Bài giảng Kỹ thuật số: Chương 4 ThS. Lưu Văn Đại

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (595.29 KB, 32 trang )

CHƢƠNG 4

MẠCH TỔ HỢP
(Combinational Circuits)

Mạch số chia ra 2 loại: Mạch tổ hợp và mạch tuần tự.
Mạch tổ hợp: trạng thái ngõ ra chỉ phụ thuộc vào trạng thái
ngõ vào. Q=f(A, B, C, D,…)
 MẠCH MÃ HÓA
 MẠCH GIẢI MÃ
 MẠCH ĐA HỢP VÀ GIẢI ĐA HỢP
 MẠCH SO SÁNH
 MẠCH KIỂM/PHÁT CHẴN LẺ
Chương 4: Mạch tổ hợp

1

CÁC BƢỚC THIẾT KẾ MẠCH TỔ HỢP
B1: Dựa vào yêu cầu của bài toán, xác định số biến ngõ vào và
số biến ngõ ra (đặt tên biến).
B2: Lập bảng sự thật cho mối quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra
(hoạt động của mạch).
B3: Rút gọn hàm bằng PP tối ƣu nhất.
B4: Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch.

Chương 4: Mạch tổ hợp

2

 VD thiết kế mạch tổ hợp có 3 ngõ vào và 2 ngõ ra.
- Ngõ ra thứ nhất = 1 nếu 3 ngõ vào có số bít 1 nhiều hơn số bit 0, ngƣợc
lại thì =0
- Ngõ ra thứ hai = 1 nếu 3 giá trị nhị phân của 3 ngõ vào lới hơn 1 hoặc
nhỏ hơn, ngƣợc lại thì =0
Giải

B1: Mạch có 3 ngõ vào: A, B, C
với A là MSB; và 2 ngõ ra: F0, F1

A

B

C

F0

F1

0

0

0

0

0

B2: Lập bảng sự thật

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

Chương 4: Mạch tổ hợp

3

A

B

C

F0

F1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

A

0

1

0

1

1

B

1

1

1

0

0

0

1

1

1

C

1

0

1

F0

Lập bảng Kar
A

1

1
1

0
1

1
1

00

01

11

0

F0

10

1

1

A.B

1

1

1

F0  AC  AB  BC

A.C

F1

B.C

1

BC

0

BC
A

0
F1

00

01

0
1

1

11

10

1

1

1

F1  A B  AB  A  B
Chương 4: Mạch tổ hợp

4

 MỨC TÁC ĐỘNG
- Khi không vòng tròn nhỏ ở đƣờng vào hay đƣờng ra trên ký hiệu mạch

logic  Tác động mức cao (active high).
- Khi có vòng tròn nhỏ ở đƣờng vào hay đƣờng ra trên ký hiệu mạch logic
 Tác động mức thấp (active low).

 MẠCH MÃ HÓA (ENCODER)
- Mã hóa là gán 1 ký hiệu cho một đối tƣợng nhằm một mục đích.
- Mạch mã hóa là khi có một ngõ vào đƣợc tác động  ngõ ra sẽ chỉ báo số
nhị phân tƣơng ứng. Có nghĩa là mạch mã hóa có một số ngõ vào nhƣng vào
một thời điểm chỉ có một ngõ vào ở trạng thái tích cực.
- Nhƣ vậy ta dùng số nhị phân n bít để mã cho 2n ngõ vào khác nhau.
- Mã hóa ƣu tiên: Trƣờng hợp có nhiều ngõ vào ở trạng thái tích cực thì ngõ
ra sẽ tƣơng ứng với ngõ vào có trọng số cao nhất
Chương 4: Mạch tổ hợp

5

 Mạch mã hoá 2n đƣờng sang n đƣờng

Ngõ vào, ngõ ra tác động cao. Ấn khóa K 
Ngõ vào được ấn lên mức cao  Ngõ ra sẽ chỉ
báo số nhị phân tương ứng.
Chương 4: Mạch tổ hợp

Ngõ vào, ngõ ra tác động thấp.

6

Để tránh trường hợp mạch cho ra mã sai khi tác động đồng thời hai hay nhiều ngõ

vào  Thiết kế mạch mã hóa ưu tiên, mạch chỉ cho ra một mã duy nhất khi có nhiều
ngã vào được tác động.
TK mạch mã hóa ưu tiên 4 đường sang 2 đường; ưu tiên ngõ vào có giá trị cao;
ngõ vào và ngõ ra tác động cao:

3 2 1 0 A1 A0
0
0
0
1

0
0
1
x

0
1
x
x

1
x
x
x

0
0
1
1

0
1
0
1

A1  2  3
A 0  1.2  3

A1

A0
10 10
32 32

00 0001 0111 1110 10

1

00 00

1

01 011

1

1

1

11 111

11

11

11

1

10 101

11

11

11

1

A 0  1.2  3
A1=2+3
Chương 4: Mạch tổ hợp

7

Mã hóa ưu tiên 8 đường sang 3 đường (IC 74148). Ngõ vào và ngõ ra tác động thấp

Trạng
thái E
I
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

1
0
0
0
0
0
0
0
0
0

Ngã vào

Ngã ra

0

1

2

3

4

5

6

7

A2 A1

A0

x
1
x
x
x
x
x
x
x
0

x
1
x
x
x
x
x
x
0
1

x
1
x
x
x
x
x
0
1
1

x
1
x
x
x
x
0
1

1
1

x
1
x
x
x
0
1
1
1
1

x
1
x
x
0
1
1
1
1
1

x
1
x
0
1

1
1
1
1
1

x
1
0
1
1
1
1
1
1
1

1
1
0
0
0
0
1
1
1
1

1
1

0
1
0
1
0
1
0
1

1
1
0
0
1
1
0
0
1
1

GS EO
1
1
0
0
0
0
0
0
0

0

1
0
1
1
1
1
1
1
1
1

EI: ngõ vào nối mạch và cho phép; EO: ngõ ra nối mạch;
GS: dùng để mở rộng cho số nhị phân ra.
Các trạng thái từ 0 7: IC mã hóa cho ra số 3 bít. Trạng thái 8,9: Dùng cho việc mở rộng
Chương 4: Mạch tổ hợp

8

Nối 2 IC 74148 thực hiện mã hóa 16 đường sang 4 đường

IC1 có EI=0:
IC2
nối Hoạt
với Eđộng
0 của theo
các trạng
IC2:

nên IC1
thái chỉ
từ 0hoạt
 8:
động
nghĩa
khi
tấtlàcảmã
cáchóa
ngõtừvào
số 0của
7
IC2 lên mức 1, tức hoạt
động ở trạng thái thứ 8
Chương 4: Mạch tổ hợp

9

Mạch tạo mã BCD cho số thập phân
Mạch gồm 10 ngã vào tượng trưng 10 số thập phân và 4 ngã ra là 4 bit
của số BCD.
Trạng thái các ngã vào

Mã số ra

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

A3 A2 A1 A0

0
0
0
0
0
0
0
0
0
1

0

0
0
0
0
0
0
0
1
0

0
0
0
0
0
0
0
1
0
0

0
0
0
0
0
0
1
0
0

0

0
0
0
0
0
1
0
0
0
0

0
0
0
0
1
0
0
0
0
0

0
0
0
1
0
0

0
0
0
0

0
0
1
0
0
0
0
0
0
0

0
1
0
0
0
0
0
0
0
0

1
0
0

0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
0
0
0
0
1
1

Chương 4: Mạch tổ hợp

0
0
0
0
1
1
1
1
0

0

0
0
1
1
0
0
1
1
0
0

0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
10

A0 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9

A1 = 2 + 3 + 6 + 7
A2 = 4 + 5 + 6 + 7

A3 = 8 + 9

Chương 4: Mạch tổ hợp

11

Mạch tạo mã BCD ƣu tiên cho số lớn
Trạng thái các ngã vào

Mã số ra

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

A3 A2 A1 A0

0
0
0
0
0
0
0
0
0
1

0
0
0
0
0
0
0
0
1
x

0
0
0
0

0
0
0
1
x
x

0
0
0
0
0
0
1
x
x
x

0
0
0
0
0
1
x
x
x
x

0

0
0
0
1
x
x
x
x
x

0
0
0
1
x
x
x
x
x
x

0
0
1
x
x
x
x
x
x

x

0
1
x
x
x
x
x
x
x
x

1
x
x
x
x
x
x
x
x
x

0
0
0
0
0
0

0
0
1
1

Chương 4: Mạch tổ hợp

0
0
0
0
1
1
1
1
0
0

0
0
1
1
0
0
1
1
0
0

0

1
0
1
0
1
0
1
0
1

12

Chương 4: Mạch tổ hợp

13

Mạch chuyển mã nhị phân (A: MSB) sang Gray
A B C D



X Y Z T

0
0
0
0
0

0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1


















XA

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

Y  AB  A B  A  B

0
0
0
0
1
1
1
1
0
0

0
0
1
1
1
1

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

0
1
0
1
0
1

0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

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

0
0

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

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

0

Chương 4: Mạch tổ hợp

Z  BC  BC  B  C
T  CD  CD  C  D

14

Lập Bảng Karnaugh: Mạch chuyển mã nhị phân sang Gray
X

T

CD
00
AB

Y

01

11

10

CD
00
AB

00

00

01

01

Z

01

11

10

CD
00
AB

01

00

1

1

1

11

1

1

1

1

11

10

1

1

1

1

10

CD
00
AB

01

11

10

XA

1

1

1

1

1

01

1

1

11

1

1

10

00

1

1

Y  AB  A B  A  B

01

1

1

Z  BC  BC  B  C

11

1

1

T  CD  CD  C  D

10

1

1

Chương 4: Mạch tổ hợp

11

10

1

1

1

1

15

Mạch chuyển mã Gray (X: MSB) sang Nhị phân
A B C D



X Y Z T

0
0
0
0
0
0

0
0
1
1
1
1
1
1
1
1


















0
0

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

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

1

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

0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0

1
0
1
0
1

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

0
0
1
1
1
1
0

0
0
0
1
1
1
1
0
0

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

AX
B  XY  A Y  X  Y
C  X(Y  Z)  X(Y  Z)  X  Y  Z

D  (X  Y).(Z  T)  (X  Y).(Z  T)
 XY ZT

Chương 4: Mạch tổ hợp

XY

XYZ

XY ZT

16

Lập Bảng Karnaugh: Mạch chuyển mã Gray sang Nhị phân
A

D

ZT
00
XY

B

01

11

10

ZT
00
XY

00

00

01

01

11

1

1

1

1

11

10

1

1

1

1

10

ZT
00
XY

01

10

01

1

11

1

10

1
1

1

11

01

11

10

ZT
00
XY

01

00

1

1

1

1

01

1

1

1

1

10

1

10

1

1

1

1

1

11

1

11

1

AX
1

00

C

1
1

B  XY  X Y  X  Y
C  X(Y  Z)  X(Y  Z)  X  Y  Z
D  (X  Y).(Z  T)  (X  Y).(Z  T)
 XY ZT
Chương 4: Mạch tổ hợp

17

 MẠCH GIẢI MÃ (DECODER)
Ngƣợc lại của mã hóa. Giải mã n đƣờng sang 2n đƣờng
Mạch giải mã 2 đƣờng sang 4 đƣờng, ngõ vào cho phép G
Vào

Ra

G A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3
0

x

x

0

0

0

0

1
1
1
1

0
0
1
1

0
1
0
1

1
0
0
0

0

1
0
0

0
0
1
0

0
0
0
1

Y0  G.A1.A 0

Y1  G.A1.A 0

Y2  G.A1.A 0

Y3  G.A1.A 0
Chương 4: Mạch tổ hợp

18

Mạch giải mã 3 đƣờng sang 8 đƣờng

(Dùng 2 mạch giải mã 2  4 có ngõ vào cho phép)

Vào

Ra

A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0
0
0
0

0
0
1
1

0
1
0
1

1
0
0
0

0
1
0
0

0
0
1
0

0
0
0
1

0
0
0
0

0
0
0
0

0
0
0
0

0
0
0
0

1
1
1
1

0
0
1
1

0
1
0
1

0
0
0
0

0
0
0
0

0
0
0
0

0
0
0
0

1
0
0
0

0
1
0
0

0
0
1
0

0
0
0
1

Chương 4: Mạch tổ hợp

19

Bảng sự thật IC74138 (IC giải mã 3  8 ngõ vào tác động cao, ngõ ra tác động thấp)

Vào

Ra

Dữ liệu

Cho phép
G1

G2

C

B

A

Y0

Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

x
L
H
H
H
H
H

H
H
H

H
x
L
L
L
L
L
L
L
L

x
x
L
L
L
L
H
H
H
H

x
x
L
L

H
H
L
L
H
H

x
x
L
H
L
H
L
H
L
H

H
H
L
H
H
H
H
H
H
H

H

H
H
L
H
H
H
H
H
H

H
H
H
H
L
H
H
H
H
H

H
H
H
H
H
L
H
H
H

H

H
H
H
H
H
H
L
H
H
H

H
H
H
H
H
H
H
L
H
H

H
H
H
H
H
H

H
H
L
H

H
H
H
H
H
H
H
H
H
L

G2 = G2A + G2B; H = 1; L = 0, x: bất chấp
Chương 4: Mạch tổ hợp

20

Mở rộng lên mạch giải mã 4 đƣờng sang 16 đƣờng

Chương 4: Mạch tổ hợp

21

Giải mã BCD sang 7 đoạn

Đèn 7 đoạn: LED – Light Emitting Diode
Phát sáng khi có dòng điện chạy qua nó

Catod chung – dùng cho giải
mã có ngõ ra tác động cao

Anod chung – dùng cho giải
mã có ngõ ra tác động thấp

Chương 4: Mạch tổ hợp

22

Bảng sự thật mạch giải mã 7 đoạn, ngã ra tác động thấp
Số
TP
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Ngã vào

Ngã ra

D C B A a b c d e

f

g

a  DB(CA  CA)

0
0
0
0
0
0
0
0
1
1

0
1
1
1
0
0
0
1
0

0

1
1
0
0
0
0
0
1
0
0

b  CBA  CBA

0
0
0
0
1
1
1
1
0
0

0
0
1
1

0
0
1
1
0
0

0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

0
1
0
0
1
0
0
0
0
0

0

0
0
0
0
1
1
0
0
0

0
0
1
0
0
0
0
0
0
0

0
1
0
0
1
0
0
1
0

0

0
1
0
1
1
1
0
1
0
1

Chương 4: Mạch tổ hợp

c  DCBA
d  DCBA  CBA  CBA
e  A  CB
f  CB  BA  DCA
g  DCB  CBA

23

IC giải mã BCD sang 7 đoạn – IC 7447

Vào

Ra