Tài liệu Giáo trình: Điện tử số ppt

HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG






IN T S
(Dùng cho sinh viên h đào to đi hc t xa)
Lu hành ni b









HÀ NI - 2006




HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG

IN T S

Biên son : ThS. TRN TH THÚY HÀ
LI GII THIU
Cùng vi s tin b ca khoa hc và công ngh, các thit b đin t đang và s tip tc đc
ng dng ngày càng rng rãi và mang li hiu qu cao trong hu ht các lnh vc kinh t k thut
cng nh đi sng xã hi.
Vic x lý tín hiu trong các thit b đin t hin đi đu da trên c s nguyên lý s
. Bi
vy vic hiu sâu sc v đin t s là điu không th thiu đc đi vi k s đin t hin nay.
Nhu cu hiu bit v k thut s không phi ch riêng đi vi các k s đin t mà còn đi vi
nhiu cán b k thut chuyên ngành khác có s dng các thit b
 đin t.
Tài liu này gii thiu mt cách h thng các phn t c bn trong các mch đin t s kt
hp vi các mch đin hình, gii thích các khái nim c bn v cng đin t s, các phng pháp
phân tích và thit k mch logic c bn.
Tài liu bao gm các kin thc c bn v m
ch cng logic, c s đi s logic, mch logic t
hp, các trig, mch logic tun t, các mch phát xung và to dng xung, các b nh thông dng.
Tài liu gm 6 chng và mt phn ph lc (bn đc t nghiên cu), trc và sau mi chng
đu có phn gii thiu và phn tóm tt đ giúp ngi hc d nm bt kin thc hn. Các câu hi
ôn t
p đ ngi hc kim tra mc đ nm kin thc sau khi hc mi chng. Trên c s các kin
thc cn bn, tài liu đã c gng tip cn các vn đ hin đi, đng thi liên h vi thc t k
thut.
Tài liu gm có 6 chng đc b cc nh sau:

Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu di
n hàm
Chng 2: Cng logic TTL và CMOS
Chng 3: Mch logic t hp.
Chng 4: Mch logic tun t.
Chng 5: Mch phát xung và to dng xung.
Chng 6: B nh bán dn.
Do thi gian có hn nên tài liu này không tránh khi thiu sót, rt mong ngi đc góp ý.
Các ý kin xin gi v Khoa K thut in t 1- Hc vin Công ngh Bu chính vin thông.
Xin trân trng cm n.
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


3
CHNG 1: I S BOOLE VÀ CÁC PHNG PHÁP BIU
DIN HÀM
GII THIU CHUNG
Trong mch s, các tín hiu thng cho  hai mc đin áp, ví d 0 V và 5 V. Nhng linh
kin đin t dùng trong mch s làm vic  mt trong hai trng thái, ví d transistor lng cc
làm vic  ch đ khóa (tt), hoc thông
Do vy, đ mô t hot đng ca các mch s, ngi ta dùng h nh phân (Binary), hai
trng thái ca các linh kin trong mch đc mã hóa tng ng thành 1 và 0.
M
t b môn đi s đc phát trin t cui th k 19 mang tên chính ngi sáng lp ra nó,
đi s Boole, còn đc gi là đi s logic rt thích hp cho vic mô t mch s. i s Boole là
công c toán hc quan trng đ thit k và phân tích mch s. Các k s, các nhà chuyên môn
trong lnh vc đin t, tin hc, thông tin, điu khin đu cn phi nm vng công c
 này đ có
th đi sâu vào mi lnh vc liên quan đn k thut s.

84 nm sau, đi s Boole đã đc Shannon phát trin thành lý thuyt chuyn mch. Nh
các công trình ca Shannon, v sau này, các nhà k thut đã dùng đi s Boole đ phân tích và
thit k các mch vi tính. Trng thái "đúng", "sai" trong bài toán logic đc thay th bng trng
thái "đóng", "ngt" ca mt chuyn mch (CM)
. Mi quan h nhân qu trong bài toán logic đc
thay bi mi quan h gia dòng đin trong mch vi trng thái các CM gn trên đon mch y.
Mi quan h này s đc th hin bng mt hàm toán hc, có tên là hàm chuyn mch. Khi đó,
các trng thái ca CM : "đóng" = 1 và "ngt" = 0. Hình 1-1 mô t điu va nói.  đây, trng thái
ca CM đc kí hiu bng ch cái A.
V
thc cht, hàm chuyn mch là mt trng hp c
th ca hàm logic. Do đó, đi s Boole ng vi trng hp
này cng đc gi là đi s chuyn mch. Mc dù vy, trong
mt s tài liu ngi ta vn thng gi nó là đi s logic hay
đi s Boole.
Ngày nay, đi s Boole không ch gii hn trong lnh
vc k thut chuyn m
ch mà còn là công c phân tích và
thit k các mch s, đc bit là lnh vc máy tính. Cu kin
làm chuyn mch đc thay bng Diode, Transistor, các mch
tích hp, bng t Hot đng ca các cu kin này cng đc
đc trng bng hai trng thái: thông hay tt, dn đin hay
không dn đin Do đó, hai giá tr h nh phân vn đc
dùng đ mô t trng thái ca chúng.

i s logic ch có 3 hàm c bn nht, đó là hàm "Và",
hàm "Hoc" và hàm "o". c đim ni bt ca đi s logic
là c hàm ln bin ch ly hai giá tr hoc 1 hoc 0.

Hình 1.1

CM  trng
thái Ngt:
A= 0
CM  trng
thái óng:
A=1
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


4
Trong chng này, ta s đ cp đn các tiên đ, đnh lý, các cách biu bin hàm Boole và
mt s phng pháp rút gn hàm. Ngoài ra, chng này cng xét các loi cng logic và các tham
s chính ca chúng.
NI DUNG
1.1 I S BOOLE
1.1.1. Các đnh lý c bn:
STT Tên gi Dng tích Dng tng
1 ng nht X.1 = X X + 0 = X
2 Phn t 0, 1 X.0 = 0 X + 1 = 1
3 Bù
X.X 0


XX1


4 Bt bin X.X = X X + X = X
5 Hp th X + X.Y = X X.(X + Y) = X
6 Ph đnh đúp
XX



7 nh lý
DeMorgan

X.Y.Z X Y Z




X Y Z X.Y.Z  

Bng 1.1. Mt s đnh lý thông dng trong đi s chuyn mch
1.1.2 Các đnh lut c bn:
+ Hoán v:
X.Y Y.X , XYYX
+ Kt hp:

X. Y.Z X.Y .Z
,





XYZ XYZ



+ Phân phi:

X. Y Z X.Y X.Z  ,




XY.XZ XY.Z
1.2 CÁC PHNG PHÁP BIU DIN HÀM BOOLE
Nh đã nói  trên, hàm logic đc th hin bng nhng biu thc đi s nh các môn toán
hc khác. ây là phng pháp tng quát nht đ biu din hàm logic. Ngoài ra, mt s phng
pháp khác cng đc dùng đ biu din loi hàm này. Mi phng pháp đu có u đim và ng
dng riêng ca nó. Di đây là ni dung ca mt s phng pháp thông dng.
1.2.1 Bng tr
ng thái
Lit kê giá tr (trng thái) mi bin theo tng ct và giá tr hàm theo mt ct riêng (thng
là bên phi bng). Bng trng thái còn đc gi là bng s tht hay bng chân lý.
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


5

i vi hàm n bin s có 2
n
t hp đc lp. Các t hp này đc kí hiu bng ch m
i
, vi i
= 0 đn 2
n
-1 (xem Bng 1-2) và có tên gi là các hng tích hay còn gi là mintex.
Vì mi hng tích có th ly 2 giá tr là 0 hoc 1, nên nu có n bin thì s hàm mà bng
trng thái có th thit lp đc s là:
n
2
N2
1.2.2 Phng pháp bng Các nô (Karnaugh)
T chc ca bng Các nô: Các t hp bin đc vit theo mt dòng (thng là phía trên) và
mt ct (thng là bên trái). Nh vy, mt hàm logic có n bin s có 2
n
ô. Mi ô th hin mt
hng tích hay mt hng tng, các hng tích trong hai ô k cn ch khác nhau mt bin.
Tính tun hoàn ca bng Các nô: Không nhng các ô k cn khác nhau mt bin mà các ô
đu dòng và cui dòng, đu ct và cui ct cng ch khác nhau mt bin (k c 4 góc vuông ca
bng). Bi vy các ô này cng gi là k

cn.
Mun thit lp bng Các nô ca mt hàm đã cho di dng chun tng các tích, ta ch vic
ghi giá tr 1 vào các ô ng vi hng tích có mt trong biu din, các ô còn li s ly giá tr 0 (theo
đnh lý DeMorgan). Nu hàm cho di dng tích các tng, cách làm cng tng t, nhng các ô
ng vi hng tng có trong biu din li ly giá tr 0 và các ô khác ly giá tr 1.
1.2.3 Phng pháp đi s
Có 2 dng biu din là dng tuyn (tng các tích) và dng hi (tích các tng).
+ Dng tuyn: Mi s hng là mt hng tích hay mintex, thng kí hiu bng ch "m
i
".
+ Dng hi: Mi tha s là hng tng hay maxtex, thng đc kí hiu bng ch "M
i
".
Nu trong tt c mi hng tích hay hng tng có đ mt các bin, thì dng tng các tích hay tích
các tng tng ng đc gi là dng chun. Dng chun là duy nht.
Tng quát, hàm logic n bin có th biu din ch bng mt dng tng các tích:

n
21
n1 0 i i
i0
f X , ,X a m






m A

B

C

f
m
0

m
1
m
2

m
3

m
4

m
5

m
6

m
7

0
0

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

Bng 1.2. Bng trng thái hàm 3 bin
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


6
hoc bng ch mt dng tích các tng:

n
21
n1 0 i i
i0
f X , ,X a m






 đây, a
i
ch ly hai giá tr 0 hoc 1. i vi mt hàm thì mintex và maxtex là bù ca nhau.
1.3 CÁC PHNG PHÁP RÚT GN HÀM
1.3.1. Phng pháp đi s
Da vào các đnh lý đã hc đ đa biu thc v dng ti gin.
Ví d: Hãy đa hàm logic v dng ti gin:
fABACBC
Áp dng đnh lý,
AA1

 , XXYX ta có:



fABACBCAA
AB ABC AC ABC
AB AC
 
 


Vy nu trong tng các tích, xut hin mt bin và đo ca bin đó trong hai s hng khác
nhau, các tha s còn li trong hai s hng đó to thành tha s ca mt s hng th ba thì s
hng th ba đó là tha và có th b đi.
1.3.2 Phng pháp bng Các nô
Phng pháp này thng đc dùng đ rút gn các hàm có s bin không vt quá 5.
Các bc ti thi
u hóa:
1. Gp các ô k cn có giá tr ‘1’ (hoc ‘0’) li thành tng nhóm 2, 4, , 2
i
ô. S ô trong
mi nhóm càng ln kt qu thu đc càng ti gin. Mt ô có th đc gp nhiu ln trong các
nhóm khác nhau. Nu gp theo các ô có giá tr ‘0’ ta s thu đc biu thc bù ca hàm.
2. Thay mi nhóm bng mt hng tích mi, trong đó gi li các bin ging nhau theo dòng
và ct.
3. Cng các hng tích mi li, ta có hàm đã ti gin.
Ví d: Hãy dùng bng Các nô đ gin c hàm :
 
f A, B,C 1, 2, 3, 4, 5


Li gii:

00 01 11 10
0 1 1 1 0
1 1 1 0 0



Hình 1-2
A
BC
1
fB
2
fAC
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


7
+ Xây dng bng KN tng ng vi hàm đã cho.
+ Gp các ô có giá tr 1 k cn li vi nhau thành hai nhóm (Hình 1-2)
Li gii phi tìm :

12
fff BAC 
Nu gp các ô có giá tr 0 li theo hai nhóm, ta thu đc biu thc hàm bù
f :

fABBC
1.3.3. Phng pháp Quine Mc. Cluskey
Phng pháp này có th ti thiu hóa đc hàm nhiu bin và có th tin hành công vic
nh máy tính.
Các bc ti thiu hóa:
1. Lp bng lit kê các hng tích di dng nh phân theo tng nhóm vi s bit 1 ging
nhau và xp chúng theo s bit 1 tng dn.
2. Gp 2 hng tích ca mi cp nhóm ch khác nhau 1 bit đ to các nhóm mi. Trong mi
nhóm mi, gi li các bin ging nhau, bin b
 đi thay bng mt du ngang (-).
Lp li cho đn khi trong các nhóm to thành không còn kh nng gp na. Mi ln rút gn,
ta đánh du # vào các hng ghép cp đc. Các hng không đánh du trong mi ln rút gn s
đc tp hp li đ la chn biu thc ti gin.
Ví d. Hãy tìm biu thc ti gin cho hàm:




f A, B,C,D 10, 11, 12, 13, 14, 15


Gii: Bc 1: Lp bng (bng 1.3a):
Bng a Bng b
Hng tích
đã sp xp
Nh phân
A B C D
Rút gn ln đu.
A B C D
Rút gn ln th 2.

A B C D
10
12

11
13
14

15
1 0 1 0
1 1 0 0

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

1 1 1 1
1 0 1 - # (10,11)
1 - 1 0 # (10,14)
1 1 0 - # (12,13)
1 1 - 0
# (12,14)
1 - 1 1 # (11,15)
1 1 - 1 # (13,15)
1 1 1 - # (14,15)
1 1 - - (12,13,14,15)
1 - 1 - (10,11,14,15)
Bng 1.3
Bc 2: Thc hin nhóm các hng tích (bng 1.3b).
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm

8
Tip tc lp bng la chn đ tìm hàm ti gin (Bng 1.4):

A BCD
10 11 12 13 14 15
1 1 - -
1 - 1 -

x

x
x

x

x
x
x
x
Bng 1.4
T bng 1-4, ta nhn thy rng 4 ct có duy nht mt du "x" ng vi hai hng 11 và 1-1
Do đó, biu thc ti gin là :

f A,B,C,D AB AC
1.4 CNG LOGIC VÀ CÁC THAM S CHÍNH
Cng logic c s là mch đin thc hin ba phép tính c bn trong đi s logic, vy ta s
có ba loi cng logic c s là AND, OR và NOT.
1.4.1 Cng logic c bn

1.4.1.1 Cng AND
Cng AND thc hin hàm logic


ffA,B A.B
hoc nhiu bin:

f A, B,C,D, A.B.C.D 







a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-4a,b. Ký hiu ca cng AND.
Nguyên lý hot đng ca cng AND:
Bng trng thái 1.5a,b là nguyên lí hot đng ca cng AND (2 li vào).

A
B
f
f
A
B
C
D
E
A

&
B
f
f


&
A
B
C
D
E
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


9
A B f A B f
0 0 0 L L L
0 1 0 L H L
1 0 0 H L L
1 1 1 H H H

a) Ghi theo giá tr logic b) Ghi theo mc logic
Bng 1.5a,b. Bng trng thái mô t hot đng ca cng AND 2 li vào.
Theo qui c, logic 1 đc thay bng mc đin th cao, vit tt là H (High) còn logic 0
đc thay bng mc đin th thp, vit tt là L (Low) (bng 1-5b). Cng AND có n li vào s có
2
n
hng tích (dòng) trong bng trng thái.
Khi tác đng ti li vào các chui xung s xác đnh, đu ra cng s xut hin mt chui

xung nh ch hình 1-4.  th này thng đc gi là đ th dng xung, đ th dng sóng hay đ
th thi gian.








T đ th, ta nhn thy rng, ch ti các thi đim t
2
đn t
3
và t
7
đn t
8
trên c hai li vào
đu có logic 1 nên li ra cng ly logic 1. ng vi các khong thi gian còn li vì hoc c hai li
vào bng 0, hoc mt trong hai li vào bng 0 nên li ra ly logic 0. Hot đng ca cng AND
nhiu li vào cng xy ra tng t.
Có th gii thích d dàng mt vài ng dng ca cng AND qua đ th dng xung.
Ví d : Dùng cng AND đ to "ca" th
i gian. Trong ng dng này, trên hai li vào ca
cng AND đc đa ti 2 chui tín hiu s X, Y có tn s khác nhau. Gi s tn s ca X ln hn
tn s ca Y. Trên đu ra cng AND ch tn ti tín hiu X, gián đon theo tng chu kì ca Y. Nh
vây, chui s Y ch gi vai trò đóng, ngt cng AND và thng đc gi là tín hiu "ca". Hot
đng c
a mch đc mô t bng hình 1-5.

1
1
Li vào A
Li ra f
t
t
0
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
8
t
9
t
10

Li vào B
1
1
1
1
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
1 1
0
1
1
1
0 0 0 0
Hình 1-4.  th dng xung vào, ra ca cng AND
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


10





Tùy theo điu kin cho trc, có th ng dng mch theo các mc đích khác nhau. Nu đã
bit đ rng xung “ca” Y ( thng ly bng 1s ) thì s xung xut hin đu ra chính bng tn s
ca X. Ngc li, nu tn s ca X đã cho, chng hn bng 1 Hz ( T
x
= 1s ) thì ch cn đm s
xung trên đu ra ta có th tính đc đ rng xung “ca” Y. ây chính là phng pháp đo tn s
và thi gian đc ng dng trong k thut hin nay.

1.4.1.2 Cng OR
Cng OR thc hin hàm logic:


fA,B A B


hoc vi hàm nhiu bin:

f A, B,C,D A B C D


Ký hiu ca cng OR đc biu din  Hình 1-6a, b.






a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-6 a, b. Ký hiu ca cng OR.
Tng t nh cng AND, nguyên lý hot đng ca cng OR có th đc gii thích thông
qua bng trng thái (Bng 1.6a,b) và đ th dng xung - hình 1-7.
A B f A B f
0
0
1
1
0
1

0
1
0
1
1
1
L
L
H
H
L
H
L
H
L
H
H
H
a) Theo giá tr logic b) Theo mc đin th
Bng 1.6 a, b. Bng trng thái ca cng OR.

X
1s

1s
Y
f
Hình 1-5. Mô hình dùng cng AND đ to “ca” thi gian
A
1

B
F
A
B
F
E
F
A
C
D
B
A

1
B
F
C
D
E
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


11

Mt cng OR có n li vào s có 2
n
hng tích trong bng trng thái ca nó.
1.4.1.3. Cng NOT
Cng NOT thc hin hàm logic:

fA
Ký hiu ca cng NOT đc ch ra trên hình 1-8 a, b.




a) Theo tiêu chun ANSI. b) Theo tiêu chun IEEE.
Hình 1-8a,b. Ký hiu ca cng NOT
Hot đng ca cng NOT khá đn gin, nu li vào:
A0 thì
A1

,
nu
A1 thì
A0
Nguyên lý này đc minh ho bng đ th dng xung  hình 1-9.
Hot đng ca cng NOT đc tóm tt  bng 1.7a,b.
A f A f
0
1
1
0
L

H
H
L
a) Theo giá tr logic b) Theo mc logic
Bng 1.7a, b. Bng trng thái ca cng NOT.
1.4.2 Logic dng và logic âm
Logic dng là logic có đin th mc H luôn ln hn đin th mc L (Hình 1-10).

f
B
t
t
0
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
8
t

9
t
10
0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 A
0 0 1 1 1 0 0 1 0 0
0 1 1 1 1 0 1 1 1 0
Hình 1-7.  th dng xung ca cng OR.
A
A
Hình 1-9
A
A
A
A
1
A
1
A
A
A
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


12

Hình 1-10a,b.  th dng xung ca logic dng
Logic âm thì ngc li, logic 1 có đin th thp hn mc 0. Khái nim logic âm thng
đc dùng đ biu din tr các bin. Logic âm và mc âm ca logic là hoàn toàn khác nhau.
2.4.3 Mt s cng ghép thông dng
Khi ghép ba loi cng logic c bn nht s thu đc các mch logic t đn gin đn phc
tp. 
đây ta ch xét mt vài mch ghép đn gin nhng rt thông dng.
1.4.3.1 Cng NAND
Ghép ni tip mt cng AND vi mt cng NOT ta đc cng NAND (Hình 1-11).


Hình 1-11. S đ cu to cng NAND
Hàm ra ca cng NAND 2 và nhiu bin vào nh sau:
fAB
f ABCD



Ký hiu cng NAND (Hình 1-12a,b) và bng trng thái (Bng 1-8).







a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-12a,b. Ký hiu ca cng NAND

A
B
f
A
B
f
C
A
&
B
f
f


&
A
B
C
D
E
0 1 1
0 0 1 0
1 1 1 0
0 1
0
0
t
V
H
L

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

t
V
H
L
0
a) Logic dng vi mc dng.
b) Logic dng vi mc âm.
A
B
AB
fAB

Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


13






Bng 1.8a,b. Bng trng thái ca cng NAND
1.4.3.2 Cng NOR

Cng NOR đc thit lp bng cách ni tip mt cng OR vi mt cng NOT.
T hình 1-13 ta có th vit đc hàm ra ca cng NOR 2 và nhiu li vào nh sau:
f A B hay f A B C  



Hình 1-13. S đ cu to cng NOR
Ký hiu ca cng NOR 2 li vào nh ch  hình 1-14a,b.




a) Theo tiêu chun ANSI. b) Theo tiêu chun IEEE.
Hình 1-14a, b. Ký hiu cng NOR 2 li vào
Hot đng ca cng NOR đc gii thích bng bng trng thái nh ch  bng 1.9a,b.
A B f A B f
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
L
L

H
H
L
H
L
H
H
L
L
L

Bng 1.9a, b. Bng trng thái ca cng NOR 2 li vào.
2.4.3.3 Cng khác du
Cng khác du còn có mt s tên gi khác: cng Cng Modul-2, cng XOR.
A
B
f
A
1
B
f
A B f
0
0
1
1
0
1
0
1

1
1
1
0

A B f
L
L
H
H
L
H
L
H
H
H
H
L
A
B
AB

AB

Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


14

Hình 1-15. S đ ca cng XOR 2 li vào

T hình 1-15, ta có biu thc ca hàm khác du 2 li vào là:

fAB AB hay theo qui c fAB


Ký hiu ca cng XOR 2 li vào nh hình 1-16a, b.



a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-16a, b. Ký hiu ca cng XOR 2 li vào
Bng trng thái ca cng XOR hai li vào đc trình bày  bng 1.10a,b.

A B F A B F
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0

L
L
H
H
L
H
L
H
L
H
H
L
Bng 1-10a,b. Bng trng thái ca cng XOR 2 li vào
Hot đng cng XOR nhiu li vào cng tng t nh cng 2 li vào, ngha là nu s bit 1
trên tt các các li vào là mt s l, thì hàm ra ly logic 1; ngc li nu tng s bit 1 trên các li
vào là mt s chn, thì hàm ra ly logic 0. Có th dùng cng XOR 2 li vào đ thc hin hàm
XOR nhiu bin.
2.4.3.4 Cng đng du (XNOR)
Cng XNOR thc hin biu thc logic sau:
fAB ABhayfA BA~B 
Ký hiu ca cng XNOR hai li vào đc trình bày  hình 1-17.


A
=1
B
f

A
B

f
A
B
fABAB



B
AB
AB
A
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


15



a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-17. Ký hiu ca cng XNOR 2 li vào
Nu tng s bit 0 trên tt c các li vào là mt s l, thì hàm ra ca XNOR s ly logic 1.
Nu tng s bit 0 trên tt c các li vào là mt s chn, thì hàm ra li ly logic 0.
XOR và XNOR là hai loi cng có rt nhiu ng dng trong k thut s. Chúng là phn t
chính hp thành b cng, tr , so sánh hai s
 nh phân v.v
1.4.4 Các tham s chính
1.4.4.1 Mc logic

Vào Ra Vào Ra

a) i vi h TTL b) i vi h CMOS
Hình 1-19a, b. Mc logic ca các h cng TTL và CMOS

Mc logic là mc đin th trên đu vào và đu ra ca cng tng ng vi logic "1" và logic
"0", nó ph thuc đin th ngun nuôi ca cng (V
CC
đi vi h TTL (Transistor Transistor
Logic) và V
DD
đi vi h MOS (Metal Oxide Semiconductor)). Lu ý rng, nu mc logic vào
vt quá đin th ngun nuôi có th gây h hng cho cng.
Mc TTL
Mc TTL là mt chun quc t, trong đó qui đnh:
- in th ngun nuôi V
CC
, V
DD
bng + 5 vôn hoc bng - 5,2 vôn;
- Mc đin th tng ng vi logic H và L trên đu vào, đu ra ca cng nh ch  hình 1-
18a,b.
Nhn xét: + Mc vào ra đi vi cng TTL và CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor) khác nhau rt nhiu;

5v
4v
3v
2v
1v
0v
V
VHmax
V
VHmin
V
VLma
0,8v
V
RHmax
V
VHmax
V
RHmax
V
RHmin
V
RLmax
V
VHmin
V
VLma
V
RHmin
V

RLmax
2,4v
0
,
4v
3,5v
1,5v
4,9v
0
,
1v
N
L
N
H
N
L
N
H
A
B

f
A
=1
B
f
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm

16
+ Mc vào ra s nh hng đn đ phòng v nhiu ca cng.
1.4.4.2  chng nhiu
 chng nhiu (hay đ phòng v nhiu) là mc nhiu ln nht tác đng ti li vào hoc li
ra ca cng mà cha làm thay đi trng thái vn có ca nó.






a) Tác đng nhiu khi mc ra cao b) Tác đng nhiu khi mc ra thp
Hình 1-20a, b, Mô t tác
đng nhiu đn các cng logic
nh hng ca nhiu có th phân ra hai trng hp :
+ Nhiu mc cao: đu ra cng I ly logic H (hình 1-20a), tt nhiên, đu ra cng II là logic
L, nu các cng vn hot đng bình thng. Khi tính ti tác đng ca nhiu, ta có:
RHmin NH VHmin NH VHmin RHmin
VVV VVV  
Vi cng TTL:
NL
V 2V 2,4V 0,4V 
Vi cng CMOS:
NL
V3,5V4,9V1,4V
+ Nhiu mc thp: đu ra cng I ly logic L (hình 1-20b), tng t ta có:
RLmax NL VLmax NL VLmax RLmax
VVV VVV  
Vi cng TTL:
NL

V 0,8V 0,4V 0,4V


Vi cng CMOS:
NL
V1,5V0,1V1,4V
1.4.4.3 H s ghép ti K
Cho bit kh nng ni đc bao nhiêu li vào ti đu ra ca mt cng đã cho.
H s ghép ti ph thuc dòng ra (hay dòng phun) ca cng chu ti và dòng vào (hay dòng
hút) ca các cng ti  c hai trng thái H, L.





V
TT
TT
Cng I Cng II
V
RH

V
VL

V
VH
V
NH

TT
TT
Cng I Cng II
V
VH
V
RH

V
RL
V
VL
V
NL
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


17






a) Mc ra ca cng chu ti là H b) Mc ra ca cng chu ti là L
Hình 1-21a,b. Mô t v h s ghép ti.
1.4.4.4. Công sut tiêu th

Hình 1-22. Hai trng thái tiêu th dòng ca cng logic
I
CCH
- Là dòng tiêu th khi đu ra ly mc H,
I
CCL
- Là dòng tiêu th khi đu ra ly mc L.
Theo thng kê, tín hiu s có t l bit H / bit L khong 50%. Do đó, dòng tiêu th trung
bình I
CC
đc tính theo công thc :
I
CC
= (I
CCH
+ I
CCL
)/ 2
Công sut tiêu th trung bình ca mi cng s là :
P
0
= I
CC
. V
CC

1.4.4.5. Tr truyn lan
Tín hiu đi qua mt cng phi mt mt khong thi gian, đc gi là tr truyn lan.

Hình 1-23. Minh ho tr truyn lan ca tín hiu
Vào
Ra
Vào
Ra
t
THL
t
TLH
H
+Vcc
I
CCH
L
H
L
+Vcc
I
CCL
H
H
A
B
Cng chu ti

A

B
Các cng ti
H
L
I
RH
I
RL
Cng chu ti
Các cng ti
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


18
Tr truyn lan xy ra ti c hai sn ca xung ra. Nu kí hiu tr truyn lan ng vi sn
trc là t
THL
và sn sau là t
TLH
thì tr truyn lan trung bình là:
t
Ttb
= ( t
THL
+ t
TLH
)/2
Thi gian tr truyn lan hn ch tn s công tác ca cng. Tr càng ln thì tn s công tác

cc đi càng thp.
TÓM TT
Trong chng 2 chúng ta gii thiu v các phng pháp biu din và rút gn hàm Boole.
Ngoài ra còn gii thiu mt s cng logic thông dng và các tham s chính ca chúng.
CÂU HI ÔN TP
Bài 1.1 Rút gn hàm sau theo phng pháp dùng bng Karnaugh:
1. F (A, B, C) =  (0, 2, 4, 6,7).
a.
AB C
b.
AB C
c.
AB C
d.
AB C
2. F (A, B, C, D) =  (0, 1, 8, 9, 10)
a.
BC D

b.
BC ABD
c.
BC ABD
d.
BC ABD
1.2 Rút gn hàm sau theo phng pháp đi s
1.
CD CD .AC D
a. CD
b.

CD
c.
CD
d.
CD

2.
ABC.AB BC CA
a. AB AC
b.
AB AC BC

c.
AC BC
d.
AB BC
1.3 Rút gn hàm sau theo phng pháp Quine-Mc.CLUSKEY:
F (A, B, C, D) =  (2, 3, 6, 7, 12, 13, 14, 15).
a.
AC AB
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


19
b.
AC AD
c.
AC AB
d.
AC AB

1.4 Hai mch đin  hình di đây là tng đng


a. Do đu bng A+B
b. Do đu bng B
c. Do đu bng AB
d. Do đu bng A+AB
Bài 1.5 Phân tích ý ngha các tham s chính ca các h cng logic.
Bài 1.6 Trình bày v đ phòng v nhiu ca các h cng logic? Tính đ phòng v nhiu ca
mt cng logic h TTL, bit V
VL
= 0 V  0,8 V, V
VH
= 2,0 V  5,0 V, V
RL
= 0 V  0,4 V, V
RH
=
2,4 V  5,0 V?
a.
NH NL
V 0.4V, V 0.4
b.
NH NL
V 0.4V, V 0.4 
c.
NH NL
V 0.4V, V 0.4
d.

NH NL
V 0.4V, V 0.4 

Bài 1.7 Cho mch đin nh hình 1. Biu thc hàm ra là:




Hình 1
a.
AB AB


b.
AB AB


c.
AB AB


d.
AB AB


Bài 1.8 Phân tích ý ngha ca vic ti u hoá mch đin ca các h cng logic? Cho ví d
minh ho?
Bài 1.9 Chng minh các đng thc:
a.
ABAB AB 

A
B
F
A
B
B
A
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm


20
b. AB (A  B  C) = ABC
c. A  B  C = A B C
Bài 1.10 Lit kê 3 phn t logic c bn trong k thut s?
a. AND, OR và NOT
b. NAND, AND và NOT
c. AND, NOR và NAND
d. AND, OR và XNOR

Bài 1.11 Phn t logic AND 2 li vào cho đu ra bng 1 khi các đu vào là bao nhiêu?
a. 0 và 0
b. 0 và 1
c. 1 và 0
d. 1 và 1

Bài 1.12 c biu thc A+B nh th nào?
a. A AND B
b. A XOR B
c. A OR B

d.
A NAND B
Chng 2: Cng logic TTL và CMOS


21
CHNG 2: CNG LOGIC TTL VÀ CMOS
GII THIU
Xét v mt c bn thì có hai loi linh kin bán dn đó là lng cc và đn cc. Da trên các
linh kin này, các mch tích hp đc hình thành và có sn trên th trng. Các chc nng k
thut s khác nhau cng đc ch to trong nhiu dng khác nhau bng cách s dng công ngh
lng cc và đn cc. Mt nhóm các IC tng thích vi các mc logic ging nhau và các đin áp
ngun đ th
c hin các chc nng logic đa dng phi đc ch to bng cách s dng cu hình
mch chuyên bit đc gi là h mch logic.
Các yu t chính ca mt IC lng cc là đin tr, đit và các transistor. Có hai loi hot
đng c bn trong các mch IC lng cc:
 Bão hoà.
 Không bão hoà.
Trong mch logic bão hoà, các transistor đc vn hành trong vùng bão hoà, còn trong các
mch logic không bão hoà thì các transistor không làm vic ti vùng bão hoà.
Các h
 mch logic lng cc đc bão hoà là:
 Mch logic in tr - Transistor (RTL).
 Mch logic it – Transistor (DTL).
 Mch logic Transistor – Transistor (TTL).
Các h mch logic lng cc không bão hòa là:
 Schottky TTL.
 Mch logic ghép cc phát (ECL).
Các linh kin MOS là các linh kin đn cc và ch có các MOSFET đc vn hành trong

các mch logic MOS. Các h mch logic MOS là:
 PMOS.
 NMOS.
 CMOS
Trong chng 2 s trình bày các h cng logic ch yu và đc dùng ph
bin hin nay.
Phn cui ca chng trình bày mt s mch cho phép giao tip gia các h logic TTL và CMOS.
Chng 2: Cng logic TTL và CMOS


22
NI DUNG
2.1. CÁC H CNG LOGIC
2.1.1. H DDL
DDL (Diode Diode Logic) là h cng logic do các diode bán dn to thành. Hình 2-1a,b là
s đ cng AND, OR 2 li vào h DDL.

Hình 2-1. Mch đin cng AND và OR h DDL.
Bng trng thái sau th hin nguyên lý hot đng ca mch thông qua mc đin áp vào/ra
ca các cng AND và OR h DDL
AND OR
A (V) B (V) F (V) A (V) B (V) F (V)
0 0 0,7 0 0 0
0 3 0,7 0 5 4,3
3 0 0,7 5 0 4,3
3 3 4,7 5 5 4,3
Bng 2-1. Bng trng thái ca cng AND và OR h DDL
u đim ca h DDL:
 Mch đin đn gin, d to ra các cng AND, OR nhiu li vào. u đim này cho
phép xây dng các ma trn diode vi nhiu ng dng khác nhau;

 Tn s công tác có th đt cao bng cách chn các diode chuyn mch nhanh;
 Công sut tiêu th nh.
Nhc đim :

f
D2
B
D1
A
R1
+5V



f


A


B
a) Cng AND

R1
f
D2
B
D1
A

f


A


B
b) Cng OR

Chng 2: Cng logic TTL và CMOS


23
  phòng v nhiu thp (V
RL
ln) ;
 H s ghép ti nh.
 ci thin đ phòng v nhiu ta có th ghép ni tip  mch ra mt diode. Tuy nhiên,
khi đó V
RH
cng b st đi 0,6V.
2.1.2. H DTL
 thc hin chc nng đo, ta có th đu ni tip vi các cng DDL mt transistor công
tác  ch đ khoá. Mch cng nh th đc gi là h DTL (Diode Transistor Logic). Ví d, hình
2-2a, b là các cng NOT, NAND thuc h này.

Hình 2-2. S đ mch đin ca h cng TDL.
Trong hai trng hp trên, nh các diode D2, D3 đ
chng nhiu trên li vào ca Q
1
đc
ci thin. Mc logic thp ti li ra f gim xung khong 0,2 V ( bng th bão hoà U
CE
ca Q
1
). Do
I
RHmax
và I
RLmax
ca bán dn có th ln hn nhiu so vi diode nên h s ghép ti ca cng cng
tng lên.
Bng cách tng t, ta có th thit lp cng NOR hoc các cng liên hp phc tp hn. Vì
ti ca các cng là đin tr nên h s ghép ti (đc bit đi vi N
H
) còn b hn ch, mt khác tr
truyn lan ca h cng này còn ln. Nhng tn ti trên s đc khc phc tng phn  các h
cng sau.
2.1.3. H RTL
H RTL (Resistor Transistor Logic) là các cng logic đc cu to bi các đin tr và
transistor. Hình 2-3 là s đ ca mt mch NOT h RTL.
Khi đin áp li vào là 0 V, đin áp trên base ca transistor s âm nên transistor cm nh v

y
li ra trên collector ca transistor s  mc cao. Do li ra này đc ni lên ngun +5 V thông qua
diode D nên giá tr đin áp li ra lúc này khong 5,7 V, nhn mc logic cao. Khi đin áp li vào là
5 V do hai đin tr li vào có giá tr ln lt là 1 k và 10 k, nên đin áp ti base s đ ln đ làm
transistor thông làm cho đin áp li ra là 0 V. Nh vy logic li ra s là đo ca logic ca tín hiu
li vào.
Tng t
nh mch hình 2-3, nu mt đin tr đc ni thêm  li vào nh hình 2-4 sau
mch s tr thành mch NOR h RTL.

5k
Q
1
2k
f
+5V
D3
D1
4k
+5V
D2
A
D4
B

5k
Q
1

2k

f
+5V
D3
D1
4k
+5V
D2
A
a) b)