Giáo trình Kỹ thuật số - Chương 4: Mạch tổ hợp
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 1
CHƯƠNG 4: MẠCH TỔ HỢP
MẠCH MÃ HÓA
7 Mạch mã hóa 2n đường sang n đường
7 Mạch tạo mã BCD cho số thập phân
MẠCH GIẢI MÃ
7 Mạch giải mã n đường sang 2n đường
7 Mạch giải mã BCD sang 7 đoạn
MẠCH ĐA HỢP VÀ GIẢI ĐA HỢP
7 Khái niệm
7 Mạch đa hợp
7 Ứng dụng của mạch đa hợp
7 Mạch giải đa hợp
MẠCH SO SÁNH
7 Mạch so sánh hai số một bit
7 Mạch so sánh hai số nhiều bit
MẠCH KIÊM / PHÁT CHẴN LẺ
7 Mạch phát chẵn lẻ
7 Mạch kiểm chẵn lẻ
___________________________________________________________________________
____
Các mạch số được chia ra làm hai loại: Mạch tổ hợp và Mạch tuần tự.
- Mạch tổ hợp: Trạng thái ngã ra chỉ phụ thuộc vào tổ hợp các ngã vào khi tổ hợp này
đã ổn định. Ngã ra Q của mạch tổ hợp là hàm logic của các biến ngã vào A, B, C . . ..
Q = f(A,B,C . . .)
- Mạch tuần tự : Trạng thái ngã ra không những phụ thuộc vào tổ hợp các ngã vào mà
còn phụ thuộc trạng thái ngã ra trước đó. Ta nói mạch tuần tự có tính nhớ. Ngã ra Q+ của
mạch tuần tự là hàm logic của các biến ngã vào A, B, C . . . . và ngã ra Q trước đó.
Q+ = f(Q,A,B,C . . .)
Chương này nghiên cứu một số mạch tổ hợp thông dụng thông qua việc thiết kế một
số mạch đơn giản và khảo sát một số IC trên thực tế.
4.1. MẠCH MÃ HÓA
Mã hóa là gán các ký hiệu cho các đối tượng trong một tập hợp để thuận tiện cho việc
thực hiện một yêu cầu cụ thể nào đó. Thí dụ mã BCD gán số nhị phân 4 bit cho từng số mã
của số thập phân (từ 0 đến 9) để thuận tiện cho máy đọc một số có nhiều số mã; mã Gray
dùng tiện lợi trong việc tối giản các hàm logic . . .. Mạch chuyển từ mã này sang mã khác gọi
là mạch chuyển mã, cũng được xếp vào loại mạch mã hóa. Thí dụ mạch chuyển số nhị phân 4
bit sang số Gray là một mạch chuyển mã.
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 2
4.1.1 Mạch mã hóa 2n đường sang n đường
Một số nhị phân n bit cho 2n tổ hợp số khác nhau. Vậy ta có thể dùng số n bit để mã
cho 2n ngã vào khác nhau, khi có một ngã vào được chọn bằng cách đưa nó lên mức tác động,
ở ngã ra sẽ chỉ báo số nhị phân tương ứng. Đó là mạch mã hóa 2n đường sang n đường.
(H 4.1) là mô hình một mạch mã hóa 2n đường sang n đường.
- (H 4.1a) là mạch có ngã vào và ra tác động cao : Khi các ngã vào đều ở mức thấp,
mạch chưa hoạt động, các ngã ra đều ở mức thấp. Khi có một ngã vào được tác động bằng
cách ấn khóa K tương ứng để đưa ngã vào đó lên mức cao, các ngã ra sẽ cho số nhị phân
tương ứng.
- (H 4.1b) là mạch có ngã vào và ra tác động thấp. Hoạt động tương tự như mạch trên
nhưng có mức tác động ngược lại. (trong mô hình (H 4.1b) ký hiệu dấu o ở ngã ra để chỉ mức
tác động thấp, còn ở ngã vào không có dấu o vì là mạch thật)
Trong trường hợp ngã ra có mức tác động thấp, muốn đọc đúng số nhị phân ở ngã ra,
ta phải đảo các bit để đọc.
(a)
(b)
(H 4.1)
Dĩ nhiên, người ta cũng có thể thiết kế theo kiểu ngã vào tác động thấp và ngã ra tác
động cao hay ngược lại. Trên thực tế, ta có thể có bất cứ loại ngã vào hay ra tác động theo bất
cứ kiểu nào (mức cao hay thấp).
Ngoài ra, để tránh trường hợp mạch cho ra một mã sai khi người sử dụng vô tình (hay
cố ý) tác động đồng thời vào hai hay nhiều ngã vào, người ta thiết kế các mạch mã hóa ưu
tiên: là mạch chỉ cho ra một mã duy nhất có tính ưu tiên khi có nhiều ngã vào cùng được tác
động.
4.1.1.1 Mã hóa ưu tiên 4 đường sang 2 đường
Thiết kế mạch mã hóa 4 đường sang 2 đường, ưu tiên cho mã có trị cao, ngã vào và ra
tác động cao
Bảng sự thật và sơ đồ mạch (H 4.2)
0
1
1
0
2
0
3
0
A1
0
A0
0
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 3
x
x
x
1
x
x
0
1
x
0
0
1
0
1
1
1
0
1
Bảng 4.1
Nhận thấy biến 0 trong bảng sự thật không ảnh hưởng đến kết quả nên ta chỉ vẽ bảng
Karnaugh cho 3 biến 1, 2 và 3. Lưu ý là do trong bảng sự thật có các trường hợp bất chấp của
biến nên ứng với một trị riêng của hàm ta có thể có đến 2 hoặc 4 số 1 trong bảng Karnaugh.
Thí dụ với trị 1 của cả 2 hàm A1 và A0 ở dòng cuối cùng đưa đến 4 số 1 trong các ô 001, 011,
101 và 111 của 3 biến 123.
Từ bảng Karnaugh, ta có kết quả và mạch tương ứng. Trong mạch không có ngã vào
0, điều này được hiểu là mạch sẽ chỉ báo số 0 khi không tác động vào ngã vào nào.
(H 4.2)
4.1.1.2 Mã hóa 8 đường sang 3 đường
Chúng ta sẽ khảo sát một IC mã hóa 8 đường sang 3 đường.
Trên thực tế khi chế tạo một IC, ngoài các ngã vào/ra để thực hiện chức năng chính
của nó, người ta thường dự trù thêm các ngã vào và ra cho một số chức năng khác như cho
phép, nối mạch để mở rộng hoạt động của IC.
IC 74148 là IC mã hóa ưu tiên 8 đường sang 3 đường, vào/ ra tác động thấp, có các
ngã nối mạch để mở rộng mã hóa với số ngã vào nhiều hơn.
Dưới đây là bảng sự thật của IC 74148, trong đó Ei ngã vào nối mạch và cho phép, Eo
là ngã ra nối mạch và Gs dùng để mở rộng cho số nhị phân ra.
Dựa vào bảng sự thật, ta thấy IC làm việc theo 10 trạng thái:
- Các trạng thái từ 0 đến 7: IC mã hóa cho ra số 3 bit
- Các trạng thái 8 và 9: dùng cho việc mở rộng, sẽ giải thích rõ hơn khi nối 2 IC để mở
rộng mã hóa cho số 4 bit
Trạng
Ngã vào
Ngã ra
thái
Ei
0
7
x
x
1
1
x
0
1
x
1
x
2
3
x
1
x
4
5
x
1
x
6
x
1
x
A2 A1 A0
Gs Eo
9
8
7
6
5
4
1
0
0
0
0
0
x
1
x
x
1
x
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 4
3
2
1
0
0
0
0
0
x
1
x
1
x
1
x
1
x
1
x
1
0
1
x
x
x
x
x
0
1
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
x
0 1
1 1
1 1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Bảng 4.2
(H 4.3) là cách nối 2 IC để thực hiện mã hóa 16 đường sang 4 đường
(H 4.3)
- IC2 có Ei = 0 nên hoạt động theo các trạng thái từ 0 đến 8, nghĩa là mã hóa từ 0 đến
7 cho các ngã ra A2A1A0.
- IC1 có Ei nối với Eo của IC2 nên IC1 chỉ hoạt động khi tất cả ngã vào dữ liệu của
IC2 lên mức 1 (IC2 hoạt động ở trạng thái 8)
* Để mã hóa các số từ 0 đến 7, cho các ngã vào 8 đến 15 (tức các ngã vào dữ liệu của
IC2) lên mức 1, IC2 hoạt động ở trạng thái 8.
Lúc đó Ei1 = Eo2 = 0: kết quả là IC1 sẽ hoạt động ở trạng thái từ 0 đến 7, cho phép tạo
mã các số từ 0 đến 7 (từ 111 đến 000) và IC2 hoạt động ở trạng thái 8 nên các ngã ra
(A2A1A0)2= 111, đây là điều kiện mở các cổng AND để cho mã số ra là B2B1B0 = A2A1A0 của
IC1, trong lúc đó B3 = Gs2 = 1, ta được kết quả từ 1111 đến 1000, tức từ 0 đến 7 (tác động
thấp).
Thí dụ để mã số 4 , đưa ngã vào 4 xuống mức 0, các ngã vào từ 5 đến 15 lên mức 1,
bất chấp các ngã vào từ 0 đến 3, mã số ra là B3B2B1B0=Gs2B2B1B0=1011, tức số 4
* Để mã hóa các số từ 8 đến 15, cho IC2 hoạt động ở trạng thái từ 0 đến 7 (đưa ngã
vào ứng với số muốn mã xuống thấp, các ngã vào cao hơn lên mức 1 và các ngã vào thấp hơn
xuống mức 0), bất chấp các ngã vào dữ liệu của IC1 (cho IC1 hoạt động ở trạng thái 9), nên
các ngã ra (A2A1A0)1=111, đây là điều kiện mở các cổng AND để cho mã số ra là B2B1B0=
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 5
A2A1A0 của IC2, , trong lúc đó B3 = Gs2 = 0, ta được kết quả từ 0111 đến 0000, tức từ 8 đến
15.
Thí dụ để mã số 14, đưa ngã vào 14 xuống mức 0, đưa ngã vào 15 lên mức 1, bất chấp
các ngã vào từ 0 đến 13, mã số ra là B3B2B1B0 = Gs2B2B1B0 = 0001, tức số 14
Muốn có ngã ra chỉ số nhị phân đúng với ngã vào được tác động mà không phải đảo
các bit ta có thể thay các cổng AND bằng cổng NAND
4.1.2 Mạch tạo mã BCD cho số thập phân
Mạch gồm 10 ngã vào tượng trưng cho 10 số thập phân và 4 ngã ra là 4 bit của số
BCD. Khi một ngã vào (tượng trưng cho một số thập phân) được tác động bằng cách đưa lên
mức cao các ngã ra sẽ cho số BCD tương ứng
Bảng sự thật của mạch:
Trạng thái các ngã vào
8 7 6 5
Mã số ra
A3 A2 A1
A0
9
1 0
0
0 1
0
1 0
0
0 0
0
0 0
0
0 0
0
0 0
0
0 0
0
4
3
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
2
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 1
1 0
0 0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0 0
0
0 0
1
0
0 0
Bảng 4.3
Không cần bảng Karnaugh ta có thể viết ngay các hàm xác định các ngã ra:
A0 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9
A2 = 4 + 5 + 6 + 7
A1 = 2 + 3 + 6 + 7
A3 = 8 + 9
Mạch cho ở (H 4.4)
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 6
(H 4.4)
Để tạo mã BCD ưu tiên cho số lớn, ta viết lại bảng sự thật và dùng phương pháp đại số
để đơn giản các hàm xác định các ngã ra A3 , A2 , A1 , A0
Trạng thái các ngã vào
8 7 6 5
Mã số ra
A3 A2 A1
A0
9
1 0
0
4
3
0
0
0
1
x
x
x
x
x
x
2
0
0
1
x
x
x
x
x
x
x
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 1
1 x
x x
0
0
0
0
0
0
1
x
x
x
0
0
0
0
0
1
x
x
x
x
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0 1
0
1 x
0
x x
0
x x
0
x x
0
x x
0
x x
0
x x
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
x
x
x
x
x
x x
1
0
x x
Bảng 4.4
A3 = 9.8+ 9 = 9 + 8
A2 = 7.8.9+6.7.8.9+5.6.7.8.9+ 4.5.6.7.8.9 = (7+6.7+5.6.7+ 4.5.6.7)8.9
A 2 = (7 + 6+ 5+ 4)8.9 = (7+ 6+ 5+ 4)(8+ 9)
A1 = 7.8.9+ 6.7.8.9+ 3.4.5.6.7.8.9+ 2.3.4.5.6.7.8.9= (7+ 6.7+ 3.4.5.6.7+ 2.3.4.5.6.7)8.9
A 1 = (7 + 6 + 3.4.5+ 2.3.4.5)8.9 = (7 + 6 + 3.4.5+ 2.4.5)(8+ 9)
A 0 = 9 + 7.8.9 + 5.6.7.8.9 + 3.4.5.6.7.8.9 + 1.2.3.4.5.6.7.8.9
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 7
= 9 + (7+ 5.6.7+ 3.4.5.6.7+1.2.3.4.5.6.7)8.9
A 0 = 9 + (7 + 5.6 + 3.4.6 +1.2.4.6)8.9 = 9 + (7 + 5.6 + 3.4.6 +1.2.4.6)(8+ 9)
Mạch cho ở (H 4.5)
(H 4.5)
4.1.3 Mạch chuyển mã
Mạch chuyển từ một mã này sang một mã khác cũng thuộc loại mã hóa.
DMạch chuyển mã nhị phân sang Gray
Thử thiết kế mạch chuyển từ mã nhị phân sang mã Gray của số 4 bit.
Trước tiên viết bảng sự thật của số nhị phân và số Gray tương ứng. Các số nhị phân là
các biến và các số Gray sẽ là hàm của các biến đó.
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 8
A
B
C
D
X
Y
Z
T
→
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
Bảng 4.5
Dùng bảng Karnaugh để xác định X, Y, Z, T theo A, B, C, D
Quan sát bảng sự thật ta thấy ngay: X = A,
Vậy chỉ cần lập 3 bảng Karnaugh cho các biến Y, Z, T (H 4.6 a,b,c) và kết quả cho ở
(H 4.6 d)
(a)
(b)
(c)
(H 4.6 ) (d)
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 9
4.2 . MẠCH GIẢI MÃ
4.2.1 Giải mã n đường sang 2n đường
4.2.1.1 Giải mã 2 đường sang 4 đường:
Thiết kế mạch Giải mã 2 đường sang 4 đường có ngã vào cho phép (cũng được dùng
để nối mạch)
Để đơn giản, ta xét mạch giải mã 2 đường sang 4 đường có các ngã vào và ra đều tác
động cao .
Bảng sự thật, các hàm ngã ra và sơ đồ mạch:
Vào
A1
R
Y1
a
Y2
Y0 = G.A 1 A 0
Y1 = G.A 1A 0
G
A0
Y0
Y3
0
1
1
1
1
x
0
0
1
1
x
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
Y2 = G.A 1 A 0
Y3 = G.A 1A 0
00
(H 4.7)
4.2.1.2 Giải mã 3 đường sang 8 đường
Dùng 2 mạch giải mã 2 đường sang 4 đường để thực hiện mạch giải mã 3 đường
sang 8 đường (H 4.8)
Vào
A1
R a
A2
A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 10
Quan sát bảng sự thật ta thấy: Trong các tổ hợp số 3 bit có 2 nhóm trong đó các bit
thấp A1A0 hoàn toàn giống nhau, một nhóm có bit A2 = 0 và nhóm kia có A2 = 1. Như vậy ta
có thể dùng ngã vào G cho bit A2 và mắc mạch như sau.
(H 4.8)
Khi A2=G=0, IC1 giải mã cho 1 trong 4 ngã ra thấp và khi A2=G=1, IC2 giải mã cho 1
trong 4 ngã ra cao
Trên thị trường hiện có các loại IC giải mã như:
- 74139 là IC chứa 2 mạch giải mã 2 đường sang 4 đường, có ngã vào tác động cao,
các ngã ra tác động thấp, ngã vào cho phép tác động thấp.
- 74138 là IC giải mã 3 đường sang 8 đường có ngã vào tác động cao, các ngã ra tác
động thấp, hai ngã vào cho phép G2A và G2B tác động thấp, G1 tác động cao.
- 74154 là IC giải mã 4 đường sang 16 đường có ngã vào tác động cao, các ngã ra tác
động thấp, 2 ngã vào cho phép E1 và E2 tác động thấp
Dưới đây là bảng sự thật của IC 74138 và cách nối 2 IC để mở rộng mạch giải mã lên
4 đường sang 16 đường (H 4.9)
Vào
Ch phép
o
Ra
Dữ
liệu
B
x
x
L
L
H
H
L
G1
x
L
G2
H
x
C
x
x
A
x
x
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
H
H
L
H
L
H
L
H
L
H
L
H H
H H
H
H
H
Ghi chú G2 =G2A+G2B , H = 1, L =0, x: bất chấp
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 11
(H 4.9)
Một ứng dụng quan trọng của mạch giải mã là dùng giải mã địa chỉ cho bộ nhớ bán
dẫn.
Ngoài ra, mạch giải mã kết hợp với một cổng OR có thể tạo được hàm logic.
Thí dụ, thiết kế mạch tạo hàm Y=f(A,B,C)=A BC + ABC + A BC + ABC
Với hàm 3 biến, ta dùng mạch giải mã 3 đường sang 8 đường. 8 ngã ra mạch giải mã
tương ứng với 8 tổ hợp biến của 3 biến, các ngã ra tương ứng với các tổ hợp biến có trong
hàm sẽ lên mức 1. Với một hàm đã viết dưới dạng tổng chuẩn, ta chỉ cần dùng một cổng OR
có số ngã vào bằng với số tổ hợp biến trong hàm nối vào các ngã ra tương ứng của mạch giải
mã để cộng các tổ hợp biến có trong hàm lại ta sẽ được hàm cần tạo.
Như vậy, mạch tạo hàm trên có dạng (H 4.10)
(H 4.10)
Dĩ nhiên, với những hàm chưa phải dạng tổng chuẩn, chúng ta phải chuẩn hóa. Và nếu
bài toán có yêu cầu ta phải thực hiện việc đổi cổng, bằng cách dùng định lý De Morgan.
4.2.2 Giải mã BCD sang 7 đọan
4.2.2.1 Đèn 7 đọan
Đây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bên
dưới mỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn). Qui ước các
đọan cho bởi (H 4.11).
(H 4.11)
Khi một tổ hợp các đọan cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9.
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 12
(H 4.12) cho thấy các đoạn nào cháy để thể hiện các số từ 0 đến 9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(H 4.12)
Đèn 7 đoạn cũng hiển thị được một số chữ cái và một số ký hiệu đặc biệt.
Có hai loại đèn 7 đoạn:
- Loại catod chung (H 4.13a), dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động cao.
- Loại anod chung (H 4.13b), dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động thấp.
(a)
(H 4.13)
(b)
4.2.2.2 Mạch giải mã BCD sang 7 đoạn :
Mạch có 4 ngã vào cho số BCD và 7 ngã ra thích ứng với các ngã vào a, b, c, d, e, f, g
của led 7 đọan, sao cho các đọan cháy sáng tạo được số thập phân đúng với mã BCD ở ngã
vào.
Bảng sự thật của mạch giải mã 7 đoạn, có ngã ra tác động thấp:
Số
TP
0
1
2
3
4
5
6
Ngã vào
Ngã ra
D
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
C
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
B
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
A
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
a
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
b
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
c
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
d
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
e
f
g
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
7
8
9
Bảng 4.6
Dùng Bảng Karnaugh hoặc có thể đơn giản trực tiếp với các hàm chứa ít tổ hợp, ta có
kết quả:
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 13
a = DB(CA + CA)
b = CBA + CBA
c = DCBA
d = DCBA + CBA + CBA
e = A + CB
f = CB+ BA + DCA
g = DCB+ CBA
Từ các kết quả ta có thể vẽ mạch giải mã 7 đoạn dùng các cổng logic.
Hai IC thông dụng dùng để giải mã BCD sang 7 đọan là:
- CD 4511 (loại CMOS, ngã ra tác động cao và có đệm)
- 7447 (loại TTL, ngã ra tác động thấp, cực thu để hở)
Chúng ta khảo sát một IC giải mã BCD sang 7 đoạn : IC 7447
Bảng sự thật của 7447:
Vào
D
Ra
c
Sô /
Hàm
BI
(1)
RBO
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
LT RB
I
C
B
A
a
b
d
e
f
g
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1
1
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0
x
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
x
0
x
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
x
0
x
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
x
0
x
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
x
0
x
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
9
1
1
1
1
10
11
12
13
14
15
(2)
(3)
(4)
1
1
1
x
1
0
0
1
1
0
Ghi chú:
1. BI/RBO được nối theo kiểu điểm AND bên trong IC và được dùng như ngã vào xóa
(Blanking Input, BI) và/hoặc ngã ra xóa dợn sóng (Ripple Blanking Output, RBO). Ngã vào
BI phải được để hở hay giữ ở mức cao khi cần thực hiện giải mã cho số ra. Ngã vào xóa dợn
sóng (Ripple Blanking Input, RBI) phải để hở hay ở mức cao khi muốn đọc số 0.
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 14
2. Khi đưa ngã vào BI xuống thấp, ngã ra lên 1 (không tác động) bất chấp các ngã vào
còn lại. Ta nói IC làm việc dưới điều kiện bị ép buộc và đây là trường hợp duy nhất BI giữ
vai trò ngã vào.
3. Khi ngã vào RBI ở mức 0 và A=B=C=D=0, tất cả các ngã ra kể cả RBO đều xuống
0. Ta nói IC làm việc dưới điều kiện đáp ứng.
4. Khi BI/RBO để hở hay được giữ ở mức 1 và ngã vào thử đèn (Lamp test, LT)
xuống 0, tất cả các led đều cháy (ngã ra xuống 0).
Dựa vào bảng sự thật và các ghi chú 7447 là IC giải mã BCD sang 7 đọan có đầy đủ
các chức năng khác như : thử đèn, xóa số 0 khi nó không có nghĩa. Ta có thể hiểu rõ hơn
chức năng này với thí dụ mạch hiển thị một kết quả có 3 chữ số sau đây: (H 4.14)
(H 4.14)
Vận hành của mạch có thể giải thích như sau:
- IC hàng đơn vị có ngã vào RBI đưa lên mức cao nên đèn số 0 hàng đơn vị luôn luôn
được hiển thị (dòng 0 trong bảng sự thật), điều này là cần thiết để xác nhận rằng mạch vẫn
chạy và kết quả giải mã là số 0.
- IC hàng chục có ngã vào RBI nối với ngã ra RBO của IC hàng trăm nên số 0 hàng
chục chỉ được hiển thị khi số hàng trăm khác 0 (RBO=1) (dòng 0 đến 15).
- IC hàng trăm có ngã vào RBI đưa xuống mức thấp nên số 0 hàng trăm luôn luôn tắt
(dòng ghi chú 3).
4.2.2.3 Hiển thị 7 đoạn bằng tinh thể lỏng (liquid crystal displays, LCD)
LCD gồm 7 đoạn như led thường và có chung một cực nền (backplane). Khi có tín
hiệu xoay chiều biên độ khoảng 3 - 15 VRMS và tần số khoảng 25 - 60 Hz áp giữa một đoạn và
cực nền, thì đoạn đó được tác động và sáng lên.
Trên thực tế người ta tạo hai tín hiệu nghịch pha giữa nền và một đoạn để tác động cho
đoạn đó cháy.
Để hiểu được cách vận chuyển ta có thể dùng IC 4511 kết hợp với các cổng EX-OR để
thúc LCD (H 4.15). Các ngã ra của IC 4511 (Giải mã BCD sang 7 đoạn, tác động cao) nối vào
các ngã vào của các cổng EX-OR, ngã vào còn lại nối với tín hiệu hình vuông tần số khoảng
40 Hz (tần số thấp có thể gây ra nhấp nháy), tín hiệu này đồng thời được đưa vào nền. Khi
một ngã ra mạch giải mã lên cao, ngã ra cổng EX-OR cho một tín hiệu đảo pha với tín hiệu ở
nền, đoạn tương ứng xem như nhận được tín hiệu có biên độ gấp đôi và sẽ sáng lên. Với các
ngã ra mạch giải mã ở mức thấp,
ngã ra cổng EX-OR cho một tín hiệu cùng pha với tín hiệu ở nền nên đoạn tương ứng không
sáng.
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 15
Người ta thường dùng IC CMOS để thúc LCD vì hai lý do:
- CMOS tiêu thụ năng lượng rất thấp phù hợp với việc dùng pin cho các thiết bị dùng
LCD.
- Mức thấp của CMOS đạt trị 0 và tín hiệu thúc LCD sẽ không chứa thành phần một
chiều, tuổi thọ LCD được kéo dài. (Mức thấp của TTL khoảng 0,4 V, thành phần DC này làm
giảm tuổi thọ của LCD).
(H 4.15)
4.3 MẠCH ĐA HỢP VÀ MẠCH GIẢI ĐA HỢP
4.3.1.Khái niệm
Trong truyền dữ liệu, để tiết kiệm đường truyền, người ta dùng một đường dây để
truyền nhiều kênh dữ liệu, như vậy phải thực hiện viêc chọn nguồn dữ liệu nào trong các
nguồn khác nhau để truyền.
Mạch đa hợp hay còn gọi là mạch chọn dữ liệu sẽ làm công việc này.
Ở nơi thu, dữ liệu nhận được phải được chuyển tới các đích khác nhau, ta cần mạch
phân bố dữ liệu hay giải đa hợp (H 4.16).
(H 4.16)
4.3.2 Mạch đa hợp
Còn được gọi là mạch chọn dữ liệu, gồm 2n ngã vào dữ liệu, n ngã vào địa chỉ (hay
điều khiển) và một ngã ra. Khi có một địa chỉ được tác động dữ liệu ở ngã vào tương ứng với
địa chỉ đó sẽ được chọn.
- Thiết kế mạch đa hợp 4→1
Mạch có 4 ngã vào dữ liệu D0 . . . . D3, 2 ngã vào điều khiển AB và ngã ra Y
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 16
Bảng sự thật:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
D0
D1
D2
D3
Tư bảng sự thật ta có hàm Y như sau:
Y = A.BD 0 + ABD1 + ABD 2 + ABD 3
Và mạch có dạng (H 4.17)
(H 4.17)
Nếu chịu khó quan sát ta sẽ thấy mạch đa hợp 4→1 có thể được thiết kế từ mạch giải
mã 2 đường sang 4 đường trong đó ngã vào cho phép G đã được tách riêng ra để làm ngã vào
dữ liệu (D0 . . . . D3) và ngã vào dữ liệu của mạch giải mã đã trở thành ngã vào điều khiển của
mạch đa hợp (A, B)
(H 4.18) là ký hiệu một mạch đa hợp với 8 ngã vào dữ liệu, 3 ngã vào điều khiển và 1
ngã ra, ta gọi là đa hợp 8 → 1.
Bảng sự thật:
A
B
C
Y
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
(H 4.18)
Một đa hợp 8 → 1 có ngã ra Y quan hệ với các ngã vào dữ liệu và điều khiển theo hàm
:
Y = A.B.CD 0 + A.B.CD 1 + ABCD 2 + ABCD3 + AB.CD 4 + ABCD 5 + ABCD 6 + ABCD 7
4.3.3 Ứng dung mạch đa hợp
Ngoài chức năng chọn dữ liệu mạch đa hợp còn được dùng để:
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 17
4.3.3.1 Biến chuỗi dữ liệu song song thành nối tiếp:
Một mạch đa hợp kết hợp với một mạch đếm sẽ biến chuỗi dữ liệu song song ở ngã
vào thành chuỗi dữ liệu nối tiếp ở ngã ra (H 4.19)
(H 4.19)
4.3.3.2 Tạo chuỗi xung tuần hoàn :
Nếu cho dữ liệu vào tuần hoàn, dữ liệu ra nối tiếp cũng tuần hoàn, như vậy chỉ cần đặt
trước các ngã vào thay đổi theo một chu kỳ nào đó ta sẽ được chuỗi xung tuần hoàn ở ngã ra.
4.3.3.3 Tạo hàm:
7 Một đa hợp 2n → 1 có thể tạo hàm n biến bằng cách cho các biến vào ngã vào điều
khiển và cho trị riêng của hàm vào các ngã vào dữ liệu.
Thí dụ: Để tạo hàm 3 biến bằng đa hợp 8→1 ta viết lại biểu thức của đa hợp
Y = A.B.CD 0 + A.B.CD 1 + ABCD 2 + ABCD3 + AB.CD 4 + ABCD 5 + ABCD 6 + ABCD 7
So sánh với biểu thức của hàm viết dưới dạng triển khai theo định lý Shanon thứ nhất
f(A,B,C) = A.B.Cf(0,0,0) + A.B.Cf(0,0,1) + ABCf(0,1,0) + ABCf(0,1,1) + AB.Cf(1,0,0)
+ ABCf(1,0,1) + ABCf(1,1,0) + ABCf(1,1,1)
Ta được kết quả:
D0 = f(0,0,0) ; D1 = f(0,0,1) , . . . . . . . . . . . D6 = f(1,1,0) và D7 = f(1,1,1)
Thí dụ: Tạo hàm:
Y = f(A, B,C) = A.B.C + ABC + ABC+ A BC + ABC
Ta thấy D0=D2=D3=D5=D7=1 nên các ngã vào này được nối lên nguồn, các ngã vào
còn lại D1=D4=D6=0 nên được đưa xuống mass (H 4.20).
(H 4.20)
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 18
7 Một đa hợp 2n → 1 kết hợp với một cổng NOT có thể tạo hàm (n+1) biến. Thí dụ :
Tạo hàm F = AB+ ABC + BC + AC dùng đa hợp 4 → 1 và cổng NOT
1
Giải
Đa hợp 4 sang 1 thực hiện hàm:
Y = ABD 0 + ABD 1 + ABD 2 + ABD 3
Chuẩn hóa hàm F1 :
F = ABC + ABC + ABC + ABC + ABC
1
Để Y = F1 ta phải có:
D0 = C;D1 = C;D2 = 1;D3 = C
(H 4.21)
Trên thực tế, ta có đủ các loại mạch đa hợp từ 2 → 1 (IC 74157), 4 → 1 (IC 74153), 8
→ 1 (IC 74151) và 16 → 1 (74150) . . . .
Ngoài ra, để chọn dữ liệu là các nguồn tín hiệu tương tự, ta cũng có các đa hợp tương
tự với tên gọi khóa tương tự (analog switch), được chế tạo theo công nghệ MOS như IC 4051
(8 kênh) IC 4053 (2 kênh). . . . Cũng có loại khóa sử dụng được cho cả tín hiệu tương tự và
số (bilateral switches) như IC 4016, IC 4066,. . mà sinh viên có thể tìm hiểu, sử dụng dễ dàng
khi có bảng tra kỹ thuật.
4.3.4 Mạch giải đa hợp
Mạch giải đa hợp thực chất là mạch giải mã trong đó ngã vào cho phép trở thành ngã
vào dữ liệu và ngã vào của tổ hợp số nhị phân trở thành ngã vào địa chỉ.
Trên thị trường, người ta chế tạo mạch giải mã và giải đa hợp chung trong một IC, tùy
theo điều kiện mà sử dụng. Thí dụ IC 74138 là IC Giải mã 3 sang 8 đường đồng thời là mạch
giải đa hợp 1 → 8.
Khi sử dụng IC 74138 làm mạch giải đa hợp, người ta dùng một ngã vào cho phép làm
ngã vào dữ liệu và các ngã vào số nhị phân làm ngã vào địa chỉ. (H 4.22a) là IC 74138 dùng
giải đa hợp với ngã vào dữ liệu là G2A . (H 4.22b) là dạng dữ liệu vào G2A và ra ở Y0 (vì
CBA=000), các ngã ra khác ( Y1 − Y7 ) ở mức cao.
(a)
(H 4.22)
(b)
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 19
4.4 MẠCH SO SÁNH
4.4.1 Mạch so sánh 2 số 1 bit
Trước tiên ta thiết kế mạch so sánh hai số 1 bit.
Bảng sự thật của mạch so sánh một bit có ngã vào cho phép (nối mạch) G :
G
0
1
1
1
1
a
x
0
0
1
1
b
x
0
1
0
1
S (a>b)
I (a<b)
E (a=b)
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
Bảng 4.7
(H 4.23)
Từ mạch so sánh 1 bit ta có thể mở rộng để so sánh nhiều bit.
4.4.2 Mạch so sánh 2 số nhiều bit
Để so sánh 2 số nhiều bit, trước tiên người ta so sánh 2 bit cao nhất (MSB), kết quả
lớn hoặc nhỏ hơn do 2 bit này quyết định, nếu 2 bit MSB bằng nhau người ta so sánh 2 bit có
trọng số thấp hơn tiếp theo và kết quả được quyết định theo cách tương tự như ở 2 bit MSB. .
. . . Sự so sánh được lặp lại cho đến bit LSB để được kết cuối cùng.
Dưới đây là sơ đồ mạch so sánh 3 bit (H 4.24).
(H 4.24)
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
________________________________________________________Chương 4
Mạch tổ hợp IV - 20
- IC 1 so sánh 2 bit cao (a3 & b3) nên ngã vào cho phép được đưa lên mức cao, nếu kết
quả bằng nhau, ngã ra E của nó lên cao, cho phép IC 2 so sánh, nếu kết quả lại bằng nhau, ngã
ra E của IC 2 lên cao cho phép IC 3 so sánh, kết quả bằng nhau cuối cùng chỉ bởi ngã ra E của
IC 3.
- Các ngã vào cổng OR nhận tín hiệu từ các ngã ra S (hoặc I) sẽ cho kết quả lớn hơn
(hoặc nhỏ hơn) tùy vào kết quả so sánh ở bất cứ bit nào. Thật vậy khi có một kết quả lớn hơn
(hoặc nhỏ hơn) thì S (hoặc I) ở một IC lên cao, các ngã ra E và I (hoặc S) của các IC khác
bằng 0, đây là điều kiện mở cổng OR để cho kết quả so sánh xuất hiện ở một trong các cổng
OR này.
Trên thị trường có sẵn loại IC so sánh 4 bit 7485 có ngã nối mạch để mở rộng việc so
sánh cho số nhiều bit hơn.
Bảng sự thật của IC 7485
Trạng
Ngã
vào
so
sánh
Vào
nối
mạch
ra
thái
A3,B3 A2,B2 A1,B1 A0,B0 A’>B’ A’<B’ A’=B’ A>B A<B A=B
1
2
3
4
5
6
7
8
A3>B3
A3<
B3
A3=
B3
A3=
B3
A3=
B3
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0
1
0
x
x
x
x
x
x
x
x
0
0
1
x
x
x
x
x
x
x
x
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
A2>B2
A2<
B2
A2=
B2
A2=
B2
A2=
B2
x
A1>B1
A1<
B1
A1=
B1
x
A0>B0
A0<
B0
A0=
B0
9
10
11
A3=
B3
A1=
B1
A3=
B3
A2=
B2
A1=
B1
A0=
B0
A3=
B3
A2=
B2
A1=
B1
A0=
B0
A3=
B3
A2=
B2
A1=
B1
A3=
B3
A2=
B2
A3=
B3
Bảng 4.8
Dựa vào bảng sự thật, ta thấy:
- Khi dùng IC 7485 để so sánh 2 số 4 bit ta phải giữ ngã vào nối mạch A’=B’ ở mức
cao, hai ngã vào nối mạch còn lại ở mức thấp, như vậy IC mới thể hiện được kết quả của trạng
thái 9.
- Khi so sánh 2 số nhiều bit hơn ta phải dùng nhiều IC 7485 và nối ngã ra của IC so
sánh bit thấp vào ngã vào nối mạch tương ứng của các IC so sánh các bit cao hơn và IC so
sánh các bit thấp nhất có ngã vào nối mạch được mắc như khi dùng riêng lẻ. Để đọc được kết
quả so sánh ta phải quan tâm tới các trạng thái 9, 10 và 11 trong bảng sự thật.
(H 4.25) cho ta cách mắc 2 IC 7485 để so sánh 2 số nhị phân 8 bit:
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________Nguyễn Trung Lập
KỸ THUẬT SỐ
Tải về để xem bản đầy đủ
24 trang
12/01/2024
15620
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật số - Chương 4: Mạch tổ hợp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ky_thuat_so_chuong_4_mach_to_hop.pdf
