Bài 22. Một số mạch xử lý tín hiệu trong điện tử số

Mạch tạo xung là mạch điện tử tạo ra các tín hiệu xung có dạng mong muốn (vuông, tam giác, răng cưa) từ nguồn DC.

IC 555 — Mạch tạo xung phổ biến:

• 8 chân, hoạt động ở chế độ đơn ổn (monostable) hoặc đa hài (astable)
• Chế độ đa hài: tạo xung vuông liên tục
• Tần số dao động: $f = 1.44 / ((R_1 + 2R_2) \cdot C)$
• Chu kỳ: $T = 0.693 \cdot (R_1 + 2R_2) \cdot C$

Ứng dụng: Tạo xung clock, điều chế PWM, mạch định thời, mạch báo hiệu.

Mạch đếm là mạch số dùng để đếm số lượng xung đầu vào và biểu diễn kết quả dưới dạng mã nhị phân.

Phân loại:

• Mạch đếm lên: Đếm từ 0 đến N-1
• Mạch đếm xuống: Đếm từ N-1 về 0
• Mạch đếm lên/xuống: Có thể đếm cả hai chiều
• Mạch đếm đồng bộ: Các flip-flop cùng chịu tác động của xung clock
• Mạch đếm bất đồng bộ: Flip-flop sau nhận xung từ flip-flop trước

Phần tử cơ bản: Flip-flop JK, D, T.

Thông số: Số bit (2^n trạng thái), tần số hoạt động tối đa.

Mạch giải mã (Decoder) là mạch tổ hợp chuyển mã nhị phân đầu thành một tín hiệu đầu ra duy nhất.

Mạch giải mã n→2^n:

• n ngõ vào (mã nhị phân)
• 2^n ngõ ra (mỗi ngõ ứng với một tổ hợp)
• Tại mỗi thời điểm chỉ một ngõ ra ở mức tích cực

Ví dụ: Mạch giải mã 3→8:

• 3 ngõ vào A, B, C cho 8 tổ hợp 000→111
• 8 ngõ ra Y0 đến Y7
• Khi ABC=000: Y0=1, các Y còn lại=0

Ứng dụng: Giải mã địa chỉ bộ nhớ, điều khiển LED 7 đoạn, chọn chip (chip select).

Mạch dồn kênh (Multiplexer — MUX) là mạch chọn một trong nhiều ngõ vào để đưa ra ngõ ra dựa trên ngõ vào chọn.

Mạch dồn kênh 2^n→1:

• 2^n ngõ vào dữ liệu
• n ngõ vào chọn
• 1 ngõ ra

Ví dụ: MUX 4→1:

• 4 ngõ vào D0, D1, D2, D3
• 2 ngõ chọn S1, S0
• Khi S1S0=00: Y=D0; 01: Y=D1; 10: Y=D2; 11: Y=D3

Biểu thức: $Y = \overline{S_1}\overline{S_0}D_0 + \overline{S_1}S_0D_1 + S_1\overline{S_0}D_2 + S_1S_0D_3$

Ứng dụng: Chọn kênh truyền dữ liệu, chuyển mạch tín hiệu, truyền thông.

Mạch phân kênh (Demultiplexer — DEMUX) thực hiện chức năng ngược với mạch dồn kênh: đưa tín hiệu từ một ngõ vào đến một trong nhiều ngõ ra.

Mạch phân kênh 1→2^n:

• 1 ngõ vào dữ liệu
• n ngõ vào chọn
• 2^n ngõ ra

Ví dụ: DEMUX 1→4:

• 1 ngõ vào D, 2 ngõ chọn S1, S0, 4 ngõ ra Y0-Y3
• Khi S1S0=00: Y0=D; 01: Y1=D; 10: Y2=D; 11: Y3=D

Ứng dụng: Phân phối dữ liệu đến nhiều thiết bị, giải mã địa chỉ.

Các hệ thống sử dụng mạch xử lý tín hiệu số:

• Đồng hồ số: Dùng mạch đếm và giải mã LED 7 đoạn để hiển thị giờ, phút, giây
• Bộ điều khiển từ xa: Mạch tạo xung mang mã lệnh, mạch giải mã nhận lệnh
• Hệ thống đèn giao thông: Mạch đếm và giải mã tạo chu kỳ đèn
• Máy tính: MUX chọn kênh dữ liệu giữa CPU và các thiết bị ngoại vi
• Viễn thông: MUX/DEMUX ghép/tách kênh truyền dữ liệu
• Bộ nhớ: Mạch giải mã địa chỉ chọn ô nhớ

Các IC tiêu biểu: 74LS90 (mạch đếm), 74LS138 (giải mã 3→8), 74LS151 (MUX 8→1), NE555 (tạo xung).