Bài Tập Thực Hành: Tín Hiệu Số & Cổng Logic - Cơ Sở Điện Tử | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Câu 1: Trình bày về tín hiệu số. Nêu một số ứng dụng trong dân dụng hiện nay.
- Tín hiệu số là tín hiệu được sử dụng để biểu diễn dữ liệu dưới dạng một chuỗi
các giá trị rời rạc; tại bất kỳ thời điểm nào, nó chỉ có thể đảm nhận một trong
số các giá trị hữu hạn. Điều này tương phản với một tín hiệu tương tự, đại diện
cho các giá trị liên tục; tại bất kỳ thời điểm nào, tín hiệu tương tự đại diện cho
một số thực trong phạm vi giá trị liên tục.
- Xử lý tín hiệu số có nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ như trong lĩnh vực điện tử y
sinh, trong điều chỉnh động cơ diesel, xử lý thoại, các cuộc gọi điện thoại
khoảng cách xa, xử lý tiếng nói, xử lý âm thanh, và tăng cường chất lượng hình
ảnh và truyền hình. Các công nghệ nén MPEG hay WMV hiện nay đều dựa
trên tiến bộ của công nghệ xử lý tín hiệu số.
Câu 2: Trình bày các cổng logic cơ bản và các thuật toán logic. 1. Cổng NOT
-Định nghĩa: Cổng NOT là một cổng Logic thực hiện thuật toán phủ định Logic tín hiệu đầu vào. -Kí hiệu: -Bảng trạng thái:
Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau. -Biểu thức logic: Q = ´A 2. Cổng AND
-Định nghĩa: Cổng AND là một cổng logic thực hiện thuật toán nhân logic các tín hiệu đầu vào. -Kí hiệu: -Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao.
Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại. -Biểu thức logic: Q = A.B 3. Cổng OR
-Định nghĩa: Cổng OR là một cổng logic thực hiện thuật toán tổng logic các tín hiệu đầu vào. -Kí hiệu: -Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các ngõ vào xuống thấp.
Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp các ngõ vào còn lại. -Biểu thức logic: Q = A + B 4. Cổng NAND
-Định nghĩa: Cổng NAND là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ định
tích logic các tín hiệu đầu vào. -Kí hiệu: -Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0.
Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1. -Biểu thức logic: Y = ´ A . B 5. Cổng NOR
-Định nghĩa: Cổng NOR là một cổng logic thực hiện thuật toán phủ định tổng
logic của các tín hiệu đầu vào. -Kí hiệu: -Bảng trạng thái: Nhận xét:
Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0.
Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá trị 1 -Biểu thức logic: Y = ´ A+B
Câu 3: Tìm hiểu về mạch dãy, mạch đếm. Mạch đếm:
-Mạch đếm hay Counter là một mạch tích hợp thực hiện đếm và chứa số lần
xảy ra sự kiện hoặc quá trình nào đó, thông thường thì có gắn với xung nhịp clock.
-Mạch đếm sử dụng chip 74LS90 đây là chíp đếm thông dụng với 2 bộ đếm 5
và 2 tích hợp sẵn trong chip . Từ 2 bộ đếm này kết hợp với bảng trạng thái
chúng ta có thể reset bộ đếm trong khoảng từ 0 đến 10 . Kết hợp nhiều chip
lại chúng ta có thể đếm đến các số lớn hơn
- IC7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5
+ Bộ chia 2 do input A điều khiển đầu ra QA
+ Bộ chia 5 do input B điều khiển đầu ra QB,QC,QD (trong đó QD có trọng số lớn nhất) Mạch dãy:
- Mạch tuần hoàn là mạch logic có tính chất nhớ, có khâu trễ
- Trạng thái tiếp theo của mạch phụ thuộc vào giá trị của kích thích ở lối vào
và trạng thái hiện tại của mạch
- Mạch tuần tự thường hoạt động đồng bộ theo sự điều khiển của tín hiệu nhịp clock
Câu 4: Tìm hiểu về IC họ TTl và CMOS IC họ TTL
-Transistor-transistor logic hay TTL là một lớp mạch kỹ thuật số được xây
dựng từ các transistor lưỡng cực (BJT) và một số điện trở phụ trợ. Tên gọi
transistor-transistor logic là do nó đảm nhiệm hai chức năng, một là
làm cổng logic (ví dụ AND) và hai là chức năng khuếch đại được các transistor thực hiện - Phân loại
+ TTL ngõ ra cực thu để hở
=> Cấu trúc của một cổng nand 2 ngõ vào và có ngõ ra cực thu để hở
Cổng NAND thường sẽ tốn kém và phức tạp hơn cách cách dùng cổng
NAND cực thu để hở (open colector: CO) mặc dù cả 2 cách đều dùng để thực hiện hàm logic
+ TTL có ngõ ra 3 trạng thái - Đặc tính điện
+ Nguồn nuôi và công suất tiêu tán: Công thức tiêu tán được nói đến để đánh
giá chất lượng của IC, rõ ràng nếu mạch logic nào có nó thấp thì được đánh giá cao
hơn nhưng cũng có một tiêu chuẩn khác cần quan tâm là tốc độ chuyển mạch của cổng
+ Tốc độ chuyển mạch: Tích số tốc độ - công suất càng nhỏ thì cổng càng tốt và
thích hợp với nhiều ứng dụng tốc độ cao hay công suất tiêu tán thấp hay cả hai
+ Tính chống nhiễu: Đôi khi các điện áp và dòng điện vào ra cổng logic đã được
đảm bảo ngoài vùng bất định nhưng mạch vẫn có thể hoạt động sai logic đó là do
ảnh hưởng của nhiễu gồm những từ bên ngoài thâm nhập vào
+ Hệ số tải (số tỏa ra: Fanout): Hệ số tải và các thông số dòng áp vào ra ở trên
được coi là thông số nền tảng để tính toán sự giao tiếp giữa các mạch TTL khác loại *IC họ CMOS
- Cấu tạo: là một cổng NOT gồm một transistor NMOS và một transistor PMOS như hình - Đặc tính kĩ thuật
+ Công suất tiêu thụ: Khi mạch CMOS ở trạng thái tĩnh (không chuyển mạch) thì
công suất tiêu tán PD của mạch rất nhỏ
+ Tốc độ chuyển mạch: Tốc độ chuyển mạch của CMOS thì nhanh hơn hẳn loại
TTL do điện trở đầu ra thấp ở mỗi trạng thái. Tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên khi
tăng nguồn nhưng điều này cũng làm tăng công suất tiêu tán ngoài ra nó cũng còn
ảnh hưởng bởi tải điện dung
+ Tính kháng nhiễu: Về giới hạn nhiễu nói chung là tốt hơn các loại TTL
+ Hệ số tải: Dòng ra của các CMOS khá lớn trong lúc điện trở vào của các
CMOS lại rất lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dòng vào rất nhỏ nên số toả ra rất lớn