intTypePromotion=1

Giáo trình Điện tử số: Phần 1 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

Chia sẻ: Trần Thị Ta | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:59

0
39
lượt xem
4
download

Giáo trình Điện tử số: Phần 1 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Phần 1 Giáo trình Điện tử số cung cấp cho người học các kiến thức: Hệ thống số đếm-số nhị phân, đại số boole-cổng logic, hệ tổ hợp. Cuối mỗi chương đều có phần bài tập để người học ôn tập và củng cố kiến thức.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử số: Phần 1 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

  1. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGUYỄN THIỆN THÔNG NGUYỄN DUY THẮNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ SỐ (GIÁO TRÌNH DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG) TP. HỒ CHÍ MINH - 2019
  2. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG SỐ ĐẾM - SỐ NHỊ PHÂN ......................................................... 1 1.1. CÁC HỆ THỐNG SỐ ĐẾM ........................................................................................ 1 1.1.1. Các khái niệm ....................................................................................................... 1 1.1.2. Chuyển đổi cơ số .................................................................................................. 2 1.2. SỐ NHỊ PHÂN (BINARY) ......................................................................................... 3 1.2.1. Các tính chất của số nhị phân ............................................................................... 3 1.2.2. Các phép toán số học trên số nhị phân ................................................................. 4 1.2.3. Mã nhị phân .......................................................................................................... 4 1.3. SỐ NHỊ PHÂN CÓ DÂU ............................................................................................ 7 1.3.1. Biểu diễn số có dấu ............................................................................................... 7 1.3.2. Các phép toán cộng từ số có dấu .......................................................................... 9 CHƯƠNG 2: ĐẠI SỐ BOOLE - CỔNG LOGIC ................................................................ 14 2.1. CẤU TRÚC ĐẠI SỐ BOOLE ................................................................................... 14 2.1.1. Các tiên đề (Axioms) .......................................................................................... 14 2.1.2. Các định lý cơ bản (Basic Theorems)................................................................. 15 2.2. HÀM BOOLE (BOOLEAN FUNCTION) ................................................................ 15 2.2.1. Định nghĩa .......................................................................................................... 15 2.2.2. Bù của 1 hàm ...................................................................................................... 16 2.3. DẠNG CHÍNH TẮC VÀ DẠNG CHUẨN CỦA HÀM BOOLE ............................. 16 2.3.1. Các tích chuẩn (minterm) và tổng chuẩn (Maxterm) ......................................... 16 2.3.2. Dạng chính tắc (Canonical Form) ...................................................................... 17 2.3.3. Dạng chuẩn (Standard Form) ............................................................................. 18 2.4. CỔNG LOGIC ........................................................................................................... 19 2.4.1. Cổng NOT .......................................................................................................... 19 2.4.2. Cổng AND .......................................................................................................... 19 2.4.3. Cổng OR ............................................................................................................. 20 2.4.5. Cổng NOR .......................................................................................................... 20 2.4.6. Cổng EXOR ........................................................................................................ 21 2.4.7. Cổng ENOR ........................................................................................................ 21 2.5. RÚT GỌN HÀM BOOLE ......................................................................................... 21 2.5.1. Phương pháp đại số ............................................................................................ 21 2.5.2. Phương pháp bìa KARNAUGH ......................................................................... 22 2.6. THỰC HIỆN HÀM BOOLE BẰNG CỔNG LOGIC ............................................... 30 2.6.1. Cấu trúc cổng AND_OR..................................................................................... 30 2.6.2. Cấu trúc cổng OR _ AND................................................................................... 31 2.6.3. Cấu trúc cổng AND_OR_INVERTER (AOI) .................................................... 31 2.6.4. Cấu trúc cổng OR _ AND _INVERTER (OAI) ................................................. 31 2.6.5. Cấu trúc toàn cổng NAND ................................................................................. 33 2.6.6. Cấu trúc toàn cổng NOR .................................................................................... 34 CHƯƠNG 3: HỆ TỔ HỢP .................................................................................................... 36 3.1. GIỚI THIỆU - CÁCH THIẾT LẬP HỆ TỔ HỢP ..................................................... 36 3.2. BỘ CỘNG - TRỪ NHỊ PHÂN .................................................................................. 38 3.2.1. Bộ cộng (Adder) ................................................................................................. 38 3.2.2. Bộ trừ (Subtractor).............................................................................................. 40 i
  3. 3.2.3. Bộ cộng / trừ nhị phân song song .......................................................................41 3.3. Hệ chuyển mã (Code Conversion) .............................................................................42 3.4. BỘ GIẢI MÃ (DECODER) .......................................................................................43 3.4.1. Giới thiệu ............................................................................................................43 3.4.2. IC giải mã ...................................................................................................................45 3.4.3. Sử dụng bộ giải mã thực hiện hàm Boole ...........................................................46 3.5. BỘ MÃ HÓA (ENCODER) .......................................................................................46 3.5.1. Giới thiệu ............................................................................................................46 3.5.2. IC mã hóa ưu tiên 8 sang 3 (74148) ....................................................................48 3.6. BỘ DỒN KÊNH (MULTIPLEXER – MUX) ............................................................48 3.6.1. Giới thiệu ............................................................................................................48 3.6.2. IC dồn kênh .........................................................................................................50 3.6.3. Sử dụng bộ MUX thực hiện hàm Boole .............................................................51 3.7. BỘ PHÂN KÊNH (DEMUX) ....................................................................................52 3.7.1. Giới thiệu ............................................................................................................52 3.7.2. IC phân kênh 74LS155 .......................................................................................53 3.8. BỘ SO SÁNH ĐỘ LỚN (COMPARATOR) .............................................................53 3.8.1. Giới thiệu ............................................................................................................53 3.8.2. IC so sánh 74LS85 ..............................................................................................55 CHƯƠNG 4: HỆ TUẦN TỰ-.................................................................................................56 4.1. GIỚI THIỆU ..............................................................................................................56 4.2. MẠCH CHỐT (LATCH) VÀ FLIP-FLOP (FF) ........................................................56 4.2.1. Các mạch chốt .....................................................................................................57 4.2.2. Flip Flop (FF) ......................................................................................................59 4.3. BỘ ĐẾM (COUNTER) ..............................................................................................63 4.3.1. Giới thiệu ............................................................................................................63 4.3.2. Bộ đếm nối tiếp (Asynchronous Counter) ..........................................................63 4.3.3. Bộ đếm song song (Synchronous Counter) ........................................................68 4.4. THANH GHI DỊCH (SHIFT REGISTER) ................................................................74 4.4.1. Thanh ghi dịch nhập nối tiếp – xuất nối tiếp (SISO) ..........................................74 4.4.2. Thanh ghi dịch nhập nối tiếp – xuất song song (SIPO) ......................................75 4.4.3. Thanh ghi dịch nhập song song – xuất nối tiếp (PISO) ......................................75 4.4.4. Thanh ghi dịch nhập song song – xuất song song (PIPO) ..................................76 4.5. BỘ ĐẾM THANH GHI DỊCH (SHIFT REGISTER COUNTER) ............................79 4.5.1. Bộ đếm vòng (Ring Counter) ..............................................................................79 4.5.2. Bộ đếm vòng xoắn (Twisted-ring Counter): bộ đếm Johnson ............................79 4.6. PHÂN TÍCH HỆ TUẦN TỰ ......................................................................................80 4.6.1. Kiểu MEALY......................................................................................................80 4.6.2. Kiểu MOORE .....................................................................................................82 4.7. THIẾT KẾ HỆ TUẦN TỰ .........................................................................................83 4.7.1. Thành lập graph trạng thái hoặc bảng chuyển trạng thái ....................................83 4.7.2. Rút gọn trạng thái................................................................................................84 4.7.4. Chọn FF và thiết kế phần tổ hợp .........................................................................86 4.8. LƯU ĐỒ MÁY TRẠNG THÁI .................................................................................92 ii
  4. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG SỐ ĐẾM - SỐ NHỊ PHÂN 1.1. CÁC HỆ THỐNG SỐ ĐẾM 1.1.1. Các khái niệm - Cơ số (r - radix): là số lượng ký tự chữ số (ký số - digit) sử dụng để biểu diễn trong hệ thống số đêm - Trọng số (weight): đại lượng biểu diễn cho vị trí của 1 con số trong chuỗi số Trọng số = Cơ số vị trí - Giá trị (value): tính bằng tổng theo trọng số Giá trị = ∑(Ký số x Trọng số) Số thập phân (Decimal): Cơ số r = 10 400 + 0 + 7 + 0.6 + 0.02 + 0.005 = 407.625 Số nhị phân (Binary): Cơ số r = 2 4 + 0 + 1 + 0 + 0.25 + 0.125 = 5.375 1
  5. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân Số thập lục phân (Hexadecimal): Cơ sổ r = 16 1280 60 + 0 + 0.25 + 0.0508 + 0.0002 = 1440.301 1.1.2. Chuyển đổi cơ số - Từ thập phân sang nhị phân ˗ Từ thập phân sang thập lục phân 2
  6. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân ˗ Từ nhị phân sang thập lục phân ˗ Từ thập lục phân sang nhị phân 1.2. SỐ NHỊ PHÂN (BINARY) 1.2.1. Các tính chất của số nhị phân - Số nhị phân n bit có 2n giá trị từ 0 đến 2n – 1 - Số nhị phân có giá trị 2n – 1: 1… … … 1(n bit 1) và giá trị 2n: 10… … …0(n bit 0) - Số nhị phân có giá trị lẻ là số có LSB =1; ngược lại giá trị chẵn là số có LSB = 0 - Các bội số của bit: 1B (Byte) = 8 bit 1 KB = 210 B = 1024 B 1 MB = 210 KB = 220 B 1 GB = 210 MB 3
  7. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân 1.2.2. Các phép toán số học trên số nhị phân - Phép cộng - Phép trừ - Phép nhân - Phép chia 1.2.3. Mã nhị phân 4
  8. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân Từ mã: là các tổ hợp nhị phân được sử dụng trong loại mã nhị phân - Mã nhị phân cho số thập phân (BCD - Binary Coded Decimal) - Mã Gray: là mã nhị phân mà 2 giá trị liên tiếp nhau có tổ hợp bit biểu diễn chỉ khác nhau 1 bit - Mã LED 7 đoạn: 5
  9. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân - Mã ký tự ASCII - Mã 1 tron n: là mã nhị phân n bit có mỗi từ mã chỉ có 1 bit 1 (hoặc 0) và n-1 bit còn lại là 0 (hoặc 1) 6
  10. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân 1.3. SỐ NHỊ PHÂN CÓ DÂU 1.3.1. Biểu diễn số có dấu Số có dấu theo biên độ (Signed Magnitude) - Bit MSB là bit dấu: 0 là số dương và 1 là số âm, các bit còn lại biểu diễn giá trị độ lớn +13: 01101 - 13: 11101 - Phạm vi biểu diễn: Số bù_1 (1’s Complement) - Số bù_1 của 1 số nhị phân N có chiều dài n bit - Có thể lấy Bù_1 của 1 số nhị phân bằng cách lấy đảo từng bit của nó (0 thành 1 và 1 thành 0) - Biểu diễn số có dấu bù_1 Số có giá trị dương: bit dấu = 0, các bit còn lại biểu diễn độ lớn Số có giá trị âm: lấy bù_1 của số dương có cùng độ lớn - Phạm vi biểu diễn Số bù_2 (1’s Complement) - Số bù _2 của 1 số nhị phân N có chiều dài n bit 7
  11. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân - Biểu diễn số có dấu bù_2 Số có giá trị dương: bit dấu = 0, các bit còn lại biểu diễn độ lớn Số có giá trị âm: lấy bù_2 của số dương có cùng độ lớn - Phạm vi biểu diễn số nhị phân có dấu n bit - Để tìm được giá trị của số âm ta lấy bù_2 của nó; sẽ nhận được số dương có cùng biên độ - Mở rộng chiều dài bit số có dấu: số dương thêm các bit 0 và số âm thêm các bit 1 vào trước - Lấy bù_2 hai lần một số thì bằng chính số đó - Giá trị -1 được biểu diễn là 1 …11 (n bit 1) - Giá trị -2n được biểu diễn là 100…00 (n bit 0) 8
  12. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân 1.3.2. Các phép toán cộng từ số có dấu - Thực hiện giống như số không có dấu - Thực hiện trên toán hạng có cùng chiều dài bit, và kết quả cũng có cùng số bit - Kết quả đúng nếu nằm trong phạm vi biểu diễn số có dấu (nếu kết quả sai thì cần mở rộng chiều dài bit) Tràn (overflow) xảy ra khi số nhớ Cin và Cout tại vị trí dấu là khác nhau. Trừ với số bù_2 Trừ với số có dấu 9
  13. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân Một số khái niệm tổng quát về số bù: 1. Bù cơ số trừ 1 Cho trước 1 số N gồm n ký số trong hệ cơ số r, bù cơ số trừ 1 của N được định nghĩa là rn – 1 – N. Số N và bù cơ số trừ 1 của N phải có cùng ký số. Ví dụ: Xét số 123D ˗ N = 123, n = 3, r = 10. ˗ Bù 9 (bù cơ số trừ 1) của 123D là: rn -1 -N 103 - 1 - 123 = 999 – 123 = 876D ˗ Tương tự, bù 1 của 1100B l Nhận xét Để tính bù 9 của một số thập phân ta lấy 9 trừ đi cho từng ký số. Ví dụ: bù 9 của 2468D là 7531D Để tính bù 1 của một số nhị phân, ta chỉ việc đổi bit 1 thành bit 0 và ngược lại. Ví dụ: bù 1 của 10110B là 01001B. 2. Bù cơ số Cho trước một số N, gồm n ký số trong hệ cơ số r, bù cơ số của N được định nghĩa là: rn – N với N ≠ 0 0 với N = 0 Ví dụ: ˗ Bù 10 của 321D là 103 – 321D = 1000D – 321D = 679D. ˗ Bù 2 của 10101B là 25 – 10101B = 100000B – 10101B =01011B. ˗ Bù 16 của 2CH là 162 – 2CH = 100H – 2CH = D4H Nhận xét Bù cơ số của một số được suy ra từ bù cơ số trừ 1 bằng cách cộng thêm 1. 10
  14. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân 1.4. CỘNG TRỪ SỐ BCD Cn là bit nhớ tạo ra từ decade cao nhất, Ci là số nhớ tạo ra từ decade thứ i 11
  15. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân 12
  16. Chương 1: Hệ thống số đếm - số nhị phân Trạng thái logic của tín hiệu số (digital signal): Giản đồ xung (Waveform) của tín hiệu số: BÀI TẬP CHƯƠNG 1 13
  17. Chương 2: Đại số Boole - cổng logic CHƯƠNG 2: ĐẠI SỐ BOOLE - CỔNG LOGIC 2.1. CẤU TRÚC ĐẠI SỐ BOOLE Là cấu trúc đại số được định nghĩa trên 1 tập phần tử nhị phân B = {0,1} và các phép toán nhị phân: AND (.), OR (+), NOT (’). Thứ tự phép toán: theo thứ tự dấu ngoặc (), NOT, AND, OR 2.1.1. Các tiên đề (Axioms) - Tính kín (Closure Property) - Phần tử đồng nhất (Identity Element) - Tính giao hoán (Commutative Property) - Tính phân bố (Distributive Property) - Phần tử bù (Complement Element) 14
  18. Chương 2: Đại số Boole - cổng logic 2.1.2. Các định lý cơ bản (Basic Theorems) - Định lý 1: - Định lý 2: - Định lý 3: - Định lý 4: định lý hấp thu (Absorption) - Định lý 5: định lý kết hợp (Associative) - Định lý 6: định lý De Morgan Mở rộng 2.2. HÀM BOOLE (BOOLEAN FUNCTION) 2.2.1. Định nghĩa - Hàm Boole là 1 biểu thức được tạo bởi các biến nhị phân và các phép toán nhị phân NOT, AND, OR. - Với giá trị cho trước của các biến, hàm Boole sẽ có giá trị là 0 hoặc 1 - Bảng giá trị 15
  19. Chương 2: Đại số Boole - cổng logic 2.2.2. Bù của 1 hàm - Sử dụng định lý De Morgan - Lấy biểu thức đối ngẫu và lấy bù các biến Tính đối ngẫu (Duality): Hai biểu thức được gọi là đối ngẫu của nhau khi ta thay phép toán AND bằng OR, phép toán OR bằng AND, 0 thành 1 và 1 thành 0 Lấy đối ngẫu Bù các biến 2.3. DẠNG CHÍNH TẮC VÀ DẠNG CHUẨN CỦA HÀM BOOLE 2.3.1. Các tích chuẩn (minterm) và tổng chuẩn (Maxterm) - Tích chuẩn (minterm): mi (0 ≤ i ≤ 2n – 1) là các số hạng tích (AND) của n biến mà hàm Boole phụ thuộc với quy ước biến đó có bù nếu nó là 0 và không bù nếu là 1 - Tổng chuẩn (Maxterm): Mi (0 ≤ i ≤ 2n – 1) là các số hạng tổng (OR) của n biến mà hàm Boole phụ thuộc với quy ước biến đó có bù nếu nó là 1 và không bù nếu là 0 16
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2