Bài giảng điện tử số - Chương 3 – MẠCH LOGIC TỔ HỢP

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 1: Hệ đếm
Chương 2: Hàm Boole và cổng logic
Chương 3: Mạch logic tổ hợp
Chương 4: Mạch logic tuần tự
Chương 5: Bộ nhớ bán dẫn

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 1


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Chương 3 – MẠCH LOGIC TỔ HỢP

3.1. Khái niệm chung
3.2. Phân tích mạch logic tổ hợp
3.3. Thiết kế mạch logic tổ hợp
3.4. Mạch mã hóa – giải mã
3.5. Mạch hợp kênh – phân kênh
3.6. Mạch số học
3.7. Mạch so sánh
3.8. Mạch tạo/ kiểm tra chẵn lẻ
3.9. Mạch tạo/ kiểm tra mã Hamming
3.10. Đơn vị số học và logic ALU
3.11. Hazard trong mạch tổ hợp
www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 2


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Mạch tổ hợp (1)
 Đặc điểm:
- Trị số của tín hiệu đầu ra ở thời điểm đang xét chỉ phụ
thuộc vào tổ hợp các giá trị tín hiệu đầu vào.
- Được cấu trúc nên từ các cổng logic.
Phương pháp biểu diễn chức năng logic của mạch tổ hợp:
- Hàm logic (thường áp dụng cho vi mạch cỡ nhỏ - SSI)
- Bảng trạng thái (vi mạch cỡ vừa – MSI)
- Bảng Karnaugh
- Đồ thị dạng xung ...

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 3


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Mạch tổ hợp (2) – Sơ đồ khối tổng quát
X0

X1
n đầu vào

Xi

Mạch logic
tổ hợp

Xn

Y0
Y1
Yj

m đầu ra

Ym

Hệ phương trình tổng quát:
 Y0 = f 0  X 0 , X1 ,..., X n 

 Y1 = f1  X 0 , X1 ,..., X n 


Ym = f m  X 0 , X1 ,..., X n 

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 4


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Chương 3 – MẠCH LOGIC TỔ HỢP

3.1. Khái niệm chung
3.2. Phân tích mạch logic tổ hợp
3.3. Thiết kế mạch logic tổ hợp
3.4. Mạch mã hóa – giải mã
3.5. Mạch hợp kênh – phân kênh
3.6. Mạch số học
3.7. Mạch so sánh
3.8. Mạch tạo/ kiểm tra chẵn lẻ
3.9. Mạch tạo/ kiểm tra mã Hamming
3.10. Đơn vị số học và logic ALU
3.11. Hazard trong mạch tổ hợp
www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 5


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Phân tích mạch logic tổ hợp (1)
Phân tích mạch logic tổ hợp là từ sơ đồ cho trước xác định
chức năng, dạng sóng, tính năng kỹ thuật,... của mạch. Từ đó

có thể rút gọn, chuyển đổi dạng thực hiện của mạch điện để có
được lời giải tối ưu.

Phương pháp:
– Với mạch đơn giản: tiến hành lập bảng trạng thái, viết biểu
thức, rút gọn, tối ưu (nếu cần) và vẽ lại mạch điện.
– Với mạch phức tạp: tiến hành phân đoạn mạch để viết biểu
thức, sau đó rút gọn, tối ưu (nếu cần) và vẽ lại mạch điện.

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 6


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Phân tích mạch logic tổ hợp (2) – Ví dụ
Phân tích mạch điện sau, nêu chức năng của mạch:
A
B
C
A
B
C
A
B
C
A

B
C

www.ptit.edu.vn

f

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 7


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Phân tích mạch logic tổ hợp (3) - VD
Bước 1: Lập Bảng trạng thái:
A

B

C

f

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

www.ptit.edu.vn

A
B
C
A
B
C
A
B
C
A
B
C

f

Bước 2: Viết biểu thức:

f  A,B,C     3,5,6,7 

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 8


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Phân tích mạch logic tổ hợp (4) - VD
Bước 3: Rút gọn: f  A,B,C  

3,5,6,7 

f = AB + BC + AC

BC
00

01

11

10

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

A

f3 = BC
f2 = AB

f1 = AC

Bước 4: Tối ưu về dạng toàn NAND:

f  AB  BC  AC
f  AB  BC  AC
f  AB.BC.AC
www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 9


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Phân tích mạch logic tổ hợp (5) - VD
Bước 5: Vẽ mạch điện dạng tối ưu:
A
B
C
A
B
C

A
B
C
A
B
C

www.ptit.edu.vn

A
B
A

f

C
B

f

C

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 10


VíĐIỆN
dụ 2-1

BÀI GIẢNG
TỬ SỐ

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 11


VíĐIỆN
dụ 2-2
BÀI GIẢNG
TỬ SỐ

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 12


VíĐIỆN
dụ 2-2
BÀI GIẢNG
TỬ SỐ

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 13


BÀI GIẢNGVíĐIỆN
dụ 3 TỬ SỐ
Bảng trạng thái

1

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 14


dụ 3TỬ SỐ
BÀI GIẢNGVí
ĐIỆN
Bảng trạng thái

1

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 15


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Chương 3 – MẠCH LOGIC TỔ HỢP

3.1. Khái niệm chung
3.2. Phân tích mạch logic tổ hợp
3.3. Thiết kế mạch logic tổ hợp
3.4. Mạch mã hóa – giải mã
3.5. Mạch hợp kênh – phân kênh
3.6. Mạch số học
3.7. Mạch so sánh
3.8. Mạch tạo/ kiểm tra chẵn lẻ
3.9. Mạch tạo/ kiểm tra mã Hamming
3.10. Đơn vị số học và logic ALU
3.11. Hazard trong mạch tổ hợp
www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 16


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Thiết kế mạch logic tổ hợp

Thiết kế mạch logic tổ hợp là bài toán từ yêu cầu (chức năng,
dạng sóng, tính năng kỹ thuật, ...) xây dựng sơ đồ mạch thực
hiện (ngược với bài toán phân tích).
Phương pháp:
Bảng
Karnaugh
Vấn đề
logic thực

Bảng trạng
thái

Biểu thức
tối ưu
Biểu thức
logic

www.ptit.edu.vn

Tối thiểu
hoá
Sơ đồ
logic

Tối thiểu
hoá

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 17


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
Chương 3 – MẠCH LOGIC TỔ HỢP

3.1. Khái niệm chung
3.2. Phân tích mạch logic tổ hợp
3.3. Thiết kế mạch logic tổ hợp
3.4. Mạch mã hóa – giải mã
3.5. Mạch hợp kênh – phân kênh
3.6. Mạch số học
3.7. Mạch so sánh
3.8. Mạch tạo/ kiểm tra chẵn lẻ
3.9. Mạch tạo/ kiểm tra mã Hamming
3.10. Đơn vị số học và logic ALU
3.11. Hazard trong mạch tổ hợp
www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 18


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
3.4.1. Mạch mã hóa – Khái niệm
 Mã hóa: là dùng văn tự, ký hiệu (hay mã) để biểu thị một đối
tượng nào đó (tin tức).
 Mục đích: để tin tức truyền đi tốt hơn, cải thiện một số đặc tính

như: độ tin cậy, tốc độ truyền tin, dung lượng kênh, tính bảo
mật, …
 Bộ mã hóa: thực hiện nhiệm vụ mã hóa. Một số bộ mã hóa:
- Bộ mã hóa nhị phân

- Bộ mã hóa BCD
- Bộ mã hóa ưu tiên
…

www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 19


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
3.4.1. Mạch mã hóa: Mã hóa thập phân – nhị phân (1)
 Chức năng: mã hóa từ dạng thập phân đầu vào thành dạng
nhị phân đầu ra.
 Bộ mã hóa N tín hiệu thập phân đầu vào có số bit đầu ra n
thỏa mãn: N  2n
 Sơ đồ khối tổng quát:

D0
2n
lối vào

D1

D2n- 1

www.ptit.edu.vn

Mạch
mã hóa
thập
phân –
nhị phân

A0
A1

n
lối ra

An-1

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 20


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
3.4.1. Mạch mã hóa: Mã hóa thập phân – nhị phân (2)
 Bài toán: Thiết kế mạch mã
hóa thập phân – nhị phân 2 bit.

D0

D1
D2
D3

 Sơ đồ khối:

 Bảng trạng thái:

www.ptit.edu.vn

A1
CODER
A0

D0

D1

D2

D3

A1

A0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 21


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
3.4.1. Mạch mã hóa: Mã hóa thập phân – nhị phân (3)
 Biểu thức hàm ra:
A 0  D0 .D1 .D2 .D3  D0 .D1 .D 2 .D3
A1  D0 .D1 .D2 .D3  D0 .D1 .D 2 .D3

 Mạch điện:

A1  D2  D3

D0
D1
D2
D3

A1

www.ptit.edu.vn



A 0  D1  D3

A0

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 22


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
3.4.1. Mạch mã hóa: Mã hóa thập phân – NBCD (1)
 Chức năng: Mã hóa 10 ký hiệu thập
phân bằng 4 bit nhị phân.
 Sơ đồ khối:
Vào
Thập
phân

8

1
2

Mạch 4
... mã hoá 2
9
1

A
Ra
B
BCD
C 8421
D

Bảng trạng thái:
Biểu thức hàm ra:
A = 8 +9
B=4+5+6+7
C=2+3+6+7
D=1+3+5+7+9
www.ptit.edu.vn

=  (8,9)
=  ( 4,5,6,7)
=  (2,3,6,7)
=  (1,3,5,7,9)

Vào
thập
phân

Ra BCD
8 4 2 1
ABCD

1

0 0 0 1

2

0 0 1 0

3

0 0 1 1

4

0 1 0 0

5

0 1 0 1

6

0 1 1 0

7

0 1 1 1

8

1 0 0 0

9

1 0 0 1

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 23


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
3.4.1. Mạch mã hóa: Mã hóa thập phân – NBCD (2)
Mạch điện (dạng ma trận OR):
A

B

C

Mạch điện (dạng ma trận AND):

D

+5V
R4

1

R3

R2

R1

2
3

1

4

2

5

3

6
7
8

4
5
6
7

9

8
9
A

www.ptit.edu.vn

B

C

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

D

Trang 24


BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ
3.4.1. Mạch mã hóa: Mã hóa ưu tiên TP – NBCD (1)
Khi có nhiều đầu vào tác động
đồng thời, chỉ mã hoá tín hiệu vào

có mức ưu tiên cao nhất. Mức ưu
tiên do người thiết kế mạch xác
định.
Sơ đồ khối:
8

A

Mạch 4
mã hoá 2
L9 ưu tiên 1

B
C

L1
Vào

...

D

Ra

Vào thập phân

1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

x 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
x x 1 0

0 0 1 1

1

0 1 0 0
1

0 1 0 1
1

mức ưu tiên
tăng

0 1 1 0

1

0 1 1 1
1

Bảng trạng thái:
www.ptit.edu.vn

Ra BCD

1 0 0 0
1 1 0 0 1

GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 25