Bài giảng Điện tử số - Chương 2: Các cổng logic cơ bản

1CHƯƠNG 2 CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN 2Nội dung  Các cổng logic cơ bản  Biến đổi tương đương các cổng logic  Thực hiện hàm logic 32.1 Các cổng logic cơ bản  Có 3 phép toán logic cơ bản:  VÀ (AND)  HOẶC (OR)  ĐẢO (NOT)  Cổng logic cơ bản (mạch logic, phần tử logic cơ bản) là một phần tử mạch điện tử thực hiện phép toán logic cơ bản:  Cổng VÀ (AND gate)  Cổng HOẶC (OR gate)  Cổng ĐẢO (NOT inverter)  Các mạch số đặc biệt khác: các cổng NAND, NOR, XOR, NXOR 41. Cổng ĐẢO (NOT inverter)  Chức năng:  Thực hiện phép toán logic ĐẢO (NOT)  Cổng ĐẢO chỉ có 1 đầu vào:  Ký hiệu: Bảng chức năng:  Biểu thức ngõ ra: A out 0 1 1 0 Aout  5Mạch điện cổng NOT  Transistor lưỡng cực:  Có 2 loại: NPN và PNP  Transistor có 3 cực:  B: Base – cực gốc  C: Collector – cực góp  E: Emitter – cực phát  Chức năng: Dùng để khuếch đại (thông) dòng IC bằng việc điều khiển dòng IB, khóa điện tử  Hoạt động:  IB = 0, Transistor làm việc ở chế độ không khuếch đại (tắt), IC = 0  IB > 0, Transistor làm việc ở chế độ khuếch đại (thông), IC = .IB, trong đó  là hệ số khuếch đại. 6Mạch điện cổng NOT (tiếp)  Xét mạch ở hình sau:  Lần lượt đặt điện áp 0V và 5V vào đầu vào A và chọn Rb đủ nhỏ sao cho Transistor thông bão hòa, sau đó đo điện áp tại đầu ra S, ta có: AS  72. Cổng VÀ (AND gate)  Chức năng:  Thực hiện phép toán logic VÀ (AND)  Đầu ra chỉ bằng 1 khi tất cả các đầu vào bằng 1  Cổng VÀ 2 đầu vào:  Ký hiệu:  Bảng chức năng:  Biểu thức ngõ ra: out = A.B A B out 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 8Mạch điện cổng AND 2 đầu vào  Diode:  Kí hiệu:  Chức năng: cho dòng điện đi qua theo 1 chiều từ A đến K  Hoạt động:  Nếu UA > UK thì IAK > 0, Diode làm việc ở chế độ Thông  Nếu UA ≤ UK thì IAK = 0, Diode làm việc ở chế độ Tắt 9Mạch điện cổng AND 2 đầu vào (tiếp)  Xét mạch ở hình bên.  Lần lượt đặt điện áp 0V và 5V vào 2 đầu vào A và B, sau đó đo điện áp tại đầu ra S, ta có: S = A.B 10 3. Cổng HOẶC (OR gate)  Chức năng:  Thực hiện phép toán logic HOẶC (OR)  Đầu ra chỉ bằng 0 khi tất cả các đầu vào bằng 0  Cổng HOẶC 2 đầu vào:  Ký hiệu:  Bảng chức năng:  Biểu thức ngõ ra: out = A + B A B out 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 11 Mạch điện cổng OR 2 đầu vào  Xét mạch ở hình bên.  Lần lượt đặt điện áp 0V và 5V vào 2 đầu vào A và B, sau đó đo điện áp tại đầu ra S, ta có: S = A+B 12 Bài tập áp dụng  Cho các biểu đồ thời gian sau, hãy cho biết từng biểu đồ thời gian biểu diễn hoạt động của cổng nào?  E0 (EA, EB) = ? 13 Bài tập áp dụng (tiếp)  E0 (EA, EB) = ? 14 4 Các cổng logic khác  Cổng VÀ ĐẢO (NAND gate)  Cổng HOẶC ĐẢO (NOR gate)  Cổng XOR (XOR gate)  Cổng NXOR (NXOR gate) 15 a. Cổng VÀ ĐẢO (NAND gate)  Chức năng:  Thực hiện phép ĐẢO của phép toán logic VÀ  Đầu ra chỉ bằng 0 khi tất cả các đầu vào bằng 1  Cổng VÀ ĐẢO 2 đầu vào:  Ký hiệu:  Bảng chức năng:  Biểu thức ngõ ra: A B out 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 BAout . 16 b. Cổng HOẶC ĐẢO (NOR gate)  Chức năng:  Thực hiện phép ĐẢO của phép toán logic HOẶC  Đầu ra chỉ bằng 1 khi tất cả các đầu vào bằng 0  Cổng HOẶC ĐẢO 2 đầu vào:  Ký hiệu:  Bảng chức năng:  Biểu thức: out = A + B A B out 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 17 c. Cổng XOR (XOR gate)  Chức năng:  Thực hiện phép toán XOR - hay còn là phép cộng module 2  Cổng XOR 2 đầu vào:  Đầu ra bằng 1 khi 2 đầu vào khác nhau  Ký hiệu:  Bảng sự thật:  Biểu thức: BABABAout ..  A B out 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 18 d. Cổng NXOR (NXOR gate)  Chức năng:  Thực hiện phép ĐẢO của phép toán XOR  Cổng NXOR 2 đầu vào:  Đầu ra bằng 1 khi 2 đầu vào bằng nhau  Ký hiệu:  Bảng sự thật:  Biểu thức: A B out 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 BABABAout ..  19 Nội dung  Các cổng logic cơ bản  Biến đổi tương đương các cổng logic  Thực hiện hàm logic 20 2.2 Biến đổi tương đương các cổng logic Các cổng logic cơ bản 21 Các cổng logic tương đương 22 Nội dung  Các cổng logic cơ bản  Biến đổi tương đương các cổng logic  Thực hiện hàm logic 23 2.3 Thực hiện các hàm logic Các bước thực hiện hàm logic bằng các cổng logic cơ bản:  Biểu diễn hàm logic cần thực hiện dưới dạng biểu thức  Dùng các cổng:  NOT để tạo ra các giá trị đảo của các biến  Các cổng AND để thực hiện các tích  Các cổng OR để thực hiện các phép cộng  Nối lối ra của các cổng AND vào các lối vào của cổng OR 24 Ví dụ 1  Thực hiện hàm logic sau: CABCBABCAABCCBAf ),,(  Mạch điện thực hiện hàm logic đã cho: 25 Ví dụ 2  Thực hiện hàm logic cho ở ví dụ 1 CABCBABCAABCCBAf ),,(  Rút gọn hàm ta được: ABACBCCBAf ),,(  Vẽ mạch: 26 Ví dụ 3: BCABCBAf ),,( 27 Ví dụ 4  Thực hiện hàm logic cho ở ví dụ 2 chỉ bằng các cổng NAND:  Biến đổi hàm logic về dạng chỉ chứa các phép NAND  Sử dụng các cổng NAND để thực hiện hàm đã biến đổi 28 Lưu ý  Khi thiết kế mạch logic, người thiết kế có thể rút gọn biểu thức logic của hàm cần thực hiện và sử dụng các sơ đồ logic tương đương có cùng chức năng để có thể giảm thiểu số cổng cần dùng. 29 Bài tập áp dụng  Cho hàm logic:  Vẽ mạch thực hiện hàm logic đã được rút gọn sử dụng các cổng logic cơ bản  Vẽ mạch thực hiện hàm logic đã được rút gọn sử dụng các cổng NAND  Vẽ mạch thực hiện hàm logic đã được rút gọn sử dụng các cổng NOR  )7,5,4,1,0(),,,( mDCBAF 30 Hết chương 2