Tài liệu Đề tài: Ứng dụng vi mạch số lập trình ppt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ





LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI
:
ỨNG DỤNG VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH







SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG PHƯỚC TOÀN
LỚP

: 95KĐĐ
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TRẦN VĂN TRỌNG

TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 3- 2000


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA T/P HCM Độc lập – Tự do – hạnh phúc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP HCM


KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Họ và tên sinh viên : Trương Phước Toàn
Lớp : 95KĐĐ
Ngành : Kỹ thuật Điện – Điện tử

1 . Tên đề tài : ỨNG DỤNG VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH

2 . Các số liệu ban đầu :
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………

3 . Nội dung phần thuyết minh tính toán:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 2
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


4 . Các bản vẽ:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………

5 . Giáo viên hướng dẫn : TRẦN VĂN TRỌNG.

6 . Ngày giao nhiệm vụ : 13/12/1999

7 . Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28/2/2000




Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn
Ngày tháng năm 2000




Trần Văn Trọng

Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 3
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG



BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP




Họ và tên sinh viên : Trương Phước Toàn

Lớp : 95KĐĐ

Ngành : Kỹ thuật Điện – Điện tử

Tên đề tài : ỨNG DỤNG VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH

Nội dung đồ án :

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


………………………………………………………………………………………………
………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 5
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………

Giáo viên hướng dẫn




Trần Văn Trọng


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN



………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 7
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 8
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG




Giáo viên phản biện
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


LỜI MỞ ĐẦU



Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện
tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lónh vực điều khiển, từ khi

công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều
khiển hiện đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng các mạch điều khiển được
lắp ráp từ các linh kiện rời như kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm
việc tin cậy và công suất tiêu thụ thấp ...

Ngày nay lónh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bò,
sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt,
đồng hồ điện tử ... nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợi hơn.

Đề tài ứng dụng vi mạch số lập trình rất phong phú đa dạng, có nhiều loại
hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp. Do tài liệu tham khảo tiếng
việt hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tiễn còn non kém, nên đề
tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót.

Rất mong được nhận những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân tình, quý báu
của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên.


Tháng 2 năm 1999

Trương Phước Toàn
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 10
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


LỜI CẢM TẠ
Con xin tỏ lòng biết ơn vô hạn đến ba mẹ và gia
đình, những người thân yêu nhất, đã hết lòng dạy dỗ
cho con ăn học nên người.
Con xin tỏ lòng biết ơn đến thầy hướng dẫn

TRẦN VĂN TRỌNG đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn,
đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tạo điều kiện cho em
trong thời gian qua.
Em xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện -
Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã hết lòng
dạy dỗ em trong thời gian học ở trường.
Xin cảm ơn các bạn cùng khoá đã tận tình giúp
đỡ để tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Sinh viên thực hiện
Trương Phước Toàn
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 11
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG



MỤC LỤC


Trang

PHẦN I LÝ THUYẾT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..1

CHƯƠNGI GIỚI THIỆU CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN . . . . . . . . . . . 2
I/ CỔNG LOGIC VÀ (AND) ,HOẶC (OR) ,KHÔNG (NOT).. . . . . . . . . 2
1/ Cổng logic VÀ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
2/ Cổng logic HOẶC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
3/ Cổng logic KHÔNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
II/ CỔNG LOGIC KHÔNG-VÀ (NAND) ,KHÔNG-HOẶC (NOR). . . . . 4
1/ Cổng NAND. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2/ Cổng NOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .4

III/ CỔNG LOGIC EXOR ,EXNOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1/Cổng EXOR . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2/Cổng EXNOR
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

IV/ BIẾN ĐỔI CÁC HÀM QUAN HỆ RA HÀM LOGIC NAND, NOR . 6

CHƯƠNG II MẠCH LOGIC TỔ HP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . .8
I/ ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MẠCH TỔ HP . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 8
II/ PHƯƠNG PHÁP BIỂU THỊ VÀ PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG LOGIC..8
III/ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ LOGIC MẠCH TỔ HP . . . . . . . . . . . .9
1/ Phân tích yêu cầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .9
2/ Lập bảng sự thật . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
3/ Tiến hành đơn giản hóa . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH . . . . . . . . . .12
1/ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH . . . . . . 12
2/ CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA CÁC HỌ VI MẠCH LẬP TRÌNH . . . .16
3/ CÁC PHẦN MÈM HỔ TR CỦA PLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4/ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SYNARYO . . . . . . . . . . . . . .... . . . . . .44

PHẦN II THI CÔNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . 48

PHẦN III KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .60
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 12
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG

PHẦN I



LÝ THUYẾT





Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 13
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG



CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

I/ HÀM LOGIC VÀ (AND) , HOẶC (OR) ,KHÔNG (NOT).

1/ Cổng logic .

Gọi A là biến số nhò phân có mức logic là 0 hoặc 1, và Y là một biến số nhò

phân tùy thuộc vào A: Y= f(A).
Trong trường hợp này có hai khả năng xảy ra:
- Y = A, A= 0 thì Y = 0
hay A= 1 thì Y = 1
- Y = A⇒ A= 0 thì Y = 1
hay A= 1 thì Y = 0
Khi Y tùy thuộc vào hai biến số nhò phân A, B
⇒ Y = f(A,B)
Vì biến số A,B chỉ có thể là 0 hay 1 nên A và B chỉ có thể tạo ra 4 tổ hợp
khác nhau là:

A B
0 0
0 1
1 0
1 1
ØMạch
A
B
Y


Bảng liệt kê tất cả các tổ hợp khả dó của các biến số và hàm số tương ứng
gọi là bảng sự thật. Khi có 3 hay nhiều biến số (A,B ,C) số lượng hàm số khả dó
tăng nhanh.
Mạch điện tử thực hiện quan hệ logic :
Y = f(A ) hay Y = f(A,B).
gọi là mạch logic, trong đó các biến số A,B .. là các ngỏ vào và hàm sốY là các
ngỏ ra. Một mạch logic diễn tả quan hệ giữa các ngỏ vào và ngỏ ra nghóa là thực
hiện được một hàm logic, do đó có bao nhiêu hàm số logic thì có bấy nhiêu mạch

logic .
Lưu ý rằng khi biểu diễn mối quan hệ toán học ta gọi là hàm số logic còn khi biểu
diễn mối quan hệ về mạch tín hiệu ta gọi là cổng logic.

2/ Cổng logic VÀ (AND).

Hàm logic VÀ được đònh nghóa theo bảng sự thật sau:
Bảng sự thật:

Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 14
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG



A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
A
B
Y=A.B

Ký hiệu toán học của hàm số VA.Ø Kí hiệu cổng VÀ (AND)
Y = A.B

3/ Cổng logic HOẶC (OR).

Hàm số HOẶC của hai biến số A,B được đònh nghóa ở bảng sự thật sau:
Bảng sự thật:

A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Kí hiệu cổng HOẶC

Ngỏ ra Y là 1 khi có ít nhất một biến số là 1, do đó chỉ bằng 0 ở trường hợp khi cả
hai biến số bằng 0.
Ký hiệu toán học của cổng HOẶC là:
Y = A+B

4/ Cổng logic KHÔNG (NOT).

Hàm VÀ và hàm HOẶC tác động lên hai hay nhiều biến số trong khi đó hàm
KHÔNG có thể xem như chỉ có thể tác động lên một biến số.
Bảng sự thật :


Y
A Y
0 1
1 0
Kí hiệu cổng NOT

Hàm KHÔNG có tác động phủ đònh hay đảo .Sở dó có sự đồng hóa này là vì
ta đang liên hệ vớisố nhò phân có hai trạng thái 0 hay 1. Do đó phủ đònh của 0
là1.

Y = A A
Y
B
A
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 15
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


II/ CỔNG LOGIC KHÔNG -VÀ (NAND) , KHÔNG-HOẶC (NOR).

1/ Cổng logic NAND .

Xét trường hợp có hai biến số A,B ngỏ ra ở cổng VÀ Y = A.B nên ngỏ ra ở cổng
KHÔNG là đảo của Y:
Y = A.B
Về hoạt động của cổng NAND thì từ các tổ hợp của A,B ta lập bảng trạng thái rồi
lấy đảo để có Y đảo. Tuy nhiên có thể đi trực tiếp bằng cách lập bảng sự thật sau:
Bảng sự thật :


A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Kí hiệu cổng NAND.

2/ Cổng NOR.

Xét trường hợp hai ngỏ vào là A,B .Ngỏ ra ở cổng NOR là :
Y = A+B
nên ngỏ ra ở cổng đảo sẽ là :
Y = A+B.
A
B
&
Y
Bảng sự thật :


A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
A
Kí hiệu cổng NOR.


III/ HÀM LOGIC EXOR VÀ EXNOR.

1/ Cổng logic EXOR.

Hàm HOẶC được gọi là HOẶC bao gồm vì nó không giải quyết được bài toán cộng
nhò phân. Lý do là khi cả hai biến số đều là 1 thì Y = 1 thay vì là 0. Mặc dù HOẶC như
vậy vẫn có ý nghóa thực tế nên vẫn được dùng, nhưng người ta phải đònh nghóa một cổng
Y
B
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 16

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


logic khác là HOẶC LOẠI TRỪ (EXOR) cổng này có ý nghóa là loại trường hợp khi
A,B đồng thời là 1 thì Y = 0
Ký hiệu : Y = A⊕ B

Bảng sự thật:


A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Kí hiệu cổng EXOR.

2/ Cổng EXNOR.

Hàm EXNOR được thực hiện bằng cách thêm cổng NOT sau cổng EXOR,
do đó hoạt động logic của EXNOR là đảo so với EXOR.
Ký hiệu : Y = A ⊕ B
B
A
B
A
Y
Bảng sự thật:

B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Y

Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 17
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


IV/ BIẾN ĐỔI CÁC HÀM QUAN HỆ RA HÀM LOGIC NAND , NOR.

Mối liên hệ cơ bản giữa ba cổng AND, OR, NOT không những có thể thay
bằng các cổng NAND mà còn có thể biến thành cổng NOR với cùng một chức
năng logic, việc làm này rất thường được áp dụng khi thực hiện các mạch logic.
Trong thực tế vì toàn bộ sơ đồ nếu được kết hợp cùng một loại cổng duy nhất thì
sẻ giảm được số lượng vi mạch cần thiết. Quá trình biến đổi này dựa trên một
nguyên tắc được trình bày như sau:
+ Cổng NOT được thay bằng cổng NAND và cổng NOR.
- Dựa vào bảng sự thật của cổng NAND suy ra trường hợp là khi cả A,B đồng thời
bằng 0, thì Y = 1
và A =1, B =1 thì Y = 1.
Sơ đồ minh họa :





Tương tự dựa vào bảng sự thật của cổng NOR suy ra :

A = 0, B = 0 ⇒ Y = 1
và A= 1, B= 1 ⇒ Y = 0
Sơ đồ minh họa :






+ Cổng AND đïc thay bằng cổng NAND và cổng NOR. Tương tự như các trường hợp
trên, dựa vào bảng sự thật:
- Ngõ ra của cổng AND Y= A+B còn cổng NAND Y' = A+B ⇒ đảo Y' = Y
Sơ đồ minh họa:






- Ngỏ ra của cổng NOR Y = A.B . Ta có Y = A . B = A + B

A = B
Y
A
B
Y
A = B
Y
Sơ đồ minh họa :
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 18

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG




Y


A


B







+ Cổng OR đïc thay bằng cổng NAND và cổng NOR. Biểu thức cổng OR
Y = A.B, ⇒ Y’ = A + B = A.B
Sơ đồ minh họa :


A

B
Y

- Biểu thức cổng NOR Y’ = A.B ⇒ Y’ = A.B = Y

Sơ đồ minh họa :




A
B
Y


Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 19
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


CHƯƠNG II MẠCH LOGIC TỔ HP

I/ ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MẠCH TỔ HP.

Trong mạch số, mạch tổ hợp là mạch mà trò số ổn đònh của tín hiệu ra ở thời điểm
bất kỳ chỉ phụ thuộc vào tổ hợp các giá trò tín hiệu ngỏ vào ở thời điểm đó.Trong mạch
tổ hợp, trạng thái mạch điện trước thời điểm xét , tức trước khi có tín hiệu ngỏ vào,
không ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra. Đặc điểm cấu trúc mạch tổ hợp là được cấu trúc
từ các cổng logic .

II/ PHƯƠNG PHÁP BIỂU THỊ VÀ PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG LOGIC .

1/ Phương pháp biểu thò chức năng logic.

Các phương pháp thường dùng để biểu thò chức năng logic của mạch tổ hợp là hàm
số logic , bảng sự thật , sơ đồ logic , bảng Karnaugh , cũng có khi biểu thò bằng đồ thò
thời gian dạng sóng .
Đối với vi mạch cỡ nhỏ (SSI) thường biểu thò bằng hàm logic. Đối với cỡ vừa
thường biểu thò bằng bảng sự thật, hay là bảng chức năng. Bảng chức năng dùng hình
thức liệt kê, với mức logic cao (H) và mức logic thấp (L) , để mô tả quan hệ logic giữa
tín hiệu ngỏ ra với tín hiệu ngỏ vào của mạch điện đang xét. Chỉ cần thay giá trò logic
cho trạng thái trong bảng chức năng, thì ta có bảng sự thật tương ứng .

z
m
Z
1
Z
2
.
.




Hình 2-1 : Sơ đồ khối mạch tổ hợp
Mạch tổ hợp
X
1
X

2
.
.
Xn


Như hình 2-1 cho biết, thường có nhiều tín hiệu ngỏ vào và nhiều tín hiệu ngỏ ra.
Một cách tổng quát, hàm logic của tín hiệu ngỏ ra có thể viết dưới dạng :
Ζ1 = f1( x1, x2, …, xn)
Ζ2 = f2( x1, x2, …, xn)
…………………………………………
Ζm =fm( x1, x2, …, xn)

Cũng có thể viết dưới dạng đại lượng vectơ như sau:
Ζ = F(X).

2/ Phương pháp phân tích chức năng logic.

Các bước phân tích, bắt đầu từ sơ đồ mạch logic đã cho, để cuối cùng tìm ra hàm
logic hoặc bảng sự thật.
• Viết biểu thức: tuần tự từ ngỏ vào đến ngõ ra (hay cũng có thể ngược lại), viết ra
biểu thức hàm logic của tín hiệu ngỏ ra.
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 20
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG


• Rút gọn: khi cần thiết thì rút gọn đến tối thiểu biểu thức ở trên bằng phương pháp
đại số hay phưong pháp hình vẽ.
• Kê bảng sự thật: khi cần thiết thì tìm ra bảng sự thật bằng cách tiến hành tính toán
các giá trò hàm logic tín hiệu ngỏ ra tương ứng với tổ hợp có thể của các giá trò tín

hiệu ngỏ vào.

III/ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ LOGIC MẠCH TỔ HP.

Phương pháp thiết kế logic là các bước cơ bản tìm ra sơ đồ mạch điện logic từ yêu
cầu nhiệm vụ logic đã cho.


Vấn đề
Logic thực
Bảng
chân lí
Bảng
Karnaugh
Tối thiểu
hoá
Biểu thức
tối thiểu
Sơ đồ
logic
Biểu thức
logic
Tối thiểu
hoá

Hình 2-2. Các bước thiết kế mạch logic tổ hợp.

Hình 2-2 là quá trình thiết kế nói chung của mạch tổ hợp, trong đó bao gồm 4 bước
chính :
1/ Phân tích yêu cầu:
Yêu cầu nhiệm vụ thiết kế của vấn đề logic thực có thể là một đoạn văn, cũng có
thể là bài toán logic cụ thể. Nhiệm vụ phân tích là xác đònh cái nào là biến số ngỏ vào,
cái nào là hàm số đầu ra và mối quan hệ logic giữa chúng với nhau. Muốn phân tích
đúng thì phải tìm hiểu xem xét một cách sâu sắc yêu cầu thiết kế, đó là một việc khó
nhưng quan trọng trong vấn đề thiết kế.
2/ Kê bảng sự thật :
Nói chung, đầu tiên chúng ta liệt kê thành bảng về quan hệ tương ứng nhau giữa
trạng thái tín hiệu ngỏ vào với trạng thái hàm số ngỏ ra. Đó là bảng kê yêu cầu chức
năng logic, gọi tắt là bảng chức năng. Việc này có vẻ dễ và trực quan. Tiếp theo, ta thay
giá trò logic cho trạng thái, tức là dùng các số 0 và 1 biểu thò các trạng thái tương ứng
của ngỏ vào và ngỏ ra. Kết quả ta có bảng giá trò thực logic, gọi tắt là bảng sự thật. Đấy
chính là hình thức đại số của yêu cầu thiết kế. Cần lưu ý rằng từ một bảng chức năng có
thể được bảng sự thật khác nhau nếu thay giá trò logic khác nhau (tức là quan hệ logic
giữa ngỏ ra với ngỏ vào cũng phụ thuộc việc thay giá trò ).
Ví dụ: Sơ đồ mạch nguyên lí hình 2-3 dùng hai chuyển mạch A,B mắc nối tiếp điều
khiển bóng đèn Y.
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 21
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG

Hình 2-3.Mạch điện hai chuyển mạch nối tiếp.
Bảng sự thật
A B Z
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1

Bảng sự thật trên có được từ xem trực tiếp các khả năng có thể của mạch điänh
hình 2-3. Nếu thay thế giá trò logic theo 4 cách khác nhau thì từ các bảng sự thật
a, b, c, d ta được các biểu thức logic khác nhau.
Bảng sự thật trong 4 tình huống thay giá trò khác nhau.


A B Z
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

a) Z = A.B

A B Z
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

c) Z = A.B
A B Z
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0

b) Z = A + B

A B Z
1 1 0
1 0 0
0 1 0
0 0 1


Từ bảng sự thật trên, ta thấy rằng chúng ta sẽõ có mối quan hệ logic khác nhau nếu
thay giá trò theo cách khác nhau. Chúng ta phải căn cứ vào giá trò thay thế trạng thái để
xác đònh ý nghóa cụ thể của 0 và1 (tức là ý nghóa cụ thể của bảng sự thật).
Khi liệt kê bảng chức năng hoặc bảng sự thật, có thể không liệt kê các tổ hợp
trạng thái tín hiệu ngỏ vào nào không thể có hay bò cấm. Những tổ hợp này cũng có thể
được liệt kê, nhưng tại ngỏ ra, ở trạng thái tương ứng ta ghi một dấu chéo " Χ ", thường
sử dụng các trạng thái đánh dấu chéo để tối thiểu hoá hàm logic.

d) Z = A + B
d) Z = A + B
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 22
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG



3/ Tiến hành tối thiểu hoá.

Nếu số biến số tương đối ít thì có thể dùng phương pháp hình vẽ. Nếu số biến số
tương đối nhiều, khi đó không tiện dùng phương pháp hình vẽ,thì dùng phương pháp đại
số.
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 23
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG



CHƯƠNG III VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH

I/ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH .

Trước thời kỳ vi mạch số lập trình (Programmable Logic Device) ra đời, thiết kế
logic số truyền thống thì bao gồm nhiều vi mạch TTL loại MSI và SSI kết hợp lại để tạo
ra các hàm logic mong muốn. Những nhà thiết kế dựa vào những sách tra cứu các vi
mạch số để tìm hiểu các thông số kỹ thuật, sau đó mới quyết đònh sử dụng các vi mạch
số cần thiết cho yêu cầu thiết kế của họ. Điều bất lợi của việc thiết kế này là trong một
board sử dụng nhiều vi mạch, do đó khi sửa chữa thì gặp nhiều khó khăn.
Vào năm 1975,công ty SIGNETICS đã giới thiệu vi mạch số lập trình không có bộ
nhớ đầu tiên 82S100 (hiện nay là PLS100) gọi là mảng logic lập trình trường (Field-
Programmable Logic Array). Napoleon Cavlan, người được gọi là cha đẻ của mạch logic

lập trình, lúc bấy giờ là nhà quản lý những ứng dụng PLA của Signetics đã thực sự hiểu
rằng sử dụng PLA là phương pháp tốt hơn để thiết kế và thay đổi hệ thống số. Trong khi
đó, công ty Harris đã sớm giới thiệu PROM, họ trình bày triển vọng của PROM và đã
ứng dụng vào trong một số mạch logic.
Công ty National Semiconductor đã chế tạo mặt nạ lập trình cho PLA, cấu tạo của
nó gồm một mảng AND lập trình kèm với mảng OR lập trình, cho phép thực hiện tổ hợp
tổng các tích số của hàm logic tiêu chuẩn. Bằng cách kết hợp công nghệ PROM sử dụng
nguyên tắc cầu chì với khái niệm PLA, Cavian đã thuyết phục được các nhà quản lý
công ty Signetics để đưa dự án PLAvào sản xuất.
Vi mạch PLA đầu tiên 82S100, là thành viên đầu tiên của họ vi mạch IFL
(Intergrated Fuse Logic) có hình dạng 28 chân. Cấu trúc của PLA gồm một mảng AND
lập trình và một mảng OR lập trình, nó cho phép thực hiện tổ hợp logic tổng của các tích
số đơn giản .
Kỹ sư John Martin Birkner là một người quan tâm đến PLA, vì ông ấy hiểu rằng
nhiều phương pháp thiết kế logic được học trong trường thì không áp dụng được nhiều
trong công việc hiện tại. Do đó, vào năm 1975 ông ấy đã rời thung lũng Silicon để đến
công ty Monolithic Memories (MMI), đây là công ty chế tạo PROM và các vi mạch
logic tiêu chuẩn. Vì vậy, Birkner có điều kiện hơn trong việc tìm hiểu PLA và công
nhận những ưu điểm của mạch logic lập trình nhưng đồng thời ông cũng nhận ra khuyết
điểm của PLA là có hai mảng lập trình. Sau đó, Birkner đã đưa ra khái niệm mới về vi
mạch số lập trình, vi mạch này cũng tương tự FLA nhưng thay vì có hai mảng lập trình
thì PAL (Programmable Array Logic ) chỉ có một mảng AND lập trình và theo sau là
mảng OR được giữ cố đònh (không lập trình ). Như vậy mỗi cổng OR sẽ có một tích số
cố đònh được nối với ngỏ vào của nó, do vậy sẽ giảm được kích thước của vi mạch và
cho phép tín hiệu được truyền nhanh hơn trong khi vẫn cho phép thực hiện các tổ hợp
logic. PAL được đóng vỏ 20 chân. Sau một thời gian thuyết phục các nhà quản lý của
công ty MMI thấy rõ những lợi điểm của PAL và đồng ý sản xuất. Vi mạch đầu tiên
thuộc họ PAL được phổ biến là PAL 16L8, PAL 16R4, PAL 16R6, PAL 16R8. Các vi
mạch này có thời gian truyền trì hoãn 35ns. Mỗi vi mạch có 8 ngõ ra và 16 ngõ vào,
trong đó ký tự L trong ký hiệu của vi mạch biểu thò 8 tổ hợp ngỏ ra tác động ở mức thấp,

ký tự R cho biết có 4, 6 hay 8 thanh ghi ở ngỏ ra tương ứng.
Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang 24