Chương 3: Mạch Logic Tổ Hợp Trong Điện Tử Công Nghiệp 2

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Điện tử công nghiệp 2 chương 3, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: TS. Đoàn Thị Hương Giang
• Trường học: Điện Tử Công Nghiệp
• Đề tài: Mạch Logic Tổ Hợp
• Loại tài liệu: Bài Giảng
• Năm xuất bản: 2020

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: Các vấn đề cơ bản của kỹ thuật số
• 2. CHƯƠNG 2: Các họ vi mạch logic cơ bản
• 3. CHƯƠNG 3: Mạch logic tổ hợp
• 3.1. Khái niệm chung
• 3.4. Các bộ dồn kênh và tách kênh
• 3.5. Bộ cộng và bộ trừ
• 4. CHƯƠNG 4: Mạch logic dãy
• 5. CHƯƠNG 5: Mạch tạo xung và các bộ biến đổi tín hiệu

Tóm tắt

I. Tổng quan về Mạch Logic Tổ Hợp Trong Điện Tử Công Nghiệp

Mạch logic tổ hợp là một phần quan trọng trong lĩnh vực điện tử công nghiệp. Chúng được sử dụng để thực hiện các phép toán logic cơ bản, giúp xử lý và điều khiển tín hiệu. Mạch tổ hợp không có bộ nhớ, nghĩa là đầu ra chỉ phụ thuộc vào các đầu vào tại thời điểm hiện tại. Điều này làm cho chúng trở thành một công cụ mạnh mẽ trong thiết kế hệ thống điện tử.

1.1. Khái niệm về Mạch Logic Tổ Hợp

Mạch logic tổ hợp là hệ thống mà đầu ra chỉ phụ thuộc vào các đầu vào hiện tại. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử công nghiệp để thực hiện các phép toán logic như AND, OR, NOT.

1.2. Phân loại Mạch Logic Tổ Hợp

Mạch logic tổ hợp có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau như mạch cộng, mạch trừ, và mạch mã hóa. Mỗi loại mạch có chức năng và ứng dụng riêng trong hệ thống điện tử.

II. Vấn đề và Thách thức trong Thiết Kế Mạch Logic Tổ Hợp

Thiết kế mạch logic tổ hợp gặp phải nhiều thách thức, bao gồm việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất. Các kỹ sư cần phải cân nhắc giữa độ phức tạp của mạch và khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.

2.1. Thách thức về Hiệu Suất

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo rằng mạch hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Điều này bao gồm việc xử lý tín hiệu nhanh chóng và chính xác.

2.2. Chi Phí Sản Xuất và Tối Ưu Hóa

Chi phí sản xuất là một yếu tố quan trọng trong thiết kế mạch. Các kỹ sư cần tìm cách tối ưu hóa thiết kế để giảm thiểu chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu suất.

III. Phương Pháp Thiết Kế Mạch Logic Tổ Hợp Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp để thiết kế mạch logic tổ hợp hiệu quả. Việc sử dụng các công cụ phần mềm mô phỏng và thiết kế mạch có thể giúp các kỹ sư tối ưu hóa quy trình thiết kế.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng

Phần mềm mô phỏng giúp các kỹ sư kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế trước khi sản xuất thực tế. Điều này giúp phát hiện lỗi và cải thiện hiệu suất của mạch.

3.2. Tối Ưu Hóa Thiết Kế

Tối ưu hóa thiết kế mạch logic tổ hợp bao gồm việc giảm số lượng linh kiện và cải thiện cách bố trí mạch để tăng hiệu suất và giảm chi phí.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Mạch Logic Tổ Hợp

Mạch logic tổ hợp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ thiết bị điện tử tiêu dùng đến hệ thống điều khiển công nghiệp. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý và điều khiển tín hiệu.

4.1. Ứng Dụng Trong Thiết Bị Điện Tử

Mạch logic tổ hợp được sử dụng trong các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại di động và các thiết bị thông minh khác để thực hiện các phép toán logic.

4.2. Ứng Dụng Trong Hệ Thống Điều Khiển

Trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, mạch logic tổ hợp giúp xử lý tín hiệu và điều khiển các thiết bị tự động, đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác.

V. Kết Luận và Tương Lai của Mạch Logic Tổ Hợp

Mạch logic tổ hợp sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của công nghệ điện tử. Với sự tiến bộ của công nghệ, các mạch này sẽ ngày càng trở nên mạnh mẽ và hiệu quả hơn.

5.1. Tương Lai của Mạch Logic Tổ Hợp

Với sự phát triển của công nghệ, mạch logic tổ hợp sẽ ngày càng được cải tiến, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

5.2. Xu Hướng Mới Trong Thiết Kế Mạch

Xu hướng hiện nay là tích hợp nhiều chức năng vào một mạch duy nhất, giúp giảm kích thước và chi phí sản xuất, đồng thời tăng cường hiệu suất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Các vấn đề cơ bản của kỹ thuật số • Chương 2. Các họ vi mạch logic cơ bản • Chương 3. Mạch logic tổ hợp • Chương 4.

Mạch logic dãy • Chương 5. Mạch tạo xung và các bộ biến đổi tín hiệu TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 2 1 19/05/2020 Chương 3 Mạch logic tổ hợp TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 3 Nội dung 3.1 Khái niệm chung 3.4 Các bộ dồn kênh và tách kênh 3.5 Bộ cộng và bộ trừ TS.

ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 4 2 19/05/2020 Nội dung 3.1 Khái niệm chung 3.4 Các bộ dồn kênh và tách kênh 3.5 Bộ cộng và bộ trừ TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 5 3. Khái niệm • Hệ tổ hợp là hệ mà tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào tại thời điểm hiện tại • Hệ tổ hợp còn được gọi là hệ không có nhớ • Hệ tổ hợp chỉ cần thực hiện bằng những phần tử logic cơ bản 6 3 19/05/2020 3. Khái niệm • Mạch số chia ra làm hai loại: – Mạch tổ hợp: • Trạng thái đầu ra chỉ phụ thuộc vào tổ hợp các đầu vào khi tổ hợp này đã ổn định.

• Đầu ra Q của mạch tổ hợp là hàm logic của các biến đầu vào A, B, C .) – Mạch tuần tự: • Trạng thái đầu ra không những phụ thuộc vào tổ hợp các đầu vào mà còn phụ thuộc trạng thái đầu ra trước đó - mạch tuần tự có tính nhớ. • Đầu ra Q+ của mạch tuần tự là hàm logic của các biến đầu vào A, B, C. và đầu ra Q trước đó. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 7 Nội dung 3.1 Khái niệm chung 3.4 Các bộ dồn kênh và tách kênh 3.5 Bộ cộng và bộ trừ TS.

ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 8 4 19/05/2020 XÉT VD VỚI LED 7 THANH ĐƠN (1 DIGITS 7SEG) TS. Đoàn Thị Hương Giang 9 LED 7 thanh đơn • Cấu tạo led 7 thanh đơn: chứa 7 đoạn (thanh), mỗi đoạn tương ứng với một Led đơn như sơ đồ trên hình vẽ sau: TS. Đoàn Thị Hương Giang 10 5 19/05/2020 Các ký tự hiện số • Tùy theo các thanh ghi được điều khiển sáng mà LED sẽ hiển thị các số theo yêu cầu: TS. Đoàn Thị Hương Giang 11 Phân loại LED 7 đoạn • Anode/anot chung: Nếu là led Anot chung thì 8 chân dương của led (chân Anot) sẽ được nối chung với nhau (chân COM), các chân Katot sẽ được đưa ra làm các chân dữ liệu A,B,C,D,E,F,G,DP.

Để điều khiển led anot chung, cấp nguồn dương vào chân anot chung (chân COM) và xuất dữ liệu tích cực mức 0 ra 8 chân dữ liệu để hiển thị theo ý muốn. Lưu ý: phải nối các điện trở hạn dòng tránh hỏng LED và điều khiển độ sáng/tối của LED TS. Đoàn Thị Hương Giang 12 6 19/05/2020 a b c d e f g Số 0 0 0 0 0 0 0 1 Số 1 1 0 0 1 1 1 1 Số 2 0 0 1 0 0 1 0 Số 9 …. Đoàn Thị Hương Giang 13 • Bảng mã hiển thị số loại anode chung: TS.

Đoàn Thị Hương Giang 14 7 19/05/2020 Phân loại (tt) • Cathode/Katot chung: • Nếu là led Katot chung thì 8 chân âm của led (chân Katot) sẽ được nối chung với nhau (chân COM), các chân Anot sẽ được đưa ra làm các chân dữ liệu A,B,C,D,E,F,G,DP. • Để điều khiển led Katot chung, cấp nguồn âm vào chân katot chung (chân COM) và xuất dữ liệu tích cực mức 1 ra 8 chân dữ liệu để hiển thị theo ý muốn. • Lưu ý: phải nối các điện trở hạn dòng tránh hỏng LED và điều khiển độ sáng/tối của LED TS. Đoàn Thị Hương Giang 15 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ CHO LED 7 THANH SẼ CẦN ÍT NHẤT 8ĐƯỜNG TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN CHO 01 LED???? XỬ DỤNG BỘ CHUYỂN MÃ TÍN HIỆU TS.

ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 16 8 19/05/2020 Mạch chuyển mã • Là mạch thực hiện chức năng chuyển từ một loại mã này thành loại mã khác tương ứng. • Mạch chuyển mã có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra • Các loại mạch chuyển mã: – Mạch mã hóa (Encoder) – Mạch giải mã (Decoder) TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 17 Thiết kế mạch chuyển mã • B1: Lập bảng chân lý của mạch • B2: Tối thiểu hóa hàm ra • B3: Xây dựng sơ đồ mạch thực hiện TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 18 9 19/05/2020 3.

Bộ mã hóa • Mã hóa là việc sử dụng ký hiệu để biểu diễn đặc trưng cho một đối tượng nào đó. • Ký hiệu tương ứng với một đối tượng được gọi là từ mã. • Ví dụ: 19 Bộ mã hóa (tiếp) • Chức năng: thực hiện việc mã hóa các tín hiệu tương ứng với các đối tượng thành các từ mã nhị phân. Đối tượng Bộ mã Từ mã hóa tín tín hiệu hiệu • Ví dụ: A B Bộ mã S0 hóa C S1 D 20 10 19/05/2020 Mã hóa ưu tiên 4 sang 2 • Ví dụ: Thiết kế mạch mã hóa 4 sang 2, ưu tiên cho mã có giá trị cao, đầu vào và ra tác động cao.

• Bảng chân lý: TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 21 • Do biến 0 không ảnh hưởng đến kết quả nên bỏ qua và chỉ điền bảng cacno cho ba biến của các đầu ra A0 và A1: • Từ đó có hàm mã hóa thiết kế như sau: TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 22 11 19/05/2020 Mã hóa 8 sang 3 • Ví dụ: – Xét IC 74LS148 là IC mã hóa ưu tiên 8 sang 3. – Vào/Ra tác động thấp – Các đầu ra nối mạch để mở rộng mã hóa với số đầu vào nhiều hơn.

ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 23 Bảng chân lý của vi mạch 74LS148 TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 24 12 19/05/2020 Viết hàm cho A0, A1, A2, GS, EO theo đầu vào? TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 25 Vẽ mạch thiết kế TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 26 13 19/05/2020 Ứng dụng cho mã hóa bàn phím • Mã hóa bàn phím: – Mỗi phím được gán một từ mã khác nhau.

– Khi một phím được nhấn, bộ mã hóa sẽ cho ra đầu ra là từ mã tương ứng đã gán cho phím đó. • Hãy thiết kế bộ mã hóa cho một bàn phím gồm có 9 phím với giả thiết trong một thời điểm chỉ có duy nhất 1 phím được nhấn. 27 Mã hóa bàn phím (tiếp) • Sơ đồ khối: – Một bộ 9 phím, phải sử dụng 4 bit để mã hóa.  Có 9 đầu vào, 4 đầu ra.

• Mã hóa ưu tiên: – Nếu 2 hoặc nhiều phím đồng thời được nhấn, thì bộ mã hóa chỉ coi như 1 phím được nhấn, và phím đó có mã cao nhất. Vcc P1 A BMH B P2 bàn phím 9 phím C P9 D 28 14 19/05/2020 Bộ mã hóa bàn phím (tiếp) • Bảng mã hóa: 29 Ghép hai IC • Tạo bộ mã hóa 16->4 TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 30 15 19/05/2020 Nội dung 3.1 Khái niệm chung 3.4 Các bộ dồn kênh và tách kênh 3.5 Bộ cộng và bộ trừ TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 31 Bộ giải mã • Chức năng: – Cung cấp thông tin ở đầu ra khi đầu vào xuất hiện tổ hợp các biến nhị phân ứng với một hay nhiều từ mã đã được chọn.

– Bộ mã hóa thực hiện chức năng ngược với bộ giải mã. – Từ từ mã xác định được tín hiệu tương ứng với đối tượng đã mã hóa. Tín hiệu xác Từ mã định đối tượng Bộ giải mã 32 16 19/05/2020 Hai trường hợp giải mã • Giải mã cho một từ mã: – Nguyên lý: ứng với một tổ hợp cần giải mã ở đầu vào thì đầu ra bằng 1, các tổ hợp đầu vào còn lại, đầu ra bằng 0. – Ví dụ: S = 1 nếu (AB) = (10), S = 0 nếu (AB) ≠ (10) A B S G B M • Giải mã cho toàn bộ mã: – Nguyên lý: ứng với một tổ hợp nào đó ở đầu vào thì 1 trong các đầu ra bằng 1, các đầu ra còn lại bằng 0.

S0 A S1 B G S2 B M S3 33 Giải mã 2 sang 4 • Thiết kế mạch giải mã 2 sang 4 có đầu vào cho phép (cũng được dùng để nối mạch) – Để đơn giản, xét mạch giải mã 2 sang 4 có các đầu vào và ra đều tác động cao. – Bảng chân lý TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 34 17 19/05/2020 • Mạch logic thiết kế như sau: Ký hiệu vi mạch như sau TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 35 Giải mã 3 sang 8 • Ví dụ: Dùng 2 mạch giải mã 2 sang 4 để thực hiện mạch giải mã 3 sang 8 • Bảng chân lý: TS.

ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 36 18 19/05/2020 • Trong các tổ hợp số 3 bit có 2 nhóm: – Các bit thấp A1A0 hoàn toàn giống nhau – Một nhóm có bit A2 = 0 và nhóm kia có A2 = 1.  Có thể dùng đầu vào G cho bit A2 và thiết kế mạch như sau: TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 37 Các loại IC giải mã hiện có trên thị trường: • 74139 là IC chứa 2 mạch giải mã 2 sang 4 – Đầu vào tác động cao – Các đầu ra tác động thấp – Đầu vào cho phép tác động thấp • 74138 là IC giải mã 3 sang 8 đường có: – Đầu vào tác động cao – Các đầu ra tác động thấp – Hai đầu vào cho phép E2 và E3 tác động thấp – E1 cho phép tác động cao. • 74154 là IC giải mã 4 sang 16 có: – Đầu vào tác động cao – Các đầu ra tác động thấp – Hai đầu vào cho phép E1 và E2 tác động thấp TS.

ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 38 19 19/05/2020 Bộ giải mã BCD • BCD: mã hóa số nguyên thập phân bằng nhị phân 39 Bộ giải mã BCD (tiếp) • Xác định đầu vào và đầu ra: – Vào: từ mã nhị phân 4 bit ( có 16 tổ hợp) – Ra: các tín hiệu tương ứng với các số nhị phân mà từ mã mã hóa • Ta chỉ sử dụng 10 tổ hợp, còn 6 tổ hợp không sử dụng đến được coi là không xác định. D S9 BCD – Binary Coding Decimal 40 20 19/05/2020 Bộ giải mã BCD – Bảng sự thật 41 Tìm biểu thức của từng đầu ra 42 21 19/05/2020 Tìm biểu thức của từng đầu ra (tiếp) 43 Tìm biểu thức của từng đầu ra (tiếp) 44 22 19/05/2020 Tìm biểu thức của từng đầu ra (tiếp) 45 Tìm biểu thức của từng đầu ra (tiếp) 46 23 19/05/2020 Vẽ mạch 47 Mã hóa DCB sang 7 thanh • Mạch có 4 đầu vào cho số BCD và 7 đầu ra tương ứng với các đầu vào a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn nối catot chung, sao cho các đọan sáng tạo được số thập phân đúng với mã BCD ở đầu vào? TS.