HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG
IN T S
(Dùng cho sinh viên h đào to đi hc t xa)
Lu hành ni b
HÀ NI - 2006

HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG

Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu di
n hàm
Chng 2: Cng logic TTL và CMOS
Chng 3: Mch logic t hp.
Chng 4: Mch logic tun t.
Chng 5: Mch phát xung và to dng xung.
Chng 6: B nh bán dn.
Do thi gian có hn nên tài liu này không tránh khi thiu sót, rt mong ngi đc góp ý.
Các ý kin xin gi v Khoa K thut in t 1- Hc vin Công ngh Bu chính vin thông.
Xin trân trng cm n.
class="bi x10 y24 w3 hf"
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 3
CHNG 1: I S BOOLE VÀ CÁC PHNG PHÁP BIU
DIN HÀM
GII THIU CHUNG
Trong mch s, các tín hiu thng cho  hai mc đin áp, ví d 0 V và 5 V. Nhng linh
kin đin t dùng trong mch s làm vic  mt trong hai trng thái, ví d transistor lng cc
làm vic  ch đ khóa (tt), hoc thông
Do vy, đ mô t hot đng ca các mch s, ngi ta dùng h nh phân (Binary), hai
trng thái ca các linh kin trong mch đc mã hóa tng ng thành 1 và 0.
M
t b môn đi s đc phát trin t cui th k 19 mang tên chính ngi sáng lp ra nó,
đi s Boole, còn đc gi là đi s logic rt thích hp cho vic mô t mch s. i s Boole là
công c toán hc quan trng đ thit k và phân tích mch s. Các k s, các nhà chuyên môn
trong lnh vc đin t, tin hc, thông tin, điu khin đu cn phi nm vng công c
 này đ có
th đi sâu vào mi lnh vc liên quan đn k thut s.


Hình 1.1

CM  trng
thái Ngt:
A= 0
CM  trng
thái óng:
A=1
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 4
Trong chng này, ta s đ cp đn các tiên đ, đnh lý, các cách biu bin hàm Boole và
mt s phng pháp rút gn hàm. Ngoài ra, chng này cng xét các loi cng logic và các tham
s chính ca chúng.
NI DUNG
1.1 I S BOOLE
1.1.1. Các đnh lý c bn:
STT Tên gi Dng tích Dng tng
1 ng nht X.1 = X X + 0 = X
2 Phn t 0, 1 X.0 = 0 X + 1 = 1
3 Bù
X.X 0




XYZ XYZ



+ Phân phi:

X. Y Z X.Y X.Z  ,




XY.XZ XY.Z
1.2 CÁC PHNG PHÁP BIU DIN HÀM BOOLE
Nh đã nói  trên, hàm logic đc th hin bng nhng biu thc đi s nh các môn toán
hc khác. ây là phng pháp tng quát nht đ biu din hàm logic. Ngoài ra, mt s phng
pháp khác cng đc dùng đ biu din loi hàm này. Mi phng pháp đu có u đim và ng
dng riêng ca nó. Di đây là ni dung ca mt s phng pháp thông dng.
1.2.1 Bng tr
ng thái
Lit kê giá tr (trng thái) mi bin theo tng ct và giá tr hàm theo mt ct riêng (thng
là bên phi bng). Bng trng thái còn đc gi là bng s tht hay bng chân lý.
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 5
cn.
Mun thit lp bng Các nô ca mt hàm đã cho di dng chun tng các tích, ta ch vic
ghi giá tr 1 vào các ô ng vi hng tích có mt trong biu din, các ô còn li s ly giá tr 0 (theo
đnh lý DeMorgan). Nu hàm cho di dng tích các tng, cách làm cng tng t, nhng các ô
ng vi hng tng có trong biu din li ly giá tr 0 và các ô khác ly giá tr 1.
1.2.3 Phng pháp đi s
Có 2 dng biu din là dng tuyn (tng các tích) và dng hi (tích các tng).
+ Dng tuyn: Mi s hng là mt hng tích hay mintex, thng kí hiu bng ch "m
i
".
+ Dng hi: Mi tha s là hng tng hay maxtex, thng đc kí hiu bng ch "M
i
".
Nu trong tt c mi hng tích hay hng tng có đ mt các bin, thì dng tng các tích hay tích
các tng tng ng đc gi là dng chun. Dng chun là duy nht.
Tng quát, hàm logic n bin có th biu din ch bng mt dng tng các tích:

n
21
n1 0 i i
i0
f X , ,X a m






m A


0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1



fABACBCAA
AB ABC AC ABC
AB AC
 
 


Vy nu trong tng các tích, xut hin mt bin và đo ca bin đó trong hai s hng khác
nhau, các tha s còn li trong hai s hng đó to thành tha s ca mt s hng th ba thì s
hng th ba đó là tha và có th b đi.
1.3.2 Phng pháp bng Các nô
Phng pháp này thng đc dùng đ rút gn các hàm có s bin không vt quá 5.
Các bc ti thi
u hóa:
1. Gp các ô k cn có giá tr ‘1’ (hoc ‘0’) li thành tng nhóm 2, 4, , 2
i
ô. S ô trong
mi nhóm càng ln kt qu thu đc càng ti gin. Mt ô có th đc gp nhiu ln trong các
nhóm khác nhau. Nu gp theo các ô có giá tr ‘0’ ta s thu đc biu thc bù ca hàm.
2. Thay mi nhóm bng mt hng tích mi, trong đó gi li các bin ging nhau theo dòng
và ct.
3. Cng các hng tích mi li, ta có hàm đã ti gin.
Ví d: Hãy dùng bng Các nô đ gin c hàm :
 
f A, B,C 1, 2, 3, 4, 5


Li gii:

fABBC
1.3.3. Phng pháp Quine Mc. Cluskey
Phng pháp này có th ti thiu hóa đc hàm nhiu bin và có th tin hành công vic
nh máy tính.
Các bc ti thiu hóa:
1. Lp bng lit kê các hng tích di dng nh phân theo tng nhóm vi s bit 1 ging
nhau và xp chúng theo s bit 1 tng dn.
2. Gp 2 hng tích ca mi cp nhóm ch khác nhau 1 bit đ to các nhóm mi. Trong mi
nhóm mi, gi li các bin ging nhau, bin b
 đi thay bng mt du ngang (-).
Lp li cho đn khi trong các nhóm to thành không còn kh nng gp na. Mi ln rút gn,
ta đánh du # vào các hng ghép cp đc. Các hng không đánh du trong mi ln rút gn s
đc tp hp li đ la chn biu thc ti gin.
Ví d. Hãy tìm biu thc ti gin cho hàm:




f A, B,C,D 10, 11, 12, 13, 14, 15


Gii: Bc 1: Lp bng (bng 1.3a):
Bng a Bng b
Hng tích
đã sp xp
Nh phân
A B C D
Rút gn ln đu.
A B C D
Rút gn ln th 2.
8
Tip tc lp bng la chn đ tìm hàm ti gin (Bng 1.4):

A BCD
10 11 12 13 14 15
1 1 - -
1 - 1 -

x

x
x

x

x
x
x
x
Bng 1.4
T bng 1-4, ta nhn thy rng 4 ct có duy nht mt du "x" ng vi hai hng 11 và 1-1
Do đó, biu thc ti gin là :

f A,B,C,D AB AC
1.4 CNG LOGIC VÀ CÁC THAM S CHÍNH
Cng logic c s là mch đin thc hin ba phép tính c bn trong đi s logic, vy ta s
có ba loi cng logic c s là AND, OR và NOT.
1.4.1 Cng logic c bn

&
B
f
f &
A
B
C
D
E
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 9
A B f A B f
0 0 0 L L L
0 1 0 L H L
1 0 0 H L L
1 1 1 H H H

a) Ghi theo giá tr logic b) Ghi theo mc logic
Bng 1.5a,b. Bng trng thái mô t hot đng ca cng AND 2 li vào.
Theo qui c, logic 1 đc thay bng mc đin th cao, vit tt là H (High) còn logic 0
đc thay bng mc đin th thp, vit tt là L (Low) (bng 1-5b). Cng AND có n li vào s có
2
n
hng tích (dòng) trong bng trng thái.
Khi tác đng ti li vào các chui xung s xác đnh, đu ra cng s xut hin mt chui

1
1
Li vào A
Li ra f
t
t
0
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
8
t
9
t
10

1.4.1.2 Cng OR
Cng OR thc hin hàm logic:


fA,B A B


hoc vi hàm nhiu bin:

f A, B,C,D A B C D


Ký hiu ca cng OR đc biu din  Hình 1-6a, b.
a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-6 a, b. Ký hiu ca cng OR.
Tng t nh cng AND, nguyên lý hot đng ca cng OR có th đc gii thích thông
qua bng trng thái (Bng 1.6a,b) và đ th dng xung - hình 1-7.
A B f A B f
0
0
1
1
0
1

B
F
A
B
F
E
F
A
C
D
B
A

1
B
F
C
D
E
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 11


H
H
L
a) Theo giá tr logic b) Theo mc logic
Bng 1.7a, b. Bng trng thái ca cng NOT.
1.4.2 Logic dng và logic âm
Logic dng là logic có đin th mc H luôn ln hn đin th mc L (Hình 1-10).

f
B
t
t
0
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
8
t
Hình 1-10a,b.  th dng xung ca logic dng
Logic âm thì ngc li, logic 1 có đin th thp hn mc 0. Khái nim logic âm thng
đc dùng đ biu din tr các bin. Logic âm và mc âm ca logic là hoàn toàn khác nhau.
2.4.3 Mt s cng ghép thông dng
Khi ghép ba loi cng logic c bn nht s thu đc các mch logic t đn gin đn phc
tp. 
đây ta ch xét mt vài mch ghép đn gin nhng rt thông dng.
1.4.3.1 Cng NAND
Ghép ni tip mt cng AND vi mt cng NOT ta đc cng NAND (Hình 1-11). Hình 1-11. S đ cu to cng NAND
Hàm ra ca cng NAND 2 và nhiu bin vào nh sau:
fAB
f ABCD



Ký hiu cng NAND (Hình 1-12a,b) và bng trng thái (Bng 1-8).

a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-12a,b. Ký hiu ca cng NAND

0 1 1
0 0 1 0
1 1 1 0
0 1
0

t
V
H
L
0
a) Logic dng vi mc dng.
b) Logic dng vi mc âm.
A
B
AB
fAB

Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 13
Bng 1.8a,b. Bng trng thái ca cng NAND
1.4.3.2 Cng NOR

H
H
L
H
L
H
H
L
L
L

Bng 1.9a, b. Bng trng thái ca cng NOR 2 li vào.
2.4.3.3 Cng khác du
Cng khác du còn có mt s tên gi khác: cng Cng Modul-2, cng XOR.
A
B
f
A
1
B
f
A B f
0
0
1
1
0
1
0
1
Hình 1-15. S đ ca cng XOR 2 li vào

T hình 1-15, ta có biu thc ca hàm khác du 2 li vào là:

fAB AB hay theo qui c fAB


Ký hiu ca cng XOR 2 li vào nh hình 1-16a, b.
a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-16a, b. Ký hiu ca cng XOR 2 li vào
Bng trng thái ca cng XOR hai li vào đc trình bày  bng 1.10a,b.

A B F A B F
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0

A
B

f
A
B
fABAB



B
AB
AB
A
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 15
a) Theo tiêu chun ANSI b) Theo tiêu chun IEEE
Hình 1-17. Ký hiu ca cng XNOR 2 li vào
Nu tng s bit 0 trên tt c các li vào là mt s l, thì hàm ra ca XNOR s ly logic 1.
Nu tng s bit 0 trên tt c các li vào là mt s chn, thì hàm ra li ly logic 0.
XOR và XNOR là hai loi cng có rt nhiu ng dng trong k thut s. Chúng là phn t
chính hp thành b cng, tr , so sánh hai s
 nh phân v.v
1.4.4 Các tham s chính
1.4.4.1 Mc logic

5v
4v
3v
2v
1v
0v
V
VHmax
V
VHmin
V
VLma
0,8v
V
RHmax
V
VHmax
V
RHmax
V
RHmin
V
RLmax
V
VHmin
V
VLma
V
RHmin
V

16
+ Mc vào ra s nh hng đn đ phòng v nhiu ca cng.
1.4.4.2  chng nhiu
 chng nhiu (hay đ phòng v nhiu) là mc nhiu ln nht tác đng ti li vào hoc li
ra ca cng mà cha làm thay đi trng thái vn có ca nó.
a) Tác đng nhiu khi mc ra cao b) Tác đng nhiu khi mc ra thp
Hình 1-20a, b, Mô t tác
đng nhiu đn các cng logic
nh hng ca nhiu có th phân ra hai trng hp :
+ Nhiu mc cao: đu ra cng I ly logic H (hình 1-20a), tt nhiên, đu ra cng II là logic
L, nu các cng vn hot đng bình thng. Khi tính ti tác đng ca nhiu, ta có:
RHmin NH VHmin NH VHmin RHmin
VVV VVV  
Vi cng TTL:
NL
V 2V 2,4V 0,4V 
Vi cng CMOS:
NL
V3,5V4,9V1,4V
+ Nhiu mc thp: đu ra cng I ly logic L (hình 1-20b), tng t ta có:
RLmax NL VLmax NL VLmax RLmax
VVV VVV  
Vi cng TTL:
NL

TT
TT
Cng I Cng II
V
VH
V
RH

V
RL
V
VL
V
NL
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 17
a) Mc ra ca cng chu ti là H b) Mc ra ca cng chu ti là L
Hình 1-21a,b. Mô t v h s ghép ti.
1.4.4.4. Công sut tiêu th

Hình 1-23. Minh ho tr truyn lan ca tín hiu
Vào
Ra
Vào
Ra
t
THL
t
TLH
H
+Vcc
I
CCH
L
H
L
+Vcc
I
CCL
H
H
A
B
Cng chu ti

cc đi càng thp.
TÓM TT
Trong chng 2 chúng ta gii thiu v các phng pháp biu din và rút gn hàm Boole.
Ngoài ra còn gii thiu mt s cng logic thông dng và các tham s chính ca chúng.
CÂU HI ÔN TP
Bài 1.1 Rút gn hàm sau theo phng pháp dùng bng Karnaugh:
1. F (A, B, C) =  (0, 2, 4, 6,7).
a.
AB C
b.
AB C
c.
AB C
d.
AB C
2. F (A, B, C, D) =  (0, 1, 8, 9, 10)
a.
BC D

b.
BC ABD
c.
BC ABD
d.
BC ABD
1.2 Rút gn hàm sau theo phng pháp đi s
1.
CD CD .AC D
a. CD
b.


1.4 Hai mch đin  hình di đây là tng đng a. Do đu bng A+B
b. Do đu bng B
c. Do đu bng AB
d. Do đu bng A+AB
Bài 1.5 Phân tích ý ngha các tham s chính ca các h cng logic.
Bài 1.6 Trình bày v đ phòng v nhiu ca các h cng logic? Tính đ phòng v nhiu ca
mt cng logic h TTL, bit V
VL
= 0 V  0,8 V, V
VH
= 2,0 V  5,0 V, V
RL
= 0 V  0,4 V, V
RH
=
2,4 V  5,0 V?
a.
NH NL
V 0.4V, V 0.4
b.
NH NL
V 0.4V, V 0.4 
c.
NH NL
V 0.4V, V 0.4
d.


A
B
F
A
B
B
A
Chng 1: i s Boole và các phng pháp biu din hàm 20
b. AB (A  B  C) = ABC
c. A  B  C = A B C
Bài 1.10 Lit kê 3 phn t logic c bn trong k thut s?
a. AND, OR và NOT
b. NAND, AND và NOT
c. AND, NOR và NAND
d. AND, OR và XNOR

Bài 1.11 Phn t logic AND 2 li vào cho đu ra bng 1 khi các đu vào là bao nhiêu?
a. 0 và 0
b. 0 và 1
c. 1 và 0
d. 1 và 1

Bài 1.12 c biu thc A+B nh th nào?
a. A AND B
b. A XOR B
c. A OR B

các mch logic MOS. Các h mch logic MOS là:
 PMOS.
 NMOS.
 CMOS
Trong chng 2 s trình bày các h cng logic ch yu và đc dùng ph
bin hin nay.
Phn cui ca chng trình bày mt s mch cho phép giao tip gia các h logic TTL và CMOS.
Chng 2: Cng logic TTL và CMOS 22
NI DUNG
2.1. CÁC H CNG LOGIC
2.1.1. H DDL
DDL (Diode Diode Logic) là h cng logic do các diode bán dn to thành. Hình 2-1a,b là
s đ cng AND, OR 2 li vào h DDL.

Hình 2-1. Mch đin cng AND và OR h DDL.
Bng trng thái sau th hin nguyên lý hot đng ca mch thông qua mc đin áp vào/ra
ca các cng AND và OR h DDL
AND OR
A (V) B (V) F (V) A (V) B (V) F (V)
0 0 0,7 0 0 0
0 3 0,7 0 5 4,3
3 0 0,7 5 0 4,3
3 3 4,7 5 5 4,3
Bng 2-1. Bng trng thái ca cng AND và OR h DDL
u đim ca h DDL:
 Mch đin đn gin, d to ra các cng AND, OR nhiu li vào. u đim này cho
phép xây dng các ma trn diode vi nhiu ng dng khác nhau;


f A B
b) Cng OR

Chng 2: Cng logic TTL và CMOS 23
  phòng v nhiu thp (V
RL
ln) ;
 H s ghép ti nh.
 ci thin đ phòng v nhiu ta có th ghép ni tip  mch ra mt diode. Tuy nhiên,
khi đó V
RH
cng b st đi 0,6V.
2.1.2. H DTL
 thc hin chc nng đo, ta có th đu ni tip vi các cng DDL mt transistor công
tác  ch đ khoá. Mch cng nh th đc gi là h DTL (Diode Transistor Logic). Ví d, hình
2-2a, b là các cng NOT, NAND thuc h này.


y
li ra trên collector ca transistor s  mc cao. Do li ra này đc ni lên ngun +5 V thông qua
diode D nên giá tr đin áp li ra lúc này khong 5,7 V, nhn mc logic cao. Khi đin áp li vào là
5 V do hai đin tr li vào có giá tr ln lt là 1 k và 10 k, nên đin áp ti base s đ ln đ làm
transistor thông làm cho đin áp li ra là 0 V. Nh vy logic li ra s là đo ca logic ca tín hiu
li vào.
Tng t
nh mch hình 2-3, nu mt đin tr đc ni thêm  li vào nh hình 2-4 sau
mch s tr thành mch NOR h RTL.

5k
Q
1
2k
f
+5V
D3
D1
4k
+5V
D2
A
D4
B

5k
Q
1

2k