Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 4: Hệ tổ hợp - Nguyễn Thị Bé Tám

79 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số Chương 4: HỆ TỔ HỢP • Giới thiệu • Cách thiết kế • Các loại mạch thơng dụng đã tích hợp thành IC: – Bộ dồn kênh (Multiplexer/Selecter – MUX) – Bộ phân kênh ( Demuxtiplexer) – Bộ mã hĩa (encoder) – Bộ giải mã (decoder) – Bộ so sánh – Bộ kiểm tra chẵn lẻ (parity checker) • Các IC thường gặp 80 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.1 Giới thiệu • Định nghĩa: Là tổ hợp các cổng logic, ngõ ra phụ thuộc ngõ vào, mọi sự thay đổi ngõ vào làm ngõ ra thay đổi Cổng logic Ngõ vào (Input) Ngõ ra (Output) Chương 4: Hệ tổ hợp 81 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.2 Các bước thiết kế • Phát biểu yêu cầu bài tốn • Xác định bao nhiêu biến vào và ra? • Thành lập bảng sự thật • Tìm biểu thức rút gọn từng ngõ ra phụ thuộc ngõ vào • Thực hiện sơ đồ logic Chương 4: Hệ tổ hợp 82 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.2 Cách thiết kế • Ví dụ: Hãy thiết kế một mạch logic cĩ – Ba ngõ vào – Một ngõ ra – Ngõ ra ở mức cao chỉ khi đa số ngõ vào ở mức cao (số bits 1 nhiều hơn số bits 0) Chương 4: Hệ tổ hợp 83 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.2 Các bước thiết kế • Thành lập bảng sự thật Chương 4: Hệ tổ hợp 84 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.2 Các bước thiết kế • Viết biểu thức ngõ ra Chương 4: Hệ tổ hợp 85 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.2 Các bước thiết kế • Rút gọn biểu thức x (dùng phương pháp đại số hoặc dùng bìa karnaugh): – Dùng biến đổi đại số Chương 4: Hệ tổ hợp 86 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.2 Các bước thiết kế • Vẽ mạch Chương 4: Hệ tổ hợp 87 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.1 Bộ dồn kênh/ chọn kênh (Multiplexer/selector) • Giới thiệu: ứng mỗi trạng thái ở ngõ vào lựa chọn, ngõ ra chọn 1 ngõ vào của ngõ vào dữ liệu (data) – Bộ MUX: 2n ->1 • Ngõ vào: – Ngõ vào dữ liệu: 2n – Ngõ vào lựa chọn: n • Ngõ ra: 1 Y D0 D1 Dm-1 S0 Sn-1 Ngõ vào dữ liệu (Data Input) Ngõ vào lựa chọn (Select Input) Chương 4: Hệ tổ hợp 88 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.1 Bộ dồn kênh/ chọn kênh Bộ MUX: 4->1 • Ngõ vào data: 4, ngõ vào chọn lựa: 2, ngõ ra Y Y D0 D1 D3 S0 (LSB) S1 D2 Chương 4: Hệ tổ hợp 89 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.1 Bộ dồn kênh/chọn kênh MUX: 4->1 • Biểu thức logic ngõ ra: Y = S1 S0 D0 + S1 S0 D1 + S1 S0 D2 + S1 S0 D3 S1 S0 D1 D0 D2 D3 . . . . . . Y Chương 4: Hệ tổ hợp 90 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.1 Bộ dồn kênh/chọn kênh IC dồn kênh: 74LS153: gồm 2 bộ MUX 4 1 1Y 7 2Y A(LSB) B 1G 1C0 1C1 1C2 1C3 2G 2C0 15 10 5 4 3 6 1 2 14 92C1 2C2 2C313 11 12 Chương 4: Hệ tổ hợp 91 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.1 Bộ dồn kênh/chọn kênh Dùng bộ MUX thực hiện biểu thức logic • Dùng IC Mux 4->1 thực hiện hàm: f(A, B, C) = sum(1,3,5,6) ? Chương 4: Hệ tổ hợp 92 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.2 Bộ phân kênh (Demultiplexer) • Giới thiệu: ngược lại bộ MUX, 1 ngõ vào data, n ngõ vào lựa chọn, 2n ngõ ra – Sơ đồ bộ DEMUX: 1->4 D Y0 Y1 Y3 S0(LSB) S1 Y2 Chương 4: Hệ tổ hợp 93 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.2 Bộ phân kênh Demux: 1->4 • Biểu thức logic ngõ ra: S1 S0 D . . . . . . Y0 Y1 Y2 Y3 . . . Chương 4: Hệ tổ hợp 94 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.2 Bộ phân kênh IC phân kênh 74LS155: gồm 2 bộ phân kênh 1  4 A 1G 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3 2Y0 11 2Y1 12 2Y2 9 2Y3 2 1 13 2C 2G B3 14 15 6 5 4 7 1C 10 Chương 4: Hệ tổ hợp 95 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.3. Mạch mã hĩa (encoder) • Chức năng: mã hĩa từ mã nhị phân thành ký hiệu hoặc đại lượng vật lý – Ví dụ bộ mã hĩa m đường tín hiệu vào (mã nhị phân 1 trong m = 2n) thành n đường tín hiệu ra Z0 Z1 I1 I0 Zn -1Im-1 Mã nhị phân 1 trong m Mã nhị phân n bit Chương 4: Hệ tổ hợp 96 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.3. Mạch mã hĩa (encoder) • Encoder 4 sang 2 (LSB) Z0 Z1 I1 I0 I2 I3 I0 I1 I2 I3 Z1 Z0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 Chương 4: Hệ tổ hợp 97 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.3. Mạch mã hĩa (encoder) Rút gọn và sơ đồ Z1 = I2 + I3 Z0 = I1 + I3 . I3 Z1 Z0 I2 I1 Chương 4: Hệ tổ hợp 98 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.4 Mạch giải mã (decoder) • Chức năng: ngược lại bộ mã hĩa – Ví dụ bộ mã hĩa: chuyển mã nhị phân n bits thành mã nhị phân 1 trong m, m=2n Y0 Y1X1 X0 Y2n -1 Xn-1 Mã nhị phân n bit Mã nhị phân 1 trong m Chương 4: Hệ tổ hợp 99 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.4 Mạch giải mã Decoder 2->4, tích cực cao Sơ đồ: Chương 4: Hệ tổ hợp 100 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.4 Mạch giải mã Decoder 2->4, tích cực thấp Chương 4: Hệ tổ hợp 101 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.4 Mạch giải mã Bộ giải mã cĩ thêm ngõ vào cho phép • Bộ giải mã cĩ ngõ vào cho phép: mạch cĩ thêm 1 hoặc nhiều ngõ vào cho phép (EN). Khi EN tích cực mạch mới hoạt động Chương 4: Hệ tổ hợp 102 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.4 Mạch giải mã IC giải mã 74LS139: cĩ hai bộ giải mã từ 2 sang 4, ngõ ra tích cực mức thấp Chương 4: Hệ tổ hợp 103 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.4 Mạch giải mã Dùng bộ giải mã thực hiện hàm logic • Dùng mã hĩa 2->4 thực hiện hàm: – f(x,y,z) =sum (0,2,5) ? Chương 4: Hệ tổ hợp 104 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.5 Bộ so sánh 01011 00101 10010 01000 A<B (Y3) A=B (Y2) A>B (Y1) BA Viết biểu thức Y1, Y2,Y3 ?. Vẽ mạch Bài tập: Mạch so sánh hai số cĩ 2 bits, 3 bits, 4 bits Chương 4: Hệ tổ hợp 105 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.3.6. Bộ kiểm tra chẵn, lẻ (parity checker) • Bit kiểm tra chẵn: tổng số bits bằng 1 của dữ liệu và bit kiểm tra (be) là một số chẳn • Bit kiểm tra lẻ Chương 4: Hệ tổ hợp 106 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.4 Một số IC tổ hợp thường gặp • IC chọn kênh (dồn kênh) 8->1 : 74LS151 Chương 4: Hệ tổ hợp 107 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.4 Một số IC tổ hợp thường gặp Dùng 2 IC 74LS151 (8->1) thành IC chọn kênh (16->1) Chương 4: Hệ tổ hợp 108 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.4 Một số IC tổ hợp thường gặp IC chọn kênh (2->1) • IC 74LS157 chứa 4 bộ Mux (2->1): – Bộ 1: I0a, I1a, Za – Bộ 2: I0b, I1b, Zb – Bộ 3: I0c, I1c, Zc – Bộ 4: I0d, I1d, Zd Bảng sự thật Sơ đồ chân 109 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Khoa Điện Điện Tử - Bộ mơn: Kỹ Thuật Máy Tính Bài Giảng: Kỹ Thuật Số 4.4 Một số IC tổ hợp thường gặp IC giải mã 74LS138 • IC giải mã 74LS138