Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Chương 13: Kỹ thuật số cơ bản
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
13
Kỹ thuật số cơ bản
13-1 Khái niệm tín hiệu số
13-1-1 Định nghĩa tín hiệu tương tự
Tín hiệu tương tự (analog signal) là tín hiệu có các giá trị liên tục theo thời gian. Hình 13-1
biểu diễn sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian, sự thay đổi này là liên tục, do đó tín hiệu nhiệt độ
là tín hiệu tương tự.
Hình 13-1
Tín hiệu tương tự.
13-1-2 Định nghĩa tín hiệu số
Tín hiệu số (digital signal) là tín hiệu có tập hợp các giá trị là rời rạc. Tín hiệu số thường được
tạo ra từ tín hiệu tương tự thông qua quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa. Hình 13-2 minh họa tín
hiệu số được tạo ra bằng cách lấy mẫu tín hiệu tương tự trong hình 13-1.
1
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Hình 13-2
Tín hiệu số được tạo ra từ tín
hiệu tương tự trong hình 13-1.
13-1-3 Hệ thống nhị phân và các mức điện áp
Các số trong hệ thống nhị phân, thường gọi là số nhị phân, được tạo nên chỉ từ hai chữ số 0 và
1. Hai chữ số này được gọi là các bit. Trong mạch số, hai mức điện áp khác nhau sẽ được dùng để
biểu diễn hai bit này. Bit 1 thường được biểu diễn bằng mức điện áp cao HIGH và bit 0 được biểu
diễn bằng mức điện áp thấp LOW.
13-1-4 Mức logic
Giá trị điện áp dùng để biểu diễn hai bit 0 và 1 được gọi là mức logic, một mức điện áp biểu
diễn trạng thái HIGH, một mức biểu diễn trạng thái LOW. Trong thực tế, một tầm điện áp sẽ xác
định một mức logic chứ không phải một giá trị điện áp duy nhất. Ta thử xét sơ đồ trong hình 13-3.
Hình 13-3
Sơ đồ mức logic.
Trong sơ đồ này, mức HIGH tương ứng với các giá trị điện áp từ 2 V
(
VH (min) ) đến 5 V
(
VH (max) ) và mức LOW tương ứng với các giá trị điện áp từ 0 V VL(min) ) đến 0.8 V
(
(
VL(max) ). Nếu
điện áp rơi vào khoảng 0.8 V đến 2 V , mức logic là không xác định. Đây là tầm điện áp không
được xuất hiện trong các thiết kế số.
13-1-5 Dạng sóng số
Dạng sóng số là dạng tín hiệu trong các mạch số. Dạng sóng này bao gồm sự chuyển đổi giữa
hai mức logic, HIGH và LOW, trong một khoảng thời gian. Hình 13-4 là ví dụ của một dạng sóng
số.
2
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Hình 13-4
Dạng sóng lý tưởng của tín hiệu số.
Vị trí tín hiệu chuyển từ LOW sang HIGH được gọi là cạnh lên của tín hiệu (Rising Leading
Edge). Vị trí tín hiệu chuyển từ HIGH sang LOW được gọi là cạnh xuống của tín hiệu (Falling
Leading Edge). Dạng sóng này là dạng sóng lý tưởng vì trong thực tế thời gian cạnh lên và cạnh
xuống không bao giờ bằng không. Hình 13-5 cho thấy dạng sóng trong thực tế của tín hiệu số.
Hình 13-5
Dạng sóng số trong thực tế.
Trong dạng sóng này, khoảng thời gian khi tín hiệu tăng từ 10% đến 90% giá trị lớn nhất được
gọi là thời gian lên (rise time), tương tự, thời gian khi tín hiệu giảm từ 90% xuống 10% được gọi là
thời gian xuống (fall time). Thời gian lên và thời gian xuống là hai thông số không thể bỏ qua trong
thực tế khi xét cạnh lên và cạnh xuống của tín hiệu số. Tuy nhiên, trong trường hợp độ rộng xung
(pulse width) lớn hơn rất nhiều so với thời gian lên và thời gian xuống, ta có thể xem tín hiệu số
xấp xỉ tín hiệu lý tưởng.
Bên cạnh sự không lý tưởng của tín hiệu tại cạnh lên và cạnh xuống, một số đặc điểm khác có
thể xuất hiện trên dạng sóng của tín hiệu số như overshoot, undershoot, và ringing như trong hình
13-6.
Hình 13-6
Minh họa một số khả năng có thể
xảy ra trong dạng sóng tín hiệu số.
Tín hiệu số có thể là tín hiệu tuần hoàn hoặc không tuần hoàn. Hình 13-7 minh họa hai trường
hợp này.
3
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Hình 13-7
Tín hiệu số không tuần hoàn (hình trên) và tuần hoàn (hình dưới).
Trong hình trên,
T
là chu kỳ của tín hiệu tuần hoàn, do đó tần số của tín hiệu số tuần hoàn này
là
1
f =
(13-1)
T
Duty cycle của tín hiệu tuần hoàn được định nghĩa bằng tỉ số của độ rộng xung tW và chu kỳ
của tín hiệu
T
.
t
Duty cycle = w (%)
(13-2)
T
13-1-6 Mạch tích hợp số
Thông thường các mạch logic thường có sẵn dưới dạng mạch tích hợp (IC – Integrated
Circuit). IC được dùng nhiều trong các hệ thống số vì kích thước nhỏ, độ ổn định và tin cậy cao, giá
thành thấp.
IC thường được tạo nên từ một thanh bán dẫn silicon, sau đó đặt vào trong một lớp vỏ
(package) bằng plastic. Các linh kiện bán dẫn trên thanh silicon được nối ra ngoài package bằng các
dây kim loại mỏng tạo nên các chân linh kiện. IC loại này được gọi là monolithic IC, trong đó, tất
cả các thành phần tạo nên mạch như điện trở, transistor, diode, tụ điện đều là một phần tích hợp từ
một thanh silicon duy nhất.
Các IC package thường có hình dạng rất khác nhau, tuy nhiên có thể chia thành hai loại: gắn
xuyên lỗ (through-hole mounted) và gắn bề mặt (surface mounted) dựa vào cách thức mà package
được gắn trong một mạch điện. DIP (Dual-in-inline package) là dạng package xuyên lỗ thường gặp
nhất. Với DIP, IC được đặt trên một phía của board mạch in, các chân IC được cắm xuyên qua và
hàn ở mặt bên kia của board mạch. Đối với dạng gắn bề mặt (SMT), package thường bao gồm
nhiều loại khác nhau như: SOIC (small-outline IC), PLCC (plastic leaded chip carrier), LCCC
(leadless ceramic chip carrier), và flat pack. Hình 13-8 vẽ một số dạng package thường gặp.
4
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Hình 13-8
Một số dạng package thường gặp.
Mỗi dạng package sẽ có một qui tắc để đánh số chân cho IC. Hình 13-9 minh họa qui tắc này.
Hình 13-9
Qui tắc đánh số thứ tự chân cho các loại package.
IC còn được phân loại dựa vào độ phức tạp của nó. Việc phân loại này dựa vào số cổng chứa
trong một IC. Ta có một số dạng như sau
SSI – Small-Scale Integration: có từ 1 – 11 cổng. Ví dụ như các cổng cơ bản, flip-flop,…
5
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
MSI – Medium-Scale Integration: có từ 12 – 99 cổng. Ví dụ như các IC decoder, encoder,
counter, register,…
LSI – Large-Scale Integration: có từ 100 – 9999 cổng. Ví dụ như các IC nhớ (memory), vi xử
lý (microprocessor) đơn giản,…
VLSI – Very Large-Scale Integration: có từ 10000 – 99999 cổng. Ví dụ như microprocessor,…
ULSI – Ultra Large-Scale Integration: có từ 100000 cổng trở lên. Ví dụ như các bộ điều khiển
cho các card đồ họa 3D,…
Các transistor được dùng trong IC thường là BJT hoặc transistor MOS. Hai loại IC dùng BJT
là TTL (transistor-transistor logic) và ECL (emitter-coupled logic). Trong đó TTL là loại được
dùng rộng rãi nhất, tuy tốc độ không nhanh bằng ECL nhưng công suất thấp hơn nhiều. Ba loại IC
dùng kỹ thuật transistor MOS là CMOS (Complementary MOS), NMOS và PMOS. Trong đó
CMOS và NMOS là hai dạng thường được dùng nhất.
Các IC có thể được thiết kế bằng kỹ thuật bất kỳ trong các kỹ thuật trên, tuy nhiên trong thực tế
TTL và CMOS là thông dụng cho các IC loại SSI và MSI. CMOS và NMOS được dùng cho LSI,
VLSI và ULSI vì chúng tiêu thụ công suất rất thấp và ít tốn diện tích trên chip.
13-2 Biểu diễn số
13-2-1 Số thập phân
Số thập phân là các số trong hệ 10. Điều này có nghĩa là mỗi số chữ số thập phân (decimal
digit), có giá trị từ 0 đến 9, là một bội số của lũy thừa của 10. Ví dụ
Giá trị 10n được gọi là trọng số của chữ số thập phân tương ứng, trong số này mở rộng một
cách không xác định về hai phía của số thập phân. Chỉ số của trong số tăng 1 về phía trái và giảm 1
về phía phải.
13-2-2 Số nhị phân
Số nhị phân là các số trong hệ 2. Điều này có nghĩa là mỗi chữ số nhị phân (binary digit), có
giá trị là 0 hoặc 1, là một bội số của lũy thừa của 2. Mỗi chữ số được gọi là một bit. Bit tận cùng
bên trái được gọi là bit có trọng số lớn nhất (MSB), và bit tận cùng bên phải là bit có trọng số nhỏ
nhất (LSB).
6
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Tương tự như đối với số thập phân, giá trị 2n được gọi là trọng số của bit tương ứng, trọng số
này mở rộng một cách không xác định về hai phía của số nhị phân. Chỉ số của trọng số tăng 1 về
phía trái và giảm 1 về phía phải.
13-2-2-1 Chuyển đổi giữa nhị phân và thập phân
Vì giới hạn chữ số của số nhị phân ít hơn số thập phân nên số nhị phân sẽ có nhiều chữ số hơn
so với số thập phân khi biểu diễn cùng một số. Một số thập phân d sẽ cần có
biểu diễn, với quan hệ
n
bit nhị phân để
log(d +1)
n
≥
(13-3)
log2
Ví dụ 13-1
Tìm số bit cần để biểu diễn số 8 dưới dạng nhị phân.
Hướng dẫn
d = 8
log 8 +1
(
)
n ≥
≈ 3.17
log 2
Chọn n = 4 . Như vậy cần 4 bit nhị phân để có thể biểu diễn số 8.
Có thể kết luận là với một số nhị phân
-bit, tổng số giá trị mà nó có thể biểu diễn là 2n với
giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 2n
1.
n
−
Phương pháp để chuyển số nhị phân thành thập phân giống như cách ta đã đề cập ở phần trên.
Mỗi bit trong số nhị phân được nhân với trọng số tương ứng, sau đó cộng chúng lại với nhau.
Việc chuyển số thập phân thành nhị phân có thể thực hiện bằng hai cách: phương pháp tổng
các trọng số và phương pháp lặp phép chia/nhân cho 2. Đối với phương pháp tổng các trọng số, ta
sẽ viết giá trị thập phân thành tổng của các lũy thừa của 2. Ví dụ số 9.625 có thể được viết lại là
9.625 = 23 + 20 + 2−1 + 2−3 , do đó biểu diễn nhị phân của nó là 1001.101. Đối với phương pháp lặp
phép chia/nhân, ta sẽ thực hiện chia phần nguyên cho 2, sau đó lấy thương để tiếp tục thực hiện
phép chia cho 2, kết quả nhị phân sẽ là các số dư với LSB là số dư đầu tiên, việc chia sẽ ngừng khi
thương là 0. Phần thập phân sẽ được nhân cho 2, sau đó lấy phần thập phân tiếp tục nhân cho 2, kết
quả nhị phân sẽ là các số nhớ với MSB là số nhớ đầu tiên, việc nhân sẽ ngừng lại khi phần thập
phân là 0. Ví dụ đối với giá trị 9.625 ở trên ta có
13-2-2-2 Số học nhị phân
7
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Số học nhị phân tương tự như số học thập phân ngoại trừ là số nhớ xuất hiện tại 2 chứ không
phải tại 10. Các ví dụ sau trình bày các phép toán cộng, trừ, nhân và chia trên số nhị phân.
Phép cộng
Phép trừ
Phép nhân
Phép chia
13-2-2-3 Số bù 1 và số bù 2 của một số nhị phân
Số bù 1 của một số nhị phân có được bằng cách đảo mỗi bit trong số nhị phân, tức là 0 chuyển
thành 1 và 1 chuyển thành 0. Ví dụ
Số bù 2 của một số nhị phân có được bằng cách cộng 1 vào số bù 1 của số nhị phân. Ví dụ
8
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
13-2-2-4 Biểu diễn số có dấu
Để biểu diễn số âm, bit MSB được dùng làm bit dấu trong số có dấu. Nếu MSB là 1 thì số nhị
phân là âm, MSB là 0 thì số nhị phân là dương. Có ba hệ thống để biểu diễn số có dấu: hệ thống
dấu – biên độ, hệ thống bù 1 và hệ thống bù 2.
Trong hệ thống dấu – biên độ, MSB chỉ dấu và phần còn lại chỉ biên độ. Ví dụ
Tầm biểu diễn của số có dấu
+ 2n−1 −1 . Để chuyển từ nhị phân sang thập phân ta chỉ việc tìm phần biên độ trước sau đó dựa
n
-bit trong hệ thống dấu – biên độ là từ − 2n−1 −1 đến
(
)
(
)
vào bit MSB để xác định dấu của số thập phân.
Trong hệ thống bù 1, số âm được biểu diễn bằng bù 1 của số dương. Ví dụ
Tầm biểu diễn của số có dấu
n
-bit trong hệ thống bù 1 là từ − 2n−1 −1 đến + 2n−1 −1 . Để
)
(
)
chuyển từ số nhị phân sang thập phân ta chỉ việc tính tổng các trọng số của từng bit trong số nhị
phân như thông thường, nhưng phải lưu ý là bit MSB có trọng số âm. Sau đó cộng 1 vào kết quả.
Trong hệ thống bù 2, số âm được biểu diễn bằng bù 2 của số dương. Ví dụ
−1
Tầm biểu diễn của số có dấu
n
-bit trong hệ thống bù 2 là từ
−
2n đến + 2n−1 −1 . Để chuyển
(
)
từ số nhị phân sang thập phân ta chỉ việc tính tổng các trọng số của từng bit trong số nhị phân như
thông thường, nhưng phải lưu ý là bit MSB có trọng số âm. Thao tác này tương tự hệ thống bù 1
ngoại trừ việc ta không cộng 1 vào kết quả.
Hệ thống bù 2 là hệ thống thường được dùng để biểu diễn số có dấu vì sự đơn giản khi thực
hiện các phép toán số học trên nó.
13-2-2-5 Số học dùng số có dấu
n
-bit trong hệ thống bù 2
Trong thực tế, hầu hết các loại microprocessor đều sử dụng hệ thống bù 2 để biểu diễn số có
dấu. Phần này ta sẽ xem xét cách thức thực hiện các phép toán số học cộng, trừ, nhận và chia trên
hệ thống bù 2. Nói chung các số thường được biểu diễn bằng
n -bit nhị phân. Trong các ví dụ sau ta
sẽ đặt = 8 cố định. Điều này cũng phù hợp trong thực tế vì các loại microprocessor đều có độ
n
rộng bit cố định. Do đó, khả năng kết quả của phép toán vượt quá tầm biểu diễn của số
được xem xét một cách cẩn thận khi thiết kế các hệ thống số.
n -bit phải
Đối với phép cộng số có dấu, ta xét bốn khả năng: cả hai số đều dương, số dương lớn hơn số
âm, số dương nhỏ hơn số âm và cả hai số đều âm. Ví dụ sau biểu diễn trường hợp cả hai số đều
dương.
9
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Trong trường hợp này, kết quả nằm trong khả năng biểu diễn của số 8-bit và có dạng như nhị
phân không dấu. Trường hợp kết quả vượt quá tầm biểu diễn được trình bày trong ví dụ sau.
Lúc này ta thấy kết quả nhị phân biểu diễn một số âm, trong khi đó kết quả thực sự lại là một
số dương. Đó là do số có dấu 8-bit trong hệ thống bù 2 chỉ có thể biểu diễn từ -128 đến +127 như ta
đã biết trong phần biểu diễn số có dấu, trong khi đó kết quả là +183 nên số 8-bit không thể biểu
diễn được. Điều này được gọi là hiện tượng tràn số có dấu (overflow) và thường được cảnh báo
bằng một bit cờ (flag) trong các hệ thống dùng microprocessor. Nếu cờ tràn bằng 1 (còn gọi là giá
trị true) thì có hiện tượng tràn trong kết quả, nếu cờ tràn bằng 0 (còn gọi là giá trị false) thì không
có tràn trong kết quả. Người thiết kế dựa vào cờ tràn để xem kết quả thực hiện của phép toán có
đúng hay không.
Trường hợp số dương lớn hơn số âm được minh họa trong ví dụ sau.
Ta thấy kết quả là số 9-bit, trong khi đó độ rộng bit đã được cố định là 8-bit, nên bit nhớ thứ 9
(bit MSB) sẽ được bỏ đi. Lúc này ta nhận được dạng biểu diễn nhị phân chính xác. Một số trường
hợp kết quả nằm gọn trong 8-bit, khi đó kết quả cũng là biểu diễn nhị phân chính xác. Trường hợp
số dương nhỏ hơn số âm cũng có kết quả tương tự.
Trường hợp này không tạo ra bit thứ 9 trong kết quả, ta thấy là kết quả là dạng biểu diễn chính
xác của số có dấu trong hệ thống bù 2. Như vậy, trong trường hợp có một số âm và một số dương,
khả năng tràn số có dấu sẽ không xảy ra.
Đối với trường hợp cả hai số đều âm, ta cũng xét hai khả năng tương tự như trường hợp cả hai
số đều dương.
Nếu kết quả nằm trong tầm biểu diễn, ta sẽ luôn nhận được biểu diễn chính xác với độ rộng bit
cố định là 8. Nếu kết quả vượt quá tầm biểu diễn ta sẽ nhận được một biểu diễn nhị phân sai như
trong ví dụ sau.
10
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Tóm lại, đối với phép cộng trên số có dấu, việc cộng được thực hiện bình thường như trong số
không dấu, trong đó số nhớ nếu có cần phải được loại bỏ. Trường hợp ngoại lệ sẽ xảy ra khi có hiện
tượng tràn số có dấu.
Đối với phép trừ số có dấu, ta sẽ thực hiện bằng cách dùng phép cộng số có dấu. Trước tiên ta
tìm bù 2 của số trừ, sau đó cộng kết quả có được đến số bị trừ. Số nhận được chính là hiệu cần tìm.
Việc thực hiện thao tác lấy bù 2 và cộng đã được đề cập ở trên.
Phép nhân số có dấu được thực hiện dựa trên phép cộng và lặp. Tuy nhiên, có hai qui tắc phải
lưu ý khi nhân số có dấu trong hệ bù 2. Thứ nhất, cả số nhân và bị nhân phải là trong dạng nhị phân
không dấu. Thứ hai, nếu hai số hạng ngõ vào trái dấu, kết quả sẽ âm và kết quả sẽ dương nếu hai số
hạng ngõ vào cùng dấu. Như vậy nếu số hạng ngõ vào là âm, ta phải tìm dạng bù 2 của nó trước khi
thực hiện nhân.
Phép chia được thực hiện dựa trên phép trừ và lặp, trong khi đó như ta đã biết phép trừ lại được
thực hiện dựa trên phép cộng và bù 2. Như vậy có thể thấy phép chia cũng được thực hiện dựa vào
phép cộng và bù 2. Tương tự như phép nhân, phép chia cũng được thực hiện dựa trên hai qui tắc đó
là cả số chia và số bị chia phải có dạng không dấu; kết quả sẽ là dương nếu hai ngõ vào cùng dấu và
âm nếu hai ngõ vào trái dấu.
13-2-3 Số thập lục phân
Số thập lục phân (thường được gọi tắt là số hex) là các số được biểu diễn trong hệ 16. Điều này
có nghĩa là mỗi chữ số thập phân (hexadecimal digit), có giá trị từ 0 đến F, sẽ là một bội số của lũy
thừa của 16. Bảng sau sẽ trình bày sự tương ứng giữa một chữ số hex, giá trị thập phân và dạng
biểu diễn nhị phân tương ứng.
Bảng 13-1
Sự tương ứng giữa chữ số hex, giá trị thập phân
và dạng biểu diễn nhị phân.
11
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Ta thấy là các chữ cái A đến F được dùng để biểu diễn các giá trị từ 10 đến 15, và một chữ số
hex sẽ được biểu diễn đầy đủ bằng 4-bit nhị phân. Ví dụ sau cho thấy cách tính giá trị của một số
hex, hoàn toàn tương tự như ta đã biết trong số thập phân và nhị phân.
Cũng như đối với hệ thập phân và hệ nhị phân, giá trị 16n là trọng số của các chữ số hex sẽ mở
rộng một cách không xác định về hai phía. Chỉ số của trọng số tăng 1 khi đi về phía tay trái và giảm
1 khi đi về phía tay phải. Số học đối với số hex được thực hiện tương tự như số thập phân và nhị
phân và có thể được thực hiện bằng cách đổi sang số nhị phân. Điều này hoàn toàn có thể vì trong
thực tế, microprocessor biểu diễn các số trong dạng nhị phân, dạng số hex thường được dùng để
viết ngắn cho số nhị phân.
Để chuyển từ số nhị phân sang số hex hoặc ngược lại ta chỉ việc qui đổi 1 chữ số hex thành 4
bit nhị phân như đã thấy trong bảng 13-1. Ví dụ sau cho thấy cách chuyển từ số hex sang nhị phân.
13-2-4 Số BCD
Số BCD, còn được gọi là số thập phân được mã hóa bằng nhị phân (Binary Coded Decimal),
được dùng để biểu diễn các số thập phân dưới dạng nhị phân. Mã 8421 là một trong các dạng số
BCD. Bảng 13-2 cho thấy cách mã hóa thập phân bằng nhị phân của mã 8421.
Bảng 13-2
Mã 8421.
Lưu ý là trong mã này, 4-bit nhị phân được dùng để biểu diễn một chữ số thập phân. Các chuỗi
4-bit còn lại là 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111 không được sử dụng. Ví dụ sau trình bày cách
chuyển đổi giữa số 3519 thập phân sang BCD 8421 và ngược lại.
12
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
13-2-5 Mã ASCII 7-bit
Mã này được dùng để biểu diễn các ký tự hiển thị bao gồm chữ hoa, chữ thường và chữ số, và
các ký tự điều khiển dưới dạng nhị phân. Bảng 13-3 cho thấy bảng mã này.
Bảng 13-3
Bảng mã ASCII 7-bit.
Bảng mã ASCII 7-bit là bảng mã đầu tiên. Đến nay ta đã có một số bảng mã khác dùng để biểu
diễn ký tự hiển thị và ký tự điều khiển như mã ASCII mở rộng 8-bit, mã Unicode,…
13-3 Cổng logic
13-3-1 Mạch logic
Mạch logic tổ hợp sử dụng các cổng logic để tạo nên các hàm logic. Chúng là thành phần tạo
nên các hệ thống số. Bảy loại cổng logic cơ bản là AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR.
13
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Như ta sẽ thấy trong phần sau, mỗi loại cổng sẽ có đáp ứng khác nhau khi áp tín hiệu logic vào ngõ
vào, chúng sẽ có biểu tượng logic và biểu diễn đại số khác nhau.
Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra, các loại cổng còn lại đều có nhiều hơn một ngõ
vào nhưng vẫn chỉ có một ngõ ra.
13-3-2 Cổng NOT
Hoạt động: ngõ ra là đảo của ngõ vào như trong bảng sau. Bảng này được gọi là bảng sự thật
(truth table) của cổng NOT.
Biểu tượng:
Ví dụ:
Dạng đại số: X = A
13-3-3 Cổng AND
Hoạt động: ngõ ra là 1 khi và chỉ khi tất cả các ngõ vào là 1.
Biểu tượng:
Ví dụ:
Dạng đại số:
Bảng sự thật:
X = ABC
14
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
13-3-4 Cổng OR
Hoạt động: ngõ ra là 1 khi có một hoặc nhiều ngõ vào là 1.
Biểu tượng:
Ví dụ:
Dạng đại số:
Bảng sự thật:
X = A+ B + C
13-3-5 Cổng NAND
Hoạt động: ngõ ra là 0 khi tất cả các ngõ vào là 1.
Biểu tượng:
Ví dụ:
Dạng đại số: X = ABC
Bảng sự thật:
15
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
13-3-6 Cổng NOR
Hoạt động: ngõ ra là 0 khi một hoặc nhiều ngõ vào là 1.
Biểu tượng:
Ví dụ:
Dạng đại số:
Bảng sự thật:
X = A+ B +C
(
)
13-3-7 Cổng XOR
Hoạt động: ngõ ra là 1 khi có một số lẻ ngõ vào là 1.
Biểu tượng:
Ví dụ:
16
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Dạng đại số:
Bảng sự thật:
X = A⊕ B ⊕C
13-3-8 Cổng XNOR
Hoạt động: ngõ ra là 0 khi có một số lẻ ngõ vào là 1.
Biểu tượng:
Ví dụ:
Dạng đại số:
Bảng sự thật:
X = A⊕ B ⊕C
(
)
17
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
13-3-9 Một số tính chất của cổng NAND và NOR
Một tổ hợp của các cổng NAND hoặc cổng NOR có thể thay thế được các cổng logic khác.
Tính chất này rất có ích vì thông thường các IC cổng logic chứa vài cổng cùng loại chứ không chỉ
một cổng duy nhất. Do đó, việc thiết kế chỉ bằng NAND hoặc NOR giúp làm giảm giá thành, tận
dụng hết tài nguyên của các IC, giảm diện tích board mạch thiết kế. Các hình sau cho thầy cách
dùng cổng NAND hoặc NOR để thiết kế các loại cổng khác.
13-3-10
Mạch tổ hợp, bảng sự thật và giản đồ xung
18
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
Các cổng logic sẽ được phối hợp với nhau trong các mạch logic tổ hợp để thực hiện một chức
năng cụ thể. Hoạt động của mạch có thể được mô tả bằng bảng sự thật (truth table). Hoạt động của
mạch cũng có thể được mô tả bằng giản đồ xung (timing diagram), nghĩa là dạng sóng tại các điểm
trong mạch. Ví dụ sau minh họa cách dùng sơ đồ mạch, bảng sự thật và giản đồ xung mô tả hoạt
động của mạch.
Bảng sự thật và giản đồ xung của mạch mô tả hoạt động của mạch như sau, giá trị của các
điểm trung gian cũng được xác định trong bảng sự thật và vẽ giản đồ xung.
19
Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử
Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn
13-4 Đại số Boolean
13-4-1 Biểu thức Boolean và các định nghĩa
Trước tiên ta định nghĩa một số thuật ngữ của đại số Boolean. Một biến Boolean là một ký
hiệu, ví dụ
(complement) của một biến là một biến khác có giá trị là đảo của biến lấy bù, bù của biến thường
được ký hiệu là
A , được dùng để biểu diễn một đại lượng logic, giá trị của nó là 0 hoặc 1. Bù
A
.
Phép cộng (+) và phép nhân (×) là hai phép toán được dùng nhiều nhất trong đại số Boolean.
Trong phần trước ta đã biết qua 7 loại cổng logic cơ bản và ta sẽ thấy rằng cổng OR là biểu diễn
của phép cộng và cổng AND là biểu diễn của phép nhân.
Bây giờ ta sẽ xét phép cộng trong đại số Boolean. Phép cộng là tương đương với cổng OR, kết
quả sẽ là một khi có một hoặc nhiều ngõ vào là 1. Ví dụ
20
Tải về để xem bản đầy đủ
28 trang
19560
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Chương 13: Kỹ thuật số cơ bản", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ky_thuat_dien_tu_chuong_13_ky_thuat_so_co_ban.pdf
