BOÄ GIAÙO DUÏC & ÑAØO TAÏO
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ
THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH
BAØI GIAÛNG
KYÕ THUAÄT SOÁ
Ths. NGUYEÃN TROÏNG HAÛI
LÖU HAØNH NOÄI BOÄ
05/2006
MUÏC LUÏC
TOÅNG QUAN.................................................................................................... Trang 1
CHÖÔNG 1. HEÄ THOÁNG SOÁ ÑEÁM ...........................................................................4
1.1. Cô soá – chuyeån ñoåi cô soá..................................................................................4
1.2. Caùc boä maõ hoùa soá heä möôøi thoâng duïng..........................................................14
CHÖÔNG 2. ÑAÏI SOÁ BOOLEAN VAØ CAÙC COÅNG LOGIC..................................24
2.1. Khaùi nieäm veà logic hai traïng thaùi...................................................................24
2.2. Baûng söï thaät....................................................................................................24
2.3. Caùc pheùp toaùn cô baûn .....................................................................................25
2.4. Moâ taû caùc maïch logic theo phöông phaùp ñaïi soá .............................................25
2.5. Thöïc hieän caùc maïch logic töø bieåu thöùc Boolean.............................................25
2.6. Coång NOR vaø NAND .....................................................................................26
2.7. Pheùp toaùn XOR vaø pheùp toaùn töông ñöông ....................................................27
2.8. Caùc ñònh lyù cô baûn cuûa ñaïi soá Boolean...........................................................27
2.9. Logic döông vaø aâm .........................................................................................31
2.10. Caùc haøm cô baûn vaø phöông phaùp bieåu dieãn..................................................23
2.11. Toái thieåu haøm logic baèng bìa K ....................................................................38
CHÖÔNG 3. MAÏCH LOGIC TOÅ HÔÏP.....................................................................45
3.1. Giôùi thieäu........................................................................................................45
3.2. Thieát keá maïch logic toå hôïp.............................................................................45
3.3. Kyõ thuaät cöïc tieåu Quine-Mc Cluskey .............................................................47
3.4. Thieát keá maïch khoâng söû duïng baûng söï thaät....................................................49
3.5. Maïch giaûi maõ..................................................................................................53
3.6. Maïch maõ hoùa..................................................................................................59
3.7. Boä choïn keânh..................................................................................................62
3.8. Boä phaân keânh..................................................................................................65
3.9. Maïch soá hoïc....................................................................................................67
3.10. Maïch chuyeån maõ .........................................................................................69
CHÖÔNG 4. HEÄ TUAÀN TÖÏ.......................................................................................74
4.1. Toång quan.......................................................................................................74
4.2. Caùc phaàn töû hai traïng thaùi beàn........................................................................75
4.3. FlipFlop...........................................................................................................76
4.4. FlipFlop duøng xung clock................................................................................79
4.5. Caùc öùng duïng cuûa FlipFlop.............................................................................83
4.6. Maùy traïng thaùi ..............................................................................................104
4.7. Löu ñoà maùy traïng thaùi ..................................................................................105
4.8. Boä nhôù baùn daãn.............................................................................................116
4.9. ROM – thieát keá heä thoáng soá duøng ROM ......................................................118
4.10. PLD toå hôïp..................................................................................................127
4.11. PLD tuaàn töï.................................................................................................132
4.12. Caùc PLD tuaàn töï khaùc.................................................................................135
CHÖÔNG 5. CAÙC HOÏ VI MAÏCH SOÁ.....................................................................146
5.1. Toång quan.....................................................................................................146
5.2. Caùc ñaëc tröng cuûa vi maïch soá.......................................................................146
5.3. Hoï RTL.........................................................................................................148
5.4. Hoï DTL.........................................................................................................148
5.5. Hoï TTL .........................................................................................................148
5.6. Caùc ñaëc ñieåm cuûa hoï TTL chuaån..................................................................149
5.7. Hoï TTL caûi tieán ............................................................................................150
5.8. Hoï TTL vôùi ngoõ ra cöïc thu hôû ......................................................................150
5.9. Hoï TTL ba traïng thaùi....................................................................................151
5.10. Maïch logic MOS.........................................................................................151
5.11. Hoï CMOS ...................................................................................................151
5.12. Moät soá vi maïch thoâng duïng ........................................................................152
CHÖÔNG 6. GIAO TIEÁP TÖÔNG TÖÏ - SOÁ...........................................................153
6.1. Bieán ñoåi ADC ...............................................................................................153
6.2. Bieán ñoåi DAC ...............................................................................................160
PHUÏ LUÏC A. TRA CÖÙU CAÙC IC THOÂNG DUÏNG..............................................167
PHUÏ LUÏC B. COÂNG CUÏ CAD TRONG THIEÁT KEÁ SOÁ .....................................251
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Tổng quan
Trang
1
TOÅNG QUAN
Caùc heä thoáng soá thöôøng söû duïng roäng raõi trong tính toaùn vaø xöû lyù data nhö trong
caùc heä thoáng ñieàu khieån, trong thoâng tin, vaø trong ño löôøng vì caùc heä thoáng soá coù
khaû naêng chính xaùc cao hôn caùc heä thoáng töông töï.
Trong moät heä thoáng soá, caùc tín hieäu vaät lyù coù theå xem nhö caùc giaù trò rôøi raïc, trong
khi ôû heä thoáng töông töï caùc ñaïi löôïng naøy thay ñoåi lieân tuïc.
Ví dụ, ñieän aùp ngoõ ra cuûa moät heä thoáng soá coù theå ñöôïc bieán ñoåi sao cho ngoõ ra chæ
coù 2 giaù trò 0 vaø 1, trong khi ñieän aùp ngoõ ra töø heä thoáng töông töï coù giaù trò thay ñoåi
trong khoaûng töø Vmin ñeán Vmax
Do caùc heä thoáng soá laøm vieäc vôùi caùc ñaïi löôïng rôøi raïc, trong nhieàu tröôøng hôïp coù
theå ñöôïc thieát keá vôùi keát quaû ngoõ vaøo vaø ngoõ ra moät caùch chính xaùc.
Ví dụ, neáu nhaân 2 soá goàm 5 chöõ soá söû duïng boä nhaân digital thì keát quaû laø moät soá coù
10 chöõ soá chính xaùc caû 10. Noùi caùch khaùc, ngoõ ra cuûa boä nhaân analog coù theå coù moät
khoaûng sai soá (%) tuøy thuoäc vaøo ñoä chính xaùc cuûa caùc thaønh phaàn thieát laäp neân boä
nhaân.
Thieát keá cuûa caùc heä thoáng soá coù theå chia ra 3 phaàn:
• Thiết kế hệ thống (system design) bao goàm vieäc chia nhoû moät heä thoáng lôùn
thaønh caùc heä thoáng con vaø chæ roõ caùc ñaëc tính cuûa moãi heä thoáng con. Ví dụ, thieát
keá heä thoáng cuûa moät maùy tính soá bao goàm vieäc chæ ra soá vaø daïng cuûa caùc ñôn vò
nhôù, ñôn vò toaùn hoïc, caùc thieát bò vaøo ra cuõng nhö vieäc keát noái vaø ñieàu khieån
cuûa caùc heä thoáng con naøy v.v...
• Thiết kế logic (logic design) bao goàm vieäc xaùc ñònh laøm theá naøo ñeå keát noái caùc
khoái logic cô baûn ñeå hình thaønh haøm ñaëc bieät.
• Thiết kế mạch bao goàm vieäc chæ ra caùc keát noái beân trong cuûa caùc thaønh phaàn
nhö ñieän trôû, diode, transistor ñeå hình thaønh moät coång, flipflop hoaëc caùc khoái
logic khaùc. Haàu heát caùc thieát keá maïch hieän taïi ñöôïc thöïc hieän döôùi daïng maïch
tích hôïp duøng coâng cuï thieát keá vôùi söï trôï giuùp cuûa maùy tính ñeå taïo caùc keát noái
trong giöõa caùc thaønh phaàn treân moät chip silicon.
Nhieàu heä thoáng con coù daïng chuyeån maïch nhö sau:
Switching
Network
X1
X2
Xm
Z1
Z2
Zn
Inputs Outputs
Thiết kế
hệ thống
Thiết kế
Logic
Thiết kế
Mạch
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Tổng quan
Trang
2
Moät maïng chuyeån maïch coù moät hay nhieàu ngoõ vaøo vaø moät hay nhieàu ngoõ ra, 2 loaïi
switching network thoâng thöôøng laø:
• Mạch tổ hợp, trong ñoù caùc tín hieäu ngoõ ra chæ leä thuoäc vaøo traïng thaùi ngoõ
vaøo hieän taïi (khoâng leä thuoäc vaøo giaù trò ngoõ vaøo tröôùc ñoù).
• Mạch tuần tự, caùc ngoõ ra seõ tuøy thuoäc caû giaù trò tröôùc ñoù vaø giaù trò hieän taïi
cuûa ngoõ vaøo. Noùi caùch khaùc, ñeå xaùc ñònh ngoõ ra cuûa maïch tuaàn töï, moät
chuoãi caùc ngoõ vaøo phaûi ñöôïc xaùc ñònh. Maïch tuaàn töï ñöôïc goïi laø maïch coù
nhôù vì noù phaûi nhôù moät soá traïng thaùi tröôùc ñoù cuûa ngoõ vaøo, trong khi maïch
toå hôïp thì khoâng coù nhôù. Toång quaùt, maïch tuaàn töï laø keát hôïp cuûa moät maïch
toå hôïp vôùi caùc phaàn töû nhôù.
Caùc khoái cô baûn söû duïng trong caùc maïch toå hôïp laø caùc cổng logic. Khi thieát keá
logic, phaûi xaùc ñònh laøm theá naøo keát noái caùc coång naøy ñeå bieán ñoåi caùc tín hieäu ngoõ
vaøo thaønh caùc tín hieäu ngoõ ra mong muoán.
Moái quan heä giöõa caùc tín hieäu ngoõ vaøo vaø ngoõ ra phaûi ñöôïc moâ taû toaùn hoïc, trong
thieát keá soá goïi laø đại số Boolean.
Các bước thiết kế một mạch tổ hợp
• Thieát laäp moät baûng moâ taû moái quan heä giöõa ngoõ ra vaø toå hôïp ngoõ vaøo
• Thieát laäp bieåu thöùc logic toaùn hoïc moâ taû caùc ngoõ ra nhö moät haøm cuûa caùc
ngoõ vaøo.
• Ruùt goïn bieåu thöùc logic moâ taû ngoõ ra duøng moät soá phöông phaùp thoâng duïng
nhö bìa Karnaugh, Quine-McCluskey v.v...
• Thöïc hieän maïch
Caùc phaàn töû nhôù cô baûn trong thieát keá maïch tuaàn töï laø caùc FlipFlop. Caùc flipflop coù
theå ñöôïc keát noái vôùi caùc coång ñeå hình thaønh moät maïch tuaàn töï.
Các bước thiết kế một mạch tuần tự
• Thieát laäp moät baûng moâ taû moái quan heä giöõa ngoõ ra hieän taïi vaø ngoõ ra keá
tieáp.
• Thieát laäp bieåu thöùc logic toaùn hoïc moâ taû caùc ngoõ vaøo cuûa flipflop nhö moät
haøm cuûa caùc ngoõ ra.
• Ruùt goïn bieåu thöùc logic moâ taû ngoõ vaøo duøng moät soá phöông phaùp thoâng
duïng nhö bìa Karnaugh, Quine-McCluskey v.v...
• Thöïc hieän maïch
Phaân tích moät caùch toång quaùt veà caùc maïch tuaàn töï thöôøng duøng caùc giản đồ thời
gian, máy trạng thái và graph.
Phần tử chuyển mạch duøng trong caùc heä thoáng soá thöôøng laø caùc phaàn töû 2 traïng
thaùi, ngoõ ra chæ coù 2 giaù trò rôøi raïc khaùc nhau. Ví dụ relay, diode, transistor... Hai
traïng thaùi cuûa relay laø ñoùng vaø môû tuøy thuoäc vaøo nguoàn cung caáp cho cuoän daây.