Bài 1 thực tập điện tử số

BÀI 1: CỔNG LOGIC
ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI – ĐẶC
TRƯNG
Thông tin sinh viên
S
Họ và tên
tt

Mã sinh viên

1. Định nghĩa – Bảng chân lý
1.1. Yếu tố logic
chứa 1 bit thông
tin

Bảng D1-1

Câu hỏi 1

Sử dụng đồng hồ đo thế ở chốt 15 của bộ chỉ thị LED đơn (LOGIC
INDICATORS). Ghi giá trị thế đo vào bảng D1-1 theo trạng thái của công
tắc LS8:
Cơng tắc LS8
Đèn LED
Mức thế
Ký hiệu trạng
Ký hiệu
thái
tốn học
“1”
Sáng

V =5V
H(High – cao)
1
“0”
Tắt
V =0,4mV
L(Low – thấp)
0
Phát biểu định nghĩa về mức logic và yếu tố logic chứa 1 bít thơng tin:
Mức logic là điện áp được dùng để biểu diễn bởi các bit 1 hoặc 0, với bit
1 là biểu thị mức logic cao và 0 là mức logic thấp.

1.2. Các cổng logic
2. Khảo sát
nguyên lý hoạt
động của cổng
đảo
Bảng D1-2

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D12:
Công tắc LS8
Lối vào A
Lối ra C
1
1
0
0
0
1
Lối vào IC1/a bỏ lửng

0
0


Câu hỏi 2

Định nghĩa về cổng đảo:
Cổng đảo là cổng chỉ có một lối ra và một lối vào, cổng thực hiện hàm
phủ định trong đại số Boole.
Viết công thức đại số logic cho cổng đảo:
´
C= A
Nhận xét trường hợp lối vào bỏ lửng tương ứng với trạng thái nào của lối
vào?
Trường hợp lối vào bỏ lửng tương ứng với trạng thái 0 của lối vào và
khơng có dịng qua chốt C đến LED nên C mang trạng thái 0.

3. Khảo sát
nguyên lý hoạt
động của cổng
không đảo với
collector hở (O.C.
Open collector)
Bảng D1-3

Câu hỏi 3

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D13:
Công tắc LS8
Lối vào A

Lối ra C
1
1
1
0
0
0
Lối vào IC2/a bỏ lửng
0
1
Định nghĩa về cổng không đảo:
Cổng không đảo là cổng chỉ có một lối vào và một lối ra, cổng thực hiện
chức năng ngược lại so với hàm phủ định của đại số Boole.
Viết công thức đại số logic cho cổng đảo:
C= A
Nhận xét trường hợp lối vào bỏ lửng tương ứng với trạng thái nào của lối
vào?
Trường hợp lối vào bỏ lửng tương ứng với trạng thái 0 của lối vào và
nguồn 5V sẽ đi qua trở và vào chốt C để sáng đèn, nên C mang trạng thái
1.

4. Khảo sát
ngun lý hoạt
động của cổng
“KHƠNG VÀ” có
hai lối vào (2Input NAND)


Bảng D1-4

Câu hỏi 4

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D14:
LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
Định nghĩa về cổng NAND:
Cổng NAND là cổng 2 lối vào và 1 lối ra, cổng NAND được kết hợp từ 2

cổng AND và NOT (trong đó, cổng AND thực hiện phép nhân logic, cổng
NOT thực hiện hàm phủ định). Lối ra của cổng NAND là đảo của lối ra
cổng AND.
Viết biểu thức logic cho cổng NAND:
C= A´. B
Nhận xét trường hợp lối ra khi một trong hai lối vào thấp (0), để kết luận
cổng NAND có làm việc theo kiểu “HOẶC ĐẢO” (NOR) với mức logic 0 hay
không?
Với cổng NAND, một trong 2 lối vào là 0 thì lối ra ln là 1. Cịn đối với
cổng NOR, khi 2 lối vào là 0 thì lối ra là 1, các trường hợp còn lại lối ra là
0. Kết luận cổng NAND làm việc theo kiểu NOR với mức logic 0 là sai.

5. Khảo sát
nguyên lý hoạt
động của cổng
“NAND” có hai
lối vào với lối ra
collector hở (2Input open
collector NAND)
Bảng D1-5

Câu hỏi 5

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D15:
LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1

1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
So sánh kết quả trong D1-5 với bảng chân lý D1-4 của cổng NAND trong
mục 4.
Kết quả trong 2 bảng là giống hệt nhau.


6. Khảo sát
nguyên lý hoạt
động của cổng
“HOẶC” có hai lối
vào (2-Input OR)

Bảng D1-6

Câu hỏi 6

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D16:
LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0

Định nghĩa về cổng OR:
Cổng OR là cổng 2 lối vào và 1 lối ra, cổng thực hiện phép cộng logic
Viết biểu thức logic cho cổng OR:
C= A+ B
Nhận xét trường hợp lối ra khi một trong hai lối vào thấp (0), để kết luận
cổng OR có làm việc theo kiểu “VÀ” (AND) với mức logic 0 hay không?
Với cổng OR, khi cả 2 lối vào là 0 thì lối ra là 1, các trường hợp còn lại lối
ra là 1. Còn với cổng AND, 1 trong 2 lối vào là 0 thì lối ra là 0. Kết luận
cổng OR làm việc theo kiểu AND với mức logic 0 là sai.

7. Khảo sát
nguyên lý hoạt
động của cổng
“HOẶC – LOẠI
TRỪ” có hai lối
vào (2- Input
XOR)
Bảng D1-7

Câu hỏi 7

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D17:
LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1

1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
Định nghĩa về cổng XOR:
Cổng XOR là cổng 2 lối vào và 1 lối ra, thực hiện chức năng so sánh, nếu 2


lối vào có mức logic khác nhau thì lối ra là 1, nếu 2 lối vào có mức logic
bằng nhau thì lối ra là 0.
Viết biểu thức logic cho cổng XOR:
´ . B+ A . B
´
C= A ⊕B= A
Câu hỏi 8

Bằng lý luận, dựa trên kết quả thí nghiệm với cổng có hai lối vào, lập

bảng chân lý và viết biểu thức đại số logic cho:
- Cổng AND 2 lối vào
A
B
F
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
F= A . B
- Cổng NAND 4 lối vào
A
B
0
0
0
0
0
0
0
0
0

1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1

F= A . B ´. C . D

-

Cổng OR 3 lối vào

C
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1

D
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0

1
0
1
0
1

F
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0


A
0
0
0
0

1
1
1
1
F= A+ B+C

B
0
0
1
1
0
0
1
1

C
0
1
0
1
0
1
0
1

F
0
1
1

1
1
1
1
1

2. Phân loại cổng
logic

Bảng D1-8

Câu hỏi 9

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D18:
LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0

1
0
1
0
0
0
0
0
0
Theo kết quả bảng chân lý D1-8 và cấu trúc sơ đồ DL AND, giải thích
nguyên tắc hoạt động của cổng AND loại DL. Phân tích ưu nhược điểm
của sơ đồ.
- Giải thích nguyên tắc hoạt động: Khi 2 diode ở trạng thái mở thì dịng sẽ
khơng đi qua chúng mà đi đến lối ra C. Khi 2 diode ở trạng thái đóng,
dịng từ nguồn 5V sẽ đi qua chúng và đi xuống đất, do đó lối ra C khơng
có dòng.
 A = 1, B = 1  D1 mở, D2 mở  C = 1
 A = 1, B = 0  D1 mở, D2 đóng  C = 0
 A = 0, B = 1  D1 đóng, D2 mở  C = 0
 A = 0, B = 0  D1 đóng, D2 đóng  C = 0
- Phân tích ưu nhược điểm:
 Ưu điểm: Thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt, có độ bền cao.
 Nhược điểm: Hiệu suất kém hơn các cổng logic khác, có độ nhạy cao
với tình trạng tắc nghẽn tín hiệu dẫn đến tình trạng hoạt động bị gián
đoạn.


3. Cổng NAND
loại Resistor –
Transistor Logic

(RTL)

Bảng D1-9

Câu hỏi 10

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D19:
LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0

0
1
Theo kết quả bảng chân lý D1-9 và cấu trúc sơ đồ RTL, giải thích nguyên
tắc hoạt động của cổng NAND loại RTL. Chú ý transistor làm việc ở chế độ
khóa (đóng và mở bão hịa hoặc gần bão hịa). Phân tích ưu nhược điểm
của sơ đồ.
- Nguyên tắc hoạt động: Khi T1 ở trạng thái mở, dòng điện từ nguồn 5V
sẽ không đi qua được transistor và đi đến lối ra C. Khi T1 ở trạng thái
đóng, dịng điện từ nguồn 5V sẽ đi từ cực C của T1 đến cực E và đến đất,
do đó lối ra C sẽ khơng có dịng.
 A = 1, B = 1  T1 đóng  C = 0.
 A = 1, B = 0  T1 mở  C = 1
 A = 0, B = 1  T1 mở  C = 1
 A = 0, B = 0  T1 mở  C = 1
- Ưu nhược điểm:
 Ưu điểm: Sử dụng tối thiểu số lượng transistor so với các cổng logic
khác có sử dụng transistor.
 Nhược điểm: cơng suất tiêu thụ lớn và độ chống nhiễu thấp so với các
cổng logic khác.

4. Cổng NAND
loại Diode –
Transistor Logic
(DTL)

Bảng D1-10

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D110:

Câu hỏi 11

LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
Theo kết quả bảng chân lý D1-10 và cấu trúc sơ đồ DTL, giải thích nguyên
tắc hoạt động của cổng NAND loại DTL. Chú ý transistor làm việc ở chế độ
khóa (đóng và mở bão hịa hoặc gần bão hịa). Phân tích ưu nhược điểm

của sơ đồ.
- Nguyên tắc hoạt động:
 A = 1, B = 1  D3, D4 mở  T2 đóng  C = 0
 A = 1, B = 0  D3 mở, D4 đóng  T2 mở  C = 1
 A = 0, B = 1  D3 đóng, D4 mở  T2 mở  C = 1
 A = 0, B = 0  D3, D4 đóng  T2 mở  C = 1
- Ưu nhược điểm:
 Ưu điểm: độ chống nhiễu và khả năng tải cao.
 Nhược điểm: Tốc độ hoạt động chậm hơn so với loại TTL

5. Cổng NAND
loại Transistor –
Transistor Logic
(TTL)

Bảng D1-11

Câu hỏi 12

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D111:
LS7
LS8
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1
1
0

1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
Theo kết quả bảng chân lý D1-11 và cấu trúc sơ đồ TTL, giải thích nguyên
tắc hoạt động của cổng NAND loại TTL. Chú ý transistor làm việc ở chế độ
khóa (đóng và mở bão hịa hoặc gần bão hịa). Phân tích ưu nhược điểm
của sơ đồ.
- Nguyên lí hoạt động:
 A = 1, B = 1  T3, T4 mở  T5 đóng  T6 mở, T7 đóng  C = 0


 A = 1, B = 0  T3 mở, T4 đóng  T5 mở  T6 đóng, T7 mở  C = 1
 A = 0, B = 1  T3 đóng, T4 mở  T5 mở  T6 đóng, T7 mở  C = 1
 A = 0, B = 0  T3, T4 đóng  T5 mở  T6 đóng, T7 mở  C = 1
- Ưu nhược điểm:
 Ưu điểm: đảm bảo chính xác về đầu ra, cải thiện độ chính xác hơn các
cổng logic khác, tốc độ hoạt động nhanh.
 Nhược điểm: tiêu nhiều điện năng, sơ đồ phức tạp hơn các cổng khác.

6. Cổng NAND
collector hở

Bảng D1-12

Xác định trạng thái lối ra theo bảng chân lý D1-12 khi nối và không nối J1.
LS7
LS8
Lối vào A Lối vào B C (Nối J1) C (Không
nối J1)
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0

0
0
1
0

3. Cổng CMOS

Bảng D1-13

Câu hỏi 13

Ghi trạng thái lối ra theo trạng thái lối vào của cổng vào bảng chân lý D113:
DS1
DS2
Lối vào A
Lối vào B
Lối ra C
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0

1
1
0
0
0
0
1
So sánh trạng thái logic với cổng NAND – TTL (Bảng 1-4, mục 4.1).
Trạng thái logic của 2 cổng là giống nhau.


4. Bộ chuyển đổi
mức TTL – CMOS
& CMOS - TTL

Bảng D1-14

Câu hỏi 14

Ghi giá trị thế đo bằng đồng hồ vào bảng D1-14. Ở hàng trạng thái ghi kết
luận là trạng thái CMOS hay TTL.
Công tắc
V(A)
V(B)
V(C-D)
V(E)
V(F)
LS1
1
4,998V

35mV
11,7V
123,4mV 115,6mV
0
1mV
11,7V
83,4mV
4,945V
4,943V
Trạng thái
TTL
CMOS
CMOS
TTL
TTL
Nêu sự khác biệt giữa mức TTL và CMOS?
- Các mức vào, ra của TTL:
 2,4 ≤ V OH ≤ 5 ( V ) ; 0≤ V OL ≤ 0,4(V )
 2 ≤V IH ≤5 ( V ) ; 0 ≤V IL ≤ 0,8(V )
- Các mức vào, ra của CMOS:
 V OH ≈VDD ; V OL ≈ 0
 0,7 VDD ≤ V IH ≤ VDD ; 0≤ V IL ≤ 0,3VDD