Giáo trình Thực tập Kỹ thuật số - Bài 1: Các cửa logic cơ bản (Basic Logic Gates)

 3
Bài 1: Các cửa logic cơ bản 
(Basic Logic Gates) 
A. Phần tóm tắt lý thuyết 
Một cửa logic là một mạch logic với một hay nhiều đầu vào và một đầu ra. Chúng 
ta th−ờng gặp các cửa sau đây : 
1. Cửa Đảo (Inverter) 
ƒ Mỗi cửa đảo có một đầu vào và một đầu ra 
ƒ Bảng chân lý 
ƒ Ký hiệu logic: 
ƒ Hàm logic: 
2. Cửa Đệm (Buffer) 
ƒ Hai cửa đảo ghép nối tiếp tạo thành một cửa đệm 
ƒ Bảng chân lý 
ƒ Ký hiệu logic: 
ƒ Hàm logic: 
3. Cửa Và (AND) 
ƒ Cửa Và có hai hoặc nhiều đầu vào. 
- Khi mọi đầu vào ở mức 1 thì đầu ra ở mức 1. 
- Nếu một trong những đầu vào ở mức 0 thì đầu ra sẽ ở mức 0. 
D−ới đây là kết quả viết cho một cửa và hai đầu vào. 
Qx
xQ =
x Q 
0 1 
1 0 
x Q 
0 0 
1 1 
xQ =
= Qx
 4
ƒ Bảng chân lý 
ƒ Ký hiệu logic: 
ƒ Hàm logic: 
4. Cửa Không Và (NAND) 
ƒ Cửa Không Và có hai hoặc nhiều đầu vào. 
- Nếu một trong những đầu vào ở mức 0, đầu ra sẽ ở mức logic 1. 
- Khi mọi đầu vào ở mức logic 1, đầu ra ở mức 0. 
Cửa Không Và đ−ợc coi nh− cửa Và ghép nối tiếp với cửa Đảo. 
ƒ Bảng chân lý 
ƒ Ký hiệu logic: 
ƒ Hàm logic: 
5. Cửa Hoặc (OR) 
ƒ Cửa Hoặc có hai hoặc nhiều đầu vào. 
- Nếu bất kỳ một đầu vào nào ở mức 1, đầu ra sẽ ở mức 1. 
- Khi mọi đầu vào ở mức 0, đầu ra ở mức 0. 
Kết quả cho một cửa Hoặc hai đầu vào nh− sau : 
ƒ Bảng chân lý 
x y Q 
0 0 0 
0 1 0 
1 0 0 
1 1 1 
y.xQ =
y
Qx
x y Q 
0 0 1 
0 1 1 
1 0 1 
1 1 0 
y.xQ =
y
Qx
 5
ƒ Ký hiệu logic: 
ƒ Hàm logic: 
6. Cửa Không Hoặc (NOR) 
ƒ Cửa Không Hoặc đ−ợc coi nh− một tổ hợp của cửa hoặc và cửa đảo 
ghép nối tiếp nhau. 
- Bất kỳ một đầu vào nào ở mức 1, đầu ra sẽ ở mức 0. 
- Khi mọi đầu vào ở mức 0, đầu ra ở mức 1. 
D−ới đây là kết quả viết cho cửa Không Hoặc hai đầu vào. 
ƒ Bảng chân lý 
ƒ Ký hiệu logic: 
ƒ Hàm logic: 
x y Q 
0 0 0 
0 1 1 
1 0 1 
1 1 1 
yxQ +=
y
Qx
x y Q 
0 0 1 
0 1 0 
1 0 0 
1 1 0 
yxQ +=
y
Qx
 6
B. Phần thực nghiệm 
1. Nghiên cứu sự hoạt động của cửa Không Và 2 lối vào 
 (2 - Input NAND Gate) 
ƒ Các loại NAND 2 lối vào: 74LS00, 74LS37, 74LS132, 4093, 4011 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− hình trên bằng cách sử dụng: 
 01 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 
 02 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 
 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 
Chú ý: 
 [ ] Đ−ờng dẫn để lấy linh kiện trong th− viện 
 ( ) Ký hiệu phím tắt 
B−ớc 2: 
Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ. Kích 
chuột vào các logic switch để lần l−ợt thay đổi các mức logic của các 
logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q. 
B−ớc 3: 
- Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y thông qua các logic switch, quan 
sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý. 
- So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 
Đầu vào 
x y 
Đầu ra 
Q 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
X
0V
Y
5V
Q
74LS00
 7
2. Xây dựng cửa đảo từ cửa Không Và 2 lối vào 
(2 - Input NAND) 
ƒ Các loại cửa đảo (Inverter): 74LS04, 4049 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− hình trên bằng cách sử dụng: 
 01 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 
 01 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 
 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 
B−ớc 2: 
 Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ. Kích 
 chuột vào logic switch để lần l−ợt thay đổi các mức logic của logic switch. 
 Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q 
B−ớc 3: 
- Thay đổi các giá trị logic lối vào x thông qua logic switch, quan sát 
giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý 
- So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 
3. Xây dựng cửa Không Và 3 đầu vào (3-In NAND) từ cửa Không Và 
2 đầu vào (2-In NAND) 
ƒ Các loại NAND 3 lối vào: 74LS10, 4023 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
Đầu vào x Đầu ra Q 
0 1 
1 0 
X
0V
74LS00
Q
 8
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− hình trên bằng cách sử dụng: 
 03 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 
 03 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 
 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 
B−ớc 2: 
Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ. Kích 
chuột vào các logic switch để lần l−ợt thay đổi các mức logic của các 
logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q 
B−ớc 3: 
- Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y, z thông qua các logic switch, 
quan sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý. 
- So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 
4. Xây dựng cửa Hoặc 2 lối vào (2-In NOR) từ cửa Không Và 
2 đầu vào (2-In NAND) 
ƒ Các loại NOR 2 lối vào: 74LS02, 4001 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
Đầu vào 
x y z 
Đầu ra 
Q 
0 0 0 
0 0 1 
0 1 0 
0 1 1 
1 0 0 
1 0 1 
1 1 0 
1 1 1 
x
0V
y
0V
z
0V
7400-A
Q7400-C
7400-B
 9
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− hình trên bằng cách sử dụng: 
 03 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 
 02 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 
 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 
B−ớc 2: 
Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ. Kích 
chuột vào các logic switch để lần l−ợt thay đổi các mức logic của các 
logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q 
B−ớc 3: 
- Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y thông qua các logic switch, quan 
sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý 
- So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 
5. Nghiên cứu sự hoạt động của Không Và 4 đầu vào (4 - In NAND) 
ƒ Các loại NAND 4 lối vào: 74LS20, 4012 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
Đầu vào Đầu ra 
x y Q 
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 
Đầu vào Đầu ra 
x y z v Q 
0 0 0 0 
0 0 0 1 
0 0 1 0 
................. 
1 1 1 1 
x
5V
y
0V Q
7400-C
7400-A
7400-B
x
0V
v
0V
z
0V
y
0V
74LS20
LED
 10
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− hình trên bằng cách sử dụng: 
 01 Cổng NAND 4 lối vào [Digital Basic/Gates/4-in NAND] 
 04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 
 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 
B−ớc 2: 
Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ. Kích 
chuột vào các logic switch để lần l−ợt thay đổi các mức logic của các 
logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q. 
B−ớc 3: 
- Thay đổi các giá trị logic lối vào x, y,z, v thông qua các logic switch, 
quan sát giá trị logic lối ra Q và điền đầy đủ vào bảng chân lý 
- So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết 
6. Xây dựng cửa hoặc 4 đầu vào từ cửa không và 2 đầu vào và 
không và 4 đầu vào 
 Hãy thiết kế mạch nh− hình vẽ sau: 
ƒ Tiến hành thí nghiệm rồi điền đầy đủ vào bảng chân lý 
ƒ Viết hàm logic cho mạch này ở tr−ờng hợp tổng quát 
ƒ Có nhận xét gì khi S = 1? S = 0? 
Đầu vào Đầu ra 
x y z v Q 
0 0 0 0 
0 0 0 1 
0 0 1 0 
................. 
1 1 1 1 
Hàm logic: Q = ................................... 
S
5V
y
0V
v
5V
x
0V
z
5V
7400-C
7400-B
7400-A
7400-D
74LS20
Q
 11
7. Kiểm tra kiến thức. 
 a. Cho tr−ớc bảng chân lý: 
Đầu vào Đầu ra
0 0 0 0 
0 0 1 0 
0 1 0 1 
0 1 1 0 
1 0 0 0 
1 0 1 1 
1 1 0 1 
1 1 1 1 
ƒ Viết hàm logic và thiết kế mạch logic t−ơng ứng 
ƒ Thiết kế mạch này trong tr−ờng hợp chỉ có cửa không và 2 đầu vào 
(2-in NAND) 
 b. Chứng minh : 
 Q = xzyzxyxyzzxyzyxyzx ++=+++ 
ƒ Từ kết quả rút gọn hãy thiết kế mạch logic bằng các cửa không và (2 đầu 
vào và 3 đầu vào). 
Mạch logic 
x 
y Q 
z 
 12
C. Phụ lục 
Giới thiệu DataSheet các hãng sản xuất IC trên thế giới của một số IC thông 
dụng sử dụng trong bài thực hành. 
1. NAND 2 lối vào (2-input NAND gate) 
Tên IC: 74x00 (TTL) 
2. NOR 2 lối vào (2-input NOR gate) 
Tên IC: 74x02 (TTL) 4001 (CMOS) 
 13
3. NOT (Hex Inverter) 
Tên IC: 74x04 (TTL) 4069 (CMOS) 
4. AND 2 lối vào (2-input AND gate) 
Tên IC: 74x08 (TTL) 4081 (CMOS) 
 14
5. OR 2 lối vào (2-input AND gate) 
Tên IC: 74x32 (TTL) 4071 (CMOS)