Bài 21: Tín hiệu số và các cổng logic cơ bản
Nội dung lý thuyết
I. TÍN HIỆU SỐ VÀ CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƯNG
1. Khái niệm 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.
+ Sử dụng phổ biến trong máy tính và các thiết bị kĩ thuật số.
+ Người dùng có thể nén, xử lí, mã hóa và bảo mật tốt hơn tín hiệu tương tự.
2. Các tham số đặc trưng của tín hiệu số
a. Bit và mức điện áp
Bit (0 hoặc 1) thường biểu diễn bằng một mức điện áp.
b. Tốc độ bit và khoảng bit
- Tốc độ bit là số bit trên 1 giây:
+ Kí hiệu: R.
+ Đơn vị: bit/giây (bit/s).
- Khoảng bit là thời gian kéo dài của một bit:
+ Kí hiệu: Tb.
+ Công thức: \(T_b=\dfrac{1}{R}\).
+ Đơn vị: giây.
II. KHÁI NIỆM CỔNG LOGIC
- 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.
III. MỘT SỐ CỔNG LOGIC CƠ BẢN
1. Cổng OR
- Hàm logic: y = x1 + x2.
- Kí hiệu logic:
+ 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.
- Ví dụ: IC 74LS32 có 4 cổng OR.
- Công dụng 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.
2. Cổng AND
- Hàm logic: y = x1x2.
- Kí hiệu logic:
+ 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.
- 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.
3. Cổng NOT
- Hàm logic: \(y=\overline{x}\).
- Kí hiệu logic:
+ Lối ra y luôn có trạng thái ngược (đảo) với lối vào x.
- Khi chế tạo cổng NOT, người ta tích hợp nhiều cổng trên một IC.
- 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:
- 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.
- Khi chế tạo các cổng NOR, người ta tích hợp nhiều cổng trên một IC.
- Công dụng của cổng NOR:
+ Sử dụng để đảo ngược trạng thái của mạch cộng logic.
+ Điều khiển các tín hiệu logic trong mạch.
5. Cổng NAND
- Hàm logic: \(y=\overline{x_1x_2}\).
- Kí hiệu logic:
- 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.
- 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,...