Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Đặng Ngọc Khoa

11
KỸ THUẬT SỐ
(Digital Electronics)
Th.S Đặng Ngọc Khoa
Khoa Điện - Điện Tử
2
Nội dung môn học
„ Chương 1: Một số khái niệm mở đầu
„ Chương 2: Hệ thống số
„ Chương 3: Các cổng logic và đại số Boolean
„ Chương 4: Mạch logic
„ Chương 5: Flip-Flop
„ Chương 6: Mạch số học
„ Chương 7: Bộ đếm và thanh ghi
„ Chương 8: Đặc điểm của các IC số
„ Chương 9: Các mạch số thường gặp
„ Chương 10: Kết nối với mạch tương tự
„ Chương 11: Thiết bị nhớ
23
Giáo trình và tài liệu tham khảo
„ Bài giảng – Th.S Đặng Ngọc Khoa
„ Kỹ thuật số - Nguyễn Thúy Vân, NXB.KHKT
„ Kỹ thuật số 1 - Nguyễn Như Anh, NXB. ĐHQG
„ Digital Systems: Principles and Applications –
Ronald J.Tocci, Prentice-Hall
4
Chương 1
Một số khái niệm mở đầu
Th.S Đặng Ngọc Khoa
Khoa Điện - Điện Tử
35
Mô tả số học
„ Tín hiệu analog (tương tự) là tín hiệu có
giá trị thay đổi một cách liên tục
„ Tín hiệu digital (số) là tín hiệu có giá trị
thay đổi theo những bước rời rạc.
„ Analog == Tương tự.
„ Digital == Rời rạc (step by step)
6
Tín hiệu analog và digital
Tín hiệu analog Tín hiệu digital
47
„ Những đại lượng sau đây là analog hay 
digital?
„ Công tắc 10 trạng thái
„ Dòng ngõ ra của một thiết bị điện.
„ Nhiệt độ phòng.
„ Tốc độ của một môtơ điện.
„ Nút điều chỉnh âm thanh của radio.
Ví dụ 1.1
Digital
Analog
Analog
Analog
Analog
8
Hệ thống số
„ Hệ thống số là một kết hợp của các thiết
bị được thiết kế để làm việc với các đại
lượng vật lý được miêu tả dưới dạng số.
„ Ví dụ: máy vi tính, máy tính tay, các thiết
bị audio/video số, điện thoại số, truyền
hình kỹ thuật số
59
Ưu điểm của kỹ thuật số
„ Nhìn chung, hệ thống số dễ thiết kế.
„ Các thông tin được lưu trữ dễ dàng.
„ Độ chính xác cao.
„ Có thể lập trình hoạt động của hệ thống.
„ Các mạch số ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu.
„ Nhiều mạch số có thể được tích hợp vào
trong một IC.
10
Hạn chế của kỹ thuật số
„ Trong thực tế phần lớn các đại lượng là
analog.
„ Để xử lý tín hiệu analog, hệ thống cần
thực hiện theo ba bước sau:
„ Biến đổi tín hiệu analog ngõ vào thành tín
hiệu số (analog-to-digital converter, ADC)
„ Xử lý thông tin số
„ Biến đổi tín hiệu digital ở ngõ ra thành tín
hiệu analog (digital-to-analog converter,DAC)
611
Một số ví dụ về hệ thống số
12
Hệ thống điều khiển nhiệt độ
713
Đĩa CD (Compact Disk)
„ Âm thanh của các nhạc cụ và tiếng hát sẽ
tạo ra một tín hiệu điện áp analog trong
microphone.
„ Tín hiệu analog này sẽ được biến đổi
thành dạng số.
„ Thông tin số sẽ được lưu trữ trong đĩa CD
„ Trong quá trình playback, máy CD nhận
thông tin số từ đĩa CD và biến đổi thành
tín hiệu analog, sau đó khuếch đại và đưa
ra loa.
14
Lựa chọn giữa digital & analog
„ Hệ thống số phải thêm vào 2 bộ ADC và
DAC (phức tạp, tốn kém)
„ Hệ thống số yêu cầu thêm thời gian cho
các quá trình biến đổi (hạn chế tốc độ)
„ Trong phần lớn các ứng dụng, hệ thống
số thường được ưu tiên ứng dụng do các
ưu điểm của nó.
„ Mạch analog được sử dụng dễ dàng cho
quá trình khuếch đại tín hiệu.
Kết hợp giữa analog và digital
815
Giá trị điện áp trong Digital
„ Binary 1: Điện áp từ 2V đến 5V
„ Binary 0: Điện áp từ 0V đến 0.8V
„ Not used: Điện áp từ 0.8V đến 2V, vùng
này có thể gây ra lỗi trong mạch số.
16
Mạch số
„ Mạch số phải được thiết kế để điện áp
ngõ ra nằm trong khoảng logic 0 hoặc
logic 1
„ Một mạch số làm việc với các giá trị ngõ
vào là logic 0 hoặc 1 mà không quan tâm
đến giá trị điện áp thực tế.
„ Mỗi một mạch số tuân theo một tập hợp
các quy luật logic nhất định.
917
Mạch số tích hợp
„ Phần lớn các mạch số được tích hợp trong
IC.
„ Một số kỹ thuật chế tạo IC
„ TTL
„ CMOS
„ Những họ IC này sẽ được đề cập trong
chương 8.
18
„ Truyền song song
„ Truyền nối tiếp
Truyền song song & nối tiếp
10
19
Bộ nhớ
20
Bộ nhớ
„ Trạng thái của mạch có thể được lưu trữ
sau khi chấm dứt tín hiệu ngõ vào.
„ Thuộc tính lưu giá trị của nó tương ứng
với thiết bị nhớ nên được gọi là bộ nhớ
(memory)
„ Bộ nhớ thường được làm từ các mạch
Latches (chốt) hoặc Flip-Flop.
11
21
Các phần chính của máy tính
22
Câu hỏi?
11
Chương 2
Hệ thống số
Th.S Đặng Ngọc Khoa
Khoa Điện - Điện Tử
2
Định nghĩa
„ Một hệ thống số bao gồm các ký tự trong
đó định nghĩa các phép toán cộng, trừ, 
nhân, chia. 
„ Hệ cơ số của một hệ thống số là tổng ký
tự có trong hệ thống số đó.
„ Trong kỹ thuật số có các hệ thống số sau
đây: Binary, Octal, Decimal, Hexa-
decimal.
23
Định nghĩa (tt)
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 , 9
A, B, C, D, E, F
16Hexa-decimal
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 78Octal
0, 12Binary
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 , 910Decimal
Các ký tự có trong hệ thốngCơ sốHệ thống số
4
Hệ thống số thập phân
„ Hệ thống số thập phân có phân bố các
trọng số như sau:
. 10-210-1100101102103104
Trọng số 102
Trọng số 101
Trọng số 100 Trọng số 10
-1
Trọng số 10-2
Dấu thập phân
35
„ Ví dụ: phân tích số thập phân 2745.21410
„ 2745.21410 = 
(2 x 103) + (7 x 102) + (4 x 101) + 
(5 x 100) + (2 x 10-1) + (1 x 10-2) +
(4 x 10-3) 
Hệ thống số thập phân (tt)
103 102 101 100 10-1 10-2 10-3
Dấu thập phân
412.5472
Most significant digit (MSL) Least significant digit (LSD)
6
Hệ thống số nhị phân
„ Hệ thống số nhị phân có phân bố các
trọng số như sau:
. 2-22-12021222324
Trọng số 22
Trọng số 21
Trọng số 20 Trọng số 2
-1
Trọng số 2-2
Dấu phân số
47
„ Ví dụ: phân tích số nhị phân 1011.1012
„ 1011.1012 = 
(1 x 23) + (0 x 22) + (1 x 21) + 
(1 x 20) + (1 x 2-1) + (0 x 2-2) +
(1 x 2-3) = 
Hệ thống số nhị phân (tt)
23 22 21 20 2-1 2-2 2-3
Dấu phân số
101.1101
Most significant bit (MSB) Least significant bit (LSB)
11.62510
8
„ Cộng hai bit nhị phân
Phép cộng nhị phân
1011
101
110
000
A + BBA
59
„ Cộng hai số nhị phân không dấu
Phép cộng nhị phân (tt)
(9)1001
(6)+110
(3)11a)
(6.125)110.001
(2.750)+10.110
(3.375)11.011b)
10
„ Nhân 2 bit nhị phân
Phép nhân nhị phân
111
001
010
000
A x BBA
611
„ Nhân 2 số nhị phân
Phép nhân nhị phân
1110
x 1011
1110
1110
0000
1110
10011010
12
„ Trong trường hợp cần thể hiện dấu, số
nhị phân sử dụng 1 bit để xác định dấu.
„ Bit này thường ở vị trí đầu tiên
„ Bit dấu bằng 0 xác định số dương.
„ Bit dấu bằng 1 xác định số âm.
Số nhị phân có dấu
713
„ Số nhị phân 6 bit có dấu
Số nhị phân có dấu
0 1 1 0 1 0 0 
A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
Bit dấu (+) Giá trị = 5210
1 1 1 0 1 0 0 
A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
Bit dấu (-) Giá trị = -5210
14
Bội trong hệ nhị phân
„ Để đo lường dung lượng của bộ nhớ, đơn
vị Kilo, Mega, Giga được sử dụng
GGiga230
MMega220
KKilo210
Ký hiệuĐơn vịBội
1073741824
1048576
1024
Giá trị
815
Bội trong hệ nhị phân
„ Ví dụ
/230 =
16
Hệ thống số bát phân
„ Hệ thống số bát phân có phân bố các
trọng số như sau:
„ Ví dụ: phân tích số bát phân 3728
3728 = (3 x 82) + (7 x 81) + (2 x 80)
= (3 x 64) + (7 x 8) + (2 x 1)
= 
. 8-28-18081828384
25010
917
Hệ thống số thập lục phân
„ Hệ thống số thập lục phân có phân bố các
trọng số như sau:
„ Ví dụ: phân tích số thập lục phân 3BA16
3BA16 = (3 x 162) + (11 x 161) + (10 x 160)
= (3 x 256) + (11 x 16) + (10 x 1)
= 
. 16-216-1160161162163164
95410
18
Mã BCD (Binary coded decimal)
„ Mỗi chữ số trong một số thập phân được
miêu tả bằng giá trị nhị phân tương ứng.
„ Mỗu chữ số thập phân sẽ được miêu tả
bằng 4 bit nhị phân.
0111
7
1000
8
1001
9
0110010101000011001000010000
6543210
10
19
Mã BCD
„ Ví dụ hai số thập phân 847 và 943 được miêu
tả bởi mã BCD như sau:
011101001000
↓↓↓
748
001101001001
↓↓↓
349
20
So sánh BCD và Binary
„ Mã BCD sử dụng nhiều bit hơn nhưng quá
trình biếnn đổi đơn giản hơn
(BCD)0001 0011 011113710=
(Binary)10001001213710=
11
21
Bảng chuyển đổi
1000 0101F17111115
1000 0100E16111014
1000 0011D15110113
1000 0010C14110012
1000 0001B13101111
1000 0000A12101010
100191110019
100081010008
0111771117
0110661106
0101551015
0100441004
001133113
001022102
000111011
00000000
BCDHexadecimalOctalBinaryDecimal
22
Sử dụng bit Parity để phát hiện lỗi
„ Trong quá trình truyền dữ liệu nhị phân, 
nhiễu có thể gây nên những lỗi trên
đường truyền.
„ Phương pháp đơn giản để phát hiện lỗi là
sử dụng bit Parity
12
23
Sử dụng bit Parity để phát hiện lỗi
„ Trong phương pháp này, một bit mở rộng
sẽ được thêm vào, bit mở rộng được gọi
là bit Parity
24
Sử dụng bit Parity để phát hiện lỗi
„ Giá trị của bit Parity phụ thuộc vào phương
pháp sử dụng và số bit 1 trong khung dữ
liệu.
„ Phương pháp Parity chẵn: tổng số bit 1 trong
khung dữ liệu (kể cả bit parity) phải là số chẵn.
„ Dữ liệu 1 0 1 1, bit parity thêm vào 1 1 0 1 1
„ Phương pháp Parity lẻ: tổng số bit 1 trong
khung dữ liệu (kể cả bit parity) phải là số lẻ.
„ Dữ liệu 1 1 1 1, bit parity thêm vào 1 1 1 1 1
13
25
Biến đổi giữa các hệ cơ số
Hexadecimal
Decimal Octal
Binary
26
Binary Æ Decimal
Cách thực hiện:
„ Nhân mỗi bit với trọng số 2n của nó
„ Cộng các kết quả lại với nhau
Binary Decimal
14
27
Binary Æ Decimal (tt)
„ Ví dụ: biến đổi (10101101)2 sang thập phân
Binary 1 0 1 0 1 1 0 1 
Giá trị
xxxxxxxx
2021222324252627
128 + 32 + 8 + 4 + 1Kết quả
17310
28
Decimal Æ Binary
Cách thực hiện:
„ Chia 2 lấy phần dư
„ Số dư đầu tiên là bit LSB (least significant bit)
„ Số dư cuối cùng là bit MLB (most significant bit)
Decimal Binary
15
29
Decimal Æ Binary
„ Ví dụ: biến đổi 6710 sang nhị phân
Bước 1: 67 / 2 = 33 dư 1
Bước 2: 33 / 2 = 16 dư 1
Bước 3: 16 / 2 = 8 dư 0
Bước 4: 8 / 2 = 4 dư 0
Bước 5: 4 / 2 = 2 dư 0
Bước 6: 2 / 2 = 1 dư 0
Bước 7: 1 / 2 = 0 dư 1
1 0 0 0 0 1 12
30
Octal Æ Binary
Cách thực hiện:
„ Biến mỗi ký tự số trong Octal thành 3 bit nhị
phân tương ứng.
Octal Binary
111110101100011010001000Binary
76543210Octal
16
31
Octal Æ Binary (tt)
„ Biến đổi 4728 sang hệ nhị phân
„ Biến đổi 54318 sang hệ nhị phân
010111100
↓↓↓
274
001011100101
↓↓↓↓
1345
1011000110012
1001110102
32
Hexa Æ Binary
Cách thực hiện:
„ Biến mỗi ký tự số
trong Hexa thành 4 bit 
nhị phân tương ứng.
111115F
111014E
110113D
110012C
101111B
101010A
100199
100088
011177
011066
010155
010044
001133
001022
000111
000000
BinaryDecimalHexa
Hexa
Binary
17
33
Hexa Æ Binary (tt)
„ Biến đổi 47C16 sang hệ nhị phân
„
„ Biến đổi 10AF16 sang hệ nhị phân
110001110100
↓↓↓
C74
1111101000000001
↓↓↓↓
FA01
10000101011112
100011111002
34
Decimal Æ Octal
Cách thực hiện:
„ Chia 8 lấy phần dư
„ Số dư đầu tiên là LSD (least significant digit)
„ Số dư cuối cùng là MLD (most significant digit)
Decimal Octal
18
35
Decimal Æ Octal (tt)
„ Ví dụ: biến đổi 123410 sang bát phân
Bước 1: 1234 / 8 = 154 dư 2
Bước 2: 154 / 8 = 19 dư 2
Bước 3: 19 / 8 = 2 dư 3
Bước 4: 2 / 8 = 0 dư 2
2 3 2 28
36
Decimal Æ Hexa
Cách thực hiện:
„ Chia 16 lấy phần dư
„ Số dư đầu tiên là LSD (least significant digit)
„ Số dư cuối cùng là MLD (most significant digit)
Decimal Hexa
19
37
Decimal Æ Hexa (tt)
„ Ví dụ: biến đổi 466010 sang thập lục phân
Bước 1: 4660 / 16 = 291 dư 4
Bước 2: 291 / 16 = 18 dư 3
Bước 3: 18 / 16 = 1 dư 2
Bước 4: 1 / 16 = 0 dư 1
1 2 3 416
38
Binary Æ Octal
Cách thực hiện:
„ Bắt đầu từ bên trái, nhóm số nhị phân thành
các nhóm 3 bit
„ Biến đổi mỗi nhóm 3 bit thành một số Octal
Binary Octal
20
39
Binary Æ Octal (tt)
„ Ví dụ: biến đổi 10110101112 sang Octal
13278
1 011 010 111
10110101112 = 
7231
40
Binary Æ Hexa
Cách thực hiện:
„ Bắt đầu từ bên trái, nhóm số nhị phân thành
các nhóm 4 bit
„ Biến đổi mỗi nhóm 4 bit thành một số Hexa
Binary Hexa
21
41
Binary Æ Hexa (tt)
„ Ví dụ: biến đổi 101011010101110011010102
sang Hexa
56AE6A16
101 0110 1010 1110 0110 1010
101011010101110011010102 = 
A6EA65
42
Octal Æ Hexa
Cách thực hiện:
„ Biến đổi số Octal thành số Binary
„ Biến đổi số Binary thành số Hexa
Octal Hexa
22
43
Octal Æ Hexa (tt)
„ Ví dụ: biến đổi 10768 sang Hexa
110111000001
↓↓↓↓
6701
23E16
E32
10768 = 
44
Hexa Æ Octal
Cách thực hiện:
„ Biến đổi số Hexa thành số Binary
„ Biến đổi số Binary thành số Octal
Hexa Octal
23
45
Hexa Æ Octal (tt)
„ Ví dụ: biến đổi 1F0C16 sang Octal
1100000011110001
↓↓↓↓
C0F1
1741481F0C16 = 
41471
46
Bài tập - Biến đổi 1
„ Thực hiện các phép biến đổi sau:
1AF
703
1110101
33
HexaOctalBinaryDecimal
24
47
Bài tập - Biến đổi 1 (tt)
„ Kết quả:
1AF657110101111431
1C3703111000011451
751651110101117
214110000133
HexaOctalBinaryDecimal
?
48
Phân số
„ Binary Æ Decimal
2.687510.10112 = 
1 0.1 0 1 1 
1 x 2-4 = 0.0625
1 x 2-3 = 0.125
0 x 2-2 = 0.0
1 x 2-1 = 0.5
0 x 20 = 0.0
1 x 21 = 2.0
25
49
Phân số
„ Deciaml Æ Bianry
3.14579
.14579
x 2
0.29158
x 2
0.58316
x 2
1.16632
x 2
0.33264
x 2
0.66528
x 2
1.33056
etc.11.001001...
50
Phân số
„ Ví dụ: chuyển 189.02310 thành số binary
189/2 = 94 dư 1
94/2 = 47 dư 0
47/2 = 23 dư 1
23/2 = 11 dư 1
11/2 = 5 dư 1
5/2 = 2 dư 1
2/2 = 1 dư 0
1/2 = 0 dư 1
0.023 x 2 = 0.046 dư 0
0.046 x 2 = 0.092 dư 0
0.092 x 2 = 0.184 dư 0
0.184 x 2 = 0.368 dư 0
0.368 x 2 = 0.736 dư 0
0.736 x 2 = 1.472 dư 1
0.472 x 2 = 0.944 dư 0
10111101.00000102189.023 = 
26
51
Bài tập - Biến đổi 2
„ Thực hiện các phép biến đổi sau:
C.82
3.07
101.1101
29.8
HexaOctalBinaryDecimal
52
Bài tập - Biến đổi 2 (tt)
„ Kết quả:
C.8214.4041100.1000001012.5078125
3.1C3.0711.0001113.109375
5.D5.64101.11015.8125
1D.CC35.6311101.11001129.8
HexaOctalBinaryDecimal
?
27
53
Câu hỏi?
11
Chương 3
Các cổng logic & Đại số Boolean
Th.S Đặng Ngọc Khoa
Khoa Điện - Điện Tử
2
Hằng số Boolean và biến
„ Khác với các đại số khác, các hằng và
biến trong đại số Boolean chỉ có hai giá
trị: 0 và 1
„ Trong đại số Boolean không có: phân số, 
số âm, lũy thừa, căn số, 
„ Đại số Boolean chỉ có 3 toán tử:
„ Cộng logic, hay còn gọi toán tử OR
„ Nhân logic, hay còn gọi toán tử AND
„ Bù logic, hay còn gọi toán tử NOT
23
Closed switchOpen switch
YesNo
HighLow
OnOff
TrueFalse
Logic 1Logic 0
Hằng số Boolean và biến (tt)
„ Giá trị 0 và 1 trong đại số Boolean mang ý 
nghĩa miêu tả các trạng thái hay mức logic
4
Bảng chân trị
„ Bảng chân trị miêu tả mối quan hệ giữa
giá trị các ngõ vào và ngõ ra. Ví dụ:
35
„ Biểu thức Boolean của cổng OR
x = A + B
Cổng OR
6
Cổng OR (tt)
Ngõ ra ở trạng
thái tích cực
khi ít nhất một
ngõ vào ở
trạng thái tích
cực.
47
IC cổng OR 74LS32
8
IC cổng OR 74LS32
59
Cổng OR (tt)
„ Cổng OR có thể có nhiều hơn 2 ngõ vào. 
10
Ví dụ 3-1
„ Cổng OR được sử dụng trong một hệ
thống báo động.
611
Ví dụ 3-2
„ Biểu đồ thời gian cho cổng OR.
12
Ví dụ 3-3
„ Biểu đồ thời gian cho cổng OR.
713
„ Biểu thức Boolean của cổng AND
x = A * B
Cổng AND
14
Cổng AND (tt)
Ngõ ra ở trạng
thái tích cực
khi tất cả các
ngõ vào ở
trạng thái tích
cực.
815
IC cổng AND 74LS08
16
Cổng AND (tt)
„ Cổng AND có thể có nhiều hơn 2 ngõ vào. 
917
Ví dụ 3-4
„ Biểu đồ thời gian cho cổng AND.
18
Mạch Enable/Disable
„ Cổng AND được sử dụng làm một mạch
khóa đơn giản
10
19
„ Cổng NOT luôn luôn chỉ có một ngõ vào
„ Biểu thức Boolean của cổng NOT
x = A
Cổng NOT
20
IC cổng NOT 74LS04
11
21
IC cổng NOT 74LS04
22
„ Ngõ ra của cổng NOT xác định trạng thái
của nút nhấn.
Ví dụ 3-5
12
23
Miêu tả đại số mạch logic
„ Bất kỳ mạch logic nào cũng có ... hiệt độ
22
43
Chuyển mã
„ Mạch chuyển mã có chức năng biết đổi dữ
liệu thành ra mã nhị phân hay ngược lại
Biến đổi 2 số BCD sang nhị phân
44
Chuyển mã
Sử dụng bộ cộng
song song 4 bit
74HC83 để thực
hiện bộ biến đổi
BCD sang nhị phân
23
45
Data Bus
„ 3 thiết bị có thể chung một đường truyền
để truyền tín hiệu đến CPU
46
Data Bus
„ Phương pháp miêu tả kết nối data bus, 
“/8” ký hiệu data bus có 8 đường
24
47
Data Bus
„ Thanh ghi 3 trạng thái được sử dụng để
kết nối với data bus
48
Data Bus
„ Miêu tả đơn giản tổ chức của BUS
25
49
Câu hỏi?
11
Chương 10
Kết nối với mạch tương tự
Th.S Đặng Ngọc Khoa
Khoa Điện - Điện Tử
2
Kết nối với mạch tương tự
„ Transducer: biến đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện
„ Analog-to-digital converter (ADC)
„ Digial system: xử lý tín hiệu
„ Digital-to-analog converter (DAC)
„ Thực thi kết quá
23
Biến đổi D/A
„ Nhiều phương pháp ADC sử dụng DAC
„ Vref được sử dụng để xác định ngõ ra full-
scale.
„ Trong trường hợp tổng quát, ngõ ra analog 
= K x giá trị số ngõ vào
4
Biến đổi D/A
„ DAC 4 bit, ngõ ra điện áp tương tự
35
Ngõ ra tương tự
„ Ngõ ra của bộ biến đổi DAC không hoàn
toàn là tín hiệu analog bởi vì nó chỉ xác
định ở một số giá trị nhất định.
„ Với mạch trên, ngõ ra chỉ có thể có những
giá trị, 0, 1, 2, , 15 volt.
„ Khi số ngõ vào tăng lên thì tín hiệu ngõ ra
càng giống với tín hiệu tương tự.
6
Bước nhảy
„ Bước nhảy của bộ biến đổi D/A được định
nghĩa là khoảng thay đổi nhỏ nhất của ngõ ra
khi có sự thay đổi giá trị ngõ vào.
„ Bộ biến đổi D/A N bit: số mức ngõ ra khác
nhau =2^N, số bước nhảy =2^N-1
„ Bước nhảy = K = Vref/(2^N-1)
47
Bước nhảy
„ Bước nhảy = 1 volt
8
Ví dụ 10-1
„ Cần sử dụng bộ DAC bao nhiêu bit để có thể
điều khiển motor thay đổi tốc độ mỗi 2 vòng.
1000rpm/2rpm(per step) = 500 steps
2N - 1 > 500 steps. Suy ra N = 9?
59
Ngõ vào BCD
„ Trọng số của những ngõ vào khác nhau
„ Ngõ vào 2 số BCD
10
Mạch đảo Mạch không đảo
Vi
Mạch biến đổi D/A
„ Tính chất của Opamp
Vo/Vi = 1+R2/R1
Rin = infinity
Vo /Vi = - R2/R1
Rin = R1
611
V1
V2
V3
R1
R2
R3
Rf
Mạch biến đổi D/A
„ Trọng số của những ngõ vào khác nhau
Vo = -Rf(V1/R1 + V2/R2 + V3/R3) 
12
Mạch biến đổi D/A
Bước nhảy= |5V(1K/8K)| = .625V
Max out = 5V(1K/8K + 1K/4K + 1K/2K + 1K/1K) = -9.375V
713
Bộ DAC 4 bit
14
DAC với ngõ ra dòng điện
Biến đổi dòng sang áp
815
Mạch biến đổi D/A
„ Với những mạch biến đổ D/A ở trên, trọng
số các bit được xác định dựa vào giá trị
của các điện trở.
„ Trong một mạch phải sử dụng nhiều điện
trở với những giá trị khác nhau
„ Bộ DAC 12 bit
„ Điện trở MSB = 1K
„ Điện trở LSB = 1x212 = 2M
„ Mạch sau chỉ sử dụng 2 giá trị điện trở
16
Mạch biến đổi D/A
„ DAC R/2R
917
DAC – Thông số kỹ thuật
„ Nhiều bộ DAC được tích hợp vào trong
những IC, một số thông số tiêu biểu của nó
„ Resolution: bước nhảy của bộ DAC
„ Accuracy: sai số sai số của bộ DAC
„ Offset error: ngõ ra của DAC khi tất cà ngõ vào
bằng 0
„ Settling time: thời gian yêu cầu để DAC thực
hiện biến đổi khi ngõ vào chuyển đổi từ trạng
thái all 0 đến trạng thái all 1
18
IC DAC
„ AD7524 (Figure 11-9)
„ CMOS IC
„ 8 bit D/A
„ Sử dụng R/2R
„ Max settling time: 100 ns
„ Full range accuracy: +/- 0.2% F.S.
10
19
IC DAC
•Khi ngõ vào CS và WR ở mức thấp, OUT1 là ngõ ra analog. 
•Khi cả 2 ở mức cao, OUT1 được chốt và giá trị nhị phân ngõ vào
không được biến đổi ở ngõ ra. 
•OUT2 thông thường được nối đất
20
Ứng dụng DAC
„ Control
„ Sử dụng ngõ ra số của máy tính để điều
chỉnh tốc độ của motor hay nhiệt độ.
„ Automatic testing
„ Tạo tín hiệu từ máy tính để kiểm tra mạch
annalog
„ Signal reconstruction
„ Tái tạo tín hiệu analog từ tín hiệu số. Ví dụ hệ
thống audio CD
„ A/D conversion
11
21
Ví dụ 10-2
„ Sử dụng DAC để điều chỉnh biên độ của
tín hiệu analog
22
Biến đổi A/D
„ ADC – miêu tả giá trị analog ngõ vào bằng
giá trị số nhị phân.
„ ADC phức tạp và tốn nhiều thời gian biến đổi
hơn DAC
„ Một số ADC sử dụng bộ DAC là một phần
của nó
„ Một opamp được sử dụng làm bộ so sánh
trong ADC
12
23
Biến đổi A/D
„ Bộ đếm nhị phân được sử dụng như là một
thanh ghi và cho phép xung clock tăng giá trị bộ
đếm cho đến khi VAX ≥VA
24
Hoạt động của bộ ADC
„ Lệng START bắt đầu quá trình biến đổi
„ Control unit thay đổi giá trị nhị phân trong thanh
ghi
„ Giá trị nhị phân trong thanh ghi được biến đổi
thành giá trị nhị phân VAX
„ Bộ so sánh so sánh VAX với VA. Khi VAX < VA, ngõ
ra bộ so sánh ở mức cao. When VAX > VA, ngõ ra
có mức thấp, quá trình biến đổi kết thúc, giá trị nhị
phân nằm trong thanh ghi. 
„ Bộ phận điều khiển sẽ phát ra tín hiệu end-of-
conversion signal, EOC.
13
25
Biến đổi A/D
26
Biến đổi A/D
Dạng sóng thể hiện quá trình máy
tính thiết lập một chu trình biến đổi
là lưu giá trị nhị phân vào bộ nhớ.
14
27
Sai số lượng tử
„ Có thể giảm sai số lượng tử bằng cách tăng số
bit nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn
28
Khôi phục tín hiệu
„ Sau khi kết thúc một quá trình ADC ta sẽ
có giá trị nhị phân của một mẫu.
„ Quá trì khôi phục tín hiệu analog như sau
15
29
Khôi phục tín hiệu
„ Aliasing
„ Nguyên nhân là do tần số lấy mẫu không đúng
„ Giới hạn Nyquist
„ Tần số lấy mẫu phải ít nhất lớn hơn 2 lần tần số cao
nhất của tín hiệu ngõ vào.
„ Lấy mẫu ở tần số nhỏ hơn 2 lần tần số ngõ vào sẽ
tạo nên kết quả sai khi khôi phục tín hiệu.
30
Quá trình lấy mẫu không đúng
16
31
ADC xấp xỉ liên tục (SDC)
„ Sử dụng rộng rãi hơn ADC
„ Phức tạp hơn nhưng có thời gian biết đổi
ngắn hơn
„ Thời gian biến đổi cố định, không phụ
thuộc vào giá trị analog ngõ vào
„ Nhiều SAC được tích hợp trong những IC
32
Successive-approximation ADC
17
33
Successive-approximation ADC
„ SAC 4 bit sử dụng DAC có bước nhảy 1 V
34
ADC0804 – SAC 8 bit
18
35
ADC0804 – SAC 8 bit
„ Có hai ngõ vào analog cho phép hai ngõ vào vi sai.
„ Ngưỡng xác định tại ±1/2LSB. Ví dụ, bước nhảy là
10mV, bit LSB sẽ ở trạng thái 1 tại 5mV.
„ IC có thanh ghi xung clock bên trong tạo ra tần số
f = 1/(1.1RC). Hoặc có thể sử dụng xung clock bên
ngoài.
„ Nếu sử xung clock có tần số 606kHz, thời gian biến
đổi xấp xỉ 100us.
„ Sử dụng nối đầt riêng bởi vì đất của thiết bị số tồn
tại nhiễu do quá trình thay đổi dòng đột ngột khi
thay đổi trạng thái.
36
Ứng dụng của IC ADC0804 
19
37
Flash ADC
„ Tốc độ biến đổi cao
„ Mạch phức tạp hơn nhiều
„ Flash ADC 6 bit yêu cầu 63 bộ so sánh tương tự
„ Flash ADC 8 bit yêu cầu 255 bộ so sánh tương tự
„ Flash ADC 10 bit yêu cầu 1023 bộ so sánh tương tự
„ Thời gian biến đổi – không sử dụng xung clock 
do vậy quá trình biến đổi là liên tục. Thời gian
biến đổi rất ngắn chỉ khoảng 17 ns.
„ Bộ biến đổi flash 3 bit được miêu tả như hình sau
38
Flash ADC 3 bit
20
39
Mạch lấy mẫu và giữ
40
Câu hỏi?
11
Chương 11
Thiết bị nhớ
Th.S Đặng Ngọc Khoa
Khoa Điện - Điện Tử
2
Thiết bị nhớ
„ Một hệ thống thường sử dụng
„ Bộ nhớ trong (làm việc) tốc độ cao
„ Bộ nhớ ngoài (lưu trữ) tốc độ thấp hơn
23
Thuật ngữ thường sử dụng
„ Memory Cell: một thiết bị hay một mạch có
khản năng lưu trữ một bit dữ liệu
„ Memory Word: một nhóm các bit, thông
thường một từ có 8 – 64 bit.
„ Byte: một nhóm 8 bit.
„ Dung lượng: mô tả khả năng lưu trữ của bộ
nhớ. Dung lượng mô tả số word có trong bộ
nhớ.
„ 1K = 210 word
„ 1M = 220 word
„ 1G = 230 word
„ 2K x 8 = 2.210 x 8 = 2.1024.8 word
4
Thuật ngữ thường sử dụng
„ Address: là số xác
định vị trí của từ
(word) trong bộ nhớ. 
„ Lệnh đọc: thực hiện
việc đọc dữ liệu ra từ
bộ nhớ.
„ Lệnh ghi: thực hiện
lệnh ghi dữ liệu vào
bộ nhớ.
35
Thuật ngữ thường sử dụng
„ RAM: Random-Access Memory.
„ SAM: Sequential-Access Memory
„ ROM: Read Only Memory
„ RWM: Read/Write Memory
„ Static Memory Devices: dữ liệu được lưu mãi
mãi khi còn nguồn cung cấp.
„ Dynamic Memory Devices: dữ liệu không
được lưu mãi mãi, để lưu dự liệu được lưu trữ ta
cần rewritten dữ liệu.
„ Main Memory: bộ nhớ làm việc
„ Auxiliary Memory: bộ nhớ thứ cấp dùng để
lưu trữ.
6
Hoạt động của bộ nhớ
1. Xác định địa chỉ trong bộ nhớ được truy cập
bởi lệnh ghi hoặc đọc.
2. Xác định lệnh (ghi hoặc đọc) cần thực hiện. 
3. Cung cấp dữ liệu để lưu vào bộ nhớ trong quá
trình ghi.
4. Nhận dữ liệu ở ngõ ra trong quá trình đọc.
5. Enable hay Disable sao cho bộ nhớ đáp ứng
đến địa chỉ và lệnh thực thi.
47
Cấu trúc của bộ nhớ
Cấu trúc bộ nhớ 32x4
8
Cấu trúc của bộ nhớ
a) Ghi dữ liệu 0100 vào bộ nhớ tại địa chỉ 00011.
b) Đọc dữ liệu 1101 từ bộ nhớ ở địc chỉ 11110
59
Bài tập 01
„ Xác định giá trị của các ngõ vào và ngõ ra
khi đọc dữ liệu từ địa chỉ 00100.
„ Xác định giá trị của các ngõ vào và ra khi
ghi dữ liệu 1110 vào 01101.
10
Bài tập 02
„ Cho một bộ nhớ có dung lượng 4Kx8
„ Cần bao nhiêu đường dữ liệu ngõ vào và ngõ
ra.
„ Cần bao nhiêu đường địa chỉ.
„ Tính tổng số byte có trong bộ nhớ.
611
Kết nối giữa CPU và bộ nhớ
Kết nối với thiết bị điều khiển (CPU)
12
Kết nối với thiết bị điều khiển (CPU)
„ Viết dữ liệu
1. CPU cung cấp địa chỉ nhị phân.
2. CPU đưa dữ liệu vào data bus
3. CPU kích hoạt tín hiệu điều khiển phù hợp.
4. Bộ nhớ sẽ giải mã địa chỉ nhị phân
5. Data được đưa đến địa chỉ được chọn.
„ Đọc dữ liệu
1. CPU cung cấp địa chỉ nhị phân.
2. CPU kích hoạt tín hiệu điều khiển phù hợp.
3. Bộ nhớ sẽ giải mã địa chỉ nhị phân
4. Bộ nhớ đưa dữ liệu phù hợp lên data bus
713
ROM (Read Only Memories)
„ ROM là bộ nhớ bán dẫn được thiết kế để lưu dữ
liệu lâu dài.
„ Trong quá trình hoạt động, dữ liệu không thể
ghi vào ROM nhưng có thể đọc ra từ ROM.
„ ROM có thể được nạp dữ liệu bởi nhà sản xuất
hoặc người sử dụng.
„ Dữ liệu trong ROM không bị mất bi khi hệ thống
bị mất điện
14
ROM (Read Only Memories)
815
ROM(tt)
16
Cấu trúc của ROM
917
Cấu trúc của ROM
„ Cấu trúc bên trong của ROM rất phức tạp
nhưng, bao gồm những phần chính sau:
„ Ma trận thanh ghi: gồm những thanh ghi lưu
trữ dữ liệu trong ROM. Mỗi thanh ghi chứa
được một từ và có một địa chỉ tương ứng.
„ Giải mã địa chỉ: bao gồm giải mã địa chỉ hàng
và giải mã địa chỉ cột.
„ Bộ đệm ngõ ra: dữ liệu được chọn sẽ được
đến bộ đệm ngõ ra khi CS ở mức thấp. Khi CS 
ở mức cao, các ngõ ra của bộ đệm sẽ ở trạng
thái tổng trở cao.
18
Giản đồ thời gian
10
19
MROM (Mask-programmed ROM)
„ MROM là ROM mà dữ liệu được nhập bởi
nhà sản xuất theo yêu cầu của khách hàng.
„ Phim âm bản (mask) được sử dụng để kết
nối trong ROM.
„ Có hiệu quả kinh tế khi sản xuất với số
lượng lớn
„ Cấu trúc của một MROM 16 bit nhớ như
sau
20
MROM (Mask-programmed ROM)
11
21
MROM (Mask-programmed ROM)
•Khi CE disabled, tất cả các
chức năng của chip sẽ disabled.
•Khi OE disabled, chỉ những
ngõ ra 3 trạng thái là disabled
22
PROMs (Programmable ROMs )
„ PROM là các loại ROM có thể được lập trình
(nạp dữ liệu) bởi người sử dụng.
„ PROM có cấu trúc dựa vào các kết nối nấu
chảy (cầu chì).
„ Khi nạp dữ liệu cho ROM thì chương trình
sẽ nấu chảy các kết nối tương ứng.
„ PROM là loại ROM sử dụng một lần.
„ Kinh tế trong trường hợp sử dụng với số
lượng nhỏ
12
23
PROMs (Programmable ROMs )
24
PROMs (Programmable ROMs )
„ Bipolar PROM phổ biến là 74186, ROM 
này có cấu trúc gồm 64 từ 8 bit.
„ TBP28S166 cũng là một bipolar PROM có
dung lượng 2K x 8.
„ MOS PROM có dung lượng lớn hơn bipolar 
PROM. TMS27PC256 là một MOS PROM 
có dung lượng 32K x 8.
13
25
EPROM (Erasable Programmable ROM)
„ EPROM có thể được lập trình bởi người sử
dụng và nó cũng có thể được xóa và lập
trình lại.
„ Phải có mạch nạp dữ liệu chuyên dụng
dành riêng cho từng ROM.
„ Sử dụng tia UV để xóa dữ liệu
„ Tất cả dữ liệu trong EPROM sẽ được xóa
„ Sơ đồ của một EPROM tiêu biểu (27C64) 
như sau:
26
EPROM (Erasable Programmable ROM)
14
27
EEPROM (Electrically Erasable PROM)
„ EPROM có hai nhược điểm chính là:
„ Chúng ta phải tháo chúng ta khỏi mạch để
xóa và lập trình lại.
„ Mỗi lần xóa và lập trình lại phải làm thực hiện
cho toàn bộ ROM
„ Thời gian xóa lâu (khoảng 30 phút)
„ EEPROM có thể khắc phục được những
nhược điểm ở trên.
„ Sử dụng điện áp để xóa dữ liệu
„ Có thể xóa dữ liệu cho từng byte
28
EEPROM (Electrically Erasable PROM)
„ EEPROM 2864 8K x 8
15
29
CD ROM
„ CD ROM là những đĩa được sản xuất với
một bề mặt phản xạ.
„ Dữ liệu số được lưu trên đĩa bằng cách
đốt cháy hay không một khe trên bề mặt
đĩa.
„ Là phải pháp lưu dữ một cách kinh tế
dung lượng lớn dữ liệu
30
Flash Memory
16
31
„ 28F256A flash memory
32
Sơ đồ chức năng của 28F256A
17
33
„ ROM có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng
dụng nào cần lưu trữ dữ liệu ít hay không
thay đổi.
„ Firmware: dùng để lưu trữ dữ liệu firmware cho các hệ
thống microcomputer.
„ Bảng dữ liệu: lưu trữ data cho những ứng dụng tra dữ
liệu.
„ Chuyển đổi dữ liệu: lưu trữ data cho các phép biến đổi.
„ Tạo ra những hàm biến đổi dữ liệu.
Ứng dụng của ROM
34
Ứng dụng của ROM
„ Ví dụ ứng dụng của ROM trong mạch tao ra sóng
dạng hình sin.
18
35
Bài tập 03
„ Sử dụng ROM để thiết kế một mạch có 3 
bit ngõ vào và ngõ ra thể hiện bình
phương giá trị ngõ vào.
36
Bài tập 04
„ Sử dụng mạch cho ở trang 21 để thiết lập
mạch thể hiện hàm
y = 3x + 5
19
37
„ Ngược lại với ROM, RAM bán dẫn là bộ
nhớ có thể ghi và đọc được.
„ Nhược điểm chính: dữ liệu dễ bị thay đổi.
„ Ưu điểm chính: có thể ghi và đọc một
cách nhanh chóng và dễ dàng.
RAM bán dẫn
38
Cấu trúc của RAM
„ Tương tự như ROM, RAM cũng bao gồm
một số thanh ghi. Mỗi thanh ghi chứa một
từ và có một địa chỉ duy nhất.
„ Thông thường dung lượng của RAM là 1K, 
4K, 8K, 16K, 64K, 128K, 256K.
„ Kích thước của một từ trong RAM có thể
là 1, 4 hay 8 bit.
20
39
Cấu trúc của RAM 64x4
40
Cấu trúc của RAM 64x4
„ RAM này chứa 64 từ, mỗi từ 4 bit.
„ Mỗi thanh ghi có một địa chỉ tương ứng 0-
6310. Do vậy cần tất cả 6 đường địa chỉ.
„ 6 đường địa chỉ được đưa qua một bộ giải
mã 6->64. 
„ Ngõ ra nào ở mức cao thì thanh ghi tương
ứng được chọn.
21
41
Bài tập 05
„ Hãy tính dung 
lượng của những
RAM sau đây
42
SRAM (Static RAM)
„ RAM tĩnh là RAM mà dữ liệu được lưu trữ
trong RAM trong suốt thời gian RAM được
cấp nguồn.
„ Mỗi cell của SRAM chứa 1 bit và được cấu
tạo từ Flip-Flop.
„ Giản đồ thời gian truy cập SRAM như sau:
22
43
SRAM (Static RAM)
44
SRAM (Static RAM)
„ Một SRAM thực tế 6264C
23
45
„ DRAM được chế tạo từ công nghệ MOS. So với
SROM chúng có dung lượng cao hơn và yêu cầu
công suất cung cấp thất hơn.
„ Giá trị của DRAM được lưu trong những tụ điện.
„ Do sự rò rỉ điện tích của tụ điện nên DRAM yêu
cầu phải được nạp lại điện sau một khoảng thời
gian nhất định.
„ Thông thường SRAM yêu cầu nạp lại dữ liệu sau
2-10ms.
DRAM (Dynamic RAM)
46
Cấu trúc của DRAM
24
47
Hoạt động của DRAM
„ Trong quá trình ghi công tắc SW1 và SW2 đóng
còn SW3 và SW4 mở.
„ Trong quá trình đọc SW2, SW3, SW4 đóng còn
SW1 mở.
48
Mở rộng từ và dung lượng
„ Mở rộng từ
„ Kết hợp hai RAM 16x4 
thàng RAM 16x8
25
49
Mở rộng từ và dung lượng
„ Mở rộng dung lượng
„ Kết hợp hai chip 16x4 
thành bộ nhớ 32x4
50
Bài tập 06
„ Tính dung lượng của mạch sau đây
26
51
Bài tập 07
52
Bài tập 08
27
53
Bài tập 09
„ Từ RAM 6206 (slide 41) hãy thiết kế bộ
nhớ 4K x 8.
54
Câu hỏi?