Bài 21. Tín hiệu trong điện tử số và các cổng logic cơ bản
Nội dung lý thuyết
I. KHÁI NIỆM VỀ TÍN HIỆU SỐ
* Tín hiệu số là một chuỗi các tín hiệu rời rạc, có biên độ không đổi trong một thời gian nhất định.
- Đặc điểm:
+ Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu.
+ Dễ dàng khôi phục bằng cách sử dụng:
Bộ lặp.
Các bộ khuếch đại.
+ Sử dụng phổ biến trong máy tính và các thiết bị kĩ thuật số.
+ Cho phép người dùng đồng thời, có thể nén, xử lí, mã hóa và bảo mật tốt hơn tín hiệu tương tự.
* Đặc trưng của tín hiệu số
- Bit (0 hoặc 1) thường được biểu diễn bằng một mức điện áp (0 là mức thấp và 1 là mức cao).
- Tốc độ bit R:
+ Tính bằng số bit trong một giây (bit/s).
+ \(R=\dfrac{1}{T}\) với T là khoảng thời gian kéo dài của một bit (đơn vị là s).
II. MỘT SỐ CỔNG LOGIC CƠ BẢN
- Là một mạch điện thực hiện chức năng của một hàm logic (hàm Boole).
- Mỗi cổng logic thực hiện một phép toán đại số logic trên một hoặc nhiều lối vào.
=> Để tạo ra một kết quả duy nhất ở đầu ra.
1. Cổng OR
- Hàm logic: y = x1 + x2.
- Kí hiệu logic:
- Bảng chân lí của cổng OR:
| x1 | x2 | y |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
+ Khi ít nhất một trong hai lối vào x1 và x2 bằng 1 thì lối ra y bằng 1.
+ Khi cả hai lối vào bằng 0 thì lối ra bằng 0.
- Trên thực tế, khi chế tạo các cổng OR, người ta tích hợp nhiều cổng trên một IC.
- Ví dụ: IC 74LS32 có 4 cổng OR.
- Công dụng của cổng OR:
+ Cộng logic hai hoặc nhiều tín hiệu đầu vào thành một tín hiệu đầu ra.
+ Tạo ra kết quả logic phức tạp từ các tín hiệu đơn giản như:
Mạch cộng tín hiệu.
Mạch điều khiển đóng ngắt,...
2. Cổng AND
- Hàm logic: y = x1x2.
- Kí hiệu logic:
- Bảng chân lí của cổng AND:
| x1 | x2 | y |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
+ Khi cả hai lối vào x1 và x2 bằng 1 thì lối ra bằng 1.
+ Khi ít nhất một trong hai lối vào bằng 0 thì lối ra bằng 0.
- Trên thực tế, chế tạo các cổng AND người ta tích hợp nhiều cổng trên một IC.
- Ví dụ: IC 74LS08 có 4 cổng AND.
- Công dụng của cổng AND:
+ Sử dụng trong việc nhân logic hai hoặc nhiều tín hiệu đầu vào thành một tín hiệu đầu ra.
+ Tạo ra kết quả logic phức tạp từ các tín hiệu đơn giản như:
Mạch nhân tín hiệu.
Mạch điều khiển đóng/ngắt.
3. Cổng NOT
- Hàm logic: \(y=\overline{x}\).
- Kí hiệu logic:
+ Lối ra y luôn có trạng thái ngược (đảo) với lối vào x.
- Bảng chân lí của cổng NOT:
| x | \(y=\overline{x}\) |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- Khi chế tạo cổng NOT, người ta tích hợp nhiều cổng trên một IC.
- Ví dụ: IC 74LS04 có 6 cổng NOT.
- Công dụng của cổng NOT:
+ Sử dụng để đảo ngược trạng thái tín hiệu đầu vào.
+ Điều khiển các tín hiệu logic trong mạch điện tử, mạch cảm biến,...
4. Cổng NOR
- Hàm logic: \(y=\overline{x_1+x_2}\)
- Kí hiệu logic:
- Bảng chân lí của cổng NOR:
| x1 | x2 | y |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- Cổng NOR thiết lập bằng cách mắc nối tiếp một cổng OR với một cổng NOT:
+ Khi ít nhất một trong hai lối vào x1 và x2 bằng 1 thì lối ra y bằng 0.
+ Khi cả hai lối vào bằng 0 thì lối ra bằng 1.
- Trên thực tế, khi chế tạo các cổng NOR, người ta tích hợp nhiều cổng trên một IC.
- Ví dụ IC 74LS02 có 4 cổng NOR.
- Công dụng của cổng NOR:
+ Sử dụng để đảo ngược trạng thái của mạch cộng logic.
+ Điều khiển các tín hiệu logic trong:
Mạch điện tử.
Mạch cảm biến.
5. Cổng NAND
- Hàm logic: \(y=\overline{x_1x}_2\).
- Kí hiệu logic:
- Bảng chân lí của cổng NAND:
| x1 | x2 | y |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- Cổng NAND được tạo ra bằng cách mắc nối tiếp một cổng AND với một cổng NOT:
+ Khi cả hai lối vào x1 và x2 bằng 1 thì lối ra bằng 0.
+ Khi ít nhất một trong hai lối vào bằng 0 thì lối ra bằng 1.
- Trên thực tế, khi chế tạo các cổng NAND, người ta tích hợp nhiều cổng trên một IC.
- Ví dụ: IC 74LS00 có 4 cổng NAND.
- Công dụng của cổng NAND:
+ Sử dụng để đảo ngược trạng thái của mạch nhân logic.
+ Điều khiển các tín hiệu logic trong mạch điện tử, cảm biến,...