Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 4: Mạch tổ hợp (Combinational Circuits)
CHƯƠNG 4
MẠCH TỔ HỢP
(Combinational Circuits)
Mạch số chia ra 2 loại: Mạch tổ hợp và mạch tuần tự.
Mạch tổ hợp: trạng thái ngõ ra chỉ phụ thuộc vào trạng thái
ngõ vào. Q=f(A, B, C, D,…)
MẠCH MÃ HÓA
MẠCH GIẢI MÃ
MẠCH ĐA HỢP VÀ GIẢI ĐA HỢP
MẠCH SO SÁNH
MẠCH KIỂM/PHÁT CHẴN LẺ
Chương 4: Mạch tổ hợp
1
CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MẠCH TỔ HỢP
B1: Dựa vào yêu cầu của bài toán, xác định số biến ngõ vào và
số biến ngõ ra (đặt tên biến).
B2: Lập bảng sự thật cho mối quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra
(hoạt động của mạch).
B3: Rút gọn hàm bằng PP tối ưu nhất.
B4: Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch.
Chương 4: Mạch tổ hợp
2
VD thiết kế mạch tổ hợp có 3 ngõ vào và 2 ngõ ra.
- Ngõ ra thứ nhất = 1 nếu 3 ngõ vào có số bít 1 nhiều hơn số bit 0, ngược
lại thì =0
- Ngõ ra thứ hai = 1 nếu 3 giá trị nhị phân của 3 ngõ vào lới hơn 1 hoặc
nhỏ hơn, ngược lại thì =0
Giải
A B C F0 F1
0 0 0 0 0
0 0 1 0 0
0 1 0 0 1
0 1 1 1 1
1 0 0 0 1
1 0 1 1 1
1 1 0 1 0
1 1 1 1 0
B1: Mạch có 3 ngõ vào: A, B, C
với A là MSB; và 2 ngõ ra: F0, F1
B2: Lập bảng sự thật
Chương 4: Mạch tổ hợp
3
F0
A B C F0 F1
0 0 0 0 0
0 0 1 0 0
BC
Lập bảng Kar
A
00
01
11
10
0
1
1
A
0 1 0 0 1
A.B
1
1
1
B
0 1 1 1 1
F0
1 0 0 0 1
A.C
B.C
F0 = AC+ AB+ BC
C
1 0 1 1 1
1 1 0 1 0
1 1 1 1 0
F1
BC
A
00
01
11
10
F1
0
1
1
1
1
1
F = AB+ AB = A B
1
Chương 4: Mạch tổ hợp
4
MỨC TÁC ĐỘNG
- Khi không vòng tròn nhỏ ở đường vào hay đường ra trên ký hiệu mạch
logic → Tác động mức cao (active high).
- Khi có vòng tròn nhỏ ở đường vào hay đường ra trên ký hiệu mạch logic
→ Tác động mức thấp (active low).
MẠCH MÃ HÓA (ENCODER)
- Mã hóa là gán 1 ký hiệu cho một đối tượng nhằm một mục đích.
- Mạch mã hóa là khi có một ngõ vào được tác động → ngõ ra sẽ chỉ báo số
nhị phân tương ứng. Có nghĩa là mạch mã hóa có một số ngõ vào nhưng vào
một thời điểm chỉ có một ngõ vào ở trạng thái tích cực.
- Như vậy ta dùng số nhị phân n bít để mã cho 2n ngõ vào khác nhau.
- Mã hóa ưu tiên: Trường hợp có nhiều ngõ vào ở trạng thái tích cực thì ngõ
ra sẽ tương ứng với ngõ vào có trọng số cao nhất
Chương 4: Mạch tổ hợp
5
Mạch mã hoá 2n đường sang n đường
Ngõ vào, ngõ ra tác động thấp.
Ngõ vào, ngõ ra tác động cao. Ấn khóa K →
Ngõ vào được ấn lên mức cao → Ngõ ra sẽ chỉ
báo số nhị phân tương ứng.
Chương 4: Mạch tổ hợp
6
Để tránh trường hợp mạch cho ra mã sai khi tác động đồng thời hai hay nhiều ngõ
vào → Thiết kế mạch mã hóa ưu tiên, mạch chỉ cho ra một mã duy nhất khi có nhiều
ngã vào được tác động.
TK mạch mã hóa ưu tiên 4 đường sang 2 đường; ưu tiên ngõ vào có giá trị cao;
ngõ vào và ngõ ra tác động cao:
A1
A0
10 10
A1 = 2+3
3 2 1 0 A1 A0
32 32
00 0001 0111 1110 10
00 00
01 01
0 0 0 1 0 0
0 0 1 x 0 1
0 1 x x 1 0
1 x x x 1 1
A0 =1.2 +3
1
1
1
1
1
1
11 11
1 1 1 1 1 1 1 1
10 10
1 1 1 1 1 1 1 1
A =1.2 +3
A =2+3
0
1
Chương 4: Mạch tổ hợp
7
Mã hóa ưu tiên 8 đường sang 3 đường (IC 74148). Ngõ vào và ngõ ra tác động thấp
Trạng
Ngã vào
Ngã ra
thái
EI 0 1 2 3 4 5 6 7 A2 A1 A0 GS EO
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1 x x x x x x x x 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 x x x x x x x 0 0 0 0 0 1
0 x x x x x x 0 1 0 0 1 0 1
0 x x x x x 0 1 1 0 1 0 0 1
0 x x x x 0 1 1 1 0 1 1 0 1
0 x x x 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1
0 x x 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1
0 x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
EI: ngõ vào nối mạch và cho phép; EO: ngõ ra nối mạch;
GS: dùng để mở rộng cho số nhị phân ra.
Các trạng thái từ 0→ 7: IC mã hóa cho ra số 3 bít. Trạng thái 8,9: Dùng cho việc mở rộng
Chương 4: Mạch tổ hợp
8
Nối 2 IC 74148 thực hiện mã hóa 16 đường sang 4 đường
IC21 có EI=n0ố:iHvớoiạtEđộcnủgatheo
0
cICác2:trnạênngItChá1ictừhỉ0ho→ạt8đ:ộng
nkghhi ĩtaấtlàcảmcãáchónagõtừvsàốo0củ→a 7
IC2 lên mức 1, tức hoạt
động ở trạng thái thứ 8
Chương 4: Mạch tổ hợp
9
Mạch tạo mã BCD cho số thập phân
Mạch gồm 10 ngã vào tượng trưng 10 số thập phân và 4 ngã ra là 4 bit
của số BCD.
Trạng thái các ngã vào
Mã số ra
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A3 A2 A1 A0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
Chương 4: Mạch tổ hợp
10
A0 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9
A1 = 2 + 3 + 6 + 7
A2 = 4 + 5 + 6 + 7
A3 = 8 + 9
Chương 4: Mạch tổ hợp
11
Mạch tạo mã BCD ưu tiên cho số lớn
Trạng thái các ngã vào
Mã số ra
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A3 A2 A1 A0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 x 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 1 x x 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 1 x x x 0 0 1 1
0 0 0 0 0 1 x x x x 0 1 0 0
0 0 0 0 1 x x x x x 0 1 0 1
0 0 0 1 x x x x x x 0 1 1 0
0 0 1 x x x x x x x 0 1 1 1
0 1 x x x x x x x x 1 0 0 0
1 x x x x x x x x x 1 0 0 1
Chương 4: Mạch tổ hợp
12
Chương 4: Mạch tổ hợp
13
Mạch chuyển mã nhị phân (A: MSB) sang Gray
A B C D
→
X Y Z T
X = A
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 1
0 0 1 0
0 1 1 0
0 1 1 1
0 1 0 1
0 1 0 0
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 1
1 1 1 0
1 0 1 0
1 0 1 1
1 0 0 1
1 0 0 0
Y = AB+ AB = A B
Z = BC + BC = BC
T = CD + CD = C D
Chương 4: Mạch tổ hợp
14
Lập Bảng Karnaugh: Mạch chuyển mã nhị phân sang Gray
X
Y
Z
CD
CD
CD
00 01 11 10
00 01 11 10
00 01 11 10
AB
AB
AB
00
00
00
1
1
01
11
10
01
11
10
01
11
10
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
T
CD
00 01 11 10
AB
X = A
00
01
11
10
1
1
1
1
1
1
1
1
Y = AB+ AB = A B
Z = BC + BC = BC
T = CD + CD = C D
Chương 4: Mạch tổ hợp
15
Mạch chuyển mã Gray (X: MSB) sang Nhị phân
A = X
A B C D
X Y Z T
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 1
0 0 1 0
0 1 1 0
0 1 1 1
0 1 0 1
0 1 0 0
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 1
1 1 1 0
1 0 1 0
1 0 1 1
1 0 0 1
1 0 0 0
B = XY + AY = X Y
C = X(Y Z) + X(Y Z) = X Y Z
D = (X Y).(Z T) + (X Y).(ZT)
= X Y ZT
XY
XYZ
XYZT
Chương 4: Mạch tổ hợp
16
Lập Bảng Karnaugh: Mạch chuyển mã Gray sang Nhị phân
A
B
C
ZT
ZT
ZT
00 01 11 10
00 01 11 10
00 01 11 10
XY
XY
XY
00
00
00
1
1
01
11
10
01
11
10
01
11
10
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
D
A = X
B = XY + XY = X Y
ZT
XY
00 01 11 10
00
01
11
10
1
1
C = X(Y Z) + X(Y Z) = X Y Z
1
1
1
1
D = (X Y).(Z T) + (X Y).(ZT)
= X Y ZT
1
1
Chương 4: Mạch tổ hợp
17
MẠCH GIẢI MÃ (DECODER)
Ngược lại của mã hóa. Giải mã n đường sang 2n đường
Mạch giải mã 2 đường sang 4 đường, ngõ vào cho phép G
Vào
Ra
G A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3
0 x x 0 0 0 0
1 0 0 1 0 0 0
1 0 1 0 1 0 0
1 1 0 0 0 1 0
1 1 1 0 0 0 1
Y0 = G.A1.A0
Y2 = G.A1.A0
Y = G.A1.A0
1
Y3 = G.A1.A0
Chương 4: Mạch tổ hợp
18
Mạch giải mã 3 đường sang 8 đường
(Dùng 2 mạch giải mã 2 → 4 có ngõ vào cho phép)
Vào
Ra
A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1
Chương 4: Mạch tổ hợp
19
Bảng sự thật IC74138 (IC giải mã 3 → 8 ngõ vào tác động cao, ngõ ra tác động thấp)
Vào
Ra
Cho phép
Dữ liệu
G1
G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
x
L
H x x x H H H H H H H H
x x x x H H H H H H H H
L L L L L H H H H H H H
L L L H H L H H H H H H
L L H L H H L H H H H H
L L H H H H H L H H H H
L H L L H H H H L H H H
L H L H H H H H H L H H
L H H L H H H H H H L H
L H H H H H H H H H H L
H
H
H
H
H
H
H
H
G2 = G2A + G2B; H = 1; L = 0, x: bất chấp
Chương 4: Mạch tổ hợp
20
Tải về để xem bản đầy đủ
32 trang
23081
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 4: Mạch tổ hợp (Combinational Circuits)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_ky_thuat_so_chuong_4_mach_to_hop_combinational_cir.ppt
