Bài giảng Kỹ thuật số: Chương 1 - Nguyễn Trọng Luật

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

463
lượt xem 84
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 1: Hệ thống số đếm - nhị phân giới thiệu về các hệ thống số đếm, chuyển đổi cơ số, số nhị phân, số nhị phân có dấu, cộng trừ số BCD, trạng thái logic của tín hiệu số. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Điện - điện tử.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật số: Chương 1 - Nguyễn Trọng Luật

GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM K Thu t S Gi ng viên Lê Chí Thông B môn Đi n t ; Khoa Đi n-Đi n t Đ i h c Bách Khoa TP.HCM ĐT: 0902-445-012 Email: chithong@gmail.com; chithong@hcmut.edu.vn Tác gi so n slides: Nguy n Tr ng Lu t GV d y: Lê Chí Thông 1
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM N i Dung Tóm T t • Môn h c này gi i thi u nhi u ch đ v các nguyên t c và th c hành thi t k s , bao g m: h th ng s ; đ i s Boole, các c ng logic, t i thi u hóa m ch; h t h p; b nh ROM, RAM và logic kh l p trình, H tu n t : ch t, flip- flop, thanh ghi, b đ m, máy tr ng thái; các h vi m ch s ; ngôn ng mô t ph n c ng. Gi i thi u chuy n đ i tương t -s và t ch c máy tính. • Sau khi đ t môn này SV có kh năng hi u, thi t k và xây d ng các h th ng s t h p và tu n t . Sách và Tài Li u • John F. Wakerly – Digital Design, Principles and Practices, 4th Ed–Prentice-Hall, 2006 • Katz and Boriello – Contemporary Logic Design, 2nd Ed.– Prentice-Hall, 2005 • M. Morris Mano and Charles R. Kime – Logic and Computer Design Fundamentals, 3rd Ed.–Prentice-Hall, 2004 • Nguy n Như Anh – K Thu t S 1, Nhà xu t b n Đ i h c Qu c gia TP.HCM. • H Trung M – K Thu t S 2, Nhà xu t b n Đ i h c Qu c gia TP.HCM • Lê Chí Thông – K Thu t S cơ khí – Nhà xu t b n Đ i h c Qu c gia TP.HCM • Bài gi ng và bài t p. GV d y: Lê Chí Thông 2
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM i m và Cách ánh Giá • Ki m tra gi a kỳ (60 – 90 phút): 20% • Thi cu i kỳ (120 phút): 80% N i Dung Chương Trình Chương 1: H Th ng S Đ m Chương 2: Đ i S Boole Chương 3: H T H p Chương 4: H Tu n T Chương 5: Các Thi t B Logic L p Trình Đư c (PLD) Chương 6: Ngôn Ng Mô T Ph n C ng (VHDL) GV d y: Lê Chí Thông 3
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM Chöông 1: HEÄ THOÁNG SOÁ ÑEÁM – SOÁ NHÒ PHAÂN I. Caùc heä thoáng soá ñeám: 1. Caùc khaùi nieäm: - Cô soá (r - radix): laø soá löôïng kyù töï chöõ soá (kyù soá - digit) söû duïng ñeå bieåu dieãn trong heä thoáng soá ñeám - Troïng soá (weight): ñaïi löôïng bieåu dieãn cho vò trí cuûa 1 con soá trong chuoãi soá. Troïng soá = Cô soá Vò trí - Giaù trò (value): tính baèng toång theo troïng soá Giaù trò = Σ (Kyù soá x Troïng soá) 7 a. Soá thaäp phaân (Decimal): Cô soá r = 10 4 0 7 . 6 2 5 102 101 100 . 10-1 10-2 10-3 4x102 0x101 7x100 . 6x10-1 2x10-2 5x10-3 400 0 7 . 0.6 0.02 0.005 400 + 0 + 7 + 0.6 + 0.02 + 0.005 = 407.625 b. Soá nhò phaân (Binary): Cô soá r = 2 1 0 1 . 0 1 1 22 21 20 . 2-1 2-2 2-3 1x22 0x21 1x20 . 0x2-1 1x2-2 1x2-3 4 0 1 . 0 0.25 0.125 4 + 0 + 1 + 0 + 0.25 + 0.125 = 5.375 8 GV d y: Lê Chí Thông 4
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM c. Soá thaäp luïc phaân (Hexadecimal): Cô soá r = 16 Hexadecimal Decimal Binary Hexadecimal Decimal Binary 0 0 0000 8 8 1000 1 1 0001 9 9 1001 2 2 0010 A 10 1010 3 3 0011 B 11 1011 4 4 0100 C 12 1100 5 5 0101 D 13 1101 6 6 0110 E 14 1110 7 7 0111 F 15 1111 5 A 0 . 4 D 1 162 161 160 . 16-1 16-2 16-3 5x162 10x161 0x160 . 4x16-1 13x16-2 1x16-3 1280 160 0 . 0.25 0.0508 0.0002 1280 + 160 + 0 + 0.25 + 0.0508 + 0.0002 = 1440.301 9 2. Chuyeån ñoåi cô soá: a. Töø thaäp phaân sang nhò phaân 8 . 625 8 :2 = 4 dö 0 (LSB) 4 :2 = 2 dö 0 2 :2 = 1 dö 0 1 :2= 0 dö 1 1 0 0 0 . 1 0 1 B 0.625 x 2 = 1.25 phaàn nguyeân 1 (MSB) 0.25 x 2 = 0.5 phaàn nguyeân 0 0.5 x 2 = 1.0 phaàn nguyeân 1 10 GV d y: Lê Chí Thông 5
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM b. Töø thaäp phaân sang thaäp luïc phaân: 1480.4296875 1480 : 16 = 92 dö 8 (LSD) 92 : 16 = 5 dö 12 5 : 16 = 0 dö 5 5 C 8 . 6 E H 0.4296875 x 16 = 6.875 phaàn nguyeân 6 (MSD) 0.875 x 16 = 14.0 phaàn nguyeân 14 11 c. Töø nhò phaân sang thaäp luïc phaân: 0011101101011101.0110101 0 B 3 B 5 D . 6 A H d. Töø thaäp luïc phaân sang nhò phaân: 2 C 9 . E 8 H 0 01011001001.11101000 B 12 GV d y: Lê Chí Thông 6
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM II. Soá nhò phaân (Binary): 1.Caùc tính chaát cuûa soá nhò phaân - Soá nhò phaân n bit coù 2n giaù trò töø 0 ñeán 2n - 1 - Soá nhò phaân coù giaù trò 2n-1: 1 … … … 1 (n bit 1) vaø giaù trò 2n: 1 0 … … ... 0 (n bit 0) - Soá nhò phaân coù giaù trò leû laø soá coù LSB = 1; ngöôïc laïi giaù trò chaün laø soá coù LSB = 0 - Caùc boäi soá cuûa bit: 1 B (Byte) = 8 bit 1 KB = 210 B = 1024 B 1 MB = 210 KB = 220 B 1 GB = 210 MB 13 2. Caùc pheùp toaùn soá hoïc treân soá nhò phaân: a. Pheùp coäng: 1 1 1 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 0 1 1 1 1 + 0 = 1 1 0 1 1 + 1 = 0 nhôù 1 1 1 1 0 0 b. Pheùp tröø: -1 -1 -1 0 - 0 = 0 0 - 1 = 1 möôïn 1 1 1 0 1 0 1 - 0 = 1 1 1 1 1 - 1 = 0 1 0 0 1 1 14 GV d y: Lê Chí Thông 7
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM 1 0 1 1 c. Pheùp nhaân: 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 d. Pheùp chia: 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 15 3. Maõ nhò phaân: Töø maõ: laø caùc toå hôïp nhò phaân ñöôïc söû duïng trong loaïi maõ nhò phaân a. Maõ nhò phaân cho soá thaäp phaân (BCD – Binary Coded Decimal) Soá BCD BCD BCD Maõ 1 trong 10 thaäp phaân (8 4 2 1) (2 4 2 1) quaù 3 0 0000 0000 0011 0000000001 1 0001 0001 0100 0000000010 2 0010 0010 0101 0000000100 3 0011 0011 0110 0000001000 4 0100 0100 0111 0000010000 5 0101 1011 1000 0000100000 6 0110 1100 1001 0001000000 7 0111 1101 1010 0010000000 8 1000 1110 1011 0100000000 9 1001 1111 1100 1000000000 16 GV d y: Lê Chí Thông 8
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM b. Maõ Gray: laø maõ nhò phaân maø 2 giaù trò lieân tieáp nhau coù toå hôïp bit bieåu dieãn chæ khaùc nhau 1 bit Giaù trò Binary Gray 0 000 000 1 001 001 2 010 011 3 011 010 4 100 110 Ñoåi töø Binary sang Gray Ñoåi töø Gray sang Binary 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 Gray: 1 1 0 0 1 Gray: 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 17 c. Maõ LED 7 ñoaïn: Giaù trò a b c d e f g 0 1 1 1 1 1 1 0 a 1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 1 1 0 1 f b 3 1 1 1 1 0 0 1 g 4 0 1 1 0 0 1 1 e c 5 1 0 1 1 0 1 1 6 1 0 1 1 1 1 1 d 7 1 1 1 0 0 0 0 8 1 1 1 1 1 1 1 9 1 1 1 1 0 1 1 d. Maõ 1 trong n: laø maõ nhò phaân n bit coù moãi töø maõ chæ coù 1 bit laø 1 (hoaëc 0) vaø n-1 bit coøn laïi laø 0 (hoaëc 1) 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 Maõ 1 trong 4: hoaëc 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 18 GV d y: Lê Chí Thông 9
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM d. Maõ kyù töï ASCII: (Coät) b6 b5 b4 (Haøng) 000 001 010 011 100 101 110 111 b3b2b1b Hex 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0000 0 NUL DLE SP 0 @ P ` p 0001 1 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 2 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 3 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 4 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 5 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 6 ACK SYN & 6 F V f v 0111 7 BEL ETB ’ 7 G W g w 1000 8 BS CAN ( 8 H X h x 1001 9 HT EM ) 9 I Y i y 1010 A LF SUB * : J Z j z 1011 B VT ESC + ; K [ k { 1100 C FF FS , < L \ l | 1101 D CR GS - = M ] m } 1110 E SO RS . > N ^ n ~ 19 1111 F SI US / ? O _ o DEL III. Soá nhò phaân coù daáu : 1. Bieåu dieãn soá coù daáu: a. Soá coù daáu theo bieân ñoä (Signed_Magnitude): - Bit MSB laø bit daáu: 0 laø soá döông vaø 1 laø soá aâm, caùc bit coøn laïi bieåu dieãn giaù trò ñoä lôùn + 13 : 01101 - 13 : 11101 - Phaïm vi bieåu dieãn: - (2n-1 – 1) ÷ + (2n-1 – 1) 20 GV d y: Lê Chí Thông 10
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM b. Soá buø_1 (1’s Complement): - Soá buø_1 cuûa 1 soá nhò phaân N coù chieàu daøi n bit Buø_1 (N) = 2n – 1 – N Buø_1 (1 0 0 1) = 24 - 1 - 1 0 0 1 = 1111 - 1001 = 0110 - Coù theå laáy Buø_1 cuûa 1 soá nhò phaân baèng caùch laáy ñaûo töøng bit cuûa noù (0 thaønh 1 vaø 1 thaønh 0) - Bieåu dieãn soá coù daáu buø_1: * Soá coù giaù trò döông: bit daáu = 0, caùc bit coøn laïi bieåu dieãn ñoä lôùn * Soá coù giaù trò aâm: laáy buø_1 cuûa soá döông coù cuøng ñoä lôùn - Phaïm vi bieåu dieãn - (2n-1 – 1) ÷ + (2n-1 – 1) 21 c. Soá buø_2 (2’s Complement): - Soá buø_2 cuûa 1 soá nhò phaân N coù chieàu daøi n bit cuõng coù n bit Buø_2 (N) = 2n – N = Buø_1 (N) + 1 Buø_2 (1 0 0 1) = 24 - 1 0 0 1 = 10000 - 1001 = 0111 hoaëc Buø_2 (1 0 0 1) = Buø_1 (1 0 0 1) + 1 = 0110 +1 = 0111 22 GV d y: Lê Chí Thông 11
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM - Bieåu dieãn soá coù daáu buø_2: * Soá coù giaù trò döông: bit daáu = 0, caùc bit coøn laïi bieåu dieãn ñoä lôùn * Soá coù giaù trò aâm: laáy buø_2 cuûa soá döông coù cuøng ñoä lôùn - Phaïm vi bieåu dieãn soá nhò phaân coù daáu n bit - (2n-1 ) ÷ + (2n-1 - 1) Giaù trò döông Giaù trò aâm 000 = 0 100 = - 4 001 = + 1 101 = - 3 010 = + 2 110 = - 2 011 = + 3 111 = - 1 23 - Ñeå tìm ñöôïc giaù trò cuûa soá aâm: ta laáy buø_2 cuûa noù; seõ nhaän ñöôïc soá döông coù cuøng bieân ñoä Soá aâm 1 1 0 0 0 1 coù giaù trò : -……… 15 Buø_2 (1 1 0 0 0 1) = 0 0 1 1 1 1 : + 15 - Môû roäng chieàu daøi bit soá coù daáu: soá döông theâm caùc bit 0 vaø soá aâm theâm caùc bit 1 vaøo tröôùc -3 : 101 = 11101 - Laáy buø_2 hai laàn moät soá thì baèng chính soá ñoù - Giaù trò -1 ñöôïc bieåu dieãn laø 1 …. 11 (n bit 1) - Giaù trò -2n ñöôïc bieåu dieãn laø 1 0 0 .... 0 0 (n bit 0) - 32 = - 25 : 1 0 0 0 0 0 24 GV d y: Lê Chí Thông 12
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM 2. Caùc pheùp toaùn coäng tröø soá coù daáu: - Thöïc hieän gioáng nhö soá khoâng daáu. - Thöïc hieän treân toaùn haïng coù cuøng chieàu daøi bit, vaø keát quaû cuõng coù cuøng soá bit - Keát quaû ñuùng neáu naèm trong phaïm vi bieåu dieãn soá coù daáu. (neáu keát quaû sai thì caàn môû roäng chieàu daøi bit) -6 : 1010 -2 : 1110 + + +3 : 0011 -5 : 1011 -3 : 1101 -7 : 1001 +4 : 0100 00100 + +5 : 0101 00101 -7 : 1 0 0 1 (Kq sai) 01001 :+9 (Kq ñuùng) 25 Tràn (overflow) x y ra khi s nh Cin và Cout t i v trí d u là khác nhau. -6 : 1010 +2 : 0010 - - -2 : 1110 -5 : 1011 -4 : 1100 +7 : 0111 -7 : 1001 11001 - +5 : 0101 00101 + 4 : 0 1 0 0 (Kq sai) 1 0 1 0 0 : - 12 (Kq ñuùng) 26 GV d y: Lê Chí Thông 13
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM Tröø vôùi soá buø_2: A – B = A + Buø_2 (B) * Tröø vôùi soá khoâng coù daáu 6 : 0110 0110 - buø_2: + 13 : 1101 0011 -7 : 1001 * Tröø vôùi soá coù daáu -6 : 1010 1010 - buø_2: + -3 : 1101 0011 -3 : 1101 27 IV. Coäng tröø soá BCD: Neáu decade Si > 9 C ng S= A+B hoaëc coù bit nhôù Ci = 1 thì hieäu ñính Si: Si = Si + 0110 (6D) Cn = 1: keát quaû Neáu decade Di > 9 D=A–B D laø soá döông thì hieäu ñính Di: = A + Buø 2 (B) Cn = 0: keát quaû Di = Di + 1010 (10D) Tr (b qua bit nh Cn) D laø soá aâm (b qua bit nh khi hi u ính) Laáy buø 2 (D) Cn là bit nh t o ra t decade cao nh t, Ci là s nh t o ra t decade th i 1 29 : 0 0 1 0 1 0 0 1 28 : 0 0 1 0 1 0 0 0 + + 55 : 0 1 0 1 0 1 0 1 19 : 0 0 0 1 1 0 0 1 0111 1110 0100 0001 0110 0110 84 : 1 0 0 0 0 1 0 0 47 : 0 1 0 0 0 1 1 1 28 GV d y: Lê Chí Thông 14
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM 29 : 0 0 1 0 1 0 0 1 0010 1001 - Bù 2 + 14 : 0 0 0 1 0 1 0 0 1110 1100 Cn =1 0001 0101 = 15 B qua Cn K t qu : + 15 56 : 0 1 0 1 0 1 1 0 0101 0110 - Bù 2 + 18 : 0 0 0 1 1 0 0 0 1110 1000 Cn =1 0 0 1 1 1 1 1 0 D0>9 + B qua Cn 1010 K t qu : + 38 0 0 1 1 1 0 0 0 = 38 B qua bit nh GV d y: Lê Chí Thông 15
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM 21 : 0 0 1 0 1 0 0 1 0010 0001 - Bù 2 + 55 : 0 1 0 1 0 1 0 1 1010 1011 Cn =0 1100 1100 Bù 2 K t qu : - 34 34 : 0011 0100 31 29 : 0 0 1 0 1 0 0 1 0010 1001 - Bù 2 + 55 : 0 1 0 1 0 1 0 1 1010 1011 Cn =0 1101 0100 Bù 2 K t qu : - 26 0 0 1 0 1 1 0 0 D0>9 + 1010 26 : 0010 0110 B qua bit nh 32 GV d y: Lê Chí Thông 16
GV so n: Nguy n Tr ng Lu t ĐH Bách Khoa TP.HCM 16 : 0 0 0 1 0 1 1 0 0001 0110 - Bù 2 + 40 : 0 1 0 0 0 0 0 0 1100 0000 Cn =0 1101 0110 Bù 2 K t qu : - 24 0 0 1 0 1 0 1 0 D0>9 + 1010 24 : 0010 0100 B qua bit nh 33 Traïng thaùi logic cuûa tín hieäu soá (Digital Signal): Giaûn ñoà xung (Waveform) cuûa tín hieäu soá: 34 GV d y: Lê Chí Thông 17