Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Bài giảng điện tử số I
Bài ging N T S 1 Trang 26Chng 3CÁC PHN T LOGIC C BN3.1. KHÁI NIM V MCH S3.1.1. Mch tng tch tng t (còn gi là mch Analog) là mch dùng x lý các tín hiu tng t. Tín hiung t là tín hiu có biên bin thiên liên tc theo thi gian.Vic x lý bao gm các vn : Chnh lu, khuch i, u ch, tách sóng… Nhc m ca mch tng t:- Kh nng chng nhiu thp (nhiu d xâm nhp).- Vic phân tích thit k mch phc tp. khc phc nhng nhc m này ngi ta s dng mch s.3.1.2. Mch sch s (còn gi là mch Digital) là mch dùng x lý tín hiu s. Tín hiu s là tín hiu cóbiên bin thiên không liên tc theo thi gian hay còn gi là tín hiu gián n, c biu dini dng sóng xung vi 2 mc n th cao và thp mà tng ng vi hai mc n th này là haic logic 1 và 0 ca mch s.Vic x lý trong mch s bao gm các vn nh:- Lc s.- u ch s / Gii u ch s.- Mã hóa / Gii mã …u m ca mch s so vi mch tng t :- chng nhiu cao (nhiu khó xâm nhp).- Phân tích thit k mch s tng i n gin.Vì vy, hin nay mch sc s dng khá ph bin trong tt c các lnh vc nh: o lng s,truyn hình s, u khin s. . .3.1.3. H logic dng/âmTrng thái logic ca mch s có th biu din bng mch n n gin nh trên hình 3.1:Hot ng ca mch n này nh sau:- K M : èn Tt- K óng : èn SángTrng thái óng/M ca khóa K hoc trng thái Sáng/Tt caèn cng c c trng cho hai trng thái logic ca mch s.KviHình 3.1 Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 27ng có th thay khóa K bng khóa n t dùng BJT nh sau (hình 3.2):Gii thích các s mch:Hình 3.2a:- Khi Vi = 0 : BJT tt → V0 = +Vcc- Khi Vi > a : BJT dn bão hòa → V0 = Vces = 0,2 (V) ≈ 0 (V).Hình 3.2b:- Khi Vi = 0 : BJT tt → V0 = -Vcc- Khi Vi < -a: BJT dn bão hòa → V0 = Vces = -Vecs = - 0,2 (V) ≈ 0 (V).y, trong c 2 s mc n th vào/ra ca khoá n t dùng BJT cng tng ng vi 2trng thái logic ca mch s.Ngi ta phân bit ra hai h logic tùy thuc vào mc n áp:- Nu chn : Vlogic 1 > Vlogic 0→ h logic dng- Nu chn : Vlogic 1 < Vlogic 0→ h logic âm Logic dng và logic âm là nhng h logic t, ngoài ra còn có h logic m (Fuzzy Logic) hinang c ng dng khá ph bin trong các thit bn t và các h thng u khin tng.3.2. CNG LOGIC (LOGIC GATE)3.2.1. Khái nimng logic là mt trong các thành phn c bn xây dng mch s. Cng logic c ch totrên c s các linh kin bán dn nh Diode, BJT, FET hot ng theo bng trng thái cho trc.3.2.2 Phân loiCó ba cách phân loi cng logic:- Phân loi cng theo chc nng.- Phân loi cng theo phng pháp ch to.- Phân loi cng theo ngõ ra.1. Phân loi cng logic theo chc nnga)RBRcQ+VccViV0b)RcQRB-VccViV0Hình 3.2. Biu din trng thái logic ca mch s bng khóa n t dùng BJT Bài ging N T S 1 Trang 28a. Cng M (BUFFER)ng m (BUFFER) hay còn gi là cng không o là cng có mt ngõ vào và mt ngõ ra viký hiu và bng trng thái hot ng nh hình v.Phng trình logic mô t hot ng ca cng m: y = xTrong ó:- x là ngõ vào có tr kháng vào Zv vô cùng ln → do ó dòng vào ca cng m rt nh.- y là ngõ ra có tr kháng ra Zra nh → cng m có kh nng cung cp dòng ngõ ra ln.Chính vì vy ngi ta s dng cng m theo 2 ý ngha sau:- Dùng phi hp tr kháng.- Dùng cách ly và nâng dòng cho ti. phng din mch n có th xem cng m (cng không o) ging nh mch khuych i Cchung (ng pha).b.Cng O (NOT)ng O (còn gi là cng NOT) là cng logic có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra, vi ký hiu và bngtrng thái hot ng nh hình v:Phng trình logic mô t hot ng ca cng O: y =xng o gi chc nng nh mt cng m, nhng ngi ta gi là m o vì tín hiu ngõ rangc mc logic (ngc pha) vi tín hiu ngõ vào.Trong thc t ta có th ghép hai cng O ni tng vi nhau thc hin chc nng ca cngM (cng không o) (hình 3.5):ng trng tháixy001 1xyHình 3.3. Ký hiu và bng trng thái ca cng mng trng thái:xy011 0xyHình 3.4. Ký hiu và bng trng thái hot ng ca cng oxxxxx =Hình 3.5. S dng 2 cng O to ra cng M Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 29 phng din mch n, cng O ging nh tng khuych i E chung.c. Cng VÀ (AND)ng AND là cng logic thc hin chc nng ca phép toán nhân logic các tín hiu vào. CngAND 2 ngõ vào có 2 ngõ vào 1 ngõ ra ký hiu nh hình v:Phng trình logic mô t hot ng ca cng AND:y = x1.x2ng trng thái hot ng ca cng AND 2 ngõ vào:x1x2 y0 0 00 1 01 0 01 1 1 bng trng thái này có nhn xét: Ngõ ra y ch bng 1 (mc logic 1) khi c 2 ngõ vào u bng1, ngõ ra y bng 0 (mc logic 0) khi có mt ngõ vào bt k (x1 hoc x2) bng 0.Xét trng hp tng quát cho cng AND có n ngõ vào x1, x2 . xn:yAND===∀=∃)n1,(i1x10x0iiy, c m ca cng AND là: ngõ ra y ch bng 1khi tt c các ngõ vào u bng 1, ngõ ra y bng 0 khicó ít nht mt ngõ vào bng 0. dng cng AND óng m tín hiu:Cho cng AND có hai ngõ vào x1 và x2. Ta chn:- x1óng vai trò ngõ vào u khin (control). - x2óng vai trò ngõ vào d liu (data).Xét các trng hp c th sau ây:- Khi x1= 0: y = 0 bt chp trng thái ca x2, ta nói ng AND khóa li không cho d liu avào ngõ vào x2 qua cng AND n ngõ ra.- Khi x1 = 12xy1y12x0y02x=⇒=⇒==⇒=Ta nói ng AND m cho d liu a vào ngõ vào x2 qua cng AND n ngõ ra.y, có th s dng mt ngõ vào bt k ca cng AND óng vai trò tín hiu u khin cho phéphoc không cho phép lung d liu i qua cng AND. dng cng AND to ra cng logic khác:u s dng 2 t hp u và cui trong bng giá tr ca cng AND và ni cng AND theo snh hình 3.8 thì có th s dng cng AND to ra cng m.Trong thc t, có th tn dng ht các cng cha dùng trong IC thc hin chc nng ca cácng logic khác.x1yx2Hình 3.6. Cng ANDx1yxnHình 3.7. Cng AND vi n ngõ vào Bài ging N T S 1 Trang 30d. Cng HOC (OR)ng OR là cng thc hin chc nng ca phép toán cng logic các tín hiu vào. Trên hình v làký hiu ca cng OR 2 ngõ vào:Phng trình logic cng OR 2 ngõ vào: y = x1 + x2ng trng thái mô t hot ng:x1x2y = x1+x20 0 00 1 11 0 11 1 1Xét trng hp tng quát i vi cng OR có n ngõ vào.Phng trình logic:yOR ===∀=∃)n1,(i0x01x1iic m ca cng OR là: Tín hiu ngõ ra ch bng 0 khi và ch khi tt c các ngõ vào ung 0, ngc li tín hiu ngõ ra bng 1 khi ch cn có ít nht mt ngõ vào bng 1. dng cng OR óng m tín hiu:Xét cng OR có 2 ngõ vào x1, x2. Nu chn x1 là ngõ vào u khin (control), x2 ngõ vào d liu(data), ta có các trng hp c th sau ây:- x1= 1: y = 1, y luôn bng 1 bt chp x2→ Ta nói ng OR khóa không cho d liu i qua.x1x2y+x = 0 x1= x2= 0 y = 0+x = 1 x1= x2= 1 y = 1 y = xHình 3.8. S dng cng AND to ra cng m.Ký hiu Châu ÂuKý hiu theo M, Nht, Úcx1x2yx1x2yHình 3.9a Cng OR 2 ngõ vàox1xnyHình 3.9b Cng OR n ngõ vào Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 31- x1= 0:2xy1y12x0y02x=⇒=⇒==⇒=→ Ta nói ng OR m cho d liu t ngõ vào x2 quang n ngõ ra y. dng cng OR thc hin chc nng cng logic khác: dng hai t hp giá tru vàcui ca bng trng thái ca cng OR và ni mch cng OR nh s hình 3.10:- x = 0, x1 = x2 = 0 ⇒ y = 0- x = 1, x1 = x2 = 1 ⇒ y = 1 ⇒ y = x: cng OR óng vai trò nh cng m.e. Cng NANDây là cng thc hin phép toán nhân o, v s logic cng NAND gm 1 cng AND mci tng vi 1 cng NOT, ký hiu và bng trng thái cng NAND c cho nh hình 3.11:Phng trình logic mô t hot ng ca cng NAND 2 ngõ vào:21.xxy =Xét trng hp tng quát: Cng NAND có n ngõ vào. yNAND ===∀=∃)n1,(i1x00x1iiy, c m ca cng NAND là: tín hiu ngõ ra ch bng 0 khi tt c các ngõ vào u bng1, và tín hiu ngõ ra s bng 1 khi ch cn ít nht mt ngõ vào bng 0. dng cng NAND óng m tín hiu:Xét cng NAND có hai ngõ vào. Chn x1 là ngõ vào u khin (control), x2 là ngõ vào d liu(data), ln lt xét các trng hp sau:- x1= 0: y = 1 (y luôn bng 1 bt chp giá tr ca x2) ta nói ng NAND khóa.- x1= 1:2xy0y12x1y02x=⇒=⇒==⇒=→ ng NAND m cho d liu vào ngõ vào x2nngõ ra ng thi o mc tín hiu ngõ vào x2, lúc này cng NAND óng vai trò là cng O.x1x2yxHình 3.10. S dng cng OR làm cng mHình 3.11. Cng NAND: Ký hiu, s logic tng ng và bng trng tháix1x2y0 0 10 1 11 0 11 1 0x1 yx2x1x2yx1yxnHình 3.12.Cng NAND n ngõ vào Bài ging N T S 1 Trang 32x1x2y1x2x y =212121. xxxxxx +=+=x1x2yHình 3.13d. Dùng cng NAND to cng OR dng cng NAND to các cng logic khác: - dùng cng NAND to cng NOT: - dùng cng NAND to cng BUFFER (cng m): - dùng cng NAND to cng AND: - dùng cng NAND to cng OR:x1yx2x y =xxxxx =+=2121xyHình 3.13a.Dùng cng NAND to cng NOTxxy ==yxx1x2xxyHình 3.13b.Dùng cng NAND to cng M (BUFFER)yx1x221.xx y =2121.xxxx =x1x2yHình 3.13c. S dng cng NAND to cng AND Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 33f. Cng NORng NOR, còn gi là cng Hoc-Không, là cng thc hin chc nng ca phép toán cng ologic, là cng có hai ngõ vào và mt ngõ ra có ký hiu nh hình v:Phng trình logic mô t hot ng ca cng :y =21xx +ng trng thái mô t hot ng ca cng NOR :x1x2y0 0 10 1 01 0 01 1 0Xét trng hp tng quát cho cng NOR có n ngõ vào.yNOR===∀=∃)n1,(i0x11x0iiy c m ca cng NOR là: Tín hiu ngõ ra chng 1 khi tt c các ngõ vào u bng 0, tín hiu ngõra s bng 0 khi có ít nht mt ngõ vào bng 1. dng cng NOR óng m tín hiu:Xét cng NOR có 2 ngõ vào, chn x1 là ngõ vào u khin, x2 là ngõ vào d liu. Ta có:- x1= 1: y = 0 (y luôn bng 0 bt chp x2), ta nói ng NOR khóa không cho d liu i qua.- x1= 0:2xy0y12x1y02x=⇒=⇒==⇒=→ ta nói ng NOR m cho d liu t ngõ vào x2 quang NOR n ngõ ra ng thi o mc tín hiu ngõ vào x2, lúc này cng NOR óng vai tròlà cng O. dng cng NOR thc hin chc nng cng logic khác: - Dùng cng NOR làm cng NOT:x1x2yKý hiu theo Châu ÂuKý hiu theo M, Nhtx1x2yHình 3.14. Ký hiu cng NORx1xnyHình 3.15. Cng NOR n ngõ vào Bài ging N T S 1 Trang 34 - Dùng cng NOR làm cng OR : - Dùng cng NOR làm cng BUFFER : - Dùng cng NOR làm cng AND :x1yx2x y = xxxxx ==+2121.yxHình 3.16a. S dng cng NOR to cng NOT y =2121xxxx +=+yx1x221xx + Hình 3.16b. S dng cng NOR to cng ORx1x2yyxx1x2x y =xx =xyHình 3.16c. S dng cng NOR to cng BUFFER y =212121 xxxxxx ==+x1x2y1x2xx1x2yHình 3.16d. S dng cng NOR làm cng AND Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 35- Dùng cng NOR làm cng NAND:g. Cng XOR (EX - OR)ây là cng logic thc hin chc nng ca mch cng modulo 2 (cng không nh), là cng cóhai ngõ vào và mt ngõ ra có ký hiu và bng trng thái nh hình v.Phng trình logic mô t hot ng ca cng XOR :yXOR = x12x +1x .x2 = x1⊕ x2ng XOR c dùng so sánh hai tín hiu vào:- Nu hai tín hiu vào là bng nhau thì tín hiu ngõ ra bng 0- Nu hai tín hiu vào là khác nhau thì tín hiu ngõ ra bng 1.Các tính cht ca phép toán XOR:1. x1⊕ x2 = x2⊕ x12. x1⊕ x2⊕ x3 = (x1⊕ x2) ⊕ x3 = x1⊕ (x2⊕ x3)3. x1.(x2⊕ x3) = (x1.x2) ⊕ (x3.x1)Chng minh: trái = x1.(x2⊕ x3) = x1(x2.x3 +x2.x3) = x1x2x3 + x1x2 x3 + x1x1.x3 + x1x1.x2 = x1x2x3 + x1x2 x3 + x1x1.x3 + x1x1.x2 = x1x2(x3 +x1) + x1 x3(x2 +x1 ) = x1x231xx +21xx x1x3 = (x1x2)⊕(x1x3) = V phi (pcm).4. x1⊕ (x2. x3) = (x1⊕x3).(x1⊕x2)5. x⊕ 0 = xx ⊕ 1 = xx ⊕ x = 0x ⊕ x = 1Hình 3.16e. S dng cng NOR làm cng NAND y =212121.1 xxxxxxy =+=+=x1x2y11x2xx1x2yyx1x2y0 0 001 11 0 11 1 0yx1x2Hình 3.17. Cng XOR rng tính cht 5: u x1⊕x2 = x3 thì x1⊕x3=x2 [...]... ta có: DD DS(OFF)/Q3DS(OFF)/Q2DS(ON)/Q1 DS(OFF)/Q3DS(OFF)/Q2 y V RRR RR V ++ + = DD 77 77 V K10K10200K K10K10 ++ + = ⇒ V y V DD ⇒ y = 1. - Khi x 1 = 1, x 2 =0 (hình 3. 30b): Q 1 , Q 2 dn và Q 3 tt lúc ó theo s tng ng ta có: DD QOFFDSQONDSQONDS QOFFDSQONDS y V RRR RR V 3/ )(2/) (1/ )( 3/ )(2/)( ++ + = DD V KKK KK 7 7 10 1200 10 1 ++ + = ⇒ V y V DD ⇒ y = 1 - Khi x 1 = 0, x 2 =1: Q 1 , Q 3 dn và Q 2 tt, gii thích tng t ta có Vy VDD → y = 1. - Khi x 1 =1, x 2 =1 (hình 3. 30c):... có: DD DS(OFF)/Q3DS(OFF)/Q2DS(ON)/Q1 DS(OFF)/Q3DS(OFF)/Q2 y V )])//(R[(RR ))//(R(R V + = DD 77 77 V K)K/ /10 (10 200K KK/ /10 10 + = ⇒ V y V DD ⇒ y = 1 - Khi x 1 =0, x 2 =1 (hình 3. 31b): Q 1 và Q 3 dn, Q 2 tt, ta có: DD DS(ON)/Q3DS(OFF)/Q2DS(ON)/Q1 DS(ON)/Q3DS(OFF)/Q2 y V )])//(R[(RR ))//(R(R V + = DD 7 7 V K//1K) (10 200K K//1K10 + = ⇒ V y 2 01 1 V DD 0,005V ⇒ y = 0 - Khi x 1 =1, x 2 =0: Q 1 và Q 2 ... m): - dùng cng NAND to cng AND: - dùng cng NAND to cng OR: x 1 y x 2 x y = xxxxx =+= 212 1 x y Hình 3 . 13 a.Dùng cng NAND to cng NOT xxy == yx x 1 x 2 x x y Hình 3 . 13 b.Dùng cng NAND to cng M (BUFFER) y x 1 x 2 21 .xx y = 212 1 .xxxx = x 1 x 2 y Hình 3 . 13 c. S dng cng NAND to cng AND Bài ging N T S 1 Trang 46 V DD y R DS/ Q1 R DS/Q4 R DS/Q3 R DS/ Q2 Hình 3. 34. Hình 3. 32b (cng... : DD DS(OF)/Q4DS(ON)/Q3DS(OFF)/Q2DS(OFF)/Q1 DS(ON)/Q2DS(OFF)/Q1 y V )])//(R[(RRR ))//(R(R V ++ = DD 77 7 V K//1K) (10 1KK10 1KK10 ++ + = ⇒ V y ≈ V DD ⇒ y = 1 - Khi x 1 = 1, x 2 = 0: Q 3 và Q 2 dn, Q 1 và Q 4 tt: V y ≈ V DD ⇒ y = 1 - Khi x 1 = x 2 = 1: Q 2 và Q 1 dn, Q 3 và Q 4 tt, ta có: DD DS(OFF)/Q3DS(OFF)/Q4DS(ON)/Q2DS(ON)/Q1 DS(ON)/Q2DS(ON)/Q1 y V )])//(R[(RRR ))//(R(R V ++ = DD 77 V K)K/ /10 (10 1K1K 1K1K ++ + = ⇒ V y ≈ 0V⇒ y = 0 ⇒ây chính là mch thc hin cng NAND. V DD y R DS(ON)/Q1 R DS(OFF)/Q2 V DD y R DS(OFF)/Q1 R DS(ON)/Q2 Hình... 0. D R 4 R 2 x 1 x 2 Q 1 R 1 Q 2 R 3 R 5 y Q 3 Q 4 V cc Hình 3. 25. Cng logic h TTL dùng diode Schottky R4 x1 y2 Q2 Q4 R7 2 Q1 1 R1 Q3 y1 R6 1& apos; x2 R3 -VEE 3 VCC = 0V R5R2 RE Hình 3. 26. Cng logic h ECL (Emitter Coupled Logic) Bài ging N T S 1 Trang 44 Hình 3. 28b (cng NOR) Ta ln lt xét các trng hp sau: (s tng ng hình 3. 31 ) - Khi x 1 = x 2 = 0 (hình 3. 31a) : Q 1 dn, Q 2 và Q 3 u tt, lúc... 3. 31a (x 1 =x 2 =0) V DD y R DS(ON)/Q1 R DS(ON)/Q3 R DS(OFF)/Q2 Hình 3. 31a (x 1 =0, x 2 =1) V DD y R DS(ON)/Q1 R DS(ON)/Q2 R DS(ON)/Q3 Hình 3. 31c (x 1 =x 2 =1) Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 47 3. Phân loi cng logic theo ngõ ra a. Ngõ ra ct chm (Totem Pole Output) Xét cng logic h TTL vi s mch nh hình 3. 35. - Khi x 1 =x 2 =1: Tip giáp BE 1 , BE 2 ca Q 1 phân cc ngc nên Q 1 ... cm ca RSFF, khi J=K =1 ngõ ra trng thái k tip o mc logic so vi ngõ ra trng thái hin ti. tìm bng u vào kích ca JKFF ta khai trin bng trng thái nh sau: J n K n Q n Q n +1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 bng khai trin trên ta xây dng c bng u vào kích cho JKFF nh sau: Q n Q n +1 S n R n 0 0 0 X 0 1 1 X 1 0 X 1 1 1 X 0 th thi gian... trên s 3. 40. Hãy th gii thích s này ? x1 D2 R5 Q1 Q2 Q4 Q3 R2 . y R3 x2 VCC R4 R1 E D1 Hình 3. 38. Ngõ ra 3 trng thái x 1 y x 2 E =⇒= =⇒= cao ZyE xxyE 0 1 21 =⇒= =⇒= 21 0 1 xxyE ZyE cao x 1 y x 2 E Hình 3. 39. Cng NAND 3 trng thái vi ngõ vào E a. E tích cc mc cao - b. E tích cc mc thp a) b) 1 3 4 2 A B C D Hình 3. 40. ng dng ca ngõ ra 3 trng thái E Chng 3. Các phn... nh sau: S n R n Q n Q n +1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 X 1 1 1 X Trong bng này, tín hiu ngõ ra trng thái tip theo (Q n +1 ) s ph thuc vào tín hiu các ngõ vào data (S, R) và tín hiu ngõ ra trng thái hin ti (Q n ). T bng khai trin trên ta xây dng c bng u vào kích cho RSFF: Q n Q n +1 S n R n 0 0 0 X 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 X 0 ng t bng trng thái... CMOS c cho trên hình 3. 34. - Khi x 1 =x 2 = 0: Q 4 và Q 3 dn, Q 2 và Q 1 tt, ta có: DD DS(ON)/Q3DS(ON)/Q4DS(OFF)/Q2DS(OFF)/Q1 DS(OFF)/Q1DS(OFF)/Q2 y V )])//(R[(RRR ))//(R(R V ++ = DD 77 77 V (1K//1K)KK/ /10 10 KK/ /10 10 + = ⇒ V y V DD ⇒ y = 1 - Khi x 1 = 0, x 2 = 1: Q 2 và Q 3 dn, Q 1 và Q 4 tt, ta có : DD DS(OF)/Q4DS(ON)/Q3DS(OFF)/Q2DS(OFF)/Q1 DS(ON)/Q2DS(OFF)/Q1 y V )])//(R[(RRR ))//(R(R V ++ = DD 77 7 V K//1K) (10 1KK10 1KK10 ++ + = ⇒ . = x1.(x2⊕ x3) = x1(x2.x3 +x2.x3) = x1x2x3 + x1x2 x3 + x1x1.x3 + x1x1.x2 = x1x2x3 + x1x2 x3 + x1x1.x3 + x1x1.x2 = x1x2(x3 +x1) + x1 x3(x2 +x1 ) = x1x 231 xx. NAND y = 212 1 21. 1 xxxxxxy =+=+=x1x2y11x2xx1x2yyx1x2y0 0 0 01 11 0 11 1 0yx1x2Hình 3 .17 . Cng XOR rng tính cht 5: u x1⊕x2 = x3 thì x1⊕x3=x2 Bài ging