Bài giảng kỹ thuật vi xử lý Mạch điện cơ bản

1
Electrical Engineering
1
Mạch điệncơ bản
•2 điệntrở mắcnốitiếp
• Vout = (Vc * R1)/(R1 + R2)
•Vídụ: Vc = 10V, R1 = 1K,
R2 = 1K, Vout = 5V
R2
R1
Vc
Electrical Engineering
2
Mạch cơ bản(tiếp)
•Trường hợp đặcbiệt
•Nếu R1>>R2 -> Vout = 0
•Nếu R1 << R2 -> Vout = Vc
R2
R1
Vc
Vout
2
Electrical Engineering
3
Transistor
•Nếu R1 >> R2 (R1 -> infinity, R2 ->0)
• Vout = Vc
Vc
Vout
0, ground
Vc

Vout
0, ground
Nếu R1<< R2 (R2 = infinity, R1-> 0)
Vout = 0
Electrical Engineering
4
Transistor lý tưởng
V2
V1
Vin
V2
V1
V2
V1
Vin
Vin
•Điệntrở R được điểukhiểnbởi điệnápVin
•Giả thiếtV2 > V1
•NếuVinxấpxỉ V1, R = infinity
•Nếu Vin > V1 + 1V, R = 0
3
Electrical Engineering
5
N transistor
•V2 > V1
•NếuVinxẫpxỉ V1, R = infinity
•Nếu Vin > V1 + 1V, R = 0
V2
V1
Vin

Base
Collector
Emiter
Electrical Engineering
6
P transistor
•V2 < V1
•NếuVinxấpxỉ V2, R
= 0
•Nếu Vin > V2 + 1V, R
= infinity
V2
V1
Vin
Base
Collector
Emiter
4
Electrical Engineering
7
Kếtcấumạch logic (0, 1)
Vc
Vout
0, ground
NÕu Vin = 5 V
•V2-Vin = 0, T2 khãa
•Vin > V1 + 1V, T1 më
Vout = 0V
V2 = 5 V
Vin

V1 = 0v,
ground
Vin
PNP
NPN
Vout
T2
T1
Electrical Engineering
8
KÕt cÊu m¹ch logic (0, 1)
NÕu Vin = 0V
•V2-Vin > 1V, T2 më
•Vin =V1, T1 khãa
Vout = 5V
V2 = 5 V
Vin
V1 = 0v,
ground
Vin
PNP
NPN
Vout
T2
T1
Vout
0, ground
5
Electrical Engineering
9

Mạch đảo dùng transistor
•Nếu Vin = 5V, Vout = 0V
•Nếu Vin = 0V, Vout = 5V
•Nếu Vin = High, Vout = Low
•Nếu Vin = Low, Vout = High
Electrical Engineering
10
Chếđộlàm việc Transitor
•ChÕ ®é khãa (cutoff)
•ChÕ ®é khuyÕch ®¹i (active)
•ChÕ ®é b·o hßa (satuation)
6
Electrical Engineering
11
Logic function
Hàm tổng hợp các biến đầu
vào
W = f(x1,x2, xn)
x là các bit logic, có 2 trạng
thái, đưarabảng chân lý với
các trạng thái chuẩn
Electrical Engineering
12
Các hàm lôgic cơ bản
• AND
•OR
• NAND
• NOR
• XOR
• NOT

7
Electrical Engineering
13
AND
• W = and (x,y) = x.y
• Điềukiệnvà
x y W
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Electrical Engineering
14
OR
• W = or (x,y) = x + y
§iÒu kiÖn hoÆc
x y W
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
8
Electrical Engineering
15
NOT
•W = NOT (X) = x’
§iÒu kiÖn ®¶o
W = W
x W
0 1

1 0
Electrical Engineering
16
NAND
• W = nand (x,y) = (x . y)’
§iÒu kiÖn vµ ®¶o
x y W
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
9
Electrical Engineering
17
NOR
• W = nor (x,y) = (x + y)’
§iÒu kiÖn hoÆc ®¶o
x y W
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Electrical Engineering
18
XOR
• W = xor (x,y)
§iÒu kiÖn hoÆc lo¹i trõ (or
exclusive)
x y W
0 0 0

0 1 1
1 0 1
1 1 0
10
Electrical Engineering
19
Mạch nhiều đầuvào
• W = and (x1,x2,x3,x4) =
• And(x1,x2) . (and(x3,x4))
Electrical Engineering
20
Phân loạiIC số
•Loại TTL
–Ngưỡng 0: 0 – 0.8V
–Ngưỡng 1: 2.4 – 5V
•LoạiCMOS
–Ngưỡng 0: 0 – 1.5V
–Ngưỡng 1: 2.5 – 5V (loạiCMOS 5V)
–Ngưỡng 1: 11 – 15V (loại CMOS 15V)
11
Electrical Engineering
21
Các mạch số cơ bản
•Mạch giải mã (decoder)
•Mạch dồn kênh (multiplexer)
•Mạch chốt (Flip-Flop)
•Mạch đếm (counter)
•Mạch chia tầnsố (freq divider)
•Mạch tạoxungclock (555 timer)
Electrical Engineering

22
Mạch giảimã
•Mạch chuyển đổitừ n
đầu vào thành bit tương
ứng 2^n ởđầura
•Mạch giảimã1 –2
• Đầurađược quyết định
bởitổ hợpnhị phân đầu
vào
12
Electrical Engineering
23
Mạch giảimã3 –8 (74LS138)
•Mạch giảimãtừ 3
đường ra 8 đường có
thể
• Tuân theo luật2^n
• IC 74138, 74139,
74154
U2
74LS138
1
2
3
15
14
13
12
11
10

9
7
6
4
5
A
B
C
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
G1
G2A
G2B
Electrical Engineering
24
LED 7 thanh
13
Electrical Engineering
25
Mã BCD thành LED 7thanh
Electrical Engineering
26
Bảng logic
14

Electrical Engineering
27
IC số giảimãBCD
•HaiIC thôngdụng dùng để giải mã BCD
sang 7 đọan là:
• CD 4511 (loại CMOS, ngã ra tác động cao
và có đệm)
• 7447 (loại TTL, ngã ra tác động thấp, cực
thu để hở)
Electrical Engineering
28
Mạch hiểnthị thựctế
15
Electrical Engineering
29
Mạch dồnkênh(2 đường)
•Cònđượcgọilàmạch chọn
dữ liệu, gồm 2^n ngã vào
dữ liệu, n ngã vào địachỉ
(hay điều khiển) và một
ngã ra. Khi có một địachỉ
đượctácđộng dữ liệu ở
ngã vào tương ứng với địa
chỉđósẽđượcchọn.
Electrical Engineering
30
Dồnkênh
16
Electrical Engineering
31

Thựctế dồnkênh
•Trênthựctế, ta có đủ các loạimạch đahợptừ 2
→ 1 (IC 74157), 4 → 1 (IC 74153), 8 → 1 (IC
74151) và 16 → 1 (74150) . . . .
• Ngoài ra, để chọndữ liệu là các nguồntínhiệu
tương tự, khóa tương tự (analog switch), đượcchế
tạotheocôngnghệ MOS như IC 4051 (8 kênh) IC
4053 (2 kênh). . . . Cũng có loại khóa sử dụng
đượcchocả tín hiệutương tự và số (bilateral
switches) như IC 4016, IC 4066,. .
•Sử dụng trong mạch chuyển đổitừ tín hiệu song
song sang tín hiệunố
itiếp
Electrical Engineering
32
Mạch chốt, Flip-flop
17
Electrical Engineering
33
Mạch RS chốt dùng mạch NOR tác
động mức cao
• Khi R=S=0 (cả 2 ngã vào đều
không tác động), ngã ra không
đổitrạng thái.
• - Khi R=0 và S=1 (ngã vào S
tác động), chốt đượcSet (tức
đặt Q+=1).
• - Khi R=1 và S=0 (ngã vào R
tác động), chốt đượcReset
(tức đặtlại Q+=0).

•-KhiR=S=1 (cả 2 ngã vào đều
tác động), chốtrơivàotrạng
thái cấm
Electrical Engineering
34
Mạch chốt R-S dùng NAND tác
động mứcthấp
•Mạch chốt tín hiệu
ra bấtchấpdạng
của tín hiệuvào
•Tínhiệu S dùng
xác lập tín hiệura
•Tínhiệu R dùng
xóa tín hiệura
• Không thể có 2 tín
hiệu vào cùng là 0
18
Electrical Engineering
35
Ưng dụng mạch R-S
•Chống hiệntượng
rung trong mạch bàn
phím
Electrical Engineering
36
Mạch RS dùng xung clock
•R, S bìnhthường
luôn giữ giá trị 0
•Mạch R/S chỉ có
tác dụng khi

CLK có giá trị 1
•Mạch hoạt động
theo mứcxung
CLK
19
Electrical Engineering
37
Flipflop RS có ngã vào
Preset và Clear
Electrical Engineering
38
Mạch RS hoạt động vớisườn
xung clock (flip – flop)
TÝn hiÖu ®i xung clock tõ 0 – 1 - 0, m¹ch chØ ho¹t ®éng khi
xung clock chuyÓn tõ 1 vÒ 0
20
Electrical Engineering
39
Mạch J-K flip flop
• J = 1, K = 1, Q =
Q’
• J = 0, K = 0, Q
giữ nguyên trạng
thái
• J =1, K = 0, Q = 1
• J =0, K = 1, Q = 0
Electrical Engineering
40
Mạch chốt D (data latch)
•Tínhiệu Q giá

trị bằng tín hiệu
D, khi CLK = 1
• Khi CLK = 0,
Q chốtgiátrị
21
Electrical Engineering
41
Ký hiệumạch số
Electrical Engineering
42
Mạch ghi dịch
22
Electrical Engineering
43
Thứctế mạch ghi dịch
•IC 74164: dịch phải8 bit;
•IC 7495: 4 bit , dịch phải, trái, vào/ra nốitiếp/song
song
•Mộtsố nhị phân khi dịch trái 1 bit, giá trịđược nhân
lên gấp đôi và đượcchiahaikhidịch phảimột bit.
• Trong máy tính thanh ghi (tên thường gọicủamạch
ghi dịch) là nơilưutạmdữ liệu để thựchiện các phép
tính, các lệnh cơ bảnnhư quay, dịch
• Ngoài ra, mạch ghi dịch còn những ứng dụng khác
như: tạomạch đế
m vòng, biến đổidữ liệunốitiếp ↔
song song, dùng thiếtkế các mạch đèn trang trí,
quang báo.
Electrical Engineering
44

Mạch đếm
•Lợidụng tính đảotrạng thái của JK khi J=K=1,
ngườitathựchiện các mạch đếm.
•Chứcnăng củamạch đếmlàđếmsố xung CK đưa
vào ngã vào hoặcthể hiệnsố trạng thái có thể có của
các ngã ra.
•Nếu xét khía cạnh tầnsố của tín hiệuthìmạch đếm
có chứcnăng chia tần, nghĩalàtầnsố của tín hiệu ở
ngã ra là kếtquả của phép chia tầnsố c
ủa tín hiệu
CK ở ngã vào cho sốđếmcủamạch.
• Ta có các loại: mạch đếm đồng bộ, không đồng bộ
và đếm vòng.
23
Electrical Engineering
45
Mạch đếmtăng đồng bộ
Mạch tăng
giá trị lên
1 mỗi khi
có mộttín
hiệu xung
đầuvào
Electrical Engineering
46
Mạch đếmtăng
•Bảng chân lý
States
Count
D C B A

0 0 0 0 0
0 0 0 1 1
0 0 1 0 2
0 0 1 1 3
0 1 0 0 4
0 1 0 1 5
0 1 1 0 6
0 1 1 1 7
1 0 0 0 8
1 0 0 1 9
1 0 1 0 10
1 0 1 1 11
1 1 0 0 12
1 1 0 1 13
1 1 1 0 14
1 1 1 1 15
24
Electrical Engineering
47
Mạch đếmthập phân (0 – 9)
Electrical Engineering
48
Mạch đếm0 -5
25
Electrical Engineering
49
Mạch chia tầnsố
•Tầnsốđầurabằng tầnsố xung vào chia cho
giá trị n.
•Vídụ mạch chia 2, chia 4, chia 10

Electrical Engineering
50
Ví dụ thựctế
U3
74LS163
3
4
5
6
2
14
13
12
11
15
1
7
10
9
A
B
C
D
CLK
QA
QB
QC
QD
RCO
CLR

ENP
ENT
LOAD
•M¹ch ®Õm 0 – 15
• M¹ch ®Õm thuËn,®Õm
ng−îc
•M¹ch tÝn hiÖu xãa