Bài giảng Kỹ thuật số - Phần 1: Mạch số

MẠCH SỐ
Mã học phần: VL264
Số tín chỉ: 2
Thời gian: 30 tiết
Tài liệu tham khảo:
1. Nguyễn Hữu Phương, “Mạch Số”, Nhà 
xuất bản thống kê, 2001.
2. Ronald J. Tocci, “Digital Systems: principles 
and applications”, Prentice­Hall international, 
Inc.


Về học tập, thi cử và kiểm tra:
 Seminar: 2đ
 Kiểm tra: 2đ (2 đến 4 bài kiểm tra
(15 – 30 phút), mỗi bài 0.5đ -1đ, sv 
thiếu 1­ 2 bài kiểm tra sẽ bò cấm thi)
 Thi cuối kỳ: 6đ
 Nộp mạch thí nghiệm: mỗi nhóm
tối đa 2 sv, mỗi mạch tối đa 2đ
(đây là điểm cộng thêm)
 Nộp bài tập: trường hợp điểm
tổng kết < 5đ sẽ được xem xét
  nếu sv nộp
 
bài tập đầy đủ


Bài 1
 HỆ THỐNG SỐ ĐẾM VÀ 

KHÁI NIỆM VỀ MÃ

 

 


I. Mạch tương tự và mạch số
Mạch tương tự: 
Mạch  tương  tự  (mạch  Analog)  xử  lý  các 
tín  hiệu  tương  tự  (là  tín  hiệu  có  biên  độ 
biến thiên liên tục theo thời gian). Việc xử 
lý bao gồm các vấn đề: chỉnh lưu, khuếch 
đại, điều chế, tách sóng.
Nhược điểm: 
Chống nhiễu thấp (nhiễu dễ xâm nhập)
Phân tích, thiết kế mạch phức tạp
 

 


Mạch số: 
Mạch số (mạch Digital) xử lý các tín hiệu 
số (là tín hiệu có biên độ biến thiên không 
liên  tục  theo  thời  gian  hay  rời  rạc  thời 
gian),  nó  được  biểu  diễn  dưới  dạng  sóng 
xung  với  2  mức  điện  thế  cao  và  thấp  mà 
tương  ứng  với  2  mức  điện  thế  này  là  2 
mức  logic  của  mạch  số.  Việc  xử  lý  bao 

gồm các vấn đề: lọc số, điều chế số, gain 
điều chế số, mã hóa, giải mã, …
 

 


Một số ưu điểm của mạch  số:
 Đơn giản, dễ hiểu
 Dễ phân tích, thiết kế
 Độ chính xác cao, ít ảnh
hưởng bởi nhiễu
 Khả năng lưu trữ, truyền tải
 Dễ tạo mạch tích hợp
 Hoạt động có thể lập trình.
Vì vậy, hiện nay mạch số được sử
dụng khá phổ biến trong tất cả
các lónh vực: đo lường số, truyền


II. Hệ thống số đếm
• Hệ đếm là tập hợp các phương pháp gọi và 
biểu  diễn  các  con  số  bằng  các  ký  hiệu  có 
giá trị số lượng xác định gọi là chữ số
• Hệ đếm chia làm 2 loại:
o Hệ đếm theo vị trí: là hệ đếm mà trong đó 
giá trị số lượng của chữ số còn phụ thuộc 
vào vị trí của nó đứng trong con số
VD:   1991 (hệ thập phân)
         

1111(hệ nhị phân)

 

 


o Hệ  đếm  không  theo  vị  trí:  là  hệ  đếm  mà 
trong đó giá trị số lượng của chữ số không 
 phụ  thuộc  vào  vị  trí  của  nó  đứng  trong 
con số
VD:  Hệ La mã I, II, III, …

 

 


III. CƠ SỐ ­ CHUYỂN ĐỔI CƠ SỐ
 Bất cứ một số nguyên dương R (R>1)
đều có thể được chọn làm cơ số cho
một hệ thống số.
 Nếu hệ thống có cơ số R thì các số
từ 0 đến (R-1) được sử dụng.
Ví dụ: nếu R=8 thì các chữ số cần
thiết là 0,1,2,3,4,5,6,7.
Các hệ thống cơ số thông dụng trong
kỹ thuật số:
 • Thập phân (cơ số 10).
 • Nhò phân (cơ số 2).

 • Bát phân (cơ số 8).
 
 
 • Thập lục phân (cơ số 16).


Đổi từ cơ số d sang cơ số 10:
Về phương pháp, người ta khai triển con số trong cơ 
số d dưới dạng đa thức theo cơ số của nó.
VD:  1101, đổi sang thập phân là
1101(2)=1.23 + 1.22 + 0.21 + 1.20 = 13(10)

Đổi từ cơ số 10 sang cơ số d:
Về  phương  pháp,  người  ta  lấy  con  số  trong  cơ  số 
chia liên tiếp cho  cơ số d  đến khi nào thương bằng 
không thì thôi.
 

 


 

 


IV. Hệ nhị phân (hệ cơ số 2)
Hệ nhị phân là hệ đếm mà trong đó chỉ sử dụng 
hai ký hiệu 0 và 1 để biểu diễn tất cả các số. Hai 
ký hiệu  đó gọi chung là bít hoặc digit và nó đặc 

trưng cho mạch điện tử có hai trạng thái  ổn định 
hay còn gọi là 2 trạng thái bền Flip­Flop (ký hiệu 
là FF).
Một chữ số nhò phân gọi là bit.
Chuỗi 4 bit nhò phân gọi là nibble.
Chuỗi 8 bit gọi là byte.
Chuỗi 16 bit gọi là word.
Chuỗi
32 bit  gọi là double word.
 


 Chữ số nhò phân bên phải nhất
của chuỗi bit gọi là bit có ý nghóa nhỏ 
nhất (least significant bit – LSB)
 Chữ số nhò phân bên trái nhất của
chuỗi bit gọi là bit có ý  nghóa  lớn  nhất 
(most significant bit – MSB).
 Thường dùng chữ B cuối chuỗi bit
 để xác đònh
  đó là số nhò phân.


V. Mã BCD (Binary Code Decimal)
Trong đời sống, con người giao tiếp với nhau thông qua 
một  hệ  thống  ngôn  ngữ  quy  ước,  nhưng  máy  tính  chỉ 
xử lý các dữ liệu nhị phân. Do đó, vấn đề đặt ra là làm 
thế  nào  tạo  ra  một  giao  diện  dễ  dàng  giữa  người  và 
máy tính, nghĩa là máy tính thực hiện được các bài toán 
do  con  người  đặt  ra.  Để  thực  hiện  điều  đó,  người  ta 

đặt ra vấn đề mã hóa dữ liệu.
Các  lĩnh  vực  mã  hóa  như:  số  thập  phân,  ký  tự,  âm 
thanh, hình ảnh, …
 

 


o Nếu mỗi chữ số của số thập phân
được mô tả bằng số nhò phân tương
ứng với nó, kết quả ta được 1 mã
gọi là mã BCD, vì chữ số thập phân
lớn nhất là 9, cần 4 bit để mã hóa.
o Các số 8,4,2,1 được gọi là trọng số
của mã và được gọi là mã BCD 8-4Lưu ý:
2-1.
 Mã BCD phải viết đủ 4 bit
 Sự tương ứng chỉ áp dụng cho số
thập phân từ 0 đến 9 (số nhò
phân từ 1010 đến 1111 của số nhò
 
  không phải là số BCD)
phân 4 bit


VD:
194110 = 111100101012

1941 = 0001 1001 0100
0001BCD

 

 

Thập
 phân
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

BCD
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001

BAỉI2
CONGLOGICVAỉẹAẽISO
BOOLE


I. TRẠNG THÁI LOGIC O VÀ LOGIC 1
LOGIC 0

LOGIC 1

Mức logic:

Sai

Đúng

5V

Tắt

Mở

3,4V
2,0V

Thấp

Cao

Không

Đồng ý

Giả

Thật

0,8V
0V

Logic 1
(mức
cao)

Logic 0
(mức
thấp)


Số nhò phân
có số mã là
0,1 và cơ số
là 2

Ví dụ:
112D = 0111  0000B = 70H
    7
  0
D: decimal

B: binary
H: hexadecimal

Số
thập
phân
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Số
thập
lục
0
1
2
3

4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F

Số
nhò
phân
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101

1110
1111


 

DIODE

DIODE

+

-

-

+

Rc

Rc

VCC

VCC

IC

VI = 0
IB

E

B

VO

RB

VCC

C

C

RB

IC

RC

B

VI = VCC
IB

E

RC

VO

0


 

II. CÁC CỔNG (HÀM) LOGIC
1. CỔNG 
AND1
A
B

2

3

Y

4
5

1
2
13

12
74LS11

Y = A.B

6

74LS08

74LS08

A
B
C

&

Y

3
4
5

&

6

74LS11

(đọc: Y bằng A
VÀ B)

    A  =  0      ­>      Y  =  0      bất
chấp B

 A = 1 -> Y = B

Bảng  trạng  thái 
(bảng  sự  thật):  tìm 
trạng  thái  ngõ  ra 
theo  điều  kiện  ngõ 
vào
Biến
Hàm
số
số
A
B
Y
0
0
1
1

0
1
0
1

0
0
0
1

 
VCC = 5V

A

0
1

VCC +
5V

-

B

0
1

I
LED

Y = 1: saùng
Y = 0: taét

R

Y=
A.B

A

1 = 5V

B
DIODE

A
B
Y

0 = 0V

1
0
1

A
B

0
1

1
3
2
74LS08

0

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Y


2. CỔNG OR
A
B

9

8

10
74 32

Y=A+
B

Y

1
2

1
74 32

(đọc: Y bằng A
HOẶC B)

  A = 0   ­>   Y = B   
  A = 1   ­>   Y = 1   bất chấp

B

3

Bảng 
thái:

trạng 

Biến số

Hàm
số

A

B

Y

0
0
1
1

0
1
0
1

0
1
1
1


 
A

A

0

DIODE

I

1
B

VCC
5V

+
-

B

0
1

LED

Y = 1:saùng
Y = 0: taét

1 = 5V

R

Y =A +
B

0 = 0V

A
B
Y

1
0
1

A
B

0
1

9

8
10
7432

0

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Y


 

3. CỔNG 
NOT
A

1

2

3

1

7404

7404

Y

Y=A

A

(đọc: Y bằng A
KHÔNG B)

4

Bảng 
thái:
Biến

trạng 

số
A

Hàm
số
B

0
1

1
0

 Chỉ có một ngõ vào và một

ngõ ra