểu diễn hàm lôgic
- Tối giản hoá hàm lôgic
- Các hệ thống số đếm trong kỹ thuật số
Chương II: Các phần tử logic cơ bản
Phần tử ĐẢO (NOT), phần tử VÀ (AND), phần tử HOẶC
(OR), phần tử NAND, NOR, cùng dấu, khác dấu

NỘI DUNG HỌC PHẦN
Chương III: Các mạch Trigơ
- Trigơ R-S, M-S, J-K, T, D
- Chuyển đổi giữa các loại trigơ
Chương IV: Bộ đếm
- Bộ đếm nhị phân với modun đếm đầy đủ
- Bộ đếm nhị phân với modun đếm bất kỳ
- Bộ đếm nhị phân thuận ngược
Chương V: Các mạch logic tổ hợp
- Bộ ghi dịch

- Bộ chọn kênh, phân kênh
- Bộ biến đổi mã và giải mã

NỘI DUNG HỌC PHẦN
Chương VI: Mạch chuyển đổi tín hiệu
- Giới thiệu chung
- Bộ chuyển đổi Số – Tương tự (DAC)
- Bộ chuyển đổi Tương tự – Số (ADC)

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.PGS. TS Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, Nhà xuất bản
Giáo dục, 2008.
2.PGS. TS Đỗ Xuân Thụ, Bài tập Kỹ thuật điện tử, Nhà
xuất bản Giáo dục, 2008.
3.Bộ môn Điện tử, Cơ sở Kỹ thuật điện tử số, Đại học
Thanh Hoa Bắc Kinh, Nhà xuất bản Giáo dục, .
4.Huỳnh Đắc Thắng, Kỹ Thuật số thực hành, Nhà xuất
bản KHKT, Hà Nội 1997.
5.Nguyễn Thuý Vân, Kỹ thuật số, Nhà xuất bản Giáo dục,
1998.
6.Nguyễn Thuý Vân, Thiết kế lôgic mạch số , Nhà xuất
bản KHKT, Hà Nội 1997.
7.Đặng Văn Chuyết, Kỹ thuật điện tử số, Nhà xuất bản
Giáo dục, 1998.

I C s i s Logic (i s Boole)
Trong mạch số các tín hiệu th ờng cho ở hai mức
điện áp 0(V) và 5(V). Những linh kiện điện tử dùng
trong mạch số làm việc ở một trong hai trạng thái
(ON hoặc OFF). Do vậy để mô tả mạch số ng ời ta

dùng hệ nhị phân (Binary), hai trạng thái trong mạch
đ ợc mã hoá t ơng ứng là "1" hoặc "0". Hệ nhị phân
thể hiện đ ợc trạng thái vật lý mà hệ thập phân không
thể hiện đ ợc.
Môn đại số mang tên ng ời sáng lập ra nó - Đại
số Boole hay còn đ ợc gọi là Đại số logic.
CHNG I C S I S LOGIC

I.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n
I.1.1. TÝn hiÖu sè
Møc logic cao U
H
: 5 ≥ U
H
≥ 2 (V).
Ký hiệu là “1”
Møc logic thÊp U
L
: 0,8 ≥ U
L
≥ 0(V).
Ký hiệu là “0”
U
t
U
H

U
L

0
0
1
1
1
2
0,8
5
Không xác nhđị
0 0 0

* Nh vậy:
Tín hiệu số là những tín hiệu gián đoạn mà:

Biên độ của nó chỉ có hai giá trị là mức
cao U
H
và mức thấp U
L.



Thời gian chuyển từ mức cao xuống mức
thấp và ng ợc lại rất ngắn, có thể coi là tức
thời.

I.1.2. Biến và hàm logic
f
x
2

x
1
x
n
y
Biến logic
X
i
= 0 hoặc 1
Hàm logic:
Y = f( x
1
, x
2
, x
n
)
y

= 0 hoặc 1

Nh vậy:

Biến logic: Đại l ợng biểu diễn bằng ký hiệu nào đó chỉ
lấy giá trị "1" hoặc "0".

Hàm logic: Biểu diễn nhóm các biến logic liên hệ với
nhau thông qua các phép toán logic, một hàm logic cho dù là
đơn giản hay phức tạp cũng chỉ nhận giá trị hoặc là "1" hoặc
là "0".

Các phép toán logic: Có 3 phép toán cơ bản.
Phép nhân (và) - kí hiệu là AND.
Phép cộng (hoặc) - kí hiệu là OR.
Phép phủ định (đảo) - kí hiệu là NOT
x
1
x
2
+
E
D
x
2
x
1
E
+
D
+
D
x
E
R
D = x
1
. x
2
D = 1 khi: x

1
= x
2
=1
D = x
1
+x
2
D = 1 khi: x
1
=1 hoặc x
2
=1
D = 1 : Đèn sáng
D = 0 : Đèn tắt
x
i
= 1 : CT đóng
x
i
= 0 : CT hở

I.1.3. Các tiên đề và định lý

TÝnh chÊt cña phÐp céng:
11
0
1
=+
=+

=+
=+
X
XX
XX
XXX
XX
X
XX
XXX
=
=
=
=
1.
00.
0.
.

TÝnh chÊt cña phÐp nh©n:

LuËt phñ ®Þnh:
10 =⇒= XX
01 =⇒= XX
XX =
XX =)(
;


LuËt ho¸n vÞ: x+y = y+x xy = yx


LuËt kÕt hîp: x+y+z = (y+x)+z = x+(y+z)
xyz = (xy)z = x(yz)

LuËt ph©n phèi: x(y+z) = xy+xz

§Þnh lý Demorgan: §¶o cña mét tæng b»ng tÝch c¸c ®¶o,
®¶o cña mét tÝch b»ng tæng c¸c ®¶o
Tr êng hîp tæng qu¸t :
Y.XYX =+
YXY.X +=
],,x[f],,x[f
ii
•+=+•
* Các định luật trong đại số logic:

I.2.1. Biểu diễn gii tớch:
I.2.CáC PHƯƠNG PHáP BIểU DIễN HàM
LOGIC

Biểu diễn mối quan hệ của hàm logic với biến logic thông
qua các phép toán logic: AND, OR, NOT.

Có hai dạng giải tích đ ợc sử dụng là:

Dạng tuyển: Hàm đ ợc cho d ới dạng tổng của tích các biến.
f(X,Y,Z) =
XZYZXZYXYX +++.

Tuyển không chính quy

Số hạng
Số hạng
Nếu mỗi số hạng không chứa đầy đủ mặt các biến hay phủ
định của chúng Dạngtuyểnkhôngchínhquy
(1.1)


Tuyển chính quy

Nhận xét: Từ (1.3) ta thấy để F = 1 thì chỉ cần ít nhất một
số hạng của nó nhận giá trị 1. Muốn một số hạng nào đó bằng
1 thì tất cả các thừa số trong số hạng đó phải đồng thời bằng
1. Thực vậy: F(X,Y,Z) = 1 thì m
0
= 1 hoặc m
1
= 1 hoặc m
3
= 1
hoặc m
7
= 1.
(m
1
=1 x=0, y= 0, z=1)
f(X,Y,Z) =
XYZYZXZYXZ.Y.X +++

Số hạng
Số hạng

Mỗi số hạng đ ợc gọi là một mintec (ký hiệu là m )
f(X,Y,Z) =
XYZYZXZYXZ.Y.X +++

= m
0
+ m
1
+ m
3
+ m
7
(1.2)
(1.3)


Dạng hội:
Hàm đ ợc cho d ới dạng tích của tổng các biến.

Hội không chính quy
f(x,y,z) = (X +Y).(Y + Z ).(X +Y +Z)
Thừa số
Nếu mỗi thừa số không chứa đầy đủ mặt các biến hay phủ
định của chúng Dạnghộikhôngchínhquy
(1.5)
Thừa số


Hội chính quy
f(x,y,z) = (X + Y +Z).(X+ Y + Z ).(X +Y +Z)

Mỗi Thừa số đ ợc gọi là một Maxtec ( ký hiệu là M )
Thừa số
Thừa số
f(x,y,z) = (X + Y +Z).(X+ Y + Z ).(X +Y +Z)

= m
6
M
2
M
4
(1.6)

Nhận xét: Từ (1.6) ta thấy để F = 0 thì chỉ cần ít nhất
một Thừa số của nó nhận giá trị 0. Muốn một Thừa số nào đó
bằng 0 thì tất cả các số hạng trong Thừa số đó phải đồng thời
bằng 0. Thực vậy: F(X,Y,Z) = 0 thì M
6
= 0 hoặc M
2
= 0 hoặc
M
4
= 0
(Với M
2
= 0 x= 0, y= 1, z= 0)

I.2.2. Biểu diễn bằng bảng trạng thái (bảng sự thật)

Biểu diễn mối quan hệ của hàm và biến logic thông qua
một bảng.

Giả sử hàm có n biến thì bảng cần có (n+1) cột và 2
n
hàng
+ (n+1) cột (n) biến + (1) giá trị hàm.
+ 2
n
hàng 2
n
tổ hợp giá trị biến.
A B F(A,B)
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Ví dụ: Hàm có hai
biến bảng sự thật
gồm có 3 cột, 4 hàng.
f(A,B) = A + B

A B C F(A,B,C)
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
Các bin vo
Hàm ra
Tổ hợp các giá tr
của biến vào
(2
3
=8)
f(A,B,C) = A + B + C

Nhận xét:
Ph ơng pháp này tuy đơn
giản, dễ làm nh ng dài và
cồng kềnh

f(x,y,z) = (X + Y+ Z).(X+ Y + Z ).(X +Y +Z)

STT X Y Z F(x,y,z) F(x,y,z) dạng tuyển F(x,y,z) dạng hội
0 0 0 0 0 F(0,0,0)
1 0 0 1 1 F(0,0,1)
2 0 1 0 1 F(0,1,0)
3 0 1 1 1 F(0,1,1)
4 1 0 0 0 F(1,0,0)
5 1 0 1 1 F(1,0,1)
6 1 1 0 0 F(1,1,0)
7 1 1 1 1 F(1,1,1)
0
mZYX =
1

mZYX =
2
mZYX =
3
mYZX =
4
mZYX =
5
mZYX =
6
mZXY =
7
mXYZ =
0
MZYX =++
1
MZYX =++
2
MZYX =++
3
MZYX =++
4
MZYX =++
5
MZYX =++
6
MZYX =++
7
MZYX =++
f(X,Y,Z) =

XYZYXZYX
++
Z
ZYX
+
ZYX
+
(dạng tuyển)
(dạng hội)
Ví dụ: Cho hàm 3 biến có bảng trạng thái như sau:

•
Chó ý: cã thÓ biÓu diÔn tuyÓn chÝnh quy d¹ng sè.
f(X,Y,Z) =
XYZYXZYX
++
Z
ZYX
+
ZYX
+
f(X,Y,Z) =
Σ
(m
1
, m
2
, m
3
, m

5
, m
7
)
1 F(1,1,1)1117
1 F(1,0,1)1015
1 F(0,1,1)1103
1 F(0,1,0)0102
1 F(0,0,1)1001
Y = F(X,Y,Z)ZYXm
(t¹i c¸c gi¸ trÞ tæ hîp 1, 2, 3, 5, 7 cña biÕn vµo hµm nhËn trÞ
"1")
(1.4)

•
Chó ý: cã thÓ biÓu diÔn héi chÝnh quy d¹ng sè
f(x,y,z) = П(m
6
M
2
M
4
)
( t¹i c¸c tæ hîp biÕn 0, 4, 6 hµm logic nhËn trÞ "0" )
0 F(1,1,0)0116
0 F(1,0,0)0014
0 F(0,0,0)0000
Y = F(X,Y,Z)ZYXSTT
f(x,y,z) = (X + Y+ Z).(X+ Y + Z ).(X +Y +Z)

Khi biểu diễn hàm logic dạng tuyển chính quy cần lưu ý:

Chỉ quan tâm đến các tổ hợp biến tại đó hàm thành phần
nhận trị “1”.

Số số hạng bằng số lần hàm thành phần nhận trị “1”.

Trong biểu thức logic các biến nhận trị “1” giữ nguyên,
biến nhận trị “0” ta lấy phủ định.
Khi biểu diễn hàm logic dạng hội chính quy cần lưu ý:

Chỉ quan tâm đến các tổ hợp biến tại đó hàm thành phần
nhận trị “0”.

Số thừa số bằng số lần hàm thành phần nhận trị “0”.

Trong biểu thức logic các biến nhận trị “0” giữ nguyên,
biến nhận trị “1” ta lấy phủ định.

I.2.3. Biểu diễn bằng bảng Cácnô (bảng Karnaught)

Biểu diễn mối quan hệ của hàm ra với các biến vào thông
qua một bảng.

Bảng có đặc điểm: Gồm các ô vuông gộp lại với nhau thành
hình vuông hoặc hình chữ nhật.

Giả sử hàm có n biến thì bảng cần có 2
n

ô:
+ Mỗi ô t ơng ứng với một tổ hợp biến
+ Các ô kề nhau, hoặc đối xứng nhau chỉ khác nhau 1 giá trị
của biến.
+ Trong mỗi ô ghi giá trị thực của hàm tại tổ hợp biến đó


Chú ý:
Các ô tại đó hàm có giá trị không xác định đ ợc đánh bằng
dấu "X". Khi đó hàm có thể nhận giá trị 0 hoặc 1 tùy ý sao
cho có lợi cho cách tối giản hàm.
Có thể minh họa tổ hợp biến mà hàm
có giá trị không xác định nh sau:
X
i
l các cảm biến để nhận biết mức n
ớc ở trong bể ( x
i
=1 khi nó ti p xúc với n
ớc và x
i
=0 khi ng ợc lại)
Tổ hợp: x
1
= 0, x
2
=1 là không xác định,
thực chất tổ hợp này không bao giờ xảy
ra

x
2
x
1
1
2
3
Bể n ớc
x
1
= 0
x
2
=0
x
1
= 1
x
2
=0
x
1
= 1
x
2
=1


Vd: Hµm 3 biÕn
Hai c¹nh nµy trïng nhau

Hai c¹nh nµy trïng nhau
C
B
C
F