Giáo trình Vi mạch số: Phần 1 - CĐ Giao thông Vận tải

Chia sẻ: Bautroimaudo Bautroimaudo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vi mạch số: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ thống số và mã số; Cổng logic và đại số BOOLE; Cổng logic TTL; Cổng logic CMOS; Mạch tuần tự Flip-Flop và ghi dịch. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vi mạch số: Phần 1 - CĐ Giao thông Vận tải

ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI ---------- GIÁO TRÌNH VI MẠCH SỐ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Thực hiện: 1.ThS. Nguyễn Đức Lợi (Chủ nhiệm) 2.ThS. Nguyễn Trọng Trung 3. KS. Võ Minh Trí Lưu hành nội bộ, 09 / 2012
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại phát triển mạnh về công nghệ số nhƣ hiện nay, việc truyền dẫn thông tin thu phát đều cần đƣợc mã hóa và tích hợp cao nhằm tiết kiệm băng tần, hạn chế nhiễu, giảm thiểu rủi ro nhờ tính bảo mật tốt. Vi mạch số là môn học hữu ích cho sinh viên khối kỹ thuật nhất là sinh viên ngành điện - điện tử. Mọi sinh viên ngành điện đều cần nắm vững cơ sở lý thuyết để tạo nền tảng cho việc học tiếp các môn chuyên ngành nhƣ vi xử lý. Từ đó có thể thiết kế các mạch ứng dụng nhƣ mạch đồng hồ, mạch đếm sản phẩm, mạch đèn giao thông, mạch quang báo … Trên thị trƣờng hiện nay tài liệu về vi mạch số khá nhiều, tuy nhiên lại đề cập đến nhiều mảng nội dung khác nhau, mỗi sách viết một kiểu, điều này gây không ít khó khăn cho sinh viên trong việc tìm kiếm một tài liệu phù hợp. Nhằm giúp sinh viên Khoa Điện - Điện tử của Trƣờng Cao đẳng Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh có một cuốn tài liệu tham khảo học tập theo sát chƣơng trình và mục tiêu đào tạo của Trƣờng, đƣợc sự quan tâm của Trƣởng khoa, Ban Giám hiệu, các Thầy, Cô khoa KT Điện - Điện tử tiến hành biên soạn cuốn “Giáo trình Vi mạch số”. Nội dung cuốn giáo trình vi mạch số gồm 9 chƣơng đƣợc giảng dạy trong thời lƣợng 60 tiết. Trong đó chủ biên Thầy Nguyễn Trọng Trung biên soạn 3 chƣơng đầu. Chƣơng 1: Hệ thống số và mã số. Giới thiệu về các cơ số 2,8,10,16 và phép tính, chuyển đổi giữa các cơ số, đồng thời trình bày về mã BCD , mã ASSCI ứng dụng trong máy tính, giải mã Led 7 đoạn Chƣơng 2 : Cổng logic và đại số BOOLE Chƣơng này lại cho biết về ký hiệu, phƣơng trình các cổng nhƣ NOT, AND, OR… từ đó dùng phép toán đại số BOOLE hoặc lập bìa Karnaugh để rút gọn các hàm logic nhằm đơn giản hóa sơ đồ. Khoa KT Điện - Điện tử Trang 3
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Chƣơng 3 : Cổng logic TTL Trong chƣơng này trình bày đặc điểm cấu tạo của các cổng logic với công nghệ Transistor – Transistor. Qua đó xác định tầm giá trị điện áp ở mức cao, mức thấp cũng nhƣ cho biết cách giao tiếp với tải AC / DC. Nội dung ba chƣơng tiếp theo đƣợc biên soạn bởi Thầy Võ Minh Trí Chƣơng 4 : Cổng logic CMOS Cho biết các đặc tính điện của công nghệ CMOS, có nhiều ƣu điểm nổi bậc về khả năng chống nhiễu cũng nhƣ khả năng giao tiếp tải AC / DC Chƣơng 5: Mạch tuần tự Flip-Flop và ghi dịch. Trình bày về một mạch điện có đặc tính nhớ nghĩa là ngỏ ra phụ thuộc vào trạng thái ngỏ vào và trạng thái ngỏ ra trƣớc đó, đó là các mạch RS – FF; JK – FF; T – FF; D – FF đồng thời cho biết các ứng dụng của nó trong việc thiết kế mạch đếm, thanh ghi dịch Chƣơng 6: Dao động và Định giờ Trong chƣơng sẽ cho chúng ta các sơ đồ mạch tạo xung dao động, đặc biệt là các mạch tạo xung vuông dùng làm xung kích, xung đồng hồ ( xung Clock) và mạch đơn ổn dùng các cổng logic nhƣ NAND , NOR Tiếp theo, ba chƣơng cuối đƣợc biên soạn bởi Thầy Nguyễn Đức Lợi Chƣơng 7: Mạch tổ hợp MSI Giới thiệu về mạch tổ hợp từ các cổng logic, đặc tính ngỏ ra chỉ phụ thuộc vào ngỏ vào, qua đó giúp sinh viên tìm hiểu về cách mã hóa, giải mã một tín hiệu trong việc truyền thông tin, kết hợp với đó là các mạch đa hợp (ghép kênh) và giải đa hợp ( phân kênh). Chƣơng 8: Bộ nhớ ROM và RAM. Khoa KT Điện - Điện tử Trang 4
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Chƣơng này giới thiệu về một bộ nhớ dùng lƣu trữ và truy xuất thông tin, nhằm giúp sinh viên xác định đƣợc dung lƣợng bộ nhớ, cách thức ghi/ đọc dữ liệu cũng nhƣ phƣơng pháp mở rộng bộ nhớ. Qua đó trình bày đặc điểm của các bộ nhớ nhƣ MROM; PROM; EPROM; EEPROM, các loại RAM tĩnh, RAM động và cách làm tƣơi RAM Chƣơng 9: Ứng dụng bộ chuyển đổi số – tƣơng tự, tƣơng tự – số Đây là nội dung quan trọng trong việc xử lý tín hiệu, trong tự nhiên các tín hiệu nhƣ nhiệt độ, âm thanh, ánh sáng, hình ảnh là các tín hiệu tƣơng tự việc xử lý rất phức tạp trong việc thiết kế mạch do đó nó đƣợc chuyển sang tín hiệu số, sau đó đƣợc biến đổi ngƣợc lại thành tín hiệu ban đầu. Chƣơng này giúp sinh viên xác định đƣợc các thông số đặc trƣng của mạch ADC/ DAC, từ đó tính toán, thiết kế mạch theo yêu cầu. Trong quá trình thực hiện cuốn giáo trình vi mạch số nhóm tác giả có tham khảo tài liệu từ các trƣờng đại học trong khu vực và cũng nhận đƣợc khá nhiều đóng góp ý kiến từ các đồng nghiệp nhằm giúp giáo trình hoàn thiện hơn, nhóm tác giả chân thành cảm ơn. Do Trƣờng vừa chuyển lên cao đẳng và đối tƣợng sinh viên cao đẳng ngành điện đến nay chỉ là khóa thứ 2, nên cuốn giáo trình không tránh khỏi thiếu xót, nhóm tác giả mong đón nhận sự góp ý từ Hội đồng và các bạn đọc gần xa. TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 Nhóm tác giả. Khoa KT Điện - Điện tử Trang 5
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Chƣơng I: HỆ THỐNG SỐ VÀ MÃ SỐ Chƣơng này giới thiệu một hệ thống số khác ngoài hệ thống thập phân quen thuộc nhƣ chúng ta đã biết, đồng thời trình bày các phép toán và phƣơng pháp biến đổi qua lại giữa các hệ thống số. Trong đó chúng ta đề cập nhiều đến hệ nhị phân - Binary, vì đây là hệ thƣờng đƣợc dùng để diễn tả các vấn đề mang tính logic sử dụng trong các lĩnh vực Điện tử - Tin học công nghệ số. Ngoài ra trong chƣơng cũng giới thiệu về các mã khác nhƣ mã BCD, mã ACCI đƣợc dùng nhiều trong các mạch mã hóa và giải mã đƣợc giới thiệu trong chƣơng sau. Nội dung chƣơng I gồm các phần: 1. Hệ thống số nhị phân. 2. Hệ thống bát phân. 3. Hệ thống số thập phân. 4. Hệ thống số thập lục phân. 5. Chuyển đổi giữa các hệ đếm 6. Mã BCD, ASSCI Khoa KT Điện - Điện tử Trang 6
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 1. Hệ số nhị phân (BINARY SYSTEM) Hệ thống số nhị phân sử dụng 2 số tự nhiên đó là 0 và 1 dùng để diễn tả một đại lƣợng nào đó. Một dãy số nhị phân đƣợc biểu diễn nhƣ sau: bn-1bn-2…b1b0 , b-1b-2…b-m Nếu chỉ tính phần nguyên ta có dãy số nhị phân n số hạng nhƣ sau: bn-1bn-2…b1b0 Theo qui ƣớc mỗi số hạng đƣơc gọi là 1 bit ( binary digit), bit tận cùng bên trái gọi là bit có giá trị cao nhất (MSB - Most Significant Bit), bit tận cùng bên phải gọi là bit có giá trị thấp nhất (LSB -Least Significant Bit ) . Trong dãy số nhị phân gồm n số hạng sẽ có 2n giá trị khác nhau với giá trị thấp nhất là 0…000 còn giá trị cao nhất là 1…111; Trọng số các bit từ thấp đến cao lần lƣợt là 1,2,4,8…Nhƣ vậy trọng số của hai số hạng kề cận nhau chênh nhau 2 lần. Ngƣời ta thƣờng dùng chữ b (hay số 2 ở chân) sau con số để chỉ số nhị phân Ví dụ : 11011b = (11011)2 Một nhóm các bit còn đƣợc gọi theo tên riêng nhƣ sau: Crum = 2bit Deckte = 10bit Byte = 8bit Nickle = 5bit Dynner = 32bit Word = 16bit/8bit Nibble = 4bit Các phép toán của hệ số nhị phân  Phép cộng : Là phép tính cơ bản nhất, làm nền tảng cho các phép toán khác Lƣu ý: 0 + 0 = 0 ; 0 + 1 = 1 ; 1 + 1 = 0 nhớ 1 ( GỞI qua BIT cao hơn). Khi cộng nhiều số nhị phân cùng một lúc ta nên thực hiện nhanh bằng cách : - Đếm số bit 1 nếu chẵn, thì kết quả là 0; ví dụ: 1 + 1 + 1 + 1 = 0 - Đếm số bit 1 nếu lẻ thì kết quả là 1; ví dụ: 1 + 1 + 1 = 1 - Đồng thời cứ 1 cặp số 1 thì cho ta 1 số nhớ ; ví dụ: 1 + 1 + 1 + 1 + 1= 1 nhớ 2 số 1 Ví dụ : cộng hai số nhị phân : Khoa KT Điện - Điện tử Trang 7
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012  Phép trừ : Thực hiện nhƣ sau 0-0=0; 1-0=1; 1-1=0; 0 - 1 = 1 (nhớ 1 cho bit cao hơn) Ví dụ: trừ hai số nhị phân  Phép nhân :Thực hiện nhân từ trái sang phải từng bit một rồi cộng lại, cần lƣu ý 0 . 0 = 0; 0 . 1 = 0; 1 . 1 = 1; Ví dụ: nhân hai số nhị phân 2. Hệ thống số bát phân (OCTAL SYSTEM) Hệ OCTAL sử dụng 8 chữ số tự nhiên đầu tiên: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 và cũng tuân theo luật vị trí xác định trong số thập phân 8k (k=…-2,-1,0,1,2…) Một dãy Octal đƣợc biểu diễn nhƣ sau: On-1On-2…O1O0 , O-1O-2…O-m Theo đó trong dãy số bát phân có n số hạng thì có 8n giá trị khác nhau với giá trị thấp nhất là 0…000 còn giá trị cao nhất là 7…777. Trọng số các số hạng từ thấp đến cao lần lƣợt là 1, 8, 64… nhƣ vậy trọng số hai số hạng kề cận nhau chênh nhau 8 lần. Ngƣời ta thƣờng dùng chữ Þ (hay số 8 ở chân) sau con số để chỉ số bát phân Ví dụ : (34,76)8 = 34,76Þ Các phép toán của hệ số bát phân : tƣơng tự nhƣ ở hệ nhị phân Ví dụ 1: Cộng hai số bát phân Ví dụ 2: Trừ hai số bát phân Khoa KT Điện - Điện tử Trang 8
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Ví dụ 3: Nhân hai số bát phân 3. Hệ thống số thập phân ( DECIMAL SYSTEM ) Trong hệ thập phân ngƣời ta sử dụng gồm 10 ký số tự nhiên từ 0 đến 9. Một dãy số thập phân đƣợc biểu diễn: dn-1…d2d1d0 , d-1d-2…d-m Qui ƣớc với phần nguyên từ phải sang trái vị trí các hạng tử thể hiện hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn…và ngƣợc lại phần thập phân từ trái qua phải là phần chục,phần trăm, phần nghìn… Ví dụ: Cho số 267,81 là số thập phân với phần nguyên là 267 và phần lẻ là 0,81 đƣợc biểu diễn nhƣ sau: 261,81(10)=2.102+6.101+7.100+8.10-1+1.10-2 = 261,81 Trong dãy số thập phân có n số hạng sẽ có 10n giá trị khác nhau với giá trị thấp nhất là 0…000 còn giá trị cao nhất là 9…999; và trọng số hai số hạng kề cận chênh nhau 10 lần. 4. Hệ thống số thập lục phân (Hexadecimal system) Hệ HEX sử dụng 16 ký tự bao gồm 10 số tự nhiên và 6 chữ cái in hoa đầu tiên: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F để diễn tả 16 số thập phân từ 0 đến 15. Trong đó A tƣơng đƣơng 1010, …, F tƣơng đƣơng 1510 Lý do dùng hệ thập lục phân là vì một số nhị phân 4 bit có thể diễn tả đƣợc 2 4=16 giá trị khác nhau, nên rất thuận tiện nếu có một hệ thống số nào đó chỉ dùng một ký tự mà có thể tƣơng ứng với số nhị phân 4 bit,giúp việc viết đơn giản hơn. Vị trí các ký tự với một số thập lục phân thể hiện trọng số 16n (n =0, 1, 2…).Một dãy số Hex đƣợc biểu diễn: hn-1hn-2…h1h0 Khoa KT Điện - Điện tử Trang 9
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Nhƣ vậy trong dãy số Hexa gồm n số hạng thì có 16n giá trị khác nhau với giá trị thấp nhất là 0…000 còn giá trị cao nhất là F…FFF: Trọng số các bit từ thấp đến cao lần lƣợt là 1, 16, 256, 4096…nhƣ vậy trọng số hai số hạng kề nhau chênh nhau 16 lần. Ngƣời ta thƣờng dùng chữ H (h) hoặc con số 16 ở chân để chỉ số thập lục phân Ví dụ : 23A,B5h ; 45A8,FD1CH ; (AD9,80B)16 Các phép toán của hệ số thập lục phân cũng tƣơng tự nhƣ ở hệ thập phân Ví dụ 1: Cộng hai số thập lục phân Ví dụ 2: Trừ hai số thập lục phân Ví dụ 3: Nhân hai số thập lục phân 5. Chuyển đổi giữa các hệ đếm  Chuyển đổi số nhị phân sang số thập phân Qui tắc: bn-1bn-2…b1b0,b-1b-2…b-m = bn-12n-1+…+b1.21+b0.20+b-1.2-1+b-22-2+b-m2-m = A(10) Ví dụ: Tìm giá trị thập phân tƣơng ứng của số nhị phân sau 11011(2) = 1.24+1.23+0.22+1.21+1.20 = 16+8+0+2+1 = (27)10 = 27  Chuyển đổi số thập phân sang số nhị phân + Chuyển đổi phần nguyên Qui tắc: Lấy phần nguyên của số A(10) chia 2 và lấy phần dƣ Khoa KT Điện - Điện tử Trang 10
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 - Phần dƣ đầu tiên cuả phép chia là bit LSB - Phần dƣ cuối cùng của phép chia là bit MSB Ví dụ: Tìm giá trị nhị phân tƣơng ứng phần nguyên của số thập phân sau A(10)=11,25 ; A(2) =? Phần nguyên của A(10) là 11 11 : 2 = 5 dƣ 1, LSB tiếp tục lấy phần nguyên 5 chia 2 5 : 2 = 2 dƣ 1 2 : 2 = 1 dƣ 0 1 : 2 = 0 dƣ 1 MSB Vậy A(2) =1011 + Chuyển đổi phần thập phân (phần lẻ): Quy tắc: Lấy phần thập phân của số thập phân tƣơng ứng nhân 2 rồi ghi phần nguyên của kết quả phép nhân, sau đó lấy phần lẻ tiếp tục nhân 2 cho đến khi phần lẻ bằng 0. Ví dụ : Đổi phần lẻ của số thập phân A10 = 34, 47 - Phần nguyên ta tiến hành nhƣ ở trên, nên không nhắc lại. - Phần lẻ là 0,47, ta thực hiện nhân 2 0,47 . 2 = 0,94 ghi phần nguyên : 0 ( phần lẻ là 0,94 ) MSB 0,94 . 2 = 1,88 : 1, phần lẻ là 0,88 0,88 . 2 = 1,76 : 1, phần lẻ là 0,76 0,76 . 2 = 1, 52 : 1, phần lẻ là 0,52 0,52 . 2 = 1,04 :1, phần lẻ là 0,04 0,04 . 2 = 0,08 :0, phần lẻ là 0,08 LSB Nhận xét: Không thể kết thúc đƣợc để có kết quả phép nhân không còn phần lẻ, vì vậy khi chuyển từ hệ 10 sang hệ 2 ta chỉ có thể lấy gần đúng, do vậy: 0,4710 = 0,011112 : làm tròn 5 chữ số  Chuyển đổi bát phân sang thập phân Về nguyên tắc giống nhƣ cách thức chuyển đổi ở hệ nhị phân sang thập phân 0n-10n-2…0100 = 0n-18n-1+…+01.81+00.80 = A(10) Ví dụ: Chuyển số bát phân sang thập phân Khoa KT Điện - Điện tử Trang 11
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 2345(8) = 2.83+3.82+4.81+5.80 =1024+192+32+5 = 1253  Chuyển đổi số thập phân sang số bát phân Tƣơng tự nhƣ qui luật đã làm ở hệ 10 sang hệ 2, nhƣng ở đây ta thay 2 thành 8. Ví dụ: Tìm giá trị bát phân tƣơng ứng của số thập phân sau A(10) =40 ; A(8) =? 400 : 8 = 50 dƣ 0 LSB 50 : 8 = 6 dƣ 2 6 : 8 = 0 dƣ 6 MSB Vậy A(8) = (620)8  Chuyển đổi qua lại giữa số bát phân và số nhị phân Vì 23 = 8 ta phân tích 1 số hạng ở bát phân thành 3 bit ở nhị phân và ngƣợc lại. Chúng ta cần ghi nhớ Bảng 1.1 Hệ thập phân Hệ nhị phân Hệ bát phân Thập lục phân 0 0000 00 0 1 0001 01 1 2 0010 02 2 3 0011 03 3 4 0100 04 4 5 0101 05 5 6 0110 06 6 7 0111 07 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F Bảng 1.1 : Bảng chuyển đổi giữa các hệ thống số Khoa KT Điện - Điện tử Trang 12
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Ví dụ: Chuyển số bát phân sau sang hệ nhị phân (37,52)8 3 7 , 5 2 011 111 , 101 010 Kết quả: (37,52)8 = (11111, 10101)2  Chuyển đổi hệ thập lục phân sang thập phân Tƣơng tự nhƣ các hệ 2, hệ 8 đổi sang thập phân. Ví dụ: Tìm giá trị thập phân của số thập lục phân sau 12A16 = 1.162+2.161+10.160 = 256+256+10 = 522(10)  Chuyển đổi số thập phân sang số thập lục phân Tƣơng tự nhƣ thực hiện chuyển đổi từ A(10) sang A(2), A(8) ta cũng tuân thủ nguyên tắc chia A(10) cho 16 lấy phần dƣ. Ví dụ: Tìm giá trị thập lục phân của số thập phân: A(10) =90 ; A(16) =? A(10) /16 90/16 = 5 dƣ 10=A LSB 5/16 = 0 dƣ 5 MSB Vậy A(16) = 5A  Chuyển đổi số thập lục phân sang số nhị phân Tƣơng tự nhƣ chuyển đổi từ A(8) sang A(2) ta tiến hành biểu diễn nhóm 4 bit tƣơng ứng với 1 kí tự ở hệ thập lục phân. Ví dụ: A(16)= 2C3E => A(2)= 0010 1100 0011 1110; A(16)= 97BF => A(2)= 1001 0111 1011 1111; 6. Mã BCD (Binary - Code – Decimal) Nếu biểu diễn từng số hạng của một số thập phân bằng giá trị nhị phân tƣơng đƣơng, kết quả là mã thập phân đƣợc mã hóa thành mã nhị phân (Binary - Code – Decimal, viết tắt là BCD), vì kí số thập phân lớn nhất là 9, nên cần 4 bit để mã hóa số thập phân. Khoa KT Điện - Điện tử Trang 13
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Ví dụ: Đổi số thập phân 2564 sang mã BCD 2564 0010 0101 0110 0100 Mỗi số thập phân đƣợc đổi sang nhị phân tƣơng đƣơng và luôn dùng 4 bit cho từng số thập phân. Mã BCD biểu diễn mỗi số trong số thập phân bằng số nhị phân 4 bit. Nhận thấy rằng chỉ có các số nhị phân từ 0000 tới 1001 đƣợc sử dụng và ngoài các nhóm số nhị phân 4 bit này thì hoàn toàn không sử dụng làm mã BCD. Ví dụ: Đổi số ở mã BCD sang hệ thập phân 0010 1000 0001 0010(BCD) 2812(10) 0001 1001 1100 0011(BCD) có lỗi trong số BCD này. Ƣu điểm của mã BCD này là dễ dàng chuyển đổi từ số thập phân sang nhị phân và ngƣợc lại. Chỉ cần nhớ nhóm mã 4 bit ứng với các kí số từ 0 đến 9. Ƣu điểm này đặc biệt quan trọng xét từ góc độ phần cứng, bởi vì trong các thiết bị số, chính mạch logic thực hiện tất cả chuyển đổi qua lại hệ thập phân.  So sánh BCD và nhị phân: Cần phải nhận ra rằng BCD không phải là hệ thống số nhƣ hệ thống số thập phân. Thật ra, BCD là hệ thập phân với từng kí số đƣợc mã hóa thành giá trị nhị phân tƣơng ứng. Mã nhị phân quy ƣớc biểu diễn số thập phân hoàn chỉnh ở dạng nhị phân; còn mã BCD chỉ chuyển đổi từng kí số thập phân sang số nhị phân tƣơng ứng. Ví dụ: lấy số 40 so sánh mã BCD với mã nhị phân 40(10)=10100(2) ; 40(10)=0100 0000(BCD) Để biểu diễn số, mã BCD cần 8 bit, trong khi mã nhị phân quy ƣớc cần 5 bit. Mã BCD cần nhiều bit hơn để biểu diễn các số thập phân nhiều ký số. Điều này là do mã BCD không sử dụng tất cả các nhóm 4 bit có thể  Ứng dụng của mã BCD: Mã BCD dƣợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, khi cần hiển thị các giá trị số trên các hệ thống quang báo (nhƣ led 7 đoạn) mà không cần đến sự hỗ trợ của vi sử lý chỉ cần dùng các IC giải mã, mã hóa BCD. Khoa KT Điện - Điện tử Trang 14
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Số thập phân Từ mã nhị phân 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 Bảng 1.2 : Bảng quy đổi mã BCD 7. Mã ASCII Ngoài dữ liệu dạng số, máy tính còn phải có khả năng thao tác thông tin khác số. Nói cách khác máy tính phải nhận ra đƣợc mã biểu thị mẫu tự abc, dấu chấm câu, những kí tự đặc biệt, cũng nhƣ kí số. Những mã này đƣợc gọi là mã chữ số. Bộ mã chữ số hoàn chỉnh gồm có 26 chữ thƣờng, 26 chữ hoa, 10 kí tự số, 7 dấu chấm câu và chừng độ 20 đến 40 kí tự khác. Ta có thể nói rằng mã chữ số biểu diễn mọi kí tự và chức năng có trên bàn phím máy tính. Mã chữ số đƣợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là mã ASCII (America Standard Code for Information Interchange). Mã ASCII ( đọc là “aski”) là mã 7 bit, nên có 27 =128 nhóm mã, quá đủ để biểu thị các kí tự của một bàn phím chuẩn cũng nhƣ các chức năng điều khiển. Bảng 1.3 minh họa một phần danh sách mã ASCII. Ngoài nhóm mã nhị phân cho mỗi kí tự, bảng này còn cung cấp các giá trị bát phân và thập lục phân tƣơng ứng. Mã hiệu ACCII OCTAL HEXAN A 100 0001 101 41 B 100 0010 102 42 C 100 0011 103 43 Khoa KT Điện - Điện tử Trang 15
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 D 100 0100 104 44 E 100 0101 105 45 F 100 0110 106 46 G 100 0111 107 47 H 100 1000 110 48 I 100 1001 111 49 J 100 1010 112 4A K 100 1011 113 4B L 100 1100 114 4C M 100 1101 115 4D N 100 1110 116 4E O 100 1111 117 4F P 101 0000 120 50 Q 101 0001 121 51 R 101 0010 122 52 S 101 0011 123 53 T 101 0100 124 54 U 101 0101 125 55 V 101 0110 126 56 W 101 0111 127 57 X 101 1000 130 58 Y 101 1001 131 59 Z 101 1010 132 5A 0 011 0000 060 30 1 011 0001 061 31 2 011 0010 062 32 3 011 0011 063 33 Khoa KT Điện - Điện tử Trang 16
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 4 011 0100 064 34 5 011 0101 065 35 6 011 0110 066 36 7 011 0111 067 37 8 011 1000 070 38 9 011 1001 071 39 < Kí tự trắng> 010 0000 040 20 . 010 1110 056 2E ( 010 1000 050 28 + 010 0111 053 2B 010 0100 044 24 * 010 1010 052 2A ) 010 1001 051 29 _ 010 1101 055 2D / 010 1111 057 2F , 010 1100 054 2C = 011 1101 075 3D 000 1101 015 0D 000 1010 012 0A Bảng 1.3: Biểu diễn bảng mã ASCII Ứng dụng của mã ASCII: đƣơc sử dụng trong việc mã hóa hoặc thể hiện các kí tự chủ yếu đƣợc ứng dụng trong giao tiếp máy tính Khoa KT Điện - Điện tử Trang 17
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 BÀI TẬP CHƢƠNG 1. Câu 1: Chuyển đổi các số sau thành số thập phân: a.10010112 d.3265,0438 b.1010101,1102 e.AB01E16 c.23478 g.123F9,6716 Câu 2: Đổi các số theo yêu cầu: a. A(10)=45 hãy tìm giá trị A(2)=? Và A(16)=? b. A(16) =AB10D hãy tìm giá trị A(2)=? c. A(16) =45A B ;B(2) =1010100 A có bằng B không ? Câu 3: Thực hiện các phép toán sau : a.100102 - 10102 d.123410 - 12748 b.231CD16 - ABC16 e.123,458 – 5316 c.1010112 - 234A16 f. 100 + 11022 Câu 4: Mã BCD là gì? Liệt kê 10 số thập phân đầu tiên của mã BCD Câu 5: Đổi sang thập phân các số BCD sau: a) 11010111 ; b) 111000111 ; c) 10101011100 Câu 6: Đổi sang mã ASCII các ký tự sau: ‘ HOC MAI’ Khoa KT Điện - Điện tử Trang 18
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 Chƣơng 2 – CỔNG LOGIC VÀ ĐẠI SỐ BOOLE Năm 1854 Georges Boole, một triết gia ngƣời Anh đồng thời cũng là một nhà toán học đã đề xuất ra mệnh đề logic, trong đó chỉ dùng một trong hai từ đúng hoặc sai (yes/ no), từ đó hình thành môn Đại số Boole. Đây là môn toán học dùng hệ thống số nhị phân đƣợc ứng dụng trong kỹ thuật chính là các mạch logic, nền tảng của kỹ thuật số. Chƣơng này giới thiệu về ý nghĩa của mức logic 0 và logic 1, ký hiệu và phƣơng trình các cổng logic cơ bản: NOT, AND, OR … và sử dụng phép toán đại số Boole cũng nhƣ sử dụng bìa Karnaugh trong việc đơn giản hàm logic. Nội dung chƣơng 2 gồm có: 1. Trạng thái logic 1 và 0. 2. Hàm và cổng logic. 3. Đại số BOOLE. 4. Phƣơng pháp Karnaugh 5. Áp dụng các định lý BOOLE để rút gọn các biểu thức logic. Khoa KT Điện - Điện tử Trang 19
Giáo trình Vi mạch số Năm 2012 1. Trạng thái logic 1 và 0 Xét mạch điện điều khiển bóng đèn với một khóa (công tắc) đóng, mở: Khóa Khóa X X VCC Đèn VCC Đèn Y Y Hình 2.1: Mạch đèn hở mạch Hình 2.2: Mạch đèn kín mạch - Công tắc X có 2 trạng thái là đóng và mở - Đèn Y có 2 trạng thái là sáng và tắt Khi đó, ta dùng hai ký số 0 và 1 dùng để diễn tả cho hai trạng thái của đèn và công tắc, nghĩa là thay vì nói công tắc đóng (đèn sáng ) ta lại nói công tắc (đèn ) ở mức logic [1] và khi nói công tắc mở (đèn tắt ) ta lại nói công tắc (đèn ) ở mức logic [0] Khóa X Đèn Y Khóa X Đèn Y Đóng Sáng 1 1 Mở Tắt 0 0  Trạng thái logic: Một vấn đề trong thực tế thƣờng có nhiều cách biểu diễn nhƣng khi xét về mặt logic ta chỉ xét có hai trạng thái mà thôi. Ví dụ: Rơle có hai cách biểu diễn là rơle đóng, rơle mở. Vậy đóng, mở là hai trạng thái của nó.  Biến logic: Đặc trƣng cho trạng thái logic, khi đó ta dùng hai ký số 0 và 1 để biểu diễn cho hai trạng thái logic. Ví dụ: Thay vì nói hai trạng thái tắt/dẫn của Diode ta có thể nói Diode ở mức logic 0/1.  Hàm logic: tập hợp gồm nhiều biến logic quan hệ nhau theo phép toán logic. Cũng giống nhƣ biến logic, hàm logic có hai mức logic là 0 / 1 tùy theo từng điều kiện của biến. Ví dụ: cho mạch điện gồm hai công tắt A và B điều khiển đèn, khi đó hai công tắt chính là hai biến A, B và trạng thái của đèn là hàm logic phụ thuộc vào trạng thái của A, B. Trạng thái đèn chỉ có hai trạng thái sáng/ tắt do đó hàm logic chỉ ở mức 0/1. Khoa KT Điện - Điện tử Trang 20