PDF Giáo trình kỹ thuật số, Nguyễn Trường Duy, Võ Đức Dũng, Nguyễn Thanh Hải, Nguyễn Duy Thảo

Giáo trình kỹ thuật số, Nguyễn Trường Duy, Võ Đức Dũng, Nguyễn Thanh Hải, Nguyễn Duy Thảo
447 trang

 

Lời nói đầu .................................................................................................3
Danh mục các hình ....................................................................................5
Danh mục các bảng ..................................................................................19
CHƯƠNG 1. HỆ THỐNG SỐ VÀ CÁC LOẠI MÃ............................29
1.1 Giới thiệu......................................................................................29
1.2 Các hệ thống số đếm.....................................................................29
1.3 Chuyển đổi giữa các hệ thống số..................................................30
1.3.1 Chuyển đổi thập phân sang nhị phân.......................................30
1.3.2 Chuyển đổi thập phân sang bát phân........................................31
1.3.3 Chuyển đổi thập phân sang thập lục phân................................31
1.3.4 Chuyển đổi nhị phân sang thập phân.......................................32
1.3.5 Chuyển đổi bát phân sang thập phân........................................32
1.3.6 Chuyển đổi thập lục phân sang thập phân................................33
1.3.7 Chuyển đổi giữa các hệ thống số có phần lẻ............................33
1.3.8 Chuyển đổi giữa hệ thống số nhị phân sang
bát phân và ngược lại...............................................................36
1.3.9 Chuyển đổi giữa hệ thống số nhị phân sang
thập lục phân và ngược lại.......................................................37
1.3.10 Chuyển đổi từ hệ thống số bát phân sang
thập lục phân và ngược lại.......................................................39
1.4 Số bù.............................................................................................41
1.4.1 Bù r...........................................................................................41
1.4.2 Bù (r – 1)..................................................................................42
1.5 Các phép toán nhị phân.................................................................44
1.5.1 Cộng nhị phân..........................................................................44
1.5.2 Trừ nhị phân.............................................................................45
1.5.3 Nhân nhị phân..........................................................................47
1.5.4 Chia nhị phân...........................................................................48
1.6 Các phép toán nhị phân sử dụng bù 1 và bù 2..............................49
1.6.1 Trừ nhị phân sử dụng bù 1.......................................................49
23
1.6.2 Trừ nhị phân sử dụng bù 2.......................................................49
1.6.3 So sánh giữa bù 1 và bù 2........................................................50
1.7 Số nhị phân có dấu........................................................................50
1.7.1 Biểu diễn ở dạng bit dấu..........................................................51
1.7.2 Biểu diễn ở dạng bù 1..............................................................52
1.7.3 Biểu diễn ở dạng bù 2..............................................................52
1.8 Các loại mã...................................................................................53
1.8.1 Giới thiệu..................................................................................53
1.8.2 Mã số........................................................................................53
CHƯƠNG 2 ĐẠI SỐ BOOLEAN.........................................................66
2.1 Đại số BOOLEAN........................................................................66
2.1.1 Giới thiệu..................................................................................66
2.1.2 Đại số Boolean.........................................................................66
2.2 Biến và hàm logic.........................................................................68
2.2.1 Khái niệm về biến và hàm logic...............................................68
2.2.2 Các hàm logic sơ cấp...............................................................69
2.2.3 Hệ hàm đầy dủ.........................................................................74
2.2.4 Chuyển đổi giữa các cổng logic...............................................74
2.3 Phương pháp biểu diễn hàm logic.................................................76
2.3.1 Phương pháp dùng bảng giá trị của hàm..................................76
2.3.2 Phương pháp hình học..............................................................76
2.3.3 Phương pháp biểu thức đại số..................................................77
2.3.4 Phương pháp dùng bảng Karnaugh..........................................78
2.4 Tối thiểu hoá hàm BOOLEAN.....................................................78
2.4.1 Khái niệm tối thiểu hoá............................................................78
2.4.2 Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic bằng biến đổi đại số.....80
2.4.3 Nhóm các phương pháp tối thiểu hoá theo thuật toán..............80
2.5 Thiết kế mạch logic tổ hợp...........................................................85
CHƯƠNG 3 MẠCH LOGIC TỔ HỢP MSI........................................91
3.1 Giới thiệu......................................................................................91
3.2 Mạch mã hóa (ENCODER)..........................................................91
24
3.2.1 Mạch mã hóa 4 đường sang 2 đường,
ngõ vào tác động mức cao........................................................93
3.2.2 Mạch mã hóa 4 đường sang 2 đường,
ngõ vào tác động mức thấp......................................................94
3.2.3 Mạch mã hóa ưu tiên 4 sang 2 đường,
ngõ vào tác động mức cao........................................................95
3.2.4 Mạch mã hóa 8 sang 3 đường ngõ vào tác động mức cao.......97
3.2.5 Mạch mã hóa 10 sang 4 đường (thập phân sang BCD) ngõ vào
tác động mức thấp....................................................................99
3.3 Mạch giải mã (DECODER)........................................................101
3.3.1 Mạch giải mã 2 sang 4 đường, ngõ ra tác động
mức cao, có ngõ vào cho phép E tác động mức cao..............101
3.3.2 Mạch giải mã 2 sang 4 đường, ngõ ra tác động
mức thấp, có ngõ vào cho phép E tác động mức cao.............102
3.3.3 Mạch giải mã 3 sang 8 đường, ngõ ra tác động
mức thấp, có ngõ vào cho phép E tác động mức thấp............104
3.3.4 Mạch giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra tác động
mức thấp.................................................................................105
3.3.5 Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn....................................107
3.3.6 Thiết kế mạch giải mã 3 sang 8 đường từ các mạch
giải mã 2 sang 4 đường..........................................................110
3.3.7 Mạch chuyển mã....................................................................113
3.4 Mạch đa hợp (MULTIPLEXER)................................................116
3.4.1 Mạch đa hợp 2 kênh vào, có ngõ vào
cho phép E tác động mức cao................................................116
3.4.2 Mạch đa hợp 4 kênh vào, có ngõ vào
cho phép E tác động mức cao................................................118
3.4.3 Mạch đa hợp 4 kênh vào, có ngõ vào
cho phép E tác động mức thấp...............................................119
3.4.4 Mạch đa hợp 8 kênh vào, có ngõ vào
cho phép E tác động mức cao................................................120
3.4.5 Mở rộng số kênh vào cho mạch đa hợp.................................122
3.4.6 Ứng dụng mạch đa hợp..........................................................125
3.5 Mạch giải đa hợp (DEMULTIPLEXER)....................................127
25
3.5.1 Mạch giải đa hợp 1 sang 2 kênh ra, có ngõ vào
cho phép E tác động mức cao................................................128
3.5.2 Mạch giải đa hợp 1 sang 4 kênh ra, có ngõ vào
cho phép E tác động mức thấp...............................................129
3.5.3 Mạch giải đa hợp 1 sang 8 kênh ra, có ngõ vào
cho phép E tác động mức thấp...............................................131
3.6 Mạch cộng nhị phân....................................................................134
3.6.1 Mạch cộng bán phần (Half Adder - HA)................................134
3.6.2 Mạch cộng toàn phần (Full Adder – FA)................................135
3.6.3 Mạch cộng nhị phân nhiều bit................................................138
3.6.4 Mạch cộng hai mã BCD sử dụng mạch cộng
nhị phân 4 bit..........................................................................138
3.6.5 Mạch nhân hai số nhị phân.....................................................142
3.7 Mạch trừ nhị phân.......................................................................144
3.7.1 Mạch trừ bán phần (Half Subtractor - HS).............................144
3.7.2 Mạch trừ toàn phần (Full Subtractor – FS)............................145
3.7.3 Mạch trừ nhiều bit..................................................................146
3.8 Mạch so sánh nhị phân................................................................147
3.8.1 So sánh nhị phân 1 bit............................................................147
3.8.2 Mạch so sánh nhị phân 2 bit...................................................148
3.8.3 Mạch so sánh nhị phân 2 bit có ngõ vào mở rộng..................150
3.9 Mạch tạo và kiểm tra chẵn lẻ - PARITY.....................................153
3.9.1 Mạch tạo bit kiểm tra chẵn.....................................................154
3.9.2 Mạch kiểm tra dữ liệu sử dụng bit kiểm tra chẵn...................155
CHƯƠNG 4. MẠCH TUẦN TỰ - FLIP-FLOP VÀ ỨNG DỤNG...165
4.1 Giới thiệu....................................................................................165
4.2 Mạch chốt RS..............................................................................166
4.2.1 Mạch chốt RS sử dụng cổng NAND......................................166
4.2.2 Mạch chốt RS sử dụng cổng NOR.........................................170
4.3 Mạch chốt RS hoạt động với xung Ck........................................172
4.4 Các loại FLIP-FLOP...................................................................175
4.4.1 FLIP-FLOP RS.......................................................................175
4.4.2 FLIP-FLOP JK.......................................................................178
26
4.4.3 FLIP-FLOP D.........................................................................181
4.4.4 FLIP-FLOP hoạt động với các ngõ vào
không đồng bộ........................................................................183
4.5 Mạch đếm...................................................................................195
4.5.1 Mạch đếm nhị phân không đồng bộ.......................................196
4.5.2 Mạch đếm nhị phân đồng bộ..................................................210
4.5.3 Mạch đếm vòng......................................................................218
4.6 Thanh ghi dịch............................................................................223
4.6.1 Giới thiệu................................................................................223
4.6.2 Thanh ghi dịch vào nối tiếp ra song song..............................225
4.6.3 Thanh ghi dịch vào song song ra song song..........................226
4.6.4 Thanh ghi dịch vào song song ra nối tiếp..............................227
4.6.5 Thiết kế thanh ghi dịch vào nối tiếp ra
song song dịch hai chiều........................................................227
CHƯƠNG 5. CÁC HỌ VI MẠCH SỐ................................................234
5.1 Giới thiệu....................................................................................234
5.2 Một số thông số cơ bản...............................................................235
5.3 Các họ vi mạch số.......................................................................241
5.3.1 Cổng logic DDL (Diode Diode Logic)..................................241
5.3.2 Cổng logic RTL (Resistor Transistor Logic)..........................242
5.3.3 Cổng logic DTL (Diode Transistor Logic).............................243
5.3.4 Họ vi mạch TTL (Transistor Transistor Logic)......................244
5.3.5 Các loại TTL..........................................................................250
5.3.6 Một số đặc tính khác của họ TTL...........................................257
5.3.7 Công nghệ MOS.....................................................................259
5.3.8 CỔNG LOGIC CMOS (Complementary MOS)....................262
5.3.9 Công nghệ điện áp thấp..........................................................271
5.3.10 Ngõ ra cực thu/cực máng để hở...........................................274
5.3.11 Ngõ ra logic ba trạng thái....................................................280
5.3.12 Cổng logic họ ECL..............................................................282
5.4 Giao tiếp IC.................................................................................288
5.5 Giao tiếp ngõ ra IC với tải..........................................................296
27
CHƯƠNG 6. DAO ĐỘNG VÀ ĐỊNH THỜI......................................306
6.1 Giới thiệu....................................................................................306
6.2 Mạch dao động tạo sóng vuông sử dụng cổng logic...................307
6.2.1 Mạch dao động sử dụng cổng NAND....................................307
6.2.2 Mạch dao động sử dụng cổng đảo..........................................311
6.2.3 Mạch định thời sử dụng cổng logic........................................314
6.3 IC NE555 và ứng dụng...............................................................317
CHƯƠNG 7. BỘ NHỚ BÁN DẪN......................................................331
7.1 Giới thiệu....................................................................................331
7.2 Một số thuật ngữ cơ bản.............................................................332
7.3 Các hoạt động cơ bản của bộ nhớ...............................................335
7.4 Kết nối giữa cpu và bộ nhớ.........................................................338
7.5 Bộ nhớ ROM (Read-Only Memory)...........................................339
7.6 Cấu trúc bộ nhớ ROM.................................................................342
7.7 Các thời gian hoạt động của ROM.............................................345
7.8 Các loại ROM.............................................................................346
7.9 Bộ nhớ FLASH...........................................................................356
7.10 Ứng dụng của bộ nhớ ROM........................................................361
7.11 RAM bán dẫn..............................................................................364
7.12 Cấu tạo của RAM.......................................................................365
7.13 RAM tĩnh (STATIC RAM – SRAM)..........................................368
7.14 RAM động (DYNAMIC RAM - DRAM)..................................373
7.15 Cấu trúc và hoạt động của RAM động.......................................374
7.16 Các chu kỳ đọc và ghi của DRAM.............................................378
7.17 Các công nghệ chế tạo DRAM...................................................381
7.18 Mở rộng từ nhớ và dung lượng nhớ............................................384
CHƯƠNG 8. CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ................................392
8.1 Giới thiệu....................................................................................392
8.2 Chuyển đổi số sang tương tự......................................................394
8.3 Mạch chuyển đổi D/A.................................................................402
8.4 Các đặc tính của DAC................................................................419
8.5 DAC tích hợp..............................................................................411
28
8.6 Ứng dụng của DAC....................................................................413
8.7 Chuyển đổi tương tự sang số......................................................414
8.8 ADC điện áp tham chiếu bậc thang
(Digital-ramp ADC)....................................................................416
8.9 Thu nhận dữ liệu.........................................................................421
8.10 ADC xấp xỉ liên tiếp
(Successive-approximation ADC)..............................................425
8.11 FLASH ADC...............................................................................431
8.12 Các loại ADC khác.....................................................................434
8.13 Mạch lấy mẫu và giữ...................................................................436
8.14 Bộ đa hợp....................................................................................438
Tài liệu tham khảo .................................................................................443