Bài giảng Điện tử số - Chương 1: Hệ đếm và Mã

HVKTQS HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ ************ 8/2015 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SỐ Chương 1: Hệ đếm và Mã TS Hoàng Văn Phúc, Bộ môn KT Vi xử lý LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Giáo viên 2  TS Hoàng Văn Phúc, Trưởng phòng thí nghiệm Vi xử lý, Khoa Vô tuyến Điện tử, HVKTQS  Chuyên môn: Thiết kế vi mạch số (Thiết kế Chip), Vi điện tử, Thiết kế hệ thống trên FPGA, Thiết kế thiết bị viễn thông  Email: phuchv@mta.edu.vn Website: https://sites.google.com/site/phucvlsi LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Điện tử số là gì? 3 Các linh kiện điện, điện tử (component) Các mạch điện tử (circuit) Các thiết bị, hệ thống điện tử (equipment, system) LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Thiết bị điện tử số có mặt khắp nơi 4 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Số (Digital) vs Tương tự (Analog) 5 Liên tục Rời rạc block design circuit design physical design (layout) Analog Digital based on Transistor, capacitor, resistor, base on logic cells LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Số (Digital) vs Tương tự (Analog) 6 n+ n+ S G D + DEVICE CIRCUIT GATE MODULE SYSTEM Hệ thống Module (Khối) Cổng Mạch điện Linh kiện LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Số (Digital) vs Tương tự (Analog) 7 Hệ thống Mạch điện Linh kiện Kiến trúc LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Hệ thống trên chip 8 Hệ thống trên bảng mạch (System on board) Hệ thống trên chip (SoC: System on chip) LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Mục đích của môn học 9 Cung cấp các kiến thức cơ bản về:  Cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động  Phương pháp thiết kế, phâm tích  Ứng dụng của các mạch số (mạch logic, IC, chip) Tạo cơ sở cho tiếp thu các kiến thức các môn học liên quan LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Tài liệu tham khảo chính 10 Lê Xuân Bằng, Kỹ thuật số, Tập I, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2008. Nguyễn Thúy Vân, Kỹ thuật số, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2002. Morris Mano, Digital Design, Pearson, 2013 Victor P. Nelson, Digital Logic Circuit Analysis and Design, Prentice Hall , 1995. Neil Waste & David Harris, CMOS VLSI Design, Pearson, 2011. Daniel D. Gajski, Principles of Digital Design, Prentice Hall, 1997. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Nội dung môn học 11 Chương 1: Hệ đếm và mã trong các hệ thống số Chương 2: Hàm logic và cổng logic Chương 3: Vi mạch số Chương 4: Mạch logic tổ hơp Chương 5: Mạch logic tuần tự Chương 6: Tổng hợp và phân tích mạch tuần tự LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Hệ đếm trong điện tử số 12  Hệ đếm: thập phân, nhị phân, Hệ La Mã  Dạng triển khai của hệ đếm cơ số A:  Một số nhị phân 8 chữ số 11001010 (B) có dạng triển khai là: 11001010 = 1*27 + 1*26 + 1*23 + 1*21 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Hệ đếm trong điện tử số 13  Hệ đếm thập phân, cơ số 10 (D: Decimal). Cơ số A = 10. Và 10 chữ số được sử dụng để biểu diễn các số của hệ đếm là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.  Hệ đếm nhị phân, cơ số 2 (B: Binary). Cơ số A = 2. Sử dụng 2 chữ số cho hệ đếm là 0 và 1. Dãy số nguyên dương tăng dần viết dưới dạng cơ số 2 là: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000,...  Hệ đếm cơ số 8 (O: Octal). Cơ số A = 8. Sử dụng 8 chữ số để biểu diễn các số cho hệ đếm là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Dãy số nguyên dương tăng dần viết dưới dạng cơ số 8 là: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12,..., 17, 20,... LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Hệ đếm (tiếp) 14  Hệ đếm thập lục phân, cơ số 16 (H: Hexa). Cơ số A = 16. Sử dụng 16 chữ số để biểu diễn các số cho hệ đếm là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Dãy số nguyên dương tăng dần viết dưới dạng cơ số 16 là: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, E, F, 10, 11, 12,..., 1F, 20,... Chú ý: trong các dãy số tăng dần của các hệ đếm thì chữ số lớn nhất trong hệ đêm cộng 1 sẽ có giá trị là 10. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Các phép tính trong các hệ đếm 15  Các phép tính được thực hiện theo nguyên tắc như trong hệ thập phân Trong hệ 2: 1+1 = 10 Trong hệ 8: 7+1 = 10 Còn trong hệ 16: F+1 = 10 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Chuyển đổi giữa các hệ đếm 16  Bảng chuyển đổi hệ đếm: LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Chuyển đổi một số từ các hệ đếm khác sang cơ số 10 17 Bước 1. Viết dạng triển khai số đó Bước 2. Thay các chữ số bằng các số của cơ số 10 có giá trị tương ứng. Bước 3. Thực hiện các phép tính nhân và cộng theo cơ số 10, ta được kết quả cần tìm. Ví dụ 1: Chuyển số 1AE,8 (H) sang cơ số (D) Ví dụ 2: Chuyển số 10110010,01 (B) sang cơ số (D) LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Chuyển đổi một số từ cơ số 10 sang các hệ đếm khác (cơ số 2, 8, 16) 18 + Chuyển phần nguyên: Bước 1. Chia liên tiếp phần nguyên cho cơ số cần chuyển cho đến khi kết quả của phép chia bằng 0. Bước 2. Chuyển các số dư của các phép chia thành chữ số có giá trị tương ứng của hệ cơ số cần chuyển. Bước 3. Sắp xếp các phần dư của các phép chia theo chiều ngược lại của các phép chia ta được kết quả cần tìm. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Chuyển đổi một số từ cơ số 10 sang các hệ đếm khác (cơ số 2, 8, 16) – tiếp 19 + Chuyển phần thập phân: Bước 1. Nhân liên tiếp phần thập phân cho cơ số cần chuyển cho đến khi kết quả phần thập phân bằng 0, hay đạt được đến độ chính xác cần thiết cho phép. Bước 2. Chuyển các phần nguyên của kết quả các phép nhân thành chữ số tương ứng của hệ cơ số cần chuyển. Bước 3. Sắp xếp các phần nguyên của các kết quả theo chiều thuận của các phép nhân ta được kết quả cần tìm. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Chuyển đổi một số từ cơ số 10 sang các hệ đếm khác (cơ số 2, 8, 16) – tiếp 20 + Chuyển phần thập phân: Bước 1. Nhân liên tiếp phần thập phân cho cơ số cần chuyển cho đến khi kết quả phần thập phân bằng 0, hay đạt được đến độ chính xác cần thiết cho phép. Bước 2. Chuyển các phần nguyên của kết quả các phép nhân thành chữ số tương ứng của hệ cơ số cần chuyển. Bước 3. Sắp xếp các phần nguyên của các kết quả theo chiều thuận của các phép nhân ta được kết quả cần tìm. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Ví dụ 21 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Chuyển đổi một số từ cơ số 2 sang cơ số 8, 16 22 Bước 1: Nhóm các số thành từng nhóm 3 chữ số (khi chuyển sang cơ số 8) hay 4 chữ số (khi sang cơ số 16) tính từ dấu phẩy (dấu phân cách phần nguyên và phần thập phân). Các nhóm cuối của phần nguyên và thập phân nếu không đủ số chữ số, có thể thêm các chứ số 0 vào (không thay đổi giá trị của số đó). Bước 2: Chuyển từng nhóm thành một số cơ số 8 hay cơ số 16 tương ứng theo bảng 1.1 ta được hết quả cần tìm. Ví dụ: Chuyển số 10110110,01 cơ số 2 sang cơ số 8 và cơ số 16. LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Chuyển đổi một số từ cơ số 8, 16 sang cơ số 2 23 Bước 1: Chuyển mỗi chữ số của số hệ cơ số 8 (hoặc 16) thành một nhóm 3 (hoặc 4) chữ số của cơ số 2 tương ứng như bảng 1.1. Bước 2: Loại bỏ các chữ số 0 đầu và cuối không có nghĩa, ta được kết quả cần tìm. Ví dụ: Chuyển số 376,04 (O) sang cơ số B LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Mã và kí tự số 24 - Khái niệm: Mã là việc sử dụng kí hiệu theo một nguyên tắc nào đó để biểu diễn thay cho một sự vật, sự việc hay một loại kí hiệu khác - Mã trong ĐTS: sử dụng tổ hợp một nhóm các chữ số 0 và 1 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Một số loại mã thông dụng 25 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Mã BCD 26  Dùng tổ hợp 4-bit nhị phân để mã hóa các chữ số thập phân LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Mã kí tự ASSCII 27 ASCII: American Standard Code Information Interchange. ASCII tiêu chuẩn sử dụng 7 bit để mã hoá và mã hoá được tối đa là 128 ký tự. • Nhóm mã từ 00h - 1Fh để mã hoá các ký tự điều khiển • Nhóm mã từ 30h - 39h để mã hoá các ký tự là các chữ số từ 0 đến 9 • Nhóm mã từ 41h - 5Ah để mã hoá các ký tự là các chữ cái hoa • Nhóm mã từ 61h - 7Ah để mã hoá các ký tự là các chữ cái thường Bộ mã ASCII mở rộng bao gồm 8 bit. Trong bộ mã này thì 128 tổ hợp mã đầu (ứng với bit d7 = 0) là bộ mã ASCII tiêu chuẩn. 128 tổ hợp mã còn lại (ứng vơi bit d7 = 1) sử dụng để mã hoá cho các ký tự mở rộng (như các ký tự: ‰, ‡,...). LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Biểu diễn số nguyên dạng nhị phân 28 Sử dụng bit dấu: S=1 thể hiện số âm, S=0 thể hiện số dương Số bù 2 = Số bù 1 + 1 Số bù 1 tạo thành bằng cách đảo toàn bộ các bit nhị phân trong số ban đầu Ví dụ với số 4-bit: 5 (D) = 0101 (B) Bù 1 của nó: 1010 Bù 2: 1011 (thể hiện số -5) LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Số bù 2 (4-bit) 29 LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 Biểu diễn số thực 30  Số dấu phảy tĩnh  Số dấu phảy động LOGO Diagram Hot Tip Contents Chương 1 - Bài giảng Điện tử số 2015 31 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Q&A!