Đồ án: thiết kế mạch
chuyển đổi ADC với yêu
cầu đầu vào là tín hiệu
tương tự đầu ra là 4 bit
dữ liệu ,hiển thị dưới
dạng LED 7 thanh

Mục Lục:
Nội Dung
Lời Mở Đầu 2
PHẦN I : Các kiến thức cơ bản về kĩ thuật xung số 3
Chương I: Hệ thống số đếm 3
Tổng quan về logic số 3
Hàmlogic 9
Chương II: Các cổng logic và mạch tổ hợp 14
Các cổng logic 14
Thiết kế mạch logic 17
Chương III: FipFop và ứng dụng 23
FipFop 23
Mạch đếm 30
Chương IV: Chuyển đổi ADC và DAC 41
Mạch chuyển đổi DAC 41
Mạch chuyển đổi ADC 44
Chương V: Mạch tạo xung 50
PHẦN II : ĐỒ ÁN KĨ THUẬT SỐ MACH CHUYEN DOI ADC

Lời mở đầu

*Định nghĩa : Mạch tương tự là mạch xử lý các tín hiệu tương tự
-Tín hiệu tương tự : Là những tín hiệu có biên độ biến đổi liên tục theo thời
gian được xác định theo quan hệ của hàm số bất kì .
-Đặc điểm : Mạch tương tự có khả năng chống nhiễu và độ ỗn định kém ,
phân tích và thiết kế
phức tạp.
b. Mạch số và tín hiệu số
*Định nghĩa :Là các mạch điện xử lý tín hiệu số là mạch logic số
-Tín hiệu số : là tín hiệu chỉ có 2 mức logic phân biệt. Trong kỹ thuật số 2
mức logic đó đươc gọi là mức cao(H) và mức thấp (L) , còn gọi là mức “1” và
mức “0”
*Đặc điễm: -Tín hiệu số chỉ đươc phát sinh bởi các mạch thích hợp. Gián
đoạn về thời gian và biên độ. Sự chuyển tiếp từ mức thấp lên mức cao xảy ra
nhanh chóng.
-Khả năng chống nhiễu tốt .
-Thiết kế, phân tích mạch đơn gian dễ làm .
-Thuận lợi cho mạch lưu chữ thông tin.
1.2. Các hệ thống đếm (Number systems)
1.2.1.Hệ thống số thập phân(Decimal System)
- Sử dụng mười chữ số từ 0 đến 9 ghép lại với nhau tạo thành số đếm, số
sau lớn hơn số trước một đơn vị. Mỗi chữ số có mặt trong số thập phân gọi là
một bit tính từ phải sang trái, bit đầu tiên được gọi là hàng đơn vị , bit 2 hàng
chục, bit 3 hàng trăm, bit 4 hàng nghìn.
Ví Dụ:
D
168
860100
10.810.610.1168
012
=

n
n
nD
+++=
−
−
−
*Định nghĩa:Hệ thống số thập lục phân là hệ thống số sử dụng 16 kí tự
trong đó 10 kí tự đầu là số từ 0
→
9 ,6 kí tự sau là chữ A,B,C,D,E,F ghép với
nhau tạo thành số đếm.
Ví dụ:
D
h
549
532512
16.516.216.2225
012
=
++=
++=
-Tổng quát:
I.1.3.Chuyển đổi giữa các hệ thống số đếm
1.Chuyển từ số thập phân sang số nhị phân
*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập phân sang số nhị phân người ta lấy số
thập phân cần chuyển đổi chia liên tiếp cho 2 để tìm số dư .Số dư đầu tiên của
phép chia là bít có nghĩa nhỏ nhất của số nhị phân .số dư cuối cùng của phép
chia khi kết quả bằng 0 là bít có nghĩa lớn nhất của số nhị phân cần tìm .
-Ví dụ:

−
-Ví dụ:
D
B
69
2.12.12.11000101
026
=
++=
3.Chuyển từ số thập phân sang thập lục phân
*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập phân sang thập lục phân ta lấy số thập
phân cần chuyển đổi chia lien tiếp cho 16 để tìm số dư.Số dư đầu tiên của phép
chia là bit có trọng số nhỏ nhất, số dư cuối cùng của phép chia là bít có trọng số
lớn nhất của số thập lục phân cần tìm.
Ví dụ:
( )
H
D
?69 =
69/16 = 4 dư 5(LBS)
4/16 = 0 dư 4(MSB)
HD
4569 =⇒
4. Chuyển đổi từ số thập lục phân sang hệ thập phân

0
1
2
1
1

1. Khái niệm:mã số là tập hợp của những hệ thống số đếm theo một qui
luật nhất định dùng để biểu diễn các thông tin theo qui luật đó. Mã số là phương
tiện giao tiếp cơ bản của hệ thống thông tin.
+ Đơn vị tính: byte (B)
- Trong thực tế có nhiều loại mã khác nhau nhưng chủ yếu sử dụng mã:
+ BCD (Binery Code Decimal )
+ ASC II
+Mã GRAY(mã vòng)
2. Các loại mã thông dụng
a.Mã BCD:
- Cách thành lập:được thành lập dựa trên cở sở 4 bít của số nhị phân ghép
lại với nhau
- Có 2 dạng cơ bản để thể hiện mã số BCD
+ BCD không gói: BCD thể hiện tất cả các trạng thái mà nó có thể biểu
diễn được (16 trạng thái )
+ BCD gói: là các mã số mà BCD thể hiện được nằm trong 10 kí tự của hệ
số đếm thập phân. Các mã lớn hơn 10 cần biểu diễn ở dạng BCD ta dùng nhiều
tổ hợp BCD ghép lại với nhau
- Qui ước: Mã BCD là những mã số thuộc 10 kí tự cơ bản của số thập phân.
b. Mã thập lục phân(Hexa)
- Cách thành lập: được thành lập trên cơ sở hệ thống số đếm thập lục phân
- Dạng thể hiện của nó giống thập lục phân: gồm 16 kí tự để biểu diễn 1 mã
số gồm 10 kí tự số từ 0 đến 9 và 6 kí tự chữ A,B,C,D,E,F
Bảng 1.1: Các dạng mã của các số tự nhiên từ
150
÷
Mã thập phân Mã BCD Mã thập lục
0 0000 0
1 0001 1
2 0010 2

48
@
64
P
80
\
96
p
112
1 <SOH>
1
<DC1>
17
!
33
1
49
A
65
Q
81
a
97
q
113
2 <STX>
2
<DC2>
18
//

20
$
36
4
52
D
68
T
84
d
100
t
116
5 <ENQ>
5
<NAK>
21
%
37
5
53
E
69
U
85
e
101
u
117
6 <ACK>

119
8 <BS>
8
<CAN>
24
(
40
8
56
H
72
X
88
h
104
x
120
9 <HT>
9
<EM>
25
)
41
9
57
I
73
Y
89
I

91
k
107
{
123
C <FF>
12
<FS>
28
,
44
<
60
L
76
\
92
l
108
l
124
D <CR>
13
<GS>
29
-
45
=
61
M

63
O
79
-
95
o
111
<DEL>
127
Bảng 1.3: bảng mã ASCII
d.Mã GRAY (Mã vòng )
-Là loại mã số được viết theo qui luật vòng tròn 2 mã liên tiếp nhau chỉ sai
khác 1 bit
e.Mã thừa 3(EXCESS - 3)
- Mã thừa 3 là loại mã số sử dụng với số thập phân cộng thêm 3 sau đó
chuyển sang dạng BCD không gói

Hệ D Hệ B Hệ H Hệ O
0 00000 0 0
1 00001 1 1
2 00010 2 2
3 00011 3 3
4 00100 4 4
5 00101 5 5
6 00110 6 6
7 00111 7 7
8 01000 8 10
9 01001 9 11
10 01010 A 12
11 01011 B 13


AA
AAA
AA
=⇒
=⇒=⇒=
=⇒=
010
01
Kết luận: Phủ định 2 lần bằng chính nó
11.1
00.1
111
101
=
=
=+
=+
b.Các định lí cơ bản:
- Ta có biến A bất kì
0.
.
1.
00.
1
0
11
=
=
=

-Phủ định của một tổng bằng tích các phủ định thành phần
CBACBA )( =++
-Phủ định của một tích bằng tổng các phủ dịnh thành phần
) ( CBACBA ++=
4.Các định lí cơ bản của đại số Boolean
)() (.10
9
8
7
)).(()).().(.(6
)_).(( 5
)).(.(4
)).(.(3
.).(.2
).(.1
CBACBBA
BABAA
ABAA
CABACBCABA
CABACBCABA
BACACABA
BACACABA
ABABA
BABAA
ABAA
+=+
+=+
=+
+=++
++=+++


1111 +++=Y
-Để xác định được dạng này phải dựa vào yêu cầu và các điều khiện của bài
toán
b. Biểu diễn dưới dạng hội chuẩn( tích các tổng)
-Là 1 hàm quan hệ của tín hiệu ra với tổ hợp tín hiệu vào là các tích của
nhiều thành phần, mỗi thành phần chứa tổ hợp các biến dưới dạng 1 tổng
c.Biểu diễn dạng bảng trạng thái

- Là 1 cách biểu diễn trực quan mối quan hệ hàm logic giữa tín hiệu ra và
tín hiệu vào. Bảng trạng thái thực chất là 1 ma trận hàng cột, trong đó số cột
bằng tổng số các biến của bài toán, số hàng bằng(2
n
+1). Trong đó n: là số các
biến đầu vàohàng trên cùng của bảng trạng thái ghi tên các biến vào ra dwois
dạng chữ. Các hàm tiếp theo về phía bên trái của bảng trạng thái ghi tổ hợp giá
trị các biến đầu vào dưới dạng số nhị phân theo thứ tự tăng dần từ trên xuống.
Các hàm còn lại thuộc cột bên phải tương ứng với đầu ra ghi giá trị logic của
biến đầu ra. Tương ứng với tổ hợp trạng thái biến đầu vào
Ví Dụ: 3 công tắc A, B, C
⇒
3 biến đầu vào
A, B, C kín
⇔
“1”
A, B, C hở
⇔
“0”
Đèn Y: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt

Ghi giá trị nhị phân tương ứng tọa độ tổ hợp các biến đầu vào.
Ghi giá trị thập phân tương ứng với tọa độ tổ hợp các biến đầu vào.
Ví Dụ: 3 công tắc A, B, C kín= “1”
A, B, C hở= “0”
Đèn Y: Y=1 đèn sáng

Y= 0 đèn tắt
3 biến đầu vào
⇒
2
3
= 8
Cách ghi 1
AB
C 00 01 11 10
0 1 0 0 0
1 1 1 1 0
Cách ghi 2
AB
C
00 01 11 10
0 000 010 110 100
1 001 011 111 101
Cách ghi3
AB
C
00 01 11 10
0 0 2 6 4
1 1 3 7 5
I.5. các phương pháp tối giản hàm logic

ghép phải lớn nhất và tỉ lệ với 2
n
Ví Dụ: 2 ô = 2
1
1 biến bỏ đi
4 ô = 2
2
2 biến bỏ đi
8 ô = 2
3
3 biến bỏ đi
16 ô = 2
4
4 biến bỏ đi
+ Trong số các ô ghép với nhau biến nào có giá trị thay đổi biến đó bỏ đi.
Cứ 2
n
ô ghép với nhau thì bỏ được n biến.
+ 1 ô có thể được ghép nhiều lần với các ô khác nhưng trong mỗi lần ghép
phảI có 1 ô mới.
+ Có thể ghép các ô ở cạnh, ở mép với nhau, ở 4 góc với nhau hoặc các ô
đối xứng nhau.
-Ví dụ:
DCBADCBADCBADCBA
DCBADCBADCBADCBADCBADCBAY++++
+++++=
Dùng bìa Karnough đơn giản hàm lôgic:

1 0 1
1 1 1
3 biến :
+Kí hiệu:

U6A
+Bảng chân lí:
A B C Y
0 0 0 0
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 1
-ý nghĩa: Nếu gọi A,B là các công tắc: Công tắc kín
⇔
A=B=1
Công tắc hở
⇔
A=B=0
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
⇒
Cổng OR tương đương với mạch sau:

A
B
C

0 1 0
1 0 0
1 1 1
3 Biến:
Kí hiệu:
U7A
Bảng chân lý:
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0

A
B
Y
A
B
C
Y
A
B
Y
A
B
Y
U
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0

0 1
1 0
- ý nghĩa: Coi A là một công tắc: A=1 Công tắc kín
A=0 Công tắc hở
Y là đèn: Y=1 đèn sáng
Y=0 đèn tắt
⇒
Ta có mạch sau:

A
B
Y
A Y
A B
u Y

C2
1uF
S6
Khi A đèn Y ngắn mạch
→
Y không sáng
+Khi A hở Y= nguồn
→
Y sáng
- Dạng xung:

II.2.Thiết kế mạch logic
1. Thiết kế mạch logic biết bảng trạng thái
a. Các bước thiết kế

A
Y
YAu
a.Dùng toàn cổng NAND 2 đầu vào:
CACACACAY =+=
Vẽ mạch:

U2A
U1D
U1C
U1B
U1A
b.Dùng toàn cổng NOR 2 đầu vào:
CACACACAY +++=+=
Vẽ mạch :

U4BU4A
U3D
U3C
U3B
U3A
2. Thiết kế mạch logic biết biểu thức logic
a.Công thức (Các bước thiết kế)
- Bước 1: Từ biểu thức logic đã cho ban đầu xác định các biến đầu ra ,đầu
vào, chọn các mức logic cho các biến đó.
- Bước 2:Thiết lập bảng trạng thái biểu diễn mối quan hệ giữa đầu vào và
đầu ra.
- Bước 3:Từ bảng trạng thái xây dựng hàm logic dạng đầy đủ dưới dạng
tổng các tích tương ứng với ngõ ra có trạng thái bằng 1
- Bước 4:Đơn giản hàm bằng các phương pháp đã học.

1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 1
1 1 1 1 1
Ta có hàm logic đầy đủ sau:
DCBADCBADCBADCBADCBADCBAY +++++=
Đơn giản hàm dùng bìa Karnough:
AB
CD
00 01 11 10
00 0 0 1 0
01 0 0 1 0
11 0 1 1 0
10 0 0 1 1

→
DCADCBBAY ++=
Biến đổi hàm dùng toàn cổng NAND:

DCADCBBADCADCBBAY =++=
Vẽ mạch:
U6D
U6CU6B
U6A
U5D
U5C

đèn tẵt: Y =0

A
B
C
D
Y
Ta có bảng trạng thái:
A B C Y
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
Hàm logic đầy đủ là:
CBACBACBACBAY +++=
Đơn giản hàm:
AB
C
00 01 11 10
0 1 0 0 0
1 1 1 0 0
CBBAY +=→
1.Dùng toàn cổng NAND 2 đầu vào:
Biến đổi hàm ta có:
CBBACBBAY =+=
Vẽ mạch:

trạng thái 0 hoặc 1 ở đầu ra
- Một Fip-Flop điển hình bao giờ cũng có 2 đầu ra
Q
và
Q
luôn luôn có giá trị
logic ngược nhau
- Kí hiệu điển hình của Flip-Flop là 1 hình chữ nhật có các đầu vào và 2 đầu ra- Đầu vào đồng bộ là các đầu vào tác động đồng thời với xung CK thường có
các tên gọi: S,R,J,K,T,D.
- Các đầu vào không đồng bộ là đầu vào tác động độc lập với xung CK thường
có các tên gọi: S,R,Pr,CL.
- CK: Là đầu vào tác động liên tục của xung đồng hồ
- Các đầu vào đồng bộ và không đồng bộ tác động ở mức logic :

Mức cao:
Mức thấp:
- Đầu vào CK tác động vào sườn của xung:
+ Tác động vào sườn lên:

Y
Đầu vào không đông bộ
Đầu vào xung CK
Các
đầu
vào
đồng
bộ

1.0 ==→ QQ
→
Không đúng với FF
→
Cấm
S
R
Q
Q
0 0 Cấm
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1
0
Q
0
Q
1.01,0 ==→== QQRS

01.1.1 === QQ
1.00,1 ==→== QQRS

01.1 ==Q
QQQRS ==→== .01,1

QQQ == .1
→
Giữ nguyên trạng tháI trước đó

S

1.01,1 ==→== QQRS

1.0 == QQ
Bảng trạng thái:
S R Q
Q
0 0
0
Q
0
Q
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 Cấm Cấm
⇒
Vẫn tồn tại trạng thái cấm.
- Thêm đầu vào CK:

U6B
U6A
U4B
U4A
CK S R
Q
Q
0 X x
1 0 0
1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 1

1 1 0 1 0
1 1 1 Cấm
+ Có 2 trạng thái được phép giữ nguyên và 1 trạng thái cấm
→
CK: Được gọi là tín hiệu diều khiển hay xung đồng hồ đo được đồng thời các
xung đầu vào R&S

U7B
U7A
U1B
U1A
CK Pr CL S R
Q
Q
x 0 1 x x 1 0
x 1 0 x x 0 1
0 1 1 x x
0
Q
0
Q
1 1 1 0 0
0
Q
0
Q
1 1 1 0 1 0 1
1 1 1 1 0 1 0
1 1 1 1 1 Cấm
Nhận xét: Nhìn vào bảng trạng thái ta thấy quyền ưu tiên cao nhất thuộc