Tự động hóa và điều chỉnh thiết bị điện (chương 3)

Biến vàoHàm raABYAND = A . B000010100111 A YAND = A.B A b. a. Mạch điện tử số thực hiện hàm YAND Hình 3.9: Cổng AND; a. Bảng chân ký của cổng AND, b+12V Ký hiệu +12V A R A B B Y=A.B Y=A.B Hình 3.10. Các mạch điện tử số thực hiện hàm AND a. b. Hình 3.10. đa ra mạch điện tử số thực hiện hàm AND. Khi có một đầu vào nào đó ở mức điện áp thấp, điôt tơng ứng với đầu vào này sẽ dẫn điện, khi đó điện áp ở cổng ra (khi không tải) sẽ ở mức thấp bằng giá trị điện áp thuận rơi trên điôt (0,7V với loại điôt Si). Còn khi tất cả các cổng vào đều ở mức điện áp cao các điốt đều không dẫn điện làm giảm áp trên điện trở R nhỏ, Y đầu ra ở mức điện áp cao. Chú ý rằng khi mắc Rtải ở tại cửa ra, R và R tải hình thành một bộ chia áp điện trở khi A = B = 1, khi đó cần đảm bảo điều kiện của mức ra cao nhỏ nhất (ví dụ là 2V). Ví dụ tính cho R = 3,9k U ra min = E0 12V R tai = R tai = 2V R + R tai 3,9K + R tai hay 12V. Rtải = 2V (3,9K + Rtải) Suy ra điều kiện đối với tải mắc vào cổng là Rtải min = 780 Cũng nh cổng OR, việc thực hiện bằng các mạch điện tử số cổng AND không đợc thuận lợi vì lý do công nghệ. 3.2.3. Cổng thực hiện hàm đảo (phủ định logic - not) 1. Nguyên lý cổng thực hiện hàm đảo. YNOT = A (3.14) 11 Bảng chân lý, ký hiệu quy ớc của cổng NOT (đợc cho trên hình 3.11) BiếnHàmAA011 0 A A b. a. Hình NOT luôn luôn chỉ chân Nh vậy cổng 3.11: Cổng đảo; a. Bảngcó lý; b. Ký hiệu một đầu vào và một đầu ra với giá trị biến vào và hàm ra luôn là giá trị đảo của nhau. Khi ghép liên tiếp hai cổng NOT ta sẽ nhận đợc hàm lặp (hàm Y4 trong hình 3.2), trị hàm ra luôn bằng trị biến vào. 2. Mạch số thực hiện cổng NOT (hình 3.12) E2= +12V R3 A R1 1,5K R2 1K Y 18K T E1= -12V Hình 3.12 Sơ đồ mạch điện ở hình 3.12. T làm việc ở chế độ đóng ngắt, khi U A ởcổng đảo thì T ngắt mức thấp (không dẫn dòng điện), điện áp cổng ra U Y ở mức cao. Khi UA chuyển lên mức cao ( A = 1) thì T nối mạch ở chế độ bão hoà, chuyển UY về mức thấp (Y = 0) 3.3. các cổng logic khác 3.3.1. Cổng thực hiện hàm logic hoặc đảo (cổng NOR) 1. Nguyên lý cổng thực hiện hàm hoặc đảo. Biểu thức thực hiện cức năng cổng hoặc đảo (3.15) YNOR = A + B Bảng chân lý, ký hiệu quy ớc của một cổng NOR có hai đầu vào (hình 3.13a,b,c) Biến vàoHàm raABYNOR = A A +B001010100110 B YNOR = A+B b. A YNOR = A+B B c. 12 a. Hình 3.13: Cổng hoặc đảo (NOR) a. Bảng chân lý; b. ký hiệu; c. Ký hiệu tơng đơng OR - NOT Ta có nhận xét là: + Đầu ra cổng NOR sẽ lên mức cao (Y NOR = 1) khi tất cả các đầu vào của nó ở mức thấp. + YNOR = 0 (đầu ra ở mức thấp) khi có ít nhất 1 đầu vào của nó ở mức cao. + Cổng NOR là sự kết hợp liên tiếp cổng OR và cổng NOT. 2. Mạch điện thực hiện hàm NOR Mạch hình 3.14 là sự ghép nối tiếp cổng OR hình 3.8a và cổng NOT hình 3.12a theo ký hiệu tơng đơng hình 3.13c vừa nêu trên. E2= +12V R3 R1 A B 1,5K R2 1K Y= 18K E1= -12V Hình 3.14 Cổng NOR kết hợp từ hai cổng OR và NOT 3.3.2. Cổng logic thực hiện hàm và - đảo (cổng NAND) 1. Nguyên lý cổng thực hiện hàm và đảo. Biểu thức thực hiện chức năng cổng và - đảo (3.16) YNAND = A.B Bảng chân lý, ký hiệu quy ớc của một cổng NAND hai đầu vào (hình 3.15a,b), ký hiệu tơng đơng của cổng NAND (hình 3.15c) Biến vàoHàm raAB001011101110 A YNAND = A.B YNAND = A.B B b. A YNAND = A.B B c. a. 13 Hình 3.15: Cổng và đảo a. Bảng chân lý của cổng AND; b. ký hiệu Ta có các nhận xét sau: - YNAND = 0 chỉ khi tất cả các đầu vào của cổng NAND ở mức cao (A = B =1) - YNAND =1 khi có ít nhất một đầu vào của cổng NAND ở mức thấp. - Có thể xem cổng NAND nh là ghép nối tiếp một cổng AND với một cổng NOT (xem hình ký hiệu tơng đơng hình 3.15c) 2. Mạch điện tử số thực hiện các cổng NAND Mạch điện hình 3.16 mô tả cấu trúc cổng NAND DTL nhờ cách ghép nối tiếp cổng AND hình 3.10 với một cổng NOT hình 3.12a thực hiện theo cấu trúc mô tả bởi hình 3.15c. E2= +12V 1K Y=A.B R3 R1 A B 1,5K R2 18K Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện cổng NAND kết E = -12V hợp liên 1tiếp cổng AND và NOT 3.3.3. Cổng không đồng trị (EX - NOR) Cổng không đồng trị thực hiện hàm logic khác dấu, không đồng (cùng) trị số. Biểu thức logic có dạng: (3.17) Y = A + B = A.B + A.B A A.B Biến vàoHàm raABY = A + B000011101110 Y B A.B A Y A B a. B + Y b. 14 Hình 3.17: Cổng không đồng trị a. Bảng chân lý ; b. Sơ đồ điện và kí hiệu. Bảng chân lý của hàm đợc giới thiệu trên hình 3.17a Sơ đồ mạch điện hàm này đợc vẽ trên hình 3.17b. Từ bảng chân lý hình 3.17a ta thấy nó gần giống bảng chân lý của cổng hoặc, chỉ khác là ở đây khi hai cổng vào cùng 1 thì đầu ra bằng 0. Cổng EX-NOR sẽ có đầu ra bằng 1 khi các trạng thái đầu vào có số lẻ các số 1. Vì vậy có thể xem là một mạch phát hiện các bít lẻ. Cổng này còn có tên gọi khác là cổng khác dấu; khi hai đầu vào có giá trị giống nhau đầu ra có giá trị là 0 còn khi đầu vào có giá trị khác nhau đầu ra có giá trị là 1. Từ biểu thức (3.17) ta có thể xây dựng cổng này từ các cổng và, hoặc, không nh trên hình 3.17b. 3.3.3. Cổng đồng trị (EX - OR) Cổng đồng trị thực hiện hàm logic cùng trị số. Biểu thức logic có dạng: (3.18) Y = A + B = A.B + A.B Bảng chân lý của hàm đợc giới thiệu trên hình 3.18a. Sơ đồ mạch điện hàm này đợc vẽ trên hình 3.18b. Theo bảng chân lý hình 3.18a, ta thấy khi hai cổng vào cùng trị số (1 hoặc 0) thì đầu ra bằng 1, còn khi cổng vào không cùng trị số đầu ra bằng 0. Nh vậy cổng EX-OR sẽ có đầu ra bằng 1 khi các trạng thái đầu vào có số chẵn các số 1. Vì vậy có thể xem là một mạch phát hiện các bít chẵn. Từ biểu thức (3.18) ta có thể xây dựng cổng này từ các cổng và, hoặc, không A nh trên hình 3.18b. A.B Biến vàoHàm raABY = A + B001010100111 B Y A.B A Y A B a. Hình 3.18: Cổng đồng trị a. Bảng chân lý; b. Sơ đồ điện và kí hiệu. B + Y b. 3.4 Phơng pháp thiết kế sơ đồ mạch logic Thiết kế mạch logíc có thể đợc thực hiệ bằng nhiều cách. phổ biến là bằng hai cách: 1 - từ sơ đồ mạch có tiếp điểm chuyển đổi thành mạch không tiếp điểm bằng các cổng logic; 2 xây dựng lu đồ thuật tóan, viết hàm logic và thiết kế mạch theo hàm logic. chúng ta sẽ tiến hành thiết kế theo hai cách này. 15 3.4.1.Thiết kế chuyển đổi từ mạch tiếp điểm thành mạch không tiếp điểm. Hình 34.1 giới thiệu một số sơ đồ mạch ví dụ của việc chuyển đổi sơ đồ mạch tiếp điểm sang sơ đồ mạch logic a) b) c) d) Hình 34.1 Chuyển đổi sơ đồ mạch tiếp điểm sang mạch e) không tiếp điểm Hình 34.1 a mạch tiếp điểm có nút nhấn và tiếp điểm tự duy trì mắc song song nên khi chuyển sang sơ đồ logic dùng cổng hoặc. đờng hồi tiếp bằng điôt đa về là mạch tự duy trì khi đầu ra lên mức cao. Hình 34.1 c có nút nhấn thờng kín mắc nối tiếp với nút nhấn thờng hở và tiếp điểm tự duy trì. Mạch logic đợc thực hiện bằng cổng và với hai nút nhấn kín và hở trung thực nh mạch tiếp điểm (hình 34.1 d). Mạch logic cũng có thể đợc thực hiện bằng hai nút nhấn thờng hở nh hình 34.1 e. Mạch logic có thể đợc thực hiện bằng một số phần tử khác ví dụ dùng trigơ chẳng hạn. Các điện trở đợc mắc tới các cổngvào của IC là cần thiết vì các loại IC số không đợc để hở các chân vào, khi đó IC rất nhậy với nhiễu. Hình 34.2, 34.3, 34.4 giới thiệu một số sơ đồ ví dụ chuyển đổi từ mạch tiếp điểm sang mạch không tiếp điểm. RA R1 LĐ R1 RB RC Rth Rth R2 R1 RA RB R1 KĐ1 RC th LĐ R2 Hình 34.2Chuyển đổi mạch tiếp điểm thành mạch logic KĐ2 16