Bài giảng Thiết kế số - Chương 2: Giới thiệu về mạch số - Hoàng Mạnh Thắng

Chương II Giới thiệu về mạch sốThiết kế số Giới thiệu về mạch số: các biến, hàm, bảng chân lý, cổng logic và các mạng logicNgười trình bày: Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngTexPoint fonts used in EMF: AAAAA Mạch logicMạch logic thực hiện các hoạt động trên các tín hiệu số: Được thực hiện dưới dạng mạch điện tử với giá trị là các tín hiệu giới hạn về các biến có giá trị rời rạcMạch logic nhị phân chỉ có 2 giá trị, 0 và 1Dạng tổng quát của mạch logic là mạng chuyển mạchX1X2X3Y1Y2Y3XmYmMạng chuyển mạchCác giá trị rời rạc3Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Đại số BooleanỨng dụng trực tiếp vào mạng chuyển mạch:Làm việc với thiết bị 2 trạng thái  đại số Boolean 2 giá trịDùng các biến Boolean (X,Y...) để biểu diễn đầu vào và đầu ra của mạng chuyển mạchBiến chỉ có thể nhận một trong 2 giá trị, 0 hoặc 1Các biến này ko phải là các số nhị phân, đơn giản nó chỉ là biểu diễn 2 trạng thái của biến Boolean,Nhìn chung, nó không là điện áp, mặc dù, trong một số mạch điện, nó được dùng để biểu diễn mức điện áp cao/thấp ở đầu vào hoặc đầu ra,4Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Các biến và các hàmPhần tử nhị phân đơn giản nhất là chuyển mạch có 2 trạng tháiNếu một chuyển mạch được điều khiển bởi một biến x. Ta nói rằng, chuyển mạch đóng nếu x=1 và ngắt nếu x=0 x=0x=1xS5Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Các biến và các hàm (cont.)Giả sử dùng chuyển mạch để điều khiển đèn:Đầu ra được định nghĩa là trạng thái của đèn L; 	L=1  đèn sáng, 	L=0  đèn tắtTrạng thái của đèn là hàm của x; L(x)=xL(x): hàm logicx: biến vào xSE6Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Các biến và các hàm (cont.) - ANDXét trường hợp 2 chuyển mạch được dùng để bật/tắt đènTheo cách đấu nối tiếp thì đèn chỉ sáng khi cả 2 chuyển mạch cùng được đóng:L(x1,x2)=x1.x2L=1 iff x1=1 AND x2=1x1SEx2S7Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Các biến và các hàm (cont.) - ORXét trường hợp 2 chuyển mạch được dùng để bật/tắt đènTheo cách đấu song song thì đèn chỉ sáng khi 1 trong 2 chuyển mạch, hoặc cả 2 được đóng:L(x1,x2)=x1+x2L=1 if x1=1 OR x2=1x1SEx2S8Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Các biến và các hàm (cont.) – 	nối hỗn hợp AND và ORNối hỗn hợp sẽ cho ra các hàm logic đa dạng L(x1,x2)=(x1+x2 ) x3x1SEx2Sx3S9Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Các biến và các hàm (cont.) – 	nối hỗn hợp AND và ORHàm logic gì đây ? x1SEx2Sx3Sx3SL(x1,x2,x3,x4)=(x1x2 )+( x3 x4)10Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngCác biến và các hàm (cont.) – NOTNhư đã thấy, đèn sáng khi x=1, vậy bây giờ ngược lại thì: Nghịch đảoL(x)=1 if x=0 và L(x)=0 if x=1Hay L(x)=x’Ký hiệu: , x’, hay NOT xxSER11Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngxCác biến và các hàm (cont.) – Nghịch đảo của hàmCó thì nghịch đảo của hàm f() sẽ là:Ví dụ:12Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngBảng chân lý (truth table)Liệt kê thành bảng để mô tả đầy đủ cho một hàm logicGiá trị kết quả của hàm là tổ hợp của các đầu vào13Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngBảng chân lý (truth table) – Hàm 3 biến14Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngCổng logic và mạngCác phép AND, OR hay NOT có thể được thực hiện bằng mạch điện, và mạch điện đó được gọi là cổng logicCổng logic có thể có nhiều đầu vào, một đầu ra là hàm của các đầu vàoAND gates15Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngCổng logic và mạngOR gates NOT gates16Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngCổng logic và mạngMạch lớn hơn được xây dựng dựa trên các cổng logic cơ bản và được gọi là mạng logic hay mạch logic17Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngCổng logic và mạngVẽ bảng chân lý và vẽ mạch logic cho hàm18Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngPhân tích mạng logicPhân tích là việc ngược lại của thiết kếĐể phân tích hàm chức năng của một mạng logic, tất cả các khả năng đầu vào được đưa vào để lấy kết quả ra.f(x1,x2)=x1x2+\x119Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh ThắngPhân tích mạng logic (cont.)Để phân tích, các biến đầu vào và đầu ra có thể được biểu diễn dưới dạng biểu đồ thời gian20Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng