Bài giảng môn Điện - Điện tử - Điện tử số

*ĐIỆN TỬ SỐKhoa CNTT- ĐHBK*Tài liệu tham khảo Bài giảng này ( quan trọng ! )Kỹ thuật sốLý thuyết mạch lôgic & kỹ thuật sốKỹ thuật điện tử sốương 1. Các hàm lôgic cơ bản*1.1 Đại số Boole Các định nghĩaBiến lôgic: đại lượng biểu diễn bằng ký hiệu nào đó, lấy giá trị 0 hoặc 1Hàm lôgic: nhóm các biến lôgic liên hệ với nhau qua các phép toán lôgic, lấy giá trị 0 hoặc 1Phép toán lôgic cơ bản: VÀ (AND), HOẶC (OR), PHỦ ĐỊNH (NOT)*1.1 Đại số Boole Biểu diễn biến và hàm lôgicBiểu đồ Ven:A hoặc BA và BMỗi biến lôgic chia không gian thành 2 không gian con:1 không gian con: biến lấy giá trị đúng (=1)Không gian con còn lại: biến lấy giá trị sai (=0)AB*1.1 Đại số Boole Biểu diễn biến và hàm lôgicBảng thật:Hàm n biến sẽ có:n+1 cột (n biến và giá trị hàm)2n hàng: 2n tổ hợp biếnVí dụ Bảng thật hàm Hoặc 2 biếnABF(A,B)000011101111*1.1 Đại số Boole Biểu diễn biến và hàm lôgicBìa Cac-nô:Số ô trên bìa Cac-nô bằng số dòng bảng thậtVí dụ Bìa Cac-nô hàm Hoặc 2 biến0111AB 0 101*1.1 Đại số Boole Biểu diễn biến và hàm lôgicBiểu đồ thời gian:Là đồ thị biến thiên theo thời gian của hàm và biến lôgicVí dụ Biểu đồ thời gian của hàm Hoặc 2 biếntttA10F(A,B) 0B101*1.1 Đại số Boole Các hàm lôgic cơ bảnHàm Phủ định:Ví dụ Hàm 1 biếnAF(A)0110*1.1 Đại số Boole Các hàm lôgic cơ bảnHàm Và:Ví dụ Hàm 2 biếnABF(A,B)000010100111* Các hàm lôgic cơ bảnHàm Hoặc:Ví dụ Hàm 3 biếnABCF000000110101011110011011110111111.1 Đại số Boole* Tính chất các hàm lôgic cơ bảnTồn tại phần tử trung tính duy nhất cho phép toán Hoặc và phép toán Và: A + 0 = A A.1 = AGiao hoán: A + B = B + A A.B = B.AKết hợp: A + (B+C) = (A+B) + C = A + B + C A . (B.C) = (A.B) . C = A . B . CPhân phối: A(B+C) = AB + AC A + (BC) = (A+B)(A+C)Không có số mũ, không có hệ số: Phép bù:1.1 Đại số Boole* Định lý Đờ Mooc-gan Trường hợp 2 biến Tổng quát Tính chất đối ngẫu1.1 Đại số Boole*1.2 Biểu diễn các hàm lôgic Dạng tuyển và dạng hội Dạng chính qui Tuyển chính qui Hội chính quiKhông phải dạng chính qui tức là dạng đơn giản hóa Dạng tuyển (tổng các tích) Dạng hội (tích các tổng)*1.2 Biểu diễn các hàm lôgic Dạng tuyển chính qui Định lý Shannon: Tất cả các hàm lôgic có thể triển khai theo một trong các biến dưới dạng tổng của 2 tích lôgic:Ví dụNhận xét2 biến  Tổng 4 số hạng, 3 biến  Tổng 8 số hạngn biến  Tổng 2n số hạng*1.2 Biểu diễn các hàm lôgic Dạng tuyển chính quiNhận xétGiá trị hàm = 0  số hạng tương ứng bị loạiGiá trị hàm = 1  số hạng tương ứng bằng tích các biến*1.2 Biểu diễn các hàm lôgic Dạng tuyển chính quiABCF00000011010101111000101111001111Ví dụ Cho hàm 3 biến F(A,B,C).Hãy viết biểu thức hàm dưới dạng tuyển chính qui.*1.2 Biểu diễn các hàm lôgicDạng tuyển chính quiABCF00000011010101111000101111001111* Dạng hội chính qui Định lý Shannon: Tất cả các hàm lôgic có thể triển khai theo một trong các biến dưới dạng tích của 2 tổng lôgic:1.2 Biểu diễn các hàm lôgic2 biến  Tích 4 số hạng, 3 biến  Tích 8 số hạngn biến  Tích 2n số hạngNhận xétVí dụ* Dạng hội chính quiNhận xétGiá trị hàm = 1  số hạng tương ứng bị loạiGiá trị hàm = 0  số hạng tương ứng bằng tổng các biến1.2 Biểu diễn các hàm lôgic*1.2 Biểu diễn các hàm lôgic Dạng hội chính quiABCF00000011010101111000101111001111Ví dụ Cho hàm 3 biến F(A,B,C).Hãy viết biểu thức hàm dưới dạng hội chính qui.*1.2 Biểu diễn các hàm lôgicDạng hội chính quiABCF00000011010101111000101111001111* Biểu diễn dưới dạng số Dạng tuyển chính qui Dạng hội chính qui1.2 Biểu diễn các hàm lôgic* Biểu diễn dưới dạng sốABCD = Ax23 +B x22 + C x21 + D x20 = Ax8 +B x4 + C x2 + D x1LSB (Least Significant Bit)MSB (Most Significant Bit)1.2 Biểu diễn các hàm lôgic*Mục tiêu: Số số hạng ít nhất và số biến ít nhất trong mỗi số hạngMục đích: Giảm thiểu số lượng linh kiệnPhương pháp: - Đại số - Bìa Cac-nô -... Phương pháp đại số1.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic*Một số quy tắc tối thiểu hóa:Có thể tối thiểu hoá một hàm lôgic bằng cách nhóm các số hạng.Có thể thêm số hạng đã có vào một biểu thức lôgic.1.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic*Một số quy tắc tối thiểu hóa: Có thể loại đi số hạng thừa trong một biểu thức lôgicTrong 2 dạng chính qui, nên chọn cách biểu diễn nào có số lượng số hạng ít hơn.1.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic* Phương pháp bìa Cac-nôBCA000111100013214576C AB0100010123116710451.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic* Phương pháp bìa Cac-nôCDAB000111100001320145761112131514108911101.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic*1.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgicCác quy tắc sau phát biểu cho dạng tuyển chính quy. Để dùng cho dạng hội chính quy phải chuyển tương đương* Qui tắc 1:nhóm các ô sao cho số lượng ô trong nhóm là một số luỹ thừa của 2. Các ô trong nhóm có giá trị hàm cùng bằng 1.CDAB0001111000011111111011CDAB0001111000110111111110111.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic* Qui tắc 2: Số lượng ô trong nhóm liên quan với số lượng biến có thể loại đi. Nhóm 2 ô  loại 1 biến, nhóm 4 ô  loại 2 biến, ... nhóm 2n ô  loại n biến. BCA0001111001111.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic* BCA0001111001111 BCA000111100111111.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic*CDAB0001111000110111111110111.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic* Qui tắc 3: Trường hợp có những giá trị hàm là không xác định (không chắc chắn luôn bằng 0 hoặc không chắc chắn luôn bằng 1), có thể coi giá trị hàm là bằng 1 để xem có thể nhóm được với các ô mà giá trị hàm xác định bằng 1 hay không.CDAB000111100011011111----10--1.3 Tối thiểu hóa các hàm lôgic*Chứng minh các biểu thức sau: a) b) c)Xây dựng bảng thật và viết biểu thức lôgic của hàm F xác định như sau: a) F(A,B,C) = 1 ứng với tổ hợp biến có số lượng biến bằng 1 là một số chẵn hoặc không có biến nào bằng 1. Các trường hợp khác thì hàm bằng 0 b) F(A,B,C,D) = 1 ứng với tổ hợp biến có ít nhất 2 biến bằng 1. Các trường hợp khác thì hàm bằng 0.Bài tập chương 1 (1/3)* Trong một cuộc thi có 3 giám khảo. Thí sinh chỉ đạt kết quả nếu có đa số giám khảo trở lên đánh giá đạt. Hãy biểu diễn mối quan hệ này bằng các phương pháp sau đây:Bảng thậtBìa Cac-nôBiểu đồ thời gianBiểu thức dạng tuyển chính quyBiểu thức dạng hội chính quiCác biểu thức ở câu d), e) dưới dạng số.Bài tập chương 1 (2/3)*Tối thiểu hóa các hàm sau bằng phương pháp đại số: a) b)Tối thiểu hóa các hàm sau bằng bìa Các-nô: a) F(A,B,C,D) = R(0,2,5,6,9,11,13,14) b) F(A,B,C,D) = R(1,3,5,8,9,13,14,15) c) F(A,B,C,D) = R(2,4,5,6,7,9,12,13) d) F(A,B,C,D) = I(1,4,6,7,9,10,12,13) e) F(A,B,C,D,E)=R(0,1,9,11,13,15,16,17, 20,21,25,26,27,30,31)Bài tập chương 1 (3/3)*1.a)Giải bài tập chương 1*1.b)Giải bài tập chương 1*1.c)Giải bài tập chương 1*Giải bài tập chương 1ttttABCF*4.a)Giải bài tập chương 1*4.b)Giải bài tập chương 1*CDAB00011110001011110a) F(A,B,C,D) = R(0,2,5,6,9,11,13,14)11111115.Giải bài tập chương 1*CDAB0001111000011111110c) F(A,B,C,D) = R(2,4,5,6,7,9,12,13)111115.Giải bài tập chương 1*CDAB0001111000001001101000005. d)*CDAB000111100010111111101111Giải bài tập chương 1*Bìa Các-nô 5 biếnDEAB000111101011010000013267540189111014151312112425272630312928101617191822232120C=0C=1Giải bài tập chương 1*DEAB000111101011010000013267540189111014151312112425272630312928101617191822232120C=0C=1Giải bài tập chương 1F(A,B,C,D,E)=R(0,1,9,11,13,15,16,17,20,21,25,26,27,30,31)111111111111111C=0C=1*Chương 2. Các phần tử lôgic cơ bảnvà mạch thực hiện*U1UYD2D1RU2U1, U2 = 0 hoặc E vônU1A, U2 B, UY F(A,B)0v0, Ev1Bảng thật hàm Hoặc 2 biến 2.1 Mạch Hoặc, mạch Và dùng điôtU1U2UY0000EEE0EEEEABF000011101111*U1A, U2 B, Us F(A,B)0v0, Ev1Bảng thật hàm Và 2 biến U1, U2 = 0 hoặc E vônU1UYD2D1RU2+E2.1. Mạch Và, mạch Hoặc dùng điôtU1U2UY0000E0E00EEEABF000010100111*NPNPNPIe = Ib +Ic, Ie và Ic >> Ib2.2. Mạch Đảo dùng tranzixtoTranzixto là dụng cụ bán dẫn, có 2 kiểu: NPN và PNPTranzixto thường dùng để khuếch đại.Còn trong mạch lôgic, tranzixto làm việc ở chế độ khóa, tức có 2 trạng thái: Tắt (Ic = 0, Ucemax), Thông (có thể bão hòa): Icmax, Uce = 0IcIbIbIeIcIeEBCCBE*UE = 0 hoặc E vônUEA, UY F(A)0v0, Ev1Bảng thật hàm Phủ định RbRcEUEUYUEUY0EE0AF(A)01102.2. Mạch Đảo dùng tranzixto*Mạch tích hợp (IC): Integrated CircuitsMạch rời rạcMạch tích hợp tương tự : làm việc với tín hiệu tương tự số: làm việc với tín hiệu chỉ có 2 mức102.3. Các mạch tích hợp số* Phân loại theo số tranzixto chứa trên một IC SSISmall Scale Integration(Mạch tích hợp cỡ nhỏ) n biSiaiBAB)B 01101101YE(A=B)YL(A B: G (YG = 1), A = B: E (YE = 1), A B)B 01101101YE(A=B)YL(A B: G (YG = 1), A = B: E (YE = 1), A B)B 01101101YE(A=B)YL(A B: G (YG = 1), A = B: E (YE = 1), A Tìm chức năngTừ sơ đồ viết biểu thức hàm ra theo biến vàoThành lập bảng thật dựa vào 1.Suy ra chức năng từ bảng thậtTổng hợp: Biết chức năng hệ -> Thiết kế sơ đồ thực hiện hệChức năng -> Bảng thật (biến vào ? hàm ra ? quan hệ vào-ra ?)Từ bảng thật viết hàm ra theo biến vào (tối thiểu hóa)Vẽ sơ đồ thực hiện hàm đã có ở bước 2.HỆ TỔ HỢP*Giải bài tập chương 51.3 công tắc: 3 biến A, B, C. F=0: đèn tắt, F=1: đèn sángABCF00000011010101101001101011001111F = A B C*2.B: 3 bit A: 4 bit A = B + 3b2b1b0a3a2a1a0b2b1b0a3a2a1a00000011001010011010011111010Viết biểu thức các hàm ratheo 3 biến vào (tối thiểu hóa)Vẽ sơ đồ*4.Viết biểu thức hàm dưới dạng tuyển chính qui:ABC F(A,B,C)E0E1E2E3E4E5C2C1C0E6E711110000*8. F(A,B,C,D) = R(0,3,4,6,8,11,13,15)ABCDF00001000100010000111010010101001101011101000110010101001011111000110111110011111BCD F(A,B,C,D)E0E1E2E3E4E5C2C1C0E6E710AA01AA*BÀI TẬP LỚN (1)1. Lập trình Pascal mô phỏng bộ cộng song song.Bộ cộng cho phép cộng 2 số nhị phân từ 1 bit đến 8 bitHai số nhị phân cần cộng được nhập từ bàn phímKết quả hiển thị là số nhị phân*ABCF000000110101100101101010110011113 công tắc: 3 biến A, B, C. F=0: đèn tắt, F=1: đèn sáng1.*BÀI TẬP LỚN (2)2. Lập trình Pascal mô phỏng bộ so sánh song song.Bộ so sánh cho phép so sánh 2 số nhị phân từ 1 bit đến 8 bitHai số nhị phân cần so sánh được nhập từ bàn phímHiển thị kết quả so sánh*BÀI TẬP LỚN (1/3)1. Lập trình mô phỏng bộ cộng song song.Bộ cộng cho phép cộng 2 số nhị phân từ 1 bit đến 8 bitHai số nhị phân cần cộng được nhập từ bàn phímHiển thị kết quả*BÀI TẬP LỚN (2/3)2. Lập trình mô phỏng bộ so sánh song song.Bộ so sánh cho phép so sánh 2 số nhị phân từ 1 bit đến 8 bitHai số nhị phân cần so sánh được nhập từ bàn phímHiển thị kết quả*BÀI TẬP LỚN (3/3) (ST7/t15)3. Hệ dãy đồng bộ có 1 đầu vào x và 1 đầu ra y. Đầu ra y = 1 nếu ở đầu vào x xuất hiện theo qui luật x = 0110. Các trường hợp khác thì y = 0. Tổng hợp hệ dãy dùng trigơ JK theo mô hình Mealy và mô phỏng hệ đã tổng hợp được theo ngôn ngữ lập trình tùy chọn.*BÀI TẬP LỚN (2)2. Hệ dãy đồng bộ có 1 đầu vào x và 1 đầu ra y. Đầu ra y = 1 nếu ở đầu vào x xuất hiện theo qui luật x = 1001. Các trường hợp khác thì y = 0. Tổng hợp hệ dãy dùng trigơ JK theo mô hình Mealy và mô phỏng hệ đã tổng hợp được theo ngôn ngữ lập trình tùy chọn.x = 1 0010 01 y = 0001001*BÀI TẬP LỚN (3)Mỗi sinh viên nộp báo cáo bài tập lớn (in, không viết tay). Trong báo cáo cần có:Chương trình nguồnPhân tích chương trình nguồnKết quả chạy chương trìnhChỉ sinh viên nào nộp bài tập lớn thì mới được dự thi lần 1.Nộp theo lớp vào thứ 7 của tuần 12.*Kiểm tra 90’. Không sử dụng tài liệuCác TL liên quan không để ở mặt bàn ()Câu 1. Sử dụng số lượng ít nhất bộ chọn kênh 2-1 để thực hiện một bộ chọn kênh 4-1.Câu 2. Giả thiết có số 4 bit A = a3a2a1a0. Hãy sử dụng số lượng bộ chọn kênh 4-1 cần thiết để thực hiện phép dịch vòng số A như sau:a3a2a1a0  a0a3a2a1  a1a0a3a2  a2a1a0a3  a3a2a1a0 CLKE D1 Q1 CLK Q1 D0 Q0 CLK CLOCK&EyCâu 3. Cho sơ đồ dùng trigơD và tín hiệu vào E như hình vẽ. Hãy vẽ tín hiệu tại đầu ra y dóng trên cùng trục thời gian với CLK và giải thích.*Câu 4. Dùng bộ giải mã 3 đầu vào và số lượng ít nhất các phần tử lôgic cơ bản để thực hiện bộ cộng đầy đủ. Giải thích kết quả.*Câu 5. Hãy phân tích và cho biết chức năng của sơ đồ sauENABLE* S q>CLK RSTART 22 21 20Đếm môđun 8 &CLOCKECLOCKSTARTCâu 6. Cho sơ đồ như hình vẽ. Hãy vẽ tín hiệu ra tại q, tại đầu vào R dóng theo cùng trục thời gian với CLOCK và giải thích. Biết rằng bộ đếm môđun 8 tích cực với sườn âm của đồng hồ. Bộ đếm chỉ đếm khi đầu vào E ở mức cao, nếu E ở mức thấp thì bộ đếm không đếm. Giả thiết trước khi có xung START trạng thái bộ đếm là 000 và q = 0.*CLOCK12345678STARTRq,E*ĐIÔTUA > UK: Điôt thông ID >0UADUKIDUA <= UK: Điôt tắt ID = 0*a1a0b1b0p3p2p1p0000000000001000011111001*Chương 6. Bộ nhớ*5.1. Vai trò của bộ nhớ đối với hệ thống máy tínhBộ nhớ chương trình: cho phép lưu trữ, lấy ra, thay đổi chươngtrìnhBộ nhớ dữ liệu: lưu trữ dữ liệu trong quá trình chương trình tính toánhoặc kết quả chạy chương trình.Bộ nhớ trong (chính) và bộ nhớ ngoài (ngoại vi) Bộ nhớ trong : thông tin được lưu trữ và lấy ra với tốc độ rất nhanh Bộ nhớ ngoài: thường có dung lượng rất lớn hơn so với bộ nhớ trongnhưng chậm hơn so với bộ nhớ trong.Bộ nhớ chứa các bit thông tin. Từ: nhóm các bit biểu diễn cho một thực thể thông tin. Độ dài từ: có thể từ 4 đến 32 bit hoặc nhiều hơn.Ô nhớ: tập các phần tử có thể lưu trữ một từ. Chẳng hạn: ô nhớ chứa từ 8 bit có thể gồm 8 trigơ.Dung lượng bộ nhớ: thường được biểu diễn theo bội của 210 = 1024 (K)211 = 2048 = 2K, 216 = 65536 = 64K*5.1. Vai trò của bộ nhớ đối với hệ thống máy tínhBộ nhớ trong(bán dẫn)Bộ nhớ ngoài(băng, đĩa)Đơn vị số họcĐơn vị điều khiểnĐơn vị xử lý trung tâm (CPU)Máy tính*Các thao tác đối với bộ nhớChọn địa chỉ trong bộ nhớ đang được truy nhập để đọc hoặc ghi Lựa chọn thao tác đọc hoặc ghi cần phải thực hiệnCung cấp dữ liệu vào cần phải lưu trữ trong quá trình ghiDuy trì dữ liệu ra lấy từ bộ nhớ trong quá trình đọcKích hoạt (hoặc không kích hoạt) bộ nhớ để bộ nhớ sẽ (hoặc không) có đáp ứng đối với địa chỉ đưa vào và lệnh đọc/ghi*5.2. Tổ chức bộ nhớĐịa chỉD7D6D5D4D3D2D1D00001111000011000100102010001110300111100041111000005101111010601110011071110111008000100110910011101*CPUBộ nhớBus số liệu 8 bit 2 chiềuBus địa chỉ 16 bit 1chiềuTín hiệu điều khiểnđọcghi*Chip nhớ 8 từ x 4 bit8 từx 4 bitI0I1I2I3A0A1A2CSWEO0O1O2O3VàoRaĐịa chỉChip SelectWrite Enable*VàoI0I1O1O0RaTừ 0Từ 1Từ 2Từ 3CSWEGiải mãĐịa chỉA1A0*Địa chỉCSWEMắc song song 2 chip nhớ 8 từ 4 bit tạo thành chip nhớ 8 từ 8 bit*CS (A3)WEĐịa chỉBus chungMắc song song chip nhớ để tăng dung lượng bộ nhớ*Read / WriteI/OCSBit lineBit vào, ra chung một đường*xq1q2q301000000100001000100010001101011001101100010110101010110110011111111011111xq1q2q301000000100001000100010001100100010100