Các phần tử lôgic cơ bản trong IC

Các phần tử lôgic cơ bản trong IC

Các hàm lôgic được thực hiện nhờ các hệ vật lý được gọi là các mạch lôgic, trong các mạch
lôgic tổ hợp thì tín hiệu ở đầu ra chỉ phụ thuộc các tín hiệu ở đầu vào tại thời điểm đang xét.
Có nhiều phương pháp vật lý (điện tử, cơ học, cơ điện, thuỷ lực…) để thực hiện các hàm
lôgic cơ bản AND (và), OR (hoặc), NOT (phủ định), NOR, NAND, XOR.

Các phần tử lôgic cơ bản thực hiện các hàm lôgic cơ bản là các mạch lôgic tổ hợp có ít nhất hai
đầu vào (ngoại trừ NOT) và chỉ một đầu ra (quy ứơc: A; B; C… là các đầu vào, Y là đầu ra),
chúng được tích hợp trong IC. Ta sẽ xem xét các phần tử này theo cách mô tả từ ký hiệu, bảng
thật (bảng chân trị), biểu thức Boole đến sơ đồ thời gian mô tả hoạt động của nó (tức từ mô tả
tĩnh đến mô tả động).

Phần tử lôgic AND: AND có chức năng như là một cổng, cổng đóng khi tín hiệu ở các đầu vào
không đủ và cổng mở khi đủ các tín hiệu ở các đầu vào. Hình 2 mô tả AND.



Hình 2: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử AND

Một ví dụ sử dụng phần tử lôgic AND như là một phần của bộ cộng nhị phân, Hình 3 cho phép
cộng 1+1= 10. Trong đó cổng AND được dùng ở mạch số nhớ (C).

Trên thị trường có IC 7408 (còn gọi là chip 7408) là loại có 4 phần tử AND độc lập, lôgic dương,
mỗi phần tử có hai đầu vào, chung nguồn điện, có 14 chân (còn gọi là pin), chân 14 và chân 7 là
chân +Vcc và chân GND, ở góc dưới bên trái có dấu tròn để xác định chân 1 và theo thứ tự từ
trái sang phải đến chân 7, từ 8-14 theo thứ tự từ phải sang trái.

Hình 3: Bộ cộng nhị phân dùng cổng AND

Phần tử lôgic OR: OR cũng có chức năng như là một cổng, cổng mở chỉ cần có một tín hiệu
(lôgic1) đặt lên một đầu vào. Hình 4 mô tả OR (còn có ký hiệu khác, nhưng theo người viết bài
thì cách ký hiệu này thể hiện tính chất OR hơn).



Hình 4: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử OR

Một ví dụ sử dụng OR chiếu sáng dấu +/- (P/N) trong dụng cụ đo số như Hình 5. Dấu (-) sáng
khi đầu vào A(N) có logic1 và đầu vào B (P) có logic 0, dấu (+) sáng khi cả hai đầu vào có logic
1.



Hình 5: Dùng cổng OR chiếu sáng dấu +/-

Trên thị trường có IC 7432 là loại có 4 phần tử OR độc lập, được mô tả như IC 7408 ở trên.

Phần tử lôgic NOT: NOT có chức năng đảo tín hiệu (đảo lôgic 1 ở đầu vào thành lôgic 0 ở đầu ra
và ngược lại). Hình 6 mô tả NOT.



Hình 6: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử NOT

Một ví dụ dùng NOT như là bộ giải mã (chuyển đổi số nhị phân sang số thập phân), xem Hình 7.
Đầu vào là một số nhị phân 2 bit B="1," A="0." Đầu ra là số thập phân tương ứng (số 2).

Hình 7: Bộ giải mã nhị phân dùng NOT

Phần tử lôgic NOR (còn gọi là OR đảo): NOR có chức năng đảo tín hiệu ở
đầu ra của OR (có thể
đảo ở cổng ra hoặc đảo ở ngay các cổng vào). Hình 8 mô tả NOR (đảo cổng ra)ss. NOR là phần
tử lôgic đa năng, dùng nhiều trong mạch số, có thể dùng NOR thay cho cổng OR có đảo hoặc
AND bằng cách: nối hai NOR một cách thích hợp cho ra OR hoặc nối ba NOR cho ra AND (Bạn
đọc dễ dàng tự vẽ được cách kết nối).



Hình 8: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử NOR

Phần tử lôgic NAND (còn gọi là AND đảo): NAND có chức năng đảo tín hiệu ở đầu ra AND (có
thể đảo ở cổng ra hoặc ở ngay các cổng vào). Mô tả NAND như Hình 9. NAND là phần tử lôgic
đa năng, nếu kết nối thích hợp sẽ được AND, OR, NOT (Bạn đọc dễ dàng tự vẽ được cách kết
nối).

Phần tử lôgic XOR: Phần tử này khá giống OR, chỉ khác ở hàng cuối trong bảng thật. Hình 10
mô tả XOR (còn có ký hiệu khác, người viết bài thấy dùng ký hiệu phù hợp với ký hiệu OR ở
trên).



Hình 9: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử NAND

Hình 10: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử XOR

XOR là phần tử đa năng, thường được dùng trong bộ số học của máy tính, ví dụ làm bộ cộng hai
số nhị phân như ứng dụng của cổng AND ở Hình 4.

Các phần tử lôgic nhiều đầu vào trong IC: Các phần tử lôgic cơ bản trên, có thể còn có nhiều
đầu vào, song các phép toán không thay đổi (ví dụ: ABC="Y" cho phần tử logic AND có ba đầu
vào).

Tổng hợp các phần tử lôgic: Hệ lôgic phức tạp có thể nhận được bằng cách kết nối các phần tử
lôgic cơ bản theo hai nguyên tắc sau:

Đầu ra của một phần tử lôgic cơ bản có thể nối với một hoặc nhiều phần tử cơ bản khác;

Hai đầu ra của hai phần tử lôgic cơ bản không được nối trực tiếp với nhau.

Quá trình tổng hợp hệ lôgic phức tạp từ các phần tử lôgic cơ bản được thực hiện theo ba bước
sau:

Bước 1: Lập bảng thật mô tả hoạt động của hệ cần tổng hợp, tử bảng thật này viết ra hàm lôgic
của hệ;

Bước 2: Giảm thiểu tối đa hàm lôgic của hệ, dạng hàm cuối cùng thường là tích các tổng hoặc
tổng các tích;

Bước 3: Chọn các phần tử lôgic cơ bản thực hiện hàm lôgic trên.

Ví dụ: Tìm sơ đồ lôgic thực hiện hàm sau:

Giảm thiểu hàm này về dạng:




Sơ đồ lôgic thực hiện hàm trên như Hình 11.

Như vậy, sơ đồ lôgic thực hiện hàm W dùng 2 phần tử AND có 3 đầu vào, 2 phần tử OR, 4 phần
tử NOT ( bạn đọc nên sử dụng các chip 7404; 7432 và một chíp AND có 3 đầu vào trở lên để tự
ráp mạch và tạo tín hiệu đầu vào ở các mức lôgic khác nhau, rồi kiểm tra các mức lôgic tại các
đầu ra và luyện kỹ năng tổng hợp mạch lôgic. Cũng trên cơ sở mạch số tự ráp này, bạn đọc tự tạo
lỗi và luyện kỹ năng tìm và xử lý lỗi, vấn đề
này xem các bài kỳ sau)).

Trên đây, đã giới thiệu các phần tử lôgic cơ bản và sự tổng hợp chúng theo sự hoạt động của hệ
thống qua lập bảng thật hoặc hàm lôgic. Tuy nhiên các sơ đồ lôgic này không có nhớ (tức tín
hiệu ra chỉ phụ thuộc các tín hiệu vào tại thời điểm xét). Bằng cách kết nối thích hợp các phần tử
lôgic cơ bản, ta sẽ được các mạch lôgic cơ bản có nhớ (gọi là mạch lôgic tuần tự).



Hình 11: Sơ đồ lôgic thực hiện hàm W