Bài giảng Kỹ thuật số: Chương 3 - ThS. Lưu Văn Đại

Chia sẻ: Minh Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật số - Chương 3: Cổng logic" cung cấp cho người học các kiến thức: Các khái niệm liên quan, cổng logic cơ bản, thông số kỹ thuật, giao tiếp giữa các họ IC số. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật số: Chương 3 - ThS. Lưu Văn Đại

CHƢƠNG 3 CỔNG LOGIC  CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN  CỖNG LOGIC CƠ BẢN  THÔNG SỐ KỸ THUẬT  GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ
 CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN - Tín hiệu tƣơng tự là tín hiệu có biên độ liên tục theo thời gian, thường do các hiện tượng tự nhiên sinh ra. - Tín hiệu số là tín hiệu có dạng xung gián đoạn về thời gian biên độ chỉ có 2 mức rõ rệt: mức cao và mức thấp. - Mạch điện xử lý tín hiệu tương tự gọi là mạch tƣơng tự. Mạch điện xử lý tín hiệu số gọi là mạch số. Ưu điểm của mạch số so với mạch tương tự: - Dễ thiết kế, phân tích. - Hoạt động theo chương trình lập sẵn - Ít bị ảnh hưởng của nhiễu. - Dễ chế tạo thành mạch tích hợp. Chương 3: Cổng Logic 2
Phân loại IC số dựa vào số cổng trong một chip: - Số cổng < 10: SSI (Small Scale Integrated) - 10 < Số cổng < 100: MSI (Medium Scale Integrated) - 100 < Số cổng < 1000: LSI (Large Scale Integrated) - 1000 < Số cổng < 10000: VLSI (Very Large SI) - 10000 < Số cổng: ULSI (Ultra Large Scale Integrated) Chương 3: Cổng Logic 3
Biểu diễn trạng thái Logic 1 và 0 - Người ta thường gán: Logic dương: Điện thế cao  Logic 1 ; Điện thế thấp  Logic 0 Thực tế, mức Logic 1 và mức logic 0 tương ứng với môt khoảng điện thế xác định, có một khoảng chuyển tiếp giữa mức cao và mức thấp là khoảng không xác định (ngưỡng logic). Khoảng này tùy thuộc vào họ IC sử dụng và được cung cấp trong bảng thông số kỹ thuật – Trong khoảng điện áp này có thể gây ra lỗi trong mạch số. -Logic âm ngược lại VD giản đồ điện thế các mức logic của IC số họ TTL Chương 3: Cổng Logic 4
 CỔNG LOGIC CƠ BẢN (Cổng logic là các mạch điện tử có chức năng thực hiện các hàm logic). 1. Cổng NOT (Cổng đảo) - Chức năng: Dùng thực hiện phép đảo logic, còn gọi là cổng (INVERTER). Cổng NOT có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra - Bảng sự thật - Ký hiệu - Giản đồ thời gian 1 A 0 1 Note: Khi cổng đảo được ghép chung với cổng khác thì Y ký hiệu được đơn giản thành 1 dấu tròn nhỏ 0 Chương 3: Cổng Logic 5
2. Cổng AND (toán tử . “và”) - Chức năng: Dùng thực hiện phép nhân logic giữa 2 hay nhiều biến nhị phân. Cổng AND có 2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra - Ký hiệu - Bảng sự thật A B Y = A.B 0 0 0 - Giản đồ thời gian 0 1 0 1 A 1 0 0 0 1 1 1 1 B 0 1 Note: Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các Y 0 ngõ vào đều ở mức cao Chương 3: Cổng Logic 6
3. Cổng OR (toán tử + “hoặc”) - Chức năng: Dùng thực hiện phép cộng logic giữa 2 hay nhiều biến nhị phân. Cổng OR có 2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra - Ký hiệu - Bảng sự thật A B Y=A+B - Giản đồ thời gian 0 0 0 0 1 1 1 A 0 1 0 1 1 1 1 1 B 0 1 Note: Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các Y 0 ngõ vào đều ở mức thấp Chương 3: Cổng Logic 7
Bất kỳ mạch logic nào cũng có thể được xây dựng từ 3 cổng cơ bản: AND, OR và NOT 4. Cổng NAND - Chức năng: Thực hiện cùng 1 lúc 2 chức năng: AND và NOT. Cổng NAND có 2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra - Bảng sự thật - Ký hiệu A B Y  A.B 0 0 1 Khi nối chung 2 ngõ vào của cổng NAND  Cổng NOT 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Note: Ngõ ra chỉ bằng 0 khi tất cả A và B đều bằng 1 Chương 3: Cổng Logic 8
5. Cổng NOR - Chức năng: Thực hiện cùng 1 lúc 2 chức năng: OR và NOT. Cổng NOR 2 hay nhiều ngõ vào và có 1 ngõ ra - Bảng sự thật - Ký hiệu A B Y  AB 0 0 1 0 1 0 Khi nối chung 2 ngõ vào của cổng NOR  Cổng NOT 1 0 0 1 1 0 Note: Ngõ ra chỉ bằng 1 khi tất cả A và B đều bằng 0 Chương 3: Cổng Logic 9
6. Cổng BUFFER (Cổng đệm) - Chức năng: Dùng như mạch khếch đại logic. Tín hiệu qua cổng đệm không làm thay đổi trạng thái logic. - Dùng cổng đệm để sửa dạng tín hiệu vuông hơn, đưa điện thế tín hiệu về đúng mức logic. Cổng BUFFER có 1 ngõ vào và có 1 ngõ ra - Ký hiệu - Bảng sự thật A Y=A 0 0 1 1 Chương 3: Cổng Logic 10
7. Cổng EX-OR - Chức năng: Thực hiện phép toán EX-OR (cộng ngoại trừ - cộng bỏ qua số nhớ) giữa 2 biến nhị phân. Cổng EX-OR có 2 ngõ vào và có 1 ngõ ra - Hàm: Y  A  B  A.B  A.B - Bảng sự thật - Ký hiệu: A B Y=AB = AB 0 0 0 0 1 1 -Khi có một ngõ vào nối lên mức cao thì cổng EX-OR = Cổng NOT 1 0 1 -Khi có một ngõ vào nối xuống mức 1 1 0 thấp thì cổng EX-OR = Cổng ĐỆM Y=0 khi A và B cùng mức logic Y=1 khi A và B cùng mức logic Chương 3: Cổng Logic 11
8. Cổng EX-NOR - Chức năng: Thực hiện phép toán EX-OR và NOT. Cổng EX-NOR có 2 ngõ vào và có 1 ngõ ra - Hàm: - Bảng sự thật Y  A  B  A.B  A.B - Ký hiệu: A B Y  A B  A B 0 0 1 0 1 0 -Khi có một ngõ vào nối lên mức cao thì 1 0 0 cổng EX-NOR = Cổng ĐỆM 1 1 1 -Khi có một ngõ vào nối xuống mức thấp thì cổng EX-NOR = Cổng NOT Y=1 khi A và B cùng mức logic Y=0 khi A và B cùng mức logic Chương 3: Cổng Logic 12
9. Cổng PHỨC (AOI) - Khi kết nối nhiều cổng khác nhau để thức hiện 1 hàm logic nào đó được gọi là cổng Phức (AOI) VD: Từ mạch điện  viết biểu thức Y  ( A .D  C).B VD: Từ biểu thức  Vẽ mạch điện Y  A.B.C  A B.C  A.BD Chương 3: Cổng Logic 13
10. SỰ CHUYỂN ĐỔI QUA LẠI GIỮA CÁC CỔNG LOGIC  Chỉ cần dùng AND và NOT hoặc OR và NOT là xây dựng đƣợc tất cả các hàm khác  có nghĩa là có thể xây dựng tất cả các cổng khác từ AND và NOT hoặc OR và NOT. Mặt khác cổng Not có thể tạo ra từ cổng NAND hoặc cổng NOR  Tất cả các hàm logic có thể đƣợc thực hiện bởi cổng NAND hoặc cổng NOR.  Qui tắc: Biến đổi giữa AND, NOT  OR, NOT: Thêm các cổng đảo ở ngõ vào và ngõ ra, nếu ơ các ngõ đã có đảo rồi thì đảo này sẽ mất đi. (Thực chất là sử dụng Định lý De-morgan). OR : Y  A  B  Y  A .B  A  B NOR : Y  A  B  Y  A .B  A  B NAND : Y  A .B  Y  A  B  A .B AND : Y  A.B  Y  A  B  A .B NOT : Y  A  Y A Chương 3: Cổng Logic 14
11. TỪ NAND XÂY DỰNG CÁC CỔNG KHÁC NOT : Y  A  A.A AND : Y  A.B  A.B OR : Y  A  B  A  B  A .B NOR : Y  A  B  A .B  A .B EX - OR : Y  A  B  A .B  A. B  A .B  A. B  A .B . A. B EX - NOR : Y  A  B  A .B  A.B  A .B  A.B  A .B . A.B Chương 3: Cổng Logic 15
11. TỪ NOR XÂY DỰNG CÁC CỔNG KHÁC NOT : Y  A AA OR : Y  A  B  A  B AND : Y  A.B  A.B A B NAND : Y  A .B  A  B  A  B EX - OR : Y  A  B  A .B  A. B  A .B  A. B  A .B . A. B A B . A B AB  AB EX - NOR : Y  A  B  A .B  A.B  A .B  A.B  A .B . A.B AB. AB AB  AB Chương 3: Cổng Logic 16
 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA IC SỐ Các đại lƣợng điện đặc trƣng - VCC: Điện thế nguồn - VIH(min): Điện thế ngã vào mức cao - VIL(max): Điện thế ngã vào mức thấp - VOH(min): Điện thế ngã ra mức cao - VOL(max): Điện thế ngã ra mức thấp - IIH: Dòng điện ngã vào mức cao - IIL: Dòng điện ngã vào mức cao - IOH: Dòng điện ngã ra mức cao - IOL: Dòng điện ngã ra mức thấp - ICCH, ICCL: Dòng điện qua IC, khi ngã ra ở mức cao, thấp Chương 3: Cổng Logic 17
Công suất tiêu tán Thời trễ truyền là thời gian PD(avg) = ICC(avg).VCC trễ của tín hiệu logic truyền qua một cổng I CCH  I CCL I CC(avg)  2 Fan-Out là số ngã vào lớn nhất có thể nối với ngã ra của một IC cùng loại, hay là khả năng chịu tải của một cổng logic I OH tPLH: thời trễ truyền từ thấp Fan  Out H  I IH lên cao (Unit Load) I OL tPHL: thời trễ truyền từ cao Fan  Out L  I IL xuống thấp Chương 3: Cổng Logic 18
Tích số công suất - vận tốc Dùng để đánh giá chất lượng IC, đó là tích số công suất tiêu tán và thời trễ truyền. Tính miễn nhiễu tuỳ thuộc khả năng dung nạp hiệu thế nhiễu của mạch, được xác định bởi lề nhiễu. Lề nhiễu mức cao: VNH = VOH(min) – VIH(min) Lề nhiễu mức thấp: VNL = VOL(max) – VIL(max) Chương 3: Cổng Logic 19
Logic nhận dòng và Logic cấp dòng Thể hiện sự trao đổi dòng điện giữa hai tầng thúc và tầng tải Tính Schimitt Trigger Chương 3: Cổng Logic 20