chapter 1 : number systems - wipawan's blog · 11 10 1 bbi a 0 1 00 01 1 1 1 11 10 a’b bbi...

37
บทที่ 6 วงจรดิจิทัล (Digital Logic Circuits) Department of Informatics. Faculty of Science and Technology. Phuket Rajabhat University. Phuket, THAILAND.

Upload: others

Post on 06-Oct-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

บทที่ 6 วงจรดิจิทัล

(Digital Logic Circuits)

Department of Informatics.

Faculty of Science and Technology.

Phuket Rajabhat University.

Phuket, THAILAND.

Page 2: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 2

ประเภทของวงจรดิจิตอล

C.Buathong

Digital Logic Circuits

Combinational Logic Circuits Sequential Logic Circuits

Page 3: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 3

Combinational Logic Circuits

เป็นวงจรดิจิทัลประเภทหนึ่งที่เม่ือ Input ค่าต่าง ๆ วิ่งผ่านวงจรลอจิกเกตที่เชื่อมต่อกันแล้วได้ Output

Combinational circuit m output variables

n input variables

Block diagram of a combinational circuit

Page 4: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 4

Combinational Logic Circuits

ตัวอย่างของวงจรดิจิทัลประเภทนี้ อาทิ

Page 5: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 5

วงจรการบวกเลข (Adder)

วงจรบวกเลขแบบไม่มีตัวทดเข้า (Half Adder – H/A)

วงจรบวกเลขแบบมีตัวทดเข้า (Full Adder – F/A)

Page 6: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 6

วงจรบวกเลขแบบไม่มีตัวทดเข้า (Half Adder / HA)

ตัวอย่างการออกแบบ Combinational Logic Circuits

x y C S ------------------------------ 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0

Truth table Logic diagram

S = x’y + xy’ = x y C = xy

Intergrated Circuit (IC)

Page 7: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 7

ตัวอย่างการออกแบบ Combinational Logic Circuits

Inputs Outputs --------------------- ----------- x y z C S ---------------------------------------- 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

Truth Table for Full-Adder

วงจรบวกเลขแบบมีตัวทดเข้า (Full Adder : FA)

Page 8: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 8

ตัวอย่างการออกแบบ Combinational Logic Circuits

Maps for Full-Adder

S = x’y’z + x’yz’ + xy’z’ + xyz = x y z

C = xy + xz + yz = xy + (x’y + xy’)z = xy + (x y)z

วงจรบวกเลขแบบมีตัวทดเข้า (Full Adder : FA)

Page 9: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 9

วงจรบวกเลขแบบมีตัวทดเข้า (Full Adder : FA)

ตัวอย่างการออกแบบ Combinational Logic Circuits

Logic diagram

FA x y z

S C

Block diagram

Page 10: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 10

แนวคิด

A2 A1 A0

+ B2 B1 B0

Co S2 S1 S0

Logic Diagram

วงจรบวกเลขแบบขนาน (Parallel Adder)

Page 11: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 11

วงจรการลบเลข (Subtractor)

วงจรลบเลขแบบไม่มีตัวยืมเข้า (Half Subtractor – H/S)

วงจรลบเลขแบบมีตัวยืมเข้า (Full Subtractor – F/S)

Page 12: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 12

วงจรลบเลขแบบไม่มีตัวยืมเข้า (Half Subtractor)

ตารางความจริง

1

1

B A 0

1

0 1

D = AB’ + A’B = A B

1

B A 0

1

0 1

B0 = A’B

Page 13: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 13

Logic Diagram

Block Diagram

วงจรลบเลขแบบไม่มีตัวยืมเข้า (Half Subtractor)

Page 14: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 14

วงจรลบเลขแบบมีตัวยมืเข้า (Full Subtractor)

ตารางความจริง

Page 15: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 15

K-map

1

1

BBi A 0

1

00 01

1

1 11 10

1

BBi A 0

1

00 01 1

1

1 11 10

A’B

BBi

A’Bi

Bo = A’Bi + A’B + BBi

D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A B Bi

วงจรลบเลขแบบมีตัวยมืเข้า (Full Subtractor)

Page 16: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 16

Logic Diagram

Block Diagram

วงจรลบเลขแบบมีตัวยมืเข้า (Full Subtractor)

Page 17: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 17

แนวคิด

A2 A1 A0

- B2 B1 B0

Bo D2 D1 D0

Logic Diagram

วงจรลบเลขแบบขนาน (Parallel Subtractor)

Page 18: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 18

Lab 3 Computer Arithmetic

ให้ น.ศ. ออกแบบวงจรส าหรับท าการบวกเลขฐานสองขนาด 4 บิต

ให้ น.ศ. ออกแบบวงจรส าหรับท าการลบเลขฐานสองขนาด 4 บิต

Page 19: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Encoder & Decoder

Page 20: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 20

Encoder (วงจรเข้ารหัส)

เป็นวงจรที่ใช้ในการเข้ารหัสข้อมูลเพื่อให้คอมพิวเตอร์เข้าใจและสามารถประมวลผลต่อไปได้

เป็นวงจรดิจิตอลประเภท Combinational

มีจ านวน Input = 2n, n = จ านวน Output

Input จะ ON เพียงเส้นเดียว

Block Diagram

Page 21: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 21

Encoder (วงจรเข้ารหัส)

ตารางความจริง

Input Output

D3 D2 D1 D0 A1 A0

0 0 0 1 0 0

0 0 1 0 0 1

0 1 0 0 1 0

1 0 0 0 1 1

Page 22: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 22

Encoder (วงจรเข้ารหัส)

สมการลอจิก

– A0 = D1 + D3

– A1 = D2 + D3

วงจรลอจิก

Page 23: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 23

Decoder (วงจรถอดรหัส)

เป็นวงจรที่ใช้ในการถอดรหัสข้อมูลเพื่อให้ผู้ใช้หรือคอมพิวเตอร์เข้าใจในความหมายของข้อมูลที่ได้รับ

เป็นวงจรประเภท Combinational

มีจ านวน Input = n, จ านวน Output = 2n

Output จะ ON เพียงเส้นเดียว

Block Diagram

Page 24: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 24

ตารางความจริง

Decoder (วงจรถอดรหัส)

Input Output

A1 A0 D3 D2 D1 D0

0 0 0 0 0 1

0 1 0 0 1 0

1 0 0 1 0 0

1 1 1 0 0 0

Page 25: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 25

Decoder (วงจรถอดรหัส)

สมการลอจิก

– D0 = A’B’

– D1 = A’B

– D2 = AB’

– D3 = AB

Page 26: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 26

Decoder (วงจรถอดรหัส)

วงจรลอจิก

Page 27: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 27

Lab 4 : Encoder & Decoder

ให้ น.ศ ออกแบบวงจรเข้ารหัส (Encoder) เลขฐานสิบหกไปเป็นเลขฐานสอง และวงจรถอดรหัสเลขฐานสองไปเป็นเลขฐานสิบหก

Block Diagram

Page 28: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Multiplexer & Demultiplexer

Page 29: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 29

Multiplexer (MUX)

เป็นวงจรที่ใช้ในการเลือกข้อมูลจาก Input ส่งไปยัง Output (มีเพียงตัวเดียวเสมอ)

การเลือกจะกระท าผ่านตัวเลือก (Selector)

มีจ านวน Input = 2n, จะต้องมี Selector = n ตัว

ตัวอย่าง MUX ขนาด 2-to-1 line ก็จะมี Input จ านวน 2 input ส่วน Selector จะมี 1 ตัวเนื่องจาก 21=2

Page 30: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 30

Multiplexer (MUX)

Block Diagram

2 X 1 MUX

A B

O

S

S O

0 A

1 B

O=AS’ + BS

Page 31: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 31

Multiplexer (MUX)

Logic Diagram

Page 32: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 32

Multiplexer (MUX)

Block Diagram

4-to-1 MUX

O

A B C D

S1 S2

S1 S2 O

0 0 A

0 1 B

1 0 C

1 1 D

O = AS1’S2’ + BS1’S2 + CS1S2’ + DS1S2

Page 33: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 33

Multiplexer (MUX)

Logic Diagram

Page 34: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 34

DeMultiplexer (DeMUX)

วงจรที่ท างานตรงกันข้ามกับ MUX

Block Diagram

1-to-2 DeMUX

S

D A

B

S A B

0 D 0

1 0 D

A=DS’ B=DS

Page 35: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 35

DeMultiplexer (DeMUX)

Logic Diagram

Page 36: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 36

DeMultiplexer (DeMUX)

Block Diagram

1-to-4 DeMUX

D A B C D

S1 S2

S1 S2 A B C D

0 0 D 0 0 0

0 1 0 D 0 0

1 0 0 0 D 0

1 1 0 0 0 D

A=DS1’S2’ B=DS1’S2

C=DS1S2’ D=DS1S2

Page 37: Chapter 1 : Number Systems - Wipawan's Blog · 11 10 1 BBi A 0 1 00 01 1 1 1 11 10 A’B BBi A’Bi Bo = A’Bi + A’B + BBi D = A’B’Bi + A’BBi’ + AB’Bi’ + ABBi D = A

Page 37

DeMultiplexer (DeMUX)

Logic Diagram