Tài liệu Bài giảng kỹ thuật số P5 pdf

"Don't study, don't know - Studying you will know!"

NGUYEN TRUNG HOA
Bi ging K Thût Säú Trang 86
Chỉång 4
HÃÛ TÄØ HÅÜP

4.1.KHẠI NIÃÛM CHUNG

Cạc pháưn tỉí logic AND, OR, NOR, NAND l cạc pháưn tỉí logic cå
bn cn âỉåüc gi l hãû täø håüp âån gin. Nhỉ váûy, ta cọ cạc hãû täø håüp
m ng ra l cạc hm logic theo ng vo, âiãưu ny cọ nghéa l khi mäüt
trong cạc ng vo thay âäøi trảng thại thç láûp tỉïc lm cho ng ra thay
âäøi trảng thại ngay (b qua thåìi gian trãù ca cạc pháưn tỉí logic).

Xẹt mäüt hãû täø håüp cọ n ng vo v cọ m ng ra (hçnh 4.1), ta cọ:
y
1
= f x
1
, x

2
, ..., x
n
)
Hãû täø
håüp
y
m
y
1
y
2
x
n
x
2
x
1
y
2
= f(x
1
, x
2
, ..., x
n
)
...................
y
n

= f(x
1
, x
2
, ..., x
n
)

Hçnh 4.1

Nhỉ váûy, sỉû thay âäøi ca ng ra y
j
(j =
m,1
) theo cạc biãún vo x
i
(i =
m,1
) l tu thüc vo bng trảng thại mä t hoảt âäüng ca hãû täø håüp.
Âàûc âiãøm cå bn ca hãû täø håüp l tên hiãûu ra tải mäùi thåìi âiãøm chè phủ
thüc vo giạ trë cạc tên hiãûu vo åí thåìi âiãøm âọ.

Trçnh tỉû âãø thiãút kãú hãû täø håüp theo cạc bỉåïc sau:
1. Tỉì u cáưu thỉûc tãú ta láûp bng trảng thại mä t hoảt âäüng ca
mảch.
2. Dng cạc phỉång phạp täúi thiãøu âãø täúi thiãøu hoạ cạc hm logic.
3. Thnh láûp så âäư logic (Dỉûa vo phỉång trçnh logic â täúi gin).
4. Thnh láûp så âäư hãû täø håüp.

Chỉång 4. Hãû täø håüp Trang 87

Mäüt säú mảch täø håüp củ thãø:
- Mảch m hoạ - gii m
- Mảch chn kãnh - phán âỉåìng
- Mảch so sạnh
- Kiãøm /phạt chàón l
-
Mảch säú hc

4.2. MẢCH M HOẠ & MẢCH GII M
4.2.1. Khại niãûm:
Mảch m hoạ (ENCODER) l mảch cọ nhiãûm vủ biãún âäøi nhỉỵng k
hiãûu quen thüc våïi con ngỉåìi sang nhỉỵng k hiãûu khäng quen thüc
con ngỉåìi. Mảch gii m (DECODER) l mảch lm nhiãûm vủ biãún âäøi
nhỉỵng k hiãûu khäng quen thüc våïi con ngỉåìi sang nhỉỵng k hiãûu
quen thüc våïi con ngỉåìi.
4.2.2. Mảch m hoạ (Encoder)
4.2.2.1. Mảch m hoạ nhë phán
Xẹt mảch m họa nhë phán tỉì 8 sang 3 (8 ng vo v 3 ng ra). Så
âäư khäúi ca mảch âỉåüc cho trãn hçnh 4.2.







Trong âọ:
- x

0
, x
1
,. . ., x
7
l cạc ng vo tên hiãûu.
- A, B, C l cạc ng ra.
Mảch m họa nhë phán thỉûc hiãûn biãún âäøi tên hiãûu ng vo thnh
mäüt tỉì m nhë phán tỉång ỉïng åí ng ra, củ thãø nhỉ sau:
0 → 000 3 → 011 6 → 100
1 → 001 4 → 100 7 → 111

8 → 3
x
7
x
2
x
0
C
B
A
Hçnh 4.2 Så âäư khäúi mảch m họa nhë phán tỉì 8 sang 3
Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 88
2 010 5 101
Choỹn mổùc taùc õọỹng (tờch cổỷc) ồớ ngoợ vaỡo laỡ mổùc logic 1, ta coù baớng
traỷng thaùi mọ taớ hoaỷt õọỹng cuớa maỷch :


x

0
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
x
7
CBA
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0
1
0 0 0000001
0 0
1
0 0000010
0 0 0
1
0000011
0 0 0 0
1
000100

0 0 0 0 0
1
00101
0 0 0 0 0 0
1
0110
0 0 0 0 0 0 0
1
111

Giaới thờch baớng traỷng thaùi:
Khi mọỹt ngoợ vaỡo ồớ traỷng thaùi tờch cổỷc
(mổùc logic 1) vaỡ caùc ngoợ vaỡo coỡn laỷi khọng õổồỹc tờch cổỷc (mổùc logic
0) thỗ ngoợ ra xuỏỳt hióỷn tổỡ maợ tổồng ổùng. Cuỷ thóứ laỡ: khi ngoợ vaỡo x
0
=1 vaỡ
caùc ngoợ vaỡo coỡn laỷi bũng 0 thỗ tổỡ maợ ồớ ngoợ ra laỡ 000, khi ngoợ vaỡo x
1
=1
vaỡ caùc ngoợ vaỡo coỡn laỷi bũng 0 thỗ tổỡ maợ nhở phỏn ồớ ngoợ ra laỡ 001,
..v..v..
Phổồng trỗnh logic tọỳi giaớn:
A = x
1
+ x
3
+ x
5
+ x
7

B = x
2
+ x
3
+ x
6
+ x
7

C= x
4
+ x
5
+ x
6
+ x
7
Sồ õọử logic (hỗnh 4.3):
x1
C
x2 x5 x7
B
x3 x6x4
A
Hỗnh 4.3 Maỷch maợ hoùa nhở phỏn tổỡ 8 sang 3
Chổồng 4. Hóỷ tọứ hồỹp Trang 89

Bióứu dióựn bũng cọứng logic duỡng Diode (hỗnh 4.4):

x

1

x
2

x
3

x
4

x
5

x
6

x
7
C
A
B

Hỗnh 4.4 Maỷch maợ hoùa nhở phỏn tổỡ 8 sang 3 sổớ duỷng diode

Nóỳu chuùng ta choỹn mổùc taùc õọỹng tờch cổỷc ồớ ngoợ vaỡo laỡ mổùc logic 0,
baớng traỷng thaùi mọ taớ hoaỷt õọỹng cuớa maỷch luùc naỡy nhổ sau:

x
0
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
x
7
C B A
0
1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
1
0

1 1 1111001
1 1
0
1 1111010
1 1 1
0
1111011
1 1 1 1
0
111100
1 1 1 1 1
0
11101
1 1 1 1 1 1
0
1110
1 1 1 1 1 1 1
0
111

Phổồng trỗnh logic tọỳi giaớn :
A =
x
1
+
x
3
+
x
5

+
x
7
=
7531
xxxx

B =
x
2
+
x
3
+
x
6
+
x
7
=
7632
xxxx

C =
x
4
+
x
5
+

x
6
+
x
7
=
7654
xxxx

Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 90
Sồ õọử maỷch thổỷc hióỷn cho trón hỗnh 4.5
B
x4x2 x7
A
x6x5x1
C
x3
Hỗnh 4.5 Maỷch maợ hoùa nhở phỏn 8 sang 3 ngoợ vaỡo tờch cổỷc mổùc 0

4.2.2.2. Maỷch maợ hoaù thỏỷp phỏn


10 4
x
9
Hỗnh 4.6 Sồ õọử khọỳi maỷch maợ hoùa tổỡ 10 sang 4
A
x
1
x

0
D
C
B

Baớng traỷng thaùi mọ taớ hoaỷt õọỹng cuớa maỷch :

x
0
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
x
7
x
8
x
9
DC B A
1
0 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
0 0
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0
1
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0
1
0000001 0 0
0 0 0 0 0
1
000001 0 1
0 0 0 0 0 0
1
0 0 0 0 1 1 0
0 0 0 0 0 0 0
1
0001 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0
1
0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
1 0 0 1

Chổồng 4. Hóỷ tọứ hồỹp Trang 91

Phổồng trỗnh logic õaợ tọỳi giaớn:
A = x
1
+ x
3
+ x
5
+ x
7
+ x
9
B = x
2
+ x
3
+ x
6
+ x
7

C = x
4
+ x
5
+ x
6
+ x
7
D = x

8
+ x
9


Bióứu dióựn bũng sồ õọử logic

x1 x3
A
C
x5 x6x2 x9x8x4
B
C
x7
D
Hỗnh 4.7





Bióứu dióựn bũng cọứng logic duỡng Diode : Hỗnh 4.8
Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 92
x
1

B AC
x
3
x

7
x
6
x
5
x
4
x
2
x
9
x
8
D
Hỗnh 4.8

4.2.2.3. Maỷch maợ hoaù ổu tión
Trong hai maỷch maợ hoaù õaợ xeùt ồớ trón, tờn hióỷu õỏửu vaỡo tọửn taỷi õọỹc
lỏỷp tổùc laỡ khọng coù tỗnh huọỳng coù 2 tờn hióỷu trồớ lón õọửng thồỡi taùc õọỹng
ồớ mổùc logic 1 (nóỳu ta choỹn mổùc tờch cổỷc ồớ ngoợ vaỡo laỡ mổùc logic 1), do
õoù cỏửn phaới õỷt ra vỏỳn õóử ổu tión.
Vỏỳn õóử ổu tión: Khi coù nhióửu tờn hióỷu õọửng thồỡi taùc õọỹng, tờn hióỷu
naỡo coù mổùc ổu tión cao hồn ồớ thồỡi õióứm õang xeùt seợ taùc õọỹng, tổùc laỡ
nóỳu ngoợ vaỡo coù õọỹ ổu tión cao hồn bũng 1 trong khi nhổợng ngoợ vaỡo coù
õọỹ ổu tión thỏỳp hồn nóỳu bũng 1 thỗ maỷch seợ taỷo ra tổỡ maợ nhở phỏn ổùng
vồùi ngoợ vaỡo coù mổù
c õọỹ ổu tión cao nhỏỳt.
Xeùt maỷch maợ hoaù ổu tión 4 2 (4 ngoợ vaỡo, 2 ngoợ ra) (hỗnh 4.9).

Baớng traỷng thaùi mọ taớ hoaỷt

õọỹn
g cuớa maỷch


4 2
A
B
x
2
x
1
x
3
x
0

A
0
1
0
1
B
0
0
1
1
x
3

0

0
0
1
x
2
0
0
1
x
x
1
0
1
x
x
x
0
1
x
x
x



Hỗnh 4.9

Chổồng 4. Hóỷ tọứ hồỹp Trang 93

Phổồng trỗnh tọỳi giaớn :
A = x

1
.
332
xx.x +
=
321
xx.x +

B =
32332
xxxx.x +=+

B
x1
A
x3x2
Hỗnh 4.10 Sồ õọử logic maỷch maợ hoùa ổu tión tổỡ 4 sang 2
Sồ õọử logic: hỗnh 4.10.

Mọỹt sọỳ vi maỷch maợ hoùa thọng duỷng: 74LS147, 74LS148.

4.2.3. Maỷch giaới maợ (Decoder)
4.2.3.1. Maỷch giaới maợ nhở phỏn
Xeùt maỷch giaới maợ nhở phỏn 24 (2 ngoợ vaỡo, 4 ngoợ ra) nhổ trón hỗnh
veợ 4.11.
Choỹn mổùc tờch cổỷc ồớ ngoợ ra laỡ mổùc logic 1.
Baớng traỷng thaùi mọ taớ hoaỷt
õọỹn
g cuớa maỷch
y

0
A
0
1
0
1
B
0
0
1
1
y
3
0
0
0
1
y
2
0
0
1
0
y
1
0
1
0
0
y

0
1
0
0
0
B
A
2 4
y
2
y
1
y
3
Hỗnh 4.11 Maỷch giaới maợ 2 sang 4

Phổồng trỗnh logic tọỳi giaớn :
A.By
0
=

A.By
1
=

A.By
2
=

B.Ay

3
=
Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 94
Sồ õọử logic: hỗnh 4.12.
y0
x1
y2
y1
x2
y3
A

B

Hỗnh 4.12 Sồ õọử logic maỷch giaới maợ tổỡ 2 sang 4
Bióứu dióựn bũng cọứng logic duỡng Diode.
+E
c
B

B
A
Hỗnh 4.13. Maỷch giaới maợ hoùa tổỡ 2 sang 4 duỡng diode
A
y
3

y
2
y

1
y
0

Trổồỡng hồỹp choỹn mổùc tờch cổỷc ồớ ngoợ ra laỡ mổùc logic 0 (mổùc logic
thỏỳp L): hỗnh 4.14.
Baớng traỷng thaùi mọ taớ hoaỷt
õọỹn
g cuớa maỷch
y
0
2 4
B
A
y
1
A
0
1
0
1
B
0
0
1
1
y
3
1
1

1
0
y
2
1
1
0
1
y
1
1
0
1
1
y
0
0
1
1
1
y
2
y
3
Hỗnh 4.14. Mổùc tờch cổỷc ngoợ laỡ mổùc logic thỏỳp

Chổồng 4. Hóỷ tọứ hồỹp Trang 95

Phổồng trỗnh logic:
A.BABy

0
=+=

A.BABy
1
=+=

A.BABy
2
=+=

A.BABy
3
=+=

Sồ õọử logic:
y0
y2
y1
x2
A
x
y3
1
B
Hỗnh 4.15. Maỷch giaới maợ 2 4 vồùi ngoợ ra mổùc tờch cổỷc thỏỳp

4.2.3.2. Maỷch giaới maợ thỏỷp phỏn
a. Giaới maợ õeỡn NIXIE
eỡn NIXIE laỡ loaỷi õeỡn õióỷn tổớ loaỷi Katod laỷnh (Katod khọng õổồỹc

nung noùng bồới tim õeỡn), coù cỏỳu taỷo gọửm mọỹt Anod vaỡ 10 Katod mang
hỗnh caùc sọỳ tổỡ 0 9.
Sồ õọử khai trióựn cuớa õeỡn õổồỹc cho trón hỗnh 4.16:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Anod
Hỗnh 4.16. Sồ õọử khai trióứn cuớa õeỡn NIXIE

Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 96
Sồ õọử khọỳi cuớa maỷch giaới maợ deỡn NIXIE
y
0
D
A
4 10
C
B
y
1
y
9
Hỗnh 4.17. Sồ õọử khọỳi maỷch giaới maợ õeỡn NIXIE

Choỹn mổùc tờch cổỷc ồớ ngoợ ra laỡ mổùc logic 1, luùc õoù baớng traỷng thaùi
hoaỷt õọỹng cuớa maỷch nhổ sau:

D C B A y
0
y
1

y
2
y
3
y
4
y
5
y
6
y
7
y
8
y
9
0 0 0 0
1
0000000 0 0
0 0 0 1 0
1
000000 0 0
0 0 1 0 0 0
1
0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0 0
1
0000 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0
1

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

Phổồng trỗnh logic:
ABCDy
0
=

ABCDy
1
=

ABCDy
2
=

BACDy

3
=


ABCDy
4
=

ABCDy
5
=

ACBDy
6
=

CBADy
7
=


ABCDy
8
=

ABCDy
9
=

Chổồng 4. Hóỷ tọứ hồỹp Trang 97

Sồ õọử thổỷc hióỷn maỷch giaới maợ õeỡn NIXIE õổồỹc cho trón hỗnh 4.18 vaỡ 4.19:
y1
y5
y2
y3
y6
B
y8
y7
D
y0
y9
y4
C A
Hỗnh 4.18. Sồ õọử thổỷc hióỷn bũng cọứng logic


y
9
y
8
y
7
y

6
y
5
y
4
y
3
y
2
y
0
A
B
C
D
A
B
C
D
V
CC
Hỗnh 4.19. Sồ õọử thổỷc hióỷn bũng diode
Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 98
b. Giaới maợ õeỡn LED 7 õoaỷn
eỡn LED 7 õoaỷn, mọựi õoaỷn laỡ 1 õeỡn LED. Tuyỡ theo caùch nọỳi caùc
Kathode hoỷc caùc Anode cuớa caùc LED trong õeỡn, maỡ ngổồỡi ta phỏn
thaỡnh hai loaỷi:
LED 7 õoaỷn loaỷi Anode chung:
a
c

d
e
b
f
g
a bcdefg
A
Hỗnh 4.20. LED baớy õoaỷn loaỷi Anode chung









LED 7 õoaỷn loaỷi Kathode chung :

K
Hỗnh 4.21. LED baớy õoaỷn loaỷi Kathode chung
a b
c
d
e
fg

ặẽng vồùi mọựi loaỷi LED khaùc nhau ta coù mọỹt maỷch giaới maợ rióng. Sồ
õọử khọỳi cuớa maỷch giaới maợ LED 7 õoaỷn nhổ sau:





a
b
c
d
e
f
g
Giaới maợ
LED baớy
õoaỷn
(47)
A
B

C

D

Hỗnh 4.22. Sồ õọử khọỳi maỷch giaới maợ LED baớy õoaỷn


Chỉång 4. Hãû täø håüp Trang 99

Xẹt ân LED 7 âoản loải Anode chung:
Âäúi våïi LED by âoản loải anode chung, vç cạc anode ca cạc âoản
led âỉåüc näúi chung våïi nhau v âỉa lãn mỉïc logic 1 (5V), nãn mún
âoản led no tàõt ta näúi kathode tỉång ỉïng lãn mỉïc logic 1 (5V) v
ngỉåüc lải mún âoản led no sạng ta näúi kathode tỉång ỉïng xúng
mass (mỉïc logic 0).
Vê dủ: Âãø hiãøn thë säú 0 ta näúi kathode ca ân g lãn mỉïc logic 1 âãø
ân g tàõt, v näúi cạc kathode ca ân a, b, c, d, e, f xúng mass nãn ta
tháúy säú 0.
Lục âọ bng trảng thại mä t hoảt âäüng ca mảch gii m LED by
âoản loải Anode chung nhỉ sau:

D B C A a b c d e f g Säú hiãøn thë
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1
0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2
0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3
0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 4
0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 5
0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 6
0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8
1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 9

1 0 1 0 X X X X X X X X
1 0 1 1 X X X X X X X X
1 1 0 0 X X X X X X X X
1 1 0 1 X X X X X X X X
1 1 1 0 X X X X X X X X
1 1 1 1 X X X X X X X X

Dng bng Karnaugh âãø täúi thiãøu họa mảch trãn. Phỉång trçnh täúi
thiãøu họa cọ thãø viãút åí dảng chênh tàõc 1 (täøng ca cạc têch säú) hồûc
dảng chênh tàõc 2 (têch ca cạc täøng säú):