Bài giảng Vi mạch số: Phần 1 - Ngô Văn Bình

Bài giảng Vi mạch số do Ngô Văn Bình biên soạn ttrong phần 1 này sẽ giới thiệu đến các bạn một số kiến thức cơ bản về thiết kế logic hệ tổ hợp như: Giới thiệu chung, quy trình thiết kế, vi mạch thích hợp, sử dụng XOR và XNOR. Cùng tham khảo để ứng dụng hiệu quả vào học tập.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vi mạch số: Phần 1 - Ngô Văn Bình Bài giảng Vi mạch số Biên soạn Ngô Văn Bình Phần 1: Thiết kế hệ logic tổ hợpI. Giới thiệu chung Về cơ bản hệ điều khiển logic được chia làm 2 loại lớn: - Hệ tổ hợp. - Hệ tuần tư. Trong hệ tổ hợp đầu ra tại một thời điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào trạng thái các đầuvào tại thời điểm đó, nghĩa là không có phần tử nhớ trong mạch, đối với hệ tuần tự thìkhác: Trạng thái ngỏ ra tại thời điểm đang xét không những phụ thuộc trạng thái vào tạicùng thời điểm mà còn phụ thuộc vào trạng thái vào trong quá khứ có nghĩa là phải cóphần tử nhớ trong mạch. Một hệ logic tuần tự có thể chứa các hệ logic tổ hợp con, những dử liệu thiết kế hệ tổhợp có thể được cho dưới dạng: - Một tập hợp các mệnh đề. - Biểu thức Boole. - Bảng sự thật. Nếu biết một cách biểu diễn có thể suy ra cách biểu diễn khác, như trong các lĩnh vựcthiết kế kỹ thuật khác số lượng thiết bị xử dụng cần phải nhỏ nhất để giãm chi phí, kíchthước, tiết kiệm năng lượng và tăng độ tin cậy. Các phương pháp để đạt được sự thực hiệnhàm Boole một cách đơn giản nhất còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Một cách đo độ phức tạp của hàm Boole là đếm số lượng literal tức số lượng chữcó trong biểu thức Boole, literal sẻ xác định lượng dây nối và số lượng đầu vào của mạchvì vậy cần phải giãm số lượng literal. Một vấn đề khác là số lượng cổng cần thiết chính điều này quyết định kích thước củamạch, một thiết kế đơn giản nhất là dùng ít cổng nhất chứ không phải ít literal. Yếu tố thứ ba là số mức logic, giãm số mức logic sẻ làm giãm thời gian trể vì tínhiệu đi qua ít cổng hơn nhưng nếu chỉ chú ý đến thời gian thì có thể lại làm cho số lượngcổng tăng lên. Trong phần này trình bày cách thiết kế một hệ tổ hợp để thực hiện mạch logic haimức, cách dùng các vi mạch có trong thực tế cho đến cách tổng hợp logic nhiều mức đểđạt được số lượng cổng cần dùng là ít nhất.II. Quy trình thiết kếQuy trình thiết kế thường được thực hiện theo một số bước sau đây: - Phân tích yêu cầu và xác định tín hiệu vào - ra. - Xác định bảng trạng thái và bảng sự thật. - Đơn giản hóa. - Viết phương trình tổng của tích hoặc tích của tổng. - Vẽ sơ đồ AND - OR hoặc OR - AND. - Biến đổi sang sơ đồ vi mạch thông dụng. - Chọn linh kiện và ráp mạch.Ví dụ: Thiết kế mạch logic điều khiển một bồn chứa nước với sơ đồ công nghệ và yêu cầunhư sau: Trang 1 Bài giảng Vi mạch số Biên soạn Ngô Văn Bình - Bơm P chỉ chạy khi giếng đầy nước ( cãm biến D tác động) và bồn chưa đầy (cãmbiến A không tác động). - Van V bình thường luôn luôn mở để sẳn sàng cung cấp nước và chỉ đóng lại khigiếng hết nước và đồng thời bồn cũng cạn nước (cãm biến C không tác động) để giử lạimột lượng nước an toàn. - Còi hoặc đèn báo động sáng khi hệ thống bị sự cố (A tác động nhưng C lại khôngtác động).Giải1. Phân tích yêu cầu và xác định tín hiệu vào - ra Từ sơ đồ công nghệ và yêu cầu điều khiển suy ra tín hiệu vào là: cãm biến A, C vàD (để đơn giản xem như không có cãm biến B) và tín hiệu ra gồm: bơm P, van V và đènBD2. Xác định bảng trạng thái và bảng sự thật. Bảng trạng thái là một dạng diển tả khác của yêu cầu điều khiển nội dung của bảngsẽ cho biết quan hệ giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào. Trang 2 Bài giảng Vi mạch số Biên soạn Ngô Văn Bình A C D P V BD K.taùc ñoäng K.taùc ñoäng K.taùc ñoäng Döøng Ñoùng Toái K.taùc ñoäng K.taùc ñoäng Taùc ñoäng Chaïy Môû Toái K.taùc ñoäng Taùc ñoäng K.taùc ñoäng Döøng Môû Toái K.taùc ñoäng Taùc ñoäng Taùc ñoäng Chaïy Môû Toái Taùc ñoäng K.taùc ñoäng K.taùc ñoäng Döøng Môû Saùng Taùc ñoäng K.taùc ñoäng Taùc ñoäng Döøng Môû Saùng Taùc ñoäng Taùc ñoäng K.taùc ñoäng Döøng Môû Toái Taùc ñoäng Taùc ñoäng Taùc ñoäng Döøng Môû Toái Bảng sự thật là bảng trạng thái khi thay vào đó các giá trị logic tương ứng 0 và 1. Dođó từ một bảng trạng thái có thể dẫn đến nhiếu bảng sự thật khác nhau tùy theo hệ thốngthực tế. Trong trường hợp này có thể quy định như sau: Với các cãm biến: Tác động tương đương với 1 và không tác động l ...