HọC VIệN CÔNG nghệ bu chính viễn thông
ThS. Trần thị thúy h - ths. Đỗ mạnh H

(TP 1) Nh xuất bản thông tin v truyền thông
H Nội, 11-2009
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện
tử đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang
lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế kỹ thuật cũng như
đời sống xã hội.

Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS.
Chương 4: Mạch logic tổ hợp.
Chương 5: Mạch logic tuần tự.
Tập 2 gồm:
Chương 6: Mạch phát xung và tạo dạng xung.
Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn.
Chương 8: Cấu kiện logic khả trình (PLD).
Chương 9 : Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL.
Trên c
ơ sở các kiến thức căn bản, giáo trình đã cố gắng tiếp cận
các vấn đề hiện đại, đồng thời liên hệ với thực tế kỹ thuật. Tuy nhiên
do thời gian biên soạn có hạn nên cuốn giáo trình có thể còn những
thiếu sót, rất mong được bạn đọc góp ý. Các ý kiến xin gửi về Bộ môn
Kỹ thuật Điện tử - Khoa Kỹ thuật Điện tử 1 - Họ
c viện Công nghệ
Bưu chính Viễn thông.
Xin trân trọng giới thiệu!

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ALU Arthmetic Logic Unit Đơn vị tính logic và số học
ANSI
American National Standards
Institude
Viện tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ
ASIC
Application Specific Integrated
Circuit
Mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt
BCD Binary Coded Decimal Số thập phân mã hóa theo nhị phân

EEPROM Electrically Erasable ROM
ROM lập trình được và xóa được
bằng điện
EPROM Erasable ROM
ROM lập trình được và xóa được
bằng tia cực tím
FET Field Effect Transistor Tranzito hiệu ứng trường
FPGA Field Programmable Gate Array
Ma trận cổng lập trình được theo
trường.
H High Mức logic cao
I
2
L Integrated Injection Logic Mạch logic tích hợp phun
IC Integrated Circuit Mạch tích hợp
IEEE
Institude of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ thuật Điện và điện tử
ISP In System Programming Lập trình trên hệ thống
L Low Mức logic thấp
Latch Bộ chốt
LCD Liquid Crystal Display Hiển thị tinh thể lỏng
LED Light Emitting Diode Điốt phát quang
LSB Least Significant Bit Bit có ý nghĩa bé nhất
LUT Look Up Table Bảng ánh xạ
Maxterm Thừa số lớn nhất
Minterm Số hạng nhỏ nhất
MOSFET Metal Oxide Semiconductor FET
FET có cực cửa cách ly bằng lớp

SPLD
Simple Programmable Logic
Device
Cấu kiện logic khả trình đơn giản
SRAM Static RAM RAM tĩnh
SSI Small Scale Integrated Mức độ tích hợp trung bình
TTL Transistor – Transistor Logic Cổng logic dùng Tranzito
VLSI Very Large Scale Integrated Mức độ tích hợp rất lớn

i
MỤC LỤC
Lời nói đầu 13
Thuật ngữ viết tắt 15
Chương 1: HỆ ĐẾM 19
1.1 Biểu diễn số 19
1.1.1 Hệ thập phân 20
1.1.2 Hệ nhị phân 21
1.1.3 Hệ 8 (bát phân) và hệ 16 (thập lục phân) 23
1.2 Chuyển đổi cơ số giữa các hệ đếm 26
1.2.1 Chuyển đổi từ hệ cơ số 10 sang các hệ khác 26
1.2.2 Đổi một biểu diễn trong hệ bất kì sang hệ thập phân 29
1.2.3 Đổi các số từ hệ nhị phân sang hệ cơ số 8 và 16 29
1.3 Số nhị phân có dấu 30
1.3.1 Biểu diễn số nhị phân có dấu 30
1.3.2 Các phép cộng và trừ số nhị phân có dấu 31
1.4 Dấu phảy động 33
1.4.1 Biểu diễn theo dấu phảy động 33
1.4.2 Các phép tính với biểu diễn dấu phảy động 36
1.5 Các hệ thống mã nhị phân thông dụng 36
1.5.1 Các dạng mã nhị thập phân (BCD) 36

3.2 Các họ cổng logic 95
3.2.1 Họ DDL 95
3.2.2 Họ RTL 97
iii
3.2.3 Họ DTL (DIODE - TRANZITO - LOGIC) 98
3.2.4 Họ TTL 99
3.2.5 Một số mạch TTL khác 107
3.2.6 Một số mạch Tranzito khác 113
3.2.7 Sơ đồ chân IC của một số cổng logic họ TTL 115
3.2.8 Họ CMOS 117
3.2.9 Một số cổng có đầu ra đặc biệt 124
3.3 Giao tiếp giữa các cổng logic cơ bản
TTL-CMOS và CMOS-TTL 126
3.3.1 Một số đặc điểm của họ TTL và CMOS
khi sử dụng và ghép nối. 126
3.3.2 Giao tiếp giữa TTL và CMOS 128
3.3.3 Giao tiếp giữa CMOS và TTL 130
Tóm tắt
133
Câu hỏi ôn tập 134
Chương 4: MẠCH LOGIC TỔ HỢP 141
4.1 Khái niệm chung 142
4.1.1 Đặc điểm cơ bản của mạch tổ hợp 142
4.1.2 Phương pháp biểu diễn chức năng logic 142
4.2 Phân tích mạch logic tổ hợp 143
4.3 Thiết kế mạch logic tổ hợp 143
4.4 Mạch mã hóa và giải mã 147
4.4.1 Các mạch mã hoá 147
4.4.2 Các bộ giải mã 151
4.4.3 Các bộ biến đổi mã 162

Câu hỏi ôn tập 225
v
Chương 5: MẠCH LOGIC TUẦN TỰ 227
5.1 Khái niệm chung và mô hình toán học 228
5.1.1 Khái niệm chung 228
5.1.2 Mô hình toán học 228
5.2 Phần tử nhớ của mạch tuần tự 229
5.2.1 Các loại trigơ 229
5.2.2 Đầu vào không đồng bộ của trigơ. 243
5.2.3 Chuyển đổi giữa các loại trigơ. 244
5.3 Giới thiệu một số IC Trigơ thông dụng 254
5.3.1 Trigơ JK 254
5.3.2 Trigơ D 254
5.3.3 Trigơ JK. 254
5.4 Phương pháp mô tả mạch tuần tự 255
5.4.1 Bảng 255
5.4.2 Đồ hình trạng thái 257
5.5 Phân tích mạch tuần tự 260
5.5.1 Các bước phân tích mạch tuần tự 260
5.5.2 Phân tích mạch tuần tự đồng bộ 261
5.5.3 Phân tích mạch tuần tự không đồng bộ. 264
5.6 Thiết kế mạch tuần tự 267
5.6.1 Các bước thiết kế mạch tuần tự đồng bộ 267
5.6.2 Các bước thiết kế mạch tuần tự không đồng bộ 268
5.6.3 Thiết kế mạch tu
ần tự từ đồ hình trạng thái. 272
5.6.4 Ví dụ 274
5.6.5 Thiết kế mạch tuần tự từ bảng 281
5.7 Một số ví dụ khác. 283
5.7.1 Mạch tuần tự đồng bộ 283

và khái niệm về dấu phảy ñộng.
1.1 BIỂU DIỄN SỐ
Tính chất quan trọng nhất của một hệ thống số là sử dụng một dãy
các ký tự ñể thể hiện một con số trong hệ. Giá trị của một số ñược thể
hiện thông qua giá trị và vị trí của mỗi ký tự, vị trí này có trọng số tăng
dần tính từ phải qua trái. Số ký tự ñược dùng ñược gọi là cơ số của hệ và
ký hiệu là r. Trọng số của một hệ ñếm bất kỳ sẽ bằng r
i
, với i là một số
nguyên dương hoặc âm.
Trong kỹ thuật số có bốn hệ thống số quan trọng ñược sử dụng:
hệ thập phân, hệ nhị phân, hệ bát phân (hệ tám) và hệ thập lục phân
(hệ mười sáu).
C
C
h
h
ư
ư
ơ
ơ
n
n
g
g1
1


i
10 i
N a 10
=
∑
(1.1)
Trong ñó:
10
N :
biểu diễn bất kì theo hệ 10, a
i
hệ số nhân có giá trị từ 0 ñến 9.
Nếu phần nguyên có n chữ số thì i = (n-1) ÷ 0;
Nếu phần phân số có m chữ số thì i = -1 ÷ -m;
Nếu dùng r thay cho cơ số 10 thì biểu thức (1.1) có dạng tổng
quát cho mọi hệ ñếm.
Biểu diễn số tổng quát:
n 1
i
10 i
i m
N a r
−
=−
=
∑
(1.2)
Ưu ñiểm: Hệ thập phân là hệ phổ biến trên toàn thế giới. ðây là
hệ mà con người dễ nhận biết nhất. Ngoài ra, nhờ có nhiều ký hiệu
nên khả năng biểu diễn của hệ rất lớn, cách biểu diễn gọn, tốn ít thời

Significant Bit) và bit tận cùng bên trái gọi là bit có trọng số lớn nhất
(MSB - Most Significant Bit).
Biểu diễn nhị phân dạng tổng quát:
n 1
i
2 i
i m
N a 2
−
=−
=
∑
(1.3)
Trong ñó: a là hệ số nhân của hệ có giá trị bằng 0 hoặc 1. Các
chỉ số của hệ số ñồng thời cũng bằng lũy thừa của trọng số tương ứng.
Ví dụ:

1 1 0. 0 0
→
số nhị phân phân số
2 1 0 1 2
2 2 2 2 2
− −
→
trọng số tương ứng.
22
Giáo trình ðiện tử số

1.1.2.2. Các phép tính trong hệ nhị phân
a. Phép cộng

10
)
3,750
10
)

1 0 0, 0 1 1
2

+ 1 1, 1 1 0
2

10 0 1
2
(9
10
) (24
10
) 1 1 0 0 0
2
(8,125
10
)

1 0 0 0, 0 0 1
2

b. Phép trừ
Qui tắc trừ hai bit nhị phân cho nhau như sau:
0 - 0 = 0; 1 - 1 = 0; 1 - 0 = 1; 10 - 1 = 1 (mượn 1)


- 1 0, 1 1 0 1
2

0 1 1 1
2(7
10
) (14
10
)

0 1 1 1 0
2
(2,5000
10
)

0 1 0, 1 0 0 0
2

c. Phép nhân
Qui tắc nhân hai bit nhị phân như sau:
0 x 0 = 0; 0 x 1 = 0; 1 x 0 = 0; 1 x 1 = 1
Phép nhân hai số nhị phân cũng ñược thực hiện giống như trong
hệ thập phân.
Chú ý: Phép nhân có thể thay bằng phép dịch trái và cộng liên tiếp.
Ví dụ:

1 1 0 1 1
2(27
10
)
(11
10
)

1 0 1 1, 0
Chương 1: Hệ ñếm
23

d. Phép chia
Phép chia nhị phân cũng tương tự như phép chia số thập phân.
Ví dụ:
1 0 0’ 1
2
1 1
2
- 1 1 1 1
0 0 1 1
- 1 1

0 0 0 0
Trong trường hợp số bị chia nhỏ hơn số chia thì cách thực hiện
giống như ví dụ trên, kết quả thương số chỉ có phần lẻ sau dấu phảy,
mỗi lần thêm một số 0 vào số bị chia cần ghi một số 0 vào thương số

Giáo trình ðiện tử số

b. Các phép tính trong hệ 8
Phép cộng
Phép cộng trong hệ bát phân ñược thực hiện tương tự như trong
hệ thập phân. Khi kết quả của việc cộng hai hoặc nhiều chữ số cùng
trọng số lớn hơn hoặc bằng 8 phải nhớ lên chữ số có trọng số lớn hơn
kế tiếp.
Ví dụ:
a) 127
8

+ 375
8

b)

632
8

+ 553
8
524
8
1405
8
Trong ví dụ a) ta tiến hành cộng như sau: 7 + 5 = 1210; trong

Trong ví dụ a) ta tiến hành trừ như sau: 3 + 8 (mượn ở trọng số
kế tiếp) - 5 = 6; tại trọng số kế tiếp 2 - 7 - 1 + 8 (mượn) = 2; cuối cùng
ta lấy 6 - 3 - 1 = 2.
Thông thường, các phép tính trong hệ bát phân ít ñược sử dụng.
1.1.3.2 Hệ 16
a. Tổ chức của hệ
Hệ 16 hay hệ thập lục phân hay hệ Hexa (Hexadecimal number
systems). Hệ gồm 16 ký hiệu là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D,
E, F nên còn gọi là hệ cơ số 16.
Chương 1: Hệ ñếm
25

Trong ñó:
A = 10
10
, B = 11
10
, C = 12
10
, D = 13
10
, E = 14
10
, F = 15
10
.
Cơ số của hệ là 16, số 16 có thể ñược biểu diễn bằng 2
4
. Do vậy,
ta có thể dùng một từ nhị phân 4 bit (từ 0000 ñến 1111) ñể biểu thị các

4 A, 5
16

+ 3 B, 7
16
F 0 A
16
8 5, C
16
Trong ví dụ a) ta tiến hành cộng như sau: 5 + 5 = 1010 = A16;
sau ñó: 9 + 7 = 16, trong hệ 16 không có số 16 nên ta phải chia 16 cho
16, số dư viết xuống tổng tương ứng với trọng số ñó, thương số nhớ
lên trọng số kế tiếp; tức là 16 : 16 = 1 dư 0, số 0 ñược viết xuống tổng,
số 1 ñược cộng vào trọng số kế tiếp; tại trọng số kế tiếp 6 + 8 + 1(nhớ)
= 1510 = F16;
Phép trừ
Khi trừ một số bé hơn cho một số lớn hơn ta cũng mượn 1 ở cột
kế tiếp bên trái, nghĩa là cộng thêm 16 rồi mới trừ.
a) E 9 5
16

- 8 7 C
16

b)

4 A, 5

9 1 0 0 1 11 9
10 1 0 1 0 12 A
11 1 0 1 1 13 B
12 1 1 0 0 14 C
13 1 1 0 1 15 D
14 1 1 1 0 16 E
15 1 1 1 1 17 F
1.2 CHUYỂN ðỔI CƠ SỐ GIỮA CÁC HỆ ðẾM
1.2.1 Chuyển ñổi từ hệ cơ số 10 sang các hệ khác
ðể thực hiện việc ñổi một số thập phân ñầy ñủ sang các hệ khác
ta phải chia ra hai phần: phần nguyên và phân số.
ðối với phần nguyên:
Ví dụ, ñổi từ hệ thập phân sang hệ nhị phân:
Trong ñẳng thức sau, vế trái là số thập phân, vế phải là số nhị
phân:
Chương 1: Hệ ñếm
27

n n 1 1
10 n n 1 1 0
n 1 n 2
n n 1 1 0
N a 2 a 2 a 2 a
2(a 2 a 2 a ) a
−
−
− −
−
= + + + +
= + + + +

phép chia trước cho 2.
Tương tự như vậy ñể tìm toàn bộ các bit của số nhị phân.
ðối với việc ñổi từ hệ thập phân sang hệ 8 và 16 cũng thực hiện
tương tự như vậy.
Tóm lại: Ta chia liên tiếp phần nguyên của số thập phân cho cơ số
của hệ cần chuyển ñến, số dư sau mỗi lần chia viết ñảo ngược trật tự là
kết quả cần tìm. Phép chia dừng lại khi kết quả lần chia cuối cùng bằng 0.
Ví dụ 1: ðổi số 3510 sang số nhị phân.
35 2 = 17 Dư 1 a
0
17 2 = 8 Dư 1 a
1

8 2 = 4 Dư 0 a
2

4 2 = 2 Dư 0 a
3

2 2 = 1 Dư 0 a
4

1 2 = 0 Dư 1 a
5

Ta có: 35
10
= 100011
2


ðối với phần phân số:
Ví dụ, ñổi từ hệ thập phân sang hệ nhị phân:
Trong ñẳng thức sau, vế trái là số thập phân, vế phải là số nhị phân:
1 2 m
10 1 2 m
N a 2 a 2 a 2
− − −
− − −
= + + + (1.8)
Nhân 2 v
ế
v
ớ
i 2, ta có:
1 2 m 1
10 1 2 3 m
2N a (a 2 a 2 a 2
− − − +
− − − −
= + + + + ) (1.9)
a
-1
tr
ở
thành ph
ầ
n nguyên c
ủ
a ph
ầ

i 2, ta l
ạ
i
ñượ
c a
-2
là ph
ầ
n nguyên c
ủ
a
v
ế
ph
ả
i (c
ủ
a tích s
ố
l
ầ
n th
ứ
2):
1 2 m 2
10 1 2 3 4 m
2[2N a ] a (a 2 a 2 a 2 )
− − − +
− − − − −
− = + + + + (1.11)

n phân s
ố
c
ủ
a h
ệ
th
ậ
p phân sang h
ệ
8 và
16 c
ũ
ng th
ự
c hi
ệ
n t
ươ
ng t
ự
nh
ư
v
ậ
y.
Tóm lại
: Khi chuy
ể
n ph

a h
ệ
c
ầ
n chuy
ể
n
ñế
n, ph
ầ
n nguyên thu
ñượ
c sau m
ỗ
i l
ầ
n nhân, vi
ế
t tu
ầ
n t
ự
là k
ế
t qu
ả

c
ầ
n tìm. Phép nhân d

ng h
ợ
p
phép nhân không h
ộ
i t
ụ
v
ề
0).
Ví dụ 1: ðổ
i s
ố
35,37510 sang s
ố
nh
ị
phân.
Ph
ầ
n nguyên ta v
ừ
a th
ự
c hi
ệ
n
ở
ví d
ụ


0,0 x 2

= 0 Phần nguyªn = 0 a
-4

Kết quả: 0,375
10
= 0,0110
2

Sử dụng phần nguyên ñã có ở ví dụ 1) ta có:
35,375
10
= 100011,0110
2

Ví dụ 2: ðổi số 0,37510 sang hệ 8.
0,375 x 8

= 3,0 Phần nguyªn = 3 a
-1
0,0 x 8

= 0 Phần nguyªn = 0 a
-2

Kết quả : 0,375
10
= 0,3

ế
ph
ả
i s
ẽ
có k
ế
t qu
ả
c
ầ
n tìm. Trong bi
ể
u th
ứ
c
trên,
a
i

và
r
là h
ệ
s
ố
và c
ơ
s
ố

Vì 8 = 2
3

và 16 = 2
4
nên ta ch
ỉ
c
ầ
n dùng m
ộ
t s
ố
nh
ị
phân 3 bit là
ñủ
ghi 8 ký hi
ệ
u c
ủ
a h
ệ
c
ơ
s
ố
8 và t
ừ
nh

ị
phân c
ầ
n
ñổ
i, k
ể
t
ừ
d
ấ
u phân s
ố
sang trái và ph
ả
i thành t
ừ
ng
nhóm 3 bit ho
ặ
c 4 bit. Sau
ñ
ó thay các nhóm bit
ñ
ã phân b
ằ
ng ký hi
ệ
u
t

dấu phảy ñể tiện biến ñổi).
b. ðổi số nhị phân 111110110,01101
2
sang số hệ cơ số 16
Ta phân nhóm và thay thế như sau:
0001 1111 0110 , 0110 1000
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
1 F 6 6 8
Kết quả: 111110110,01101
2
= 1F6,68
16

1.3 SỐ NHỊ PHÂN CÓ DẤU
1.3.1 Biểu diễn số nhị phân có dấu
Có ba phương pháp thể hiện số nhị phân có dấu.
Bảng 1.2: Bảng biểu diễn các số nhị phân có dấu
Số thập ph©n

Biểu diễn theo bit dấu

Biểu diễn theo bï 1

Biểu diễn theo bï 2

-7
1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1
-6
1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0
-5

Ví dụ: + 910 = 0000 1001
2
- 910 = 1000 1001
2
2. Sử dụng phép bù 1
Số dương giữ nguyên trị số, bit dấu là 0; số âm: bit dấu là 1 và
lấy bù 1 các bit trị số. Bù 1 ñược thực hiện bằng cách lấy ñảo của các
bit cần ñược lấy bù.
Ví dụ: + 9
10
= 0000 1001
2
- 9
10
= 1111 0110
2
(bù 1)
3. Sử dụng phép bù 2
Là phương pháp phổ biến nhất. Số dương thể hiện bằng số nhị
phân không bù (bit dấu bằng 0), còn số âm ñược biểu diễn qua bù 2
(bit dấu bằng 1).
Bù 2 ñược thực hiện bằng cách lấy bù 1 cộng 1.
Có thể biểu diễn số âm theo phương pháp bù 2 xen kẽ: bắt ñầu từ
bit LSB, dịch về bên trái, giữ nguyên các bit cho ñến gặp bit 1 ñầu tiên
và lấy bù các bit còn lại. Bit dấu giữ nguyên.
Ví dụ: + 9
10
= 0000 1001
2
; - 9