CHƯƠNG 3. MẠCH LOGIC TỔ HỢP

Transcript

1 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 HƯƠNG 3. MẠH LOGI TỔ HỢP 3.. GIỚI THIỆU höông 2 ñaõ khaûo aùt caùc pheùp toaùn cuûa taát caû caùc coång logic vaø vieäc öû duïng ñaïi oá oolean ñeå moâ taû vaø phaân tích caùc maïch keát hôïp töø caùc coång logic. aùc maïch naøy ñöôïc goïi laø maïch logic toå hôïp, vì möùc logic ngoõ ra chæ phuï thuoäc vaøo toå hôïp logic ngoõ vaøo hieän taïi. Moät maïch toå hôïp thì khoâng coù ñaëc tính nhôù aùc phöông phaùp toái thieåu hoùa thöôøng ñöôïc öû duïng trong thieát keá oá laø: Söû duïng caùc ñònh lyù cuûa ñaïi oá oolean aùc kyõ thuaät duøng bìa (Karnaugh, Quine Mc. lukey) Mô hình mạch tổ hợp với n đầu vào và m đầu ra 2 MẠH TỔ HỢP n Y Ym 3.2. THIẾT KẾ MẠH LOGI TỔ HỢP ác bước thiết kế mạch logic tổ hợp ÖÙng vôùi moãi toå hôïp ngoõ vaøo, ñaët caùc möùc logic ngoõ ra theo yeâu caàu thieát keá, taát caû caùc khaû naêng ngoõ ra cuûa moät maïch logic coù theå ñöôïc bieåu dieãn thoâng qua baûng öï thaät. Töø baûng öï thaät uy ra bieåu thöùc oolean cho maïch caàn thieát keá Ruùt goïn bieåu thöùc oolean huyeån bieåu thöùc oolean thaønh maïch toå hôïp Ví dụ, Thieát keá moät maïch logic 3 ngoõ vaøo,,, vôùi yeâu caàu: ngoõ ra eõ ôû möùc cao khi coù ít nhaát 2 ngoõ vaøo ôû möùc cao Giải. ước. Thieát laäp moät baûng öï thaät, coù taát caû 8 khaû naêng ñoái vôùi ngoõ vaøo. öïa vaøo yeâu caàu baøi toaùn, ngoõ ra eõ ôû möùc khi coù 2 hay 3 ngoõ vaøo ôû möùc, caùc tröôøng hôïp coøn laïi ngoõ ra ôû möùc. Trang 45

2 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Minterm. ước 2. Vieát bieåu thöùc ngoõ ra döôùi daïng minterm (cho moãi tröôøng hôïp =) = ước 3. où theå vieát laïi =+++++ Nhoùm caùc oá haïng laïi vôùi nhau =(+)+(+)+(+)=++ ước 4. ieåu thöùc ngoõ ra ñöôïc thöïc hieän nhö au: 74LS8 74LS8 74LS8 Hình (a) Hình (b) Ngöôøi ta cuõng co theå bieán ñoåi bieåu thöùc treân thaønh =( + ) +, vaø maïch logic ñöôïc thöïc hieän nhö hình (b) Maïch (b) coù phaàn ñôn giaûn hôn vì chæ öû duïng caùc coång 2 ngoõ vaøo thay vì phaûi öû duïng coång OR 3 ngoõ vaøo nhö maïch (a). Treân thöïc teá ngöôøi thieát keá vaãn choïn maïch (a) bôûi vì nhieàu lyù do, moät trong nhöõng lyù do laø tín hieäu ngoõ vaøo, ôû maïch (b) phaûi qua 3 coång logic tröôùc khi ñöôïc ñöa ra ngoõ ra. Ñieàu naøy coù theå aûnh höôûng raát lôùn trong moät heä thoáng oá toác ñoä cao. Ví dụ, Thieát keá moät maïch logic 4 ngoõ vaøo,,,, (trong ñoù öùng vôùi MS, vaø öùng vôùi LS) vôùi yeâu caàu ngoõ ra eõ ôû möùc cao khi giaù trò thaäp phaân cuûa caùc ngoõ vaøo > 6 Trang 46

3 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương Một ố điểm quan trọng khi thực hiện thiết kế cuối cùng Trong caùc ví duï veà thieát keá treân, caùc maïch ñöôïc thöïc hieän thoâng qua caùc coång N vaø OR, trong ñoù moät hay nhieàu coång N laùi moät coång OR do vieäc bieåu dieãn haøm döôùi daïng minterm. Khi bieåu dieãn haøm döôùi daïng minterm ta coù theå deã daøng chuyeån ñoåi caùc coång logic thaønh moät coång NN duy nhaát (löu yù em laïi phaàn chuyeån ñoåi ñaõ khaûo aùt ôû chöông 2), bôûi vì coång NN laø coång logic coù ñaùp öùng nhanh nhaát trong hoï logic TTL, ñaây laø moät ñaëc tính quan troïng caàn phaûi löu yù. Ví dụ, bieán ñoåi maïch cuûa 2 ví duï treân duøng coång NN 74LS KỸ THUẬT Ự TIỂU QUINE-Mc LUSKEY aùc heä thoáng oá hieän ñaïi ñöôïc thieát keá baèng caùch öû duïng caùc thieát bò logic phöùc taïp, do ñoù ñoøi hoûi moät kyõ thuaät toái hieåu hoùa haøm logic vôùi öï hoã trôï cuûa maùy tính thay vì laøm baèng tay vôùi caùc yeâu caàu: où khaû naêng öû lyù moät oá lôùn caùc bieán Khoâng phuï thuoäc vaøo khaû naêng cuûa ngöôøi duøng trong vieäc nhaän bieát caùc phaàn töû nguyeân toá Ñaûm baûo bieåu thöùc ñöôïc cöïc tieåu hoùa Phuø hôïp cho giaûi phaùp baèng maùy tính Phương pháp: ước. huyển hàm về dạng minterm ước 2. Sắp ếp các ố hạng minterm của hàm theo từng nhóm có chung ố bit ước 3. Áp dụng định lý + = cho 2 minterm chỉ ai khác nhau bit. Lặp lại cho đến khi nhóm ong các minterm ước 4. Quan át bảng các nguyên tố cơ bản được rút gọn, ác định cột chỉ chứa một minterm ước 5. Viết hàm dưới dạng tổng chuẩn rút gọn của các minterm đó Ví dụ. Ruùt goïn haøm oolean au duøng phöông phaùp Quin Mclukey Y= (,,2,3,5,7,8,9,,4) Trang 47

4 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 ước 2. Nhoùm (oá bit ) Minterm aùc bieán aùc bieán ước 3. Nhoùm caùc minterm chæ ai khaùc bit Nhoùm Minterm,,2,8,3,5,9 2,3 8,9 3,7 3, 5,7 9, 4 Laëp laïi böôùc 3, tieáp tuïc nhoùm caùc minterm chæ ai khaùc bit Nhoùm 2 3 Nguyeân toá cô baûn,,2,3,,8,9 - aùc bieán -,3,5,7,3,9, Minterm ước 4. Quan aùt caùc nguyeân toá vaø tìm caùc coät chæ chöùa moät gaïch cheùo (kyù hieäu ) Trang 48

5 ài Giảng Kỹ Thuật Số aùc nguyeân toá hương 3 aùc oá thaäp phaân aùc minterm ,,2,3,,8,9,3,5,7,3,9, Thaáy raèng, taát caû caùc nguyeân toá ñeàu coù, ñaây laø caùc minterm ñaõ cöïc tieåu hoùa, vaäy haøm cuoái cuøng laø Y= Ví dụ. Ruùt goïn haøm oolean au duøng phöông phaùp Quin Mclukey Y= (2,4,5,6,,2,3,4) 3.4. THIẾT KẾ MẠH KHÔNG SỬ ỤNG ẢNG SỰ THẬT Moät oá baøi toaùn thieát keá ñoâi khi coù theå giaûi quyeát tröïc tieáp maø khoâng qua caùc böôùc thieát keá treân, ñoái vôùi nhöõng baøi toaùn naøy ñoøi hoûi phaûi hieåu roõ nhöõng pheùp toaùn logic, caùc coång logic vaø caùc tính chaát cuûa coång logic. eùt moät vaøi ví duï au ñaây Mạch o ánh ố nhị phân 2 bit ài toán Mạch y y ánh o z Thieát keá maïch ao cho ngoõ ra eõ ôû möùc cao khi = yy Giaûi. où theå giaûi baøi toaùn baèng caùch laäp baûng öï thaät roài ruùt goïn haøm Tuy nhieân, neáu ta eùt ñeán ñaëc ñieåm cuûa pheùp toaùn töông ñöông hay coång NOR (ngoõ ra eõ ôû möùc cao neáu 2 ngoõ vaøo baèng nhau) ta eõ thaáy vaán ñeà caàn giaûi quyeát eõ ñôn giaûn hôn nhieàu. Trang 49 y y z

6 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 oát loõi cuûa baøi toaùn laø o aùnh vôùi y vaø vôùi y, ta eõ coù maïch nhö au: Z Y 74LS8 Y Mạch tạo và kiểm tra chẵn lẻ Khi truyeàn döõ lieäu töø maùy phaùt ang maùy thu, coù nhieàu caùch ñeå kieåm tra loãi trong khi truyeàn, moät trong nhöõng caùch ñôn giaûn nhaát laø theâm bit vaøo döõ lieäu ñöôïc truyeàn ñi, bit ñoù goïi laø bit chaün leû (parity bit). Parity bit coù hai giaù trò hay tuøy thuoäc vaøo oá bit coù trong nhoùm maõ. coù hai phöông phaùp taïo bit parity. Phương pháp parity chẵn Giaù trò cuûa bit parity ñöôïc choïn ao cho toång caùc chöõ oá trong nhoùm maõ laø oá chaün. Neáu oá bit trong nhoùm maõ laø leû thì bit parity theâm vaøo laø Neáu oá bit trong nhoùm maõ laø chaün thì bit parity theâm vaøo laø Ví duï maõ SII cuûa chöõ laø, nhoùm maõ naøy coù 3 bit vì vaäy eõ ñaët theâm parity bit laø ñeå ao cho nhoùm maõ taïo ra coù oá bit laø chaün (4 bit ) it parity theâm vaøo maõ SII cuûa chöõ laø, bit parity theâm vaøo eõ laø bit () Maïch taïo Parity chaün döïa treân phöông phaùp o aùnh oá bit 3 2 Parity (P) To Receiver Ngoõ ra coång OR ôû möùc cao khi oá bit ôû ngoõ vaøo laø leû Ta coù theå thieát keá maïch duøng baûng öï thaät vaø keát quaû cuõng gioáng nhö treân Trang 5

7 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Phương pháp Parity lẻ Giaù trò cuûa bit parity ñöôïc choïn ao cho toång caùc chöõ oá trong nhoùm maõ laø oá leû. Neáu oá bit trong nhoùm maõ laø leû thì bit parity theâm vaøo laø Neáu oá bit trong nhoùm maõ laø chaün thì bit parity theâm vaøo laø Ví duï maõ SII cuûa chöõ laø, nhoùm maõ naøy coù 3 bit vì vaäy eõ ñaët theâm parity bit laø ñeå ao cho nhoùm maõ taïo ra coù oá bit laø leû it parity theâm vaøo maõ SII cuûa chöõ laø, bit parity theâm vaøo eõ laø bit () Mạch kiểm tra chẵn lẻ Maïch kieåm tra chaün töông töï nhö maïch phaùt parity chaün, cuõng döïa treân nguyeân lyù cuûa coång OR, ngoõ ra eõ ôû möùc cao neáu caùc ngoõ vaøo coù oá bit laø chaün. Nghóa laø khi ngoõ ra ôû möùc : khoâng coù loãi, khi ngoõ ra ôû möùc : coù loãi trong khi truyeàn. Maïch nhö hình au P 3 2 Error (E) =no error =error Maïch chæ kieåm tra caùc bit goác coù bò loãi hay khoâng chöù khoâng bieát ñöôïc bit naøo loãi trong tröôøng hôïp phaùt hieän ñöôïc loãi Mạch cho phép/cấm Moãi coång logic cô baûn coù theå ñöôïc öû duïng ñeå ñieàu khieån cho pheùp hoaëc khoâng cho pheùp caùc tín hieäu ñi qua coång ñoù. ÔÛ ñaây ta öû duïng moät ngoõ vaøo laøm chaân ñieàu khieån cho pheùp hoaëc caám, ngoõ coøn laïi caáp tín hieäu ontrol ontrol ổng logic Không thay đổi trạng thái Traïng thaùi caám (ñoùng coång) Trang 5 ổng logic Traïng thaùi cho pheùp (môû coång)

8 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Ví dụ, Thieát keá maïch logic cho pheùp tín hieäu ñi qua chæ khi hai ngoõ ñieàu khieån vaø ñeàu ôû möùc cao, caùc tröôøng hôïp coøn laïi ngoõ ra ôû möùc thaáp Giải. 74LS Ví dụ Thieát keá maïch logic cho pheùp tín hieäu ñi qua chæ khi 2 ngoõ vaøo ñieàu khieån coù möùc logic khaùc nhau. Ví dụ, Thieát keá maïch logic vôùi tín hieäu ngoõ vaøo taïi, ñieàu khieån taïi, ngoõ ra vaø Y nhö au: Khi = ngoõ ra =, Y = Khi = ngoõ ra =, Y= Trang 52

9 ài Giảng Kỹ Thuật Số 3.5. hương 3 MẠH GIẢI MÃ (ecoder) Laø maïch logic giaûi maõ N-bit nhò phaân ngoõ vaøo thaønh M ñöôøng ngoõ ra, chæ duy nhaát moät ñöôøng ngoõ ra ôû möùc tích cöïc öùng vôùi moät toå hôïp N-bit ngoõ vaøo. Goïi boä giaûi maõ laø boä phaùt hieän maõ O O O2 N input 2 ecoder M output OM- N- Moät oá maïch giaûi maõ khoâng öû duïng heát taát caû caùc khaû naêng cuûa ngoõ vaøo, vì vaäy öùng vôùi toå hôïp ngoõ vaøo khoâng öû duïng thì khi thieát keá khoâng coù ngoõ ra naøo tích cöïc Mạch giải mã 3 ang 8 Maïch coù 3 ngoõ vaøo vaø 8 ngoõ ra, coøn ñöôïc goïi laø maïch giaûi maõ nhò phaân ang octal (binary to octal decoder), vôùi ngoõ ra tích cöïc möùc, coù baûng öï thaät nhö au ảng ự thật Q Q Q2 Q3 Q =.. (LS) Q3 =. Q4 =. Q7 = Q6 Q7 Q =.. Q2 =. Q3 =. Q5 =. Q6 =. Q5 Q =.. Q =.. Q2 =. Q4 (MS) Q4 =. Q5 =. Tröôøng hôïp ngoõ ra tích cöïc möùc laøm töông töï Q6 =. Q7 = Trang 53

10 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương Ngõ vào cho phép Ña oá caùc boä giaûi maõ ñeàu coù moät hoaëc nhieàu ngoõ vaøo cho pheùp ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa boä giaûi maõ. Ví dụ, eùt boä giaûi maõ ôû treân, keát noái moãi coång N ngoõ ra vôùi chaân ñieàu khieån cho pheùp chung ENLE. Khi ENLE=, cho pheùp coång N hoaït ñoäng bình thöôøng ôû cheá ñoä giaûi maõ, khi ENLE ôû möùc thaáp ngoõ ra cuûa caùc coång N ñöôïc ñaët ôû möùc, nghóa laø maïch cho pheùp giaûi maõ öùng vôùi ngoõ ENLE= vaø khoâng cho pheùp öùng vôùi ENLE= Giải mã 3 ang 8 dùng I74LS38 G2 G2 G Output Ngoõ ra tích cöïc theo maõ cuûa 2 Khoâng giaûi maõ, ngoõ ra ôû möùc cao Khoâng giaûi maõ, ngoõ ra ôû möùc cao Khoâng giaûi maõ, ngoõ ra ôû möùc cao (MS) 2 G G2 G2 74LS38 G2 G2 G (LS) 74LS Y Ví dụ aùc ñònh ngoõ ra naøo cuûa 74LS38 tích cöïc öùng vôùi caùc ngoõ vaøo nhö au: G2 = ; G2 = G= ; 2 = = ; = G2 = G2 = ; G= ; 2 = ; = = Trang 54 Y Y Y

11 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương Ghép các bộ giải mã liên tầng où theå gheùp caùc boä giaûi maõ lieân taàng ñeå coù theå giaûi maõ ñöôïc töø maõ lôùn hôn. Ví dụ, keát hôïp 2 boä giaûi maõ 3 ang 8 ñeå taïo thaønh boä giaûi maõ 4 ang 6 2 HI G G2 G2 Y Y E E E2 E3 E4 E5 E6 E7 Y Y E8 E9 E E E2 E3 E4 E5 74LS38 3 EN G G2 G2 74LS38 EN= cho pheùp maïch giaûi hoaït ñoäng Ñoái vôùi caùc boä giaûi maõ lôùn hôn, coù theå theâm vaøo boä giaûi maõ nhö au 2 G G2 G2 Y Y E E E2 E3 E4 E5 E6 E7 Y Y E8 E9 E E E2 E3 E4 E5 Y Y E6 E7 E8 E9 E2 E2 E22 E23 Y Y E24 E25 E26 E27 E28 E29 E3 E3 74LS38 G G2 G2 EN3 3 4 G Y Y G G2 G2 74LS39 EN EN2 G G2 G2 Ví dụ Söû duïng 4 I 74LS38 vaø moät coång ñaûo, thieát keá maïch giaûi maõ 5 ang 32 Trang 55

12 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương Sử dụng bộ giải mã tạo các minterm aùc ngoõ ra cuûa boä giaûi maõ (ôû cheá ñoä cho pheùp) töông öùng vôùi caùc minterm cuûa caùc ngoõ vaøo. Ví dụ caùc minterm cuûa caùc ngoõ ra 74LS38 nhö au Y =.., Y =., v.v. Neáu moät haøm logic coù caùc minterm nhö ngoõ ra cuûa boä giaûi maõ thì ta coù theå öû duïng boä giaûi maõ ñoù ñeå aây döïng haøm treân Ví dụ eùt haøm F =,Y, Z (,2,3,5) =.Y.Z + Y Z + YZ + Y Z où theå thieát laäp haøm nhö au: Z Y HI Y Y G G2 G2 F 74LS2 74LS38 Quaù trình thieát keá coù theå choïn caùch thieát keá naøy hoaëc caùch thieát keá khaùc tuøy thuoäc vaøo toác ñoä, giaù thaønh... Giaûi phaùp öû duïng boä giaûi maõ raát thuaän tieän vì coù theå deã daøng thay ñoåi caùc minterm. Ngoaøi ra coù theå thieát keá nhieàu haøm logic ngoõ ra, ví duï öû duïng boä giaûi maõ vaø coång NN thöïc hieän caùc haøm au F=,Y, Z (2,4,5), G =,Y, Z (,,3), H =,Y, Z (3,6,7) 74LS38 Z Y F HI Y Y G G2 G2 74LS G H Giải mã 7 đoạn oä giaûi maõ 7 ñoaïn coù 4 ngoõ vaøo theo maõ vaø 7 ngoõ ra öùng vôùi maõ 7 ñoaïn oä hieån thò 7 ñoaïn coù theå laø LE 7 ñoaïn hoaëc baèng tinh theå loûng (L liquid crytal diplay) ñöôïc öû duïng trong caùc maùy tính tay hieån thò giaù trò thaäp phaân. LE 7 ñoaïn coù 2 loaïi: loaïi anode chung vaø loaïi cathode chung Trang 56 a f b g e c d

13 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 +Vcc a a b b c c d d e e f f g g LE 7 ñoaïn athode chung LE 7 ñoaïn node chung Ví dụ 74LS49 coù ngoõ ra tích cöïc möùc cao, LE töông öùng laø cathode chung nhö hình beân ảng ự thật của 74LS49 (tra phần phụ lục) I O O O O OE OF OG 74LS49 Ví dụ: 74LS47 vôùi ngoõ ra tích cöïc möùc thaáp, öû duïng LE töông öùng laø cathode chung nhö au HI I/RO RI LT E F G 74LS47 Tính toaùn caùc giaù trò ñieän trôû baèng coâng thöùc au R= V VLE I LE VLE khoaûng 2,7V, ILE khoaûng m, vaäy R = 23 Ω LE tinh thể lỏng L L hoaït ñoäng vôùi möùc ñieän aùp thaáp (khoaûng 3 ñeán 5VRMS) taàn oá hoaït ñoäng thaáp (25 ñeán 6hz) vaø doøng cung caáp raát beù vaø cuõng ñöôïc theå hieän 7 ñoaïn gioáng nhö LE 7 ñoaïn a b c d e f g lackblane Trang 57

14 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Ñieän aùp ac caàn ñeà laøm töøng ñoaïn aùng laø ñieän aùp giöõa ñoaïn ñoù vôùi blackblane. Giöõa egment vaø blackblane hình thaønh moät ñieän dung. Taàn oá thaáp nhaát cuûa ñieän aùp ac laø 25hz L öû duïng doøng ít hôn LE vaø thöôøng ñöôïc öû duïng ôû caùc thieát bò duøng pin nhö maùy tính vaø noù caàn theâm nguoàn naêng löôïng ngoaøi laø aùnh aùng ñeå coù theå thaáy ñöôïc. Ñeå laùi moät L, theo nguyeân taéc egment eõ aùng khi coù moät ñieän aùp ac ñaët giöõa egment vaø blackblane, vaø egment eõ taét khi khoâng coù aùp ac naøy. Ñeå coù moät ñieän aùp ac ngöôøi ta taïo ra moät oùng vuoâng nhö au ontrol Segmen 4hz ignal 47 lackblane Phöông phaùp ñeå laùi moät L 7 ñoaïn nhö au 47 E F G LT I LE 45 L 4hz lackblane Giải mã ang dùng I74LS42 aùch thieát keá maïch giaûi maõ ang thaäp phaân thì töông töï nhö caùch thieát keá maïch 3 ang 8 (em nhö moät baøi taäp veà nhaø). I giaûi maõ ang thaäp phaân: 74LS42 baûng öï thaät tra phaàn phuï luïc Y Y Y8 Y9 74LS42 Trang 58

15 ài Giảng Kỹ Thuật Số 3.6. hương 3 MÏH MÕ HOÙ (ENOER) Ngöôïc vôùi quaù trình giaûi maõ laø quaù trình maõ hoùa vaø ñöôïc thöïc hieän bôûi maïch logic maõ hoùa. hæ moät ngoõ vaøo cuûa boä maõ hoùa ñöôïc tích cöïc, vaø töø maõ N-bit ngoõ ra tuøy thuoäc vaøo ngoõ vaøo naøo ñöôïc tích cöïc N input O O Encoder 2 M O2 N- output OM Maõ hoùa 8 ang 3 (octal ang nhò phaân) aûng ö thaät vaø maïch logic cho maïch maõ hoùa octal binary vôùi ngoõ vaøo tích cöïc möùc thaáp 8 input Q2 Q Q Q LS Q Q2 MS Löu yù raèng khoâng keát noái trong maïch vì ngoõ ra boä maõ hoùa maëc ñònh baèng khi khoâng coù ngoõ vaøo naøo tích cöùc möùc thaáp Ví dụ aùc ñònh caùc ngoõ ra cuûa boä giaûi maõ treân khi 3 =5 = Maõ hoùa öu tieân Töø ví duï treân thaáy raèng khi coù 2 ngoõ vaøo tích cöïc cuøng luùc ñoái vôùi moät boä maõ hoùa ñôn giaûn eõ daãn ñeán keát quaû khoâng mong muoán. Trang 59

16 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Ñeå traùnh tình traïng treân, thöôøng öû duïng boä maõ hoùa öu tieân. Khi coù 2 hay nhieàu ngoõ vaøo cuøng tích cöïc thì ngoõ ra eõ töông öùng vôùi ngoõ vaøo coù ñoä öu tieân cao nhaát. Ví dụ Khi 3 =5 = thì ngoõ ra eõ töông öùng vôùi 5 nghóa laø. eùt moät heä thoáng vôùi 2n ngoõ vaøo, moãi ngoõ vaøo bieåu thò cho moät yeâu caàu cuûa moät thieát bò nhö au: REQ REQ 2 REQ 3 Requet for ervice Requet encoder Requetor number REQ N Ñaây laø moät caáu truùc thöôøngñöôïc öû duïng trong moät heä thoáng con input/output cuûa boä vi öû lyù, ôû ñaây caùc ngoõ vaøo laø caùc yeâu caàu ngaét. Ñeå giaûi baøi toaùn öu tieân ñoái vôùi caùc ngoõ vaøo nghóa laø khi coù nhieàu yeâu caàu cuøng moät luùc, ta vieát bieåu thöùc logic cho ngoõ ra cuûa boä maõ hoùa öu tieân. Ví dụ Vôùi maïch maõ hoùa öu tieân 8-3 nhö au I I I2 I3 I4 I5 I6 I7 2 Ñònh nghóa 8 bieán trung gian H ñeán H7 nhö au: H7 = I7 H6 = I6I7 H5 = I5I6.I7 H = I.I.I2.I3.I4.I5.I6.I7 Töø bieåu thöùc trung gian, vieát laïi bieåu thöùc ngoõ ra nhö au: 2 = H4 + H5 + H6 + H7 = H2 + H3 + H6 + H7 = H + H3 + H5 + H7 Trang 6

17 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương laø boä maõ hoùa öu tieân octal to binary I7 coù ñoä öu tieân cao nhaát. 74LS48 coù hai ngoõ ra GS vaø E. Ngoõ GS (Group Select) tích cöïc möùc khi maïch hoaït ñoäng ôû cheá ñoä maõ hoùa vaø coù trong oá caùc ngoõ vaøo ñang tích cöïc. E (enable output) tích cöïc möùc khi EI tích cöïc möùc vaø khoâng coù ngoõ vaøo naøo tích cöïc. IN IN IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 EI 2 GS E 74LS48 Ví dụ Söû duïng 74LS48 thieát keá maïch maõ hoùa öu tieân 32 ngoõ vaøo, 5bit ngoõ ra: R4 ñeán R 7447 laø boä maõ hoùa öu tieân ñöôøng ang Khi khoâng coù ngoõ vaøo naøo ñöôïc taùc ñoäng, ngoõ ra eõ laø, vì ngoõ ra laø ngoõ ra ñaûo neân ñaûo cuûa laø, giaù trò laø neân I 74LS47 khoâng coù ngoõ vaøo IN, khi ngoõ vaøo IN9 ôû möùc thaáp, thì ngoõ ra töông öùng laø, ñaûo laïi töông öùng vôùi maõ laø 9. Vì caùc ngoõ ra laø ñaûo cho neân ñeå coù ñöôïc maõ ñuùng ôû ngoõ ra ngöôøi ta theâm caùc coång ñaûo cho moãi ngoõ ra IN IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 74LS47 Maõ hoùa baøn phím HI S S 74LS4 S2 S3 IN IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 S4 S5 S6 S7 74LS47 S8 S9 aùc phím coù theå laø baøn phím töø ñeán 9 trong maùy tính. Khi moät phím ñöôïc nhaán, ngoõ ra eõ laø maõ cuûa phím nhaán ñoù. Khi coù 2 phím ñöôïc nhaán cuøng luùc thì phím ngoõ ra eõ laø maõ cuûa phím öu tieân cao nhaát Trang 6

18 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương OÄ HOÏN KEÂNH (MULTIPLEERS) Moät boä choïn keânh töông töông vôùi boä chuyeån maïch oá, noù keát noái data töø n nguoàn khaùc nhau. Ngoõ ra eõ choïn moät trong caùc nguoàn data ngoõ vaøo tuøy thuoäc vaøo caùc ngoõ löïa choïn Multipleer Enable Select EN n data ource SEL Y ata output n- ata output n- Selector Enable Vôùi 2n ngoõ vaøo thì caàn n bit elect Maïch choïn keânh 2 ngoõ vaøo cô baûn Select I Output Z=I Z=I 74LS8 I Z=I.S+I.S Z 74LS32 74LS Maïch choïn keânh 4 ngoõ vaøo S I S S Output Z=I Z=I Z=I2 Z=I3 74LS 74LS4 I Z I2 I3 SELET S Trang 62 S

19 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương Maïch choïn keânh 8 ngoõ vaøo 74LS5 G 74LS5 G Y Y W 6 7 W= Y Ví dụ uøng 2 I 74l5 vaø coång ñaûo, moät coång OR thieát keá maïch choïn keânh 6 ngoõ vaøo, ngoõ ra vaø 4 ngoõ elect S, S, S2, S Maïch choïn keânh 2 nhoùm ngoõ vaøo 74LS LS57 chöùa 2 nhoùm ngoõ vaøo nhö hình au G / Y 2Y 3Y 4Y Y 2Y 3Y 4Y / G 74LS aùc öùng duïng cuûa maïch choïn keânh aùc boä choïn keânh coù nhieàu öùng duïng khaùc nhau trong caùc heä thoáng oá. aùc öùng duïng bao goàm: choïn data, hoïat ñoäng tuaàn töï, chuyeån ñoåi ong ong ang noái tieáp, taïo daïng oùng, taïo caùc haøm logic... phaàn naøy eõ ñeà caäp ñeán moät oá öùng duïng, moät oá coøn laïi eõ ñöôïc eùt ñeán ôû caùc chöông au Mạch tạo hàm logic Ví dụï. Thöïc hieän baûng öï thaät au öû duïng multipleer Z ác biến ngõ vào G Y=Z Z=..++ Z=..++ HI Trang 63 W 74LS5

20 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Mu coù theå ñöôïc duøng ñeå thöïc hieän caùc haøm logic tröïc tieáp töø baûng öï thaät maø khoâng caàn ñôn giaûn hoaù haøm logic. Khi öû duïng Mu vaøo muïc ñích naøy, caùc ngoõ elect ñöôïc öû duïng nhö caùc bieán logic vaø moãi ngoõ vaøo data ñöôïc noái vôùi möùc hay ao cho thoûa maõn baûng öï thaät. Định hướng data MU coù theå ñònh höôùng data töø nhieàu nguoàn data thaønh nguoàn ñích. Ví dụ, öû duïng 74LS57 ñeå choïn vaø hieån thò noäi dung cuûa hai boä ñeám. ounter counter ounter 2 lock counter lock 2 counter counter elect diplay G / G / Y 3Y 2Y Y 4Y 3Y 2Y Y 74LS57 74LS47 74LS57 G F LT RI R E G F LT RI R 74LS47 E Moãi boä ñeám bao goàm 2 oá ñeám. Khi elect=, ngoõ ra cuûa boä ñeám eõ hieån thò leân LE 7 ñoaïn, khi elect=, ngoõ ra cuûa boä ñeám 2 eõ hieån thò leân LE 7 ñoaïn. aèng caùch naøy, noäi dung cuûa caùc boä ñeám eõ ñöôïc hieån thò thoâng qua ngoõ elect. Maïch ñònh höôùng naøy thöôøng ñöôïc öùng duïng trong caùc ñoàng hoà ñieän töû oá, ôû ñoù coù caùc boä ñeám vaø caùc thanh ghi nhö giaây, phuùt, giôø, thaùng, vaø baùo thöùc, v.v Moät maïch MU nhö treân eõ cho pheùp caùc data khaùc nhau ñöôïc hieån thò leân treân maøn hình coù oá LE hieån thò laø giôùi haïn Trang 64

21 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Muïc ñích cuûa kyõ thuaät Multiple laø ñeà chia eû thôøi gian hieån thò giöõa hai hay nhieàu boä ñeám, vaø ñieàu quan troïng hôn nöõa laø tieát kieäm ñöôïc naêng löôïng, bôûi vì moät löôïng lôùn caùc boä giaûi maõ vaø LE hieån thò eõ tieâu toán moät doøng lôùn Tuy nhieân kyõ thuaät naøy cuõng coù nhöôïc ñieåm laø noäi dung cuûa caùc boä ñeám chæ hieån thò laàn taïi moät thôøi ñieåm, tuy nhieân trong nhieàu öùng duïng, ñieàu naøy coù theå boû qua Mạch chuyển đổi ong ong ang nối tiếp (parallel to erial converter) Nhieàu heä thoáng oá öû lyù caùc data nhò phaân ôû daïng ong ong (öû lyù caùc bit ñoàng thôøi) vì toác ñoä öû lyù nhanh hôn. Khi data ñöôïc truyeàn treân moät khaûng caùch a, giaûi phaùp truyeàn ong ong eõ caàn ñeán moät löôïng daây noái lôùn. Vì lyù do naøy, caùc data nhò phaân hoaëc caùc thoâng tin ôû daïng ong ong ñöôïc chuyeån thaønh daïng noái tieáp tröôùc khi ñöôïc truyeàn treân moät khoaûng caùch a. Moät phöông phaùp ñeå bieán ñoåi ong ong ang noái tieáp laø öû duïng boä Multipleer nhö au: Mạch đếm 3 bit W Y Z G 74LS5 Moät boä ñeám 3 bit ñöôïc öû duïng ñeå cung caáp caùc bit maõ choïn töø ñeán, baèng caùch naøy ngoõ ra cuûa Mu eõ choïn töøng keânh i theo moãi ung clock, ví duï, ung clock ñaàu tieân = ngoõ ra eõ laø, ung clock thöù hai = ngoõ ra eõ laø, cöù nhö theá ngoõ ra Z eõ laø caùc ngoõ vaøo nhö ôû daïng noái tieáp vôi laø LS ñöôïc truyeàn tröôùc vaø 7 laø MS ñöôïc truyeàn cuoái cuøng 3.8. MÏH PHÂN KEÂNH (EMULTIPLEERS) emu Enable Select EN SEL O ata Intput O On- `On- Trang 65 O ata intput Selector O

22 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Maïch phaân keânh ngöôïc laïi vôùi maïch choïn keânh. emu coù moät ngoõ vaøo vaø nhieàu ngoõ ra. Ngoõ vaøo ñieàu khieån choïn (elect) eõ aùc ñònh ngoõ ra maø ngoõ vaøo eõ ñöôïc truyeàn ñeán Maïch phaân keânh ang 8 S2 Select S S In In In Output In In In Y In Y In Töø baûng öï thaät vieát ñöôïc caùc bieåu thöùc ngoõ ra nhö au = In.(S 2 SS ), = In.(S 2 S S ), = In.(S 2 SS ), Y S2 Y S S In Maïch phaân keânh ang 8 vaø maïch choïn ung clock duøng 74LS38 Phaàn tröôùc ñaõ khaûo aùt 74LS38 laøm nhieäm vuï giaûi maõ, ñeán ñaây eõ tieáp tuïc öùng duïng 74LS38 laøm boä phaân keânh data vaø maïch choïn ung clock S S S2 T HI G G2 G2 S S S2 Y Y HI 74LS38 G G2 G2 Y Y 74LS38 Trang 66 Shift Regiter ounter

23 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương Maïch choïn ung clock où raát nhieàu öùng duïng döïa vaøo nguyeân lyù emu. Sau ñaây öû duïng 74LS38 laøm boä choïn clock 3.9. MÏH SOÁ HOÏ 3... Maïch coäng baùn phaàn S OUT S OUT S out S=+ OUT = IN Maïch coäng toaøn phaàn S OUT in S S out IN OUT Ví dụ, Thieát keá maïch coäng toaøn phaàn töø maïch coäng baùn phaàn Ví dụ, Thieát keá maïch coäng hai oá nhò phaân 4 bit (a3a2aa + b3b2bb =S4S3S2SS ) töø maïch coäng baùn phaàn vaø toaøn phaàn I cộng toàn phần in out S 74LS83 ộng toàn phần bit 4 out 3 S4 2 S3 4 3 S2 2 in S 74LS83 ộng toàn phần 4 bit Trang 67

24 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 Maïch coäng nhìn tröôùc oá nhôù ÔÛ maïch coäng nhieàu bit, pheùp coäng haøng cao hôn caàn oá nhôù laàn coäng haøng keá tröôùc. Thôøi gian trì hoaõn naøy laø lôùn ñoái vôùi caùc pheùp tính nhanh. Ñeå khaéc phuïc phaûi theâm maïch logic ñeå taïo tröïc tieáp oá nhôù goïi laø maïch coäng nhìn tröôùc oá nhôù (toác ñoä coäng ñoäc laäp vôùi oá bit) Goïi Pi = i i Pi Gi = ii S phöông trình coäng toaøn phaàn i Si =Pi i- Gi i- i =Gi +P i i- Ñeå hieåu roõ yù nghóa cuûa coäng nhìn tröôùc oá nhôù, vieát phöông trình,, 2, 3 vaø nhaän eùt caùc bieán logic chöùa trong caùc phöông trình ñoù (em nhö moät baøi taäp) Maïch coäng Ñoái vôùi maïch coäng, neáu ñaàu ra toång khoâng phaûi laø oá thì keát quaû phaûi ñöôïc coäng theâm in 4 S3 S2SS in 4 S3 S2SS thứ hai Trang 68 thứ nhất

25 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương MÏH HUYEÅN MÕ Maïch chuyeån ñoåi maõ thay ñoåi döõ lieäu nhò phaân töø daïng naøy ang daïng khaùc Ví dụ, - LE 7 ñoaïn nhò phaân Nhò phaân Nhò phaân Gray Gray nhò phaân Maïch chuyeån ñoåi ang nhò phaân ước. aùc ñònh oá bit nhò phaân cho maïch chuyeån ñoåi. Ví dụ, ñeå chuyeån ñoåi 2 chöõ oá caàn 7bit nhò phaân, vì giaù trò lôùn nhaát 99 cuûa ñoåi ang nhò phaân laø ước 2. Tính toång cuûa caùc oá nhò phaân töông ñöông vôùi bit (theo troïng oá cuûa maõ ) Ví dụ, (52) coù maõ laø, toång nhò phaân laø Troïng oá (maõ nhò phaân cho 2) (maõ nhò phaân cho ) (maõ nhò phaân cho 4) (maõ nhò phaân cho 52) ước 3. aây döïng maïch öû duïng maïch coäng nhò phaân Ví dụ, aûng coäng cho oá coù 2 chöõ oá Maõ nhò phaân töông ñöông it Troïng oá b6 b5 b4 b3 b2 b Vaäy b = ; b = + ; b2 = + ; b3 = + + ; b4 = + ; b5 = ; b6 = ; Trang 69 b

26 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương in S3 S2SS in S3 S2SS b6 b5 b4 b3 b2 b b I huyeån maõ ang nhò phaân ác đầu vào từ đến 39 b E G Y Y8 b b2 b3 b4 b5 ác đầu ra nhị phân ác đầu vào Y Y8 E G T T T T ác đầu bù của Ví dụ, Tra baûng hoïat ñoäng cuûa 7484, ñöa ra ô ñoà noái daây chuyeån maõ ang maõ buø 9 cuûa noù Ví dụ, Töø 2 I 7484, thieát keá maïch ñoåi moät oá 2 chöõ boá ang 7bit nhò phaân Maïch chuyeån ñoåi nhò phaân ang ác đầu vào nhị phân 6 bit b b b2 b3 b4 b5 E G Y 7485 Trang 7 ác đầu ra

27 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 ài tập chương Đơn giản mạch au dùng đại ố oolean M N O 3.2. Thiết kế mạch điện logic tương ứng với bảng ự thật au Y 3.3. Thiết kế mạch điện logic có 3 ngõ vào, và.ngõ ra ở mức HIGH chỉ khi có 2 ngõ vào là mức LOW Một ố nhị phân 4 bit được ký hiệu là 32, với là bit LS, thiết kế mạch logic mà ngõ ra ở mức HIGH khi các ố nhị phân lớn hơn và nhỏ hơn Thực thi mạch điện ở bài 3.3 dùng tất cả là cổng NN 3.6. Thực thi mạch điện ở bài 3.4 dùng tất cả là cổng NN 3.7. Một bộ đếm với ngõ ra 4 bit mã hiển thị ố ung được đưa vào bộ đếm. Thí dụ, au 4 ung, ngõ ra của bộ đếm là = 2 = 4. ộ đếm Reet về tại ung thứ và bắt đầu đếm trở lại. Nói cách khác, ngõ ra không bao giờ biểu diễn giá trị lớn hơn 2 = 9. Hãy thiết kế mạch logic với ngõ ra ở mức HIGH khi đếm ố 2, 3, 9. ounter Logic circuit 3.8. Hình au biểu diễn 4 công tắc trong mạch điều khiển máy copy. Thông thường các công tắc này mở (open). Khi có giấy đi qua công tắc thì đóng (cloe). ông tắc và 4 không thể đóng (cloe) tại cùng thời điểm. Hãy thiết Trang 7

28 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 kế mạch logic với ngõ ra mức HIGH khi 2 công tắc hay nhiều hơn cùng đóng. SW SW2 SW3 SW4 +5V +5V +5V +5V Logic circuit 3.9. Hình au thể hiện mạch nhân hai ố nhị phân 2 bit và yy, ngõ ra là ố nhị phân z3z2zz tương đương với tích đại ố của 2 ố ngõ vào. Hãy thiết kế mạch logic cho mạch nhân. Z3 MS Z2 Multiplier circuit Y Z Z LS Y 3.. Một mã được truyền tới thiết bị nhận ở a, các bit là 32, với 3 là bit MS. Mạch nhận gồm mạch phát hiện lỗi để kiểm tra mã nhận. Thiết kế mạch kiểm tra tạo mức HIGH nếu có bất kỳ điều kiện lỗi nào ảy ra. 3.. Thiết kế mạch logic với điều kiện: tín hiệu ngõ vào đến ngõ ra Y chỉ khi ngõ vào điều khiển ở mức LOW và ngõ vào điều khiển ở mức HIGH, các trường hợp còn lại ngõ ra ở mức LOW Thiết kế mạch logic điều khiển ự đi qua của tín hiệu theo các yêu cầu au:. Ngõ ra = khi ngõ vào điều khiển và giống nhau. 2. duy trì mức HIGH khi và khác nhau Thiết kế mạch logic có yêu cầu cho ở hình au. Multipleer Z S Z S 3.4. Trong máy tính, bộ vi ử lý (microproceor unit = MPU) luôn được kết nối với trong các phần au: () bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RM = randomacce memory), lưu trữ các chương trình và dữ liệu mà nó có thể được thay đổi cách nhanh chóng; (2) bộ nhớ chỉ đọc (read-only memory), lưu trữ các chương trình và dữ liệu mà không khi nào thay đổi; (3) thiết bị vào ra bên Trang 72

29 ài Giảng Kỹ Thuật Số hương 3 ngoài (I/O) chẳng hạn như keyboard, máy in. Khi thực thi chương trình, MPU ẽ tạo ra một mã địa chỉ mà nó chọn loại thiết bị (RM,ROM or I/O) muốn thực thi. Hình au chỉ ra cách kết nối tiêu biểu ở đó MPU uất ra mã địa chỉ 8 bit 5-8. Thực ra MPU uất ra mã địa chỉ 6 bit, nhưng các bit thấp 7- không dùng cho quá trình chọn thiết bị. Mã địa chỉ được cấp tới mạch logic để tạo ra các tín hiệu chọn thiết bị RM, ROM, và I/O RM 9 8 I/O ROM MPU Phân tích mạch và ác định những điều au: (a) Khoảng địa chỉ 5-8 mà nó tích cực RM (b) Khoảng địa chỉ 5-8 mà nó tích cực I/O (c) Khoảng địa chỉ 5-8 mà nó tích cực ROM Hãy biểu diễn các địa chỉ ở nhị phân và he ho haøm oolean au: Y = (3,5,6,,2,3,4,5) + d (4,7,8,9) a). Ruùt goïn haøm Y, bieåu dieãn haøm Y duøng coång logic b). Töø haøm Y ruùt goïn, bieán ñoåi laïi maïch logic duøng toaøn coång NOR c). Thöïc hieän haøm Y duøng MU 8 ang (74LS5) 3.6. ho haøm oolean au: Y = (,,4) + d (3,6) a). Ruùt goïn haøm Y, bieåu dieãn haøm Y duøng coång logic b). Töø haøm Y ruùt goïn, bieán ñoåi laïi maïch logic duøng toaøn coång NN c). Thöïc hieän haøm Y duøng giaûi maõ 3 ang 8 (74LS38) Trang 73