Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý - Chương 1: Các hệ thống số, mã hóa, linh kiện số cơ bản

Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý
Ngành Điện tử-Viễn thông
Đại học Bách khoa Đà Nẵng
của Hồ Viết Việt, Khoa ĐTVT
Tài liệu tham khảo
[1] Kỹ thuật vi xử lý, Văn Thế Minh, NXB Giáo 
dục, 1997
[2] Kỹ thuật vi xử lý và Lập trình Assembly cho 
hệ vi xử lý, Đỗ Xuân Tiến, NXB Khoa học & kỹ 
thuật, 2001
Chương 1
1.1 Các hệ thống số
- Hệ thập phân
- Hệ nhị phân
- Hệ thập lục phân
1.2 Các hệ thống mã hoá
- ASCII
- BCD
1.3 Các linh kiện điện tử số cơ bản
- Các cổng logic: AND, OR, XOR,NOT
- Các bộ giải mã
1.1 Các hệ thống số
„ Hệ đếm thập phân (Decimal)
„ Còn gọi là hệ đếm cơ số mười
(Vì có quá ít người có chín ngón tay hoặc mười một ngón chân?)
„ Dùng mười ký hiệu:
1,2,3,4,5,6,7,8,9,0
„ Ví dụ:1.1:
Ba nghìn Chín trăm Bảy mươi Tám
3978 = 3x103 + 9x102 + 7x101 + 8x100
= 3000 + 900 + 70 + 8
1.1 Các hệ thống số
„ Hệ đếm nhị phân (Binary)
„ Còn gọi là Hệ đếm cơ số hai
„ Sử dụng hai ký hiệu (bit): 0 và 1
(Các hệ thống điện tử số chỉ sử dụng hai mức điện áp?)
„ Kích cỡ, LSB, MSB của số nhị phân
„ Số nhị phân không dấu (Unsigned)
„ Số nhị phân có dấu (Số bù hai)
Số nhị phân
„ Mỗi ký hiệu 0 hoặc 1 được gọi là 1 Bit (Binary 
Digit- Chữ số nhị phân)
„ Kích cỡ của một số nhị phân là số bit của nó
„ MSB (Most Significant Bit): Bit sát trái
„ LSB (Least Significant Bit): Bit sát phải
„ Ví dụ 1.1: 1010101010101010
là một số nhị phân 16-bit
MSB LSB
Số nhị phân không dấu
„ Chỉ biểu diễn được các giá trị không 
âm (>= 0)
„ Với n-bit có thể biểu diễn các giá trị 
từ 0 đến 2n – 1
„ Ví dụ 1.3: Giá trị V của số nhị phân 
không dấu 1101 được tính:
V(1101) = 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20
= 8 + 4 + 0 + 1 = 13
Số nhị phân không dấu
„ Tổng quát: Nếu số nhị phân N n-bit:
N = b( n-1) b( n-2) . b1 b0
thì giá trị V của nó là:
V = b(n -1) x 2(n-1)+b (n-2) x2 (n-2)+ 
 + b1 x 21 + b0 x 20
Các số nhị phân không dấu 4-bit biểu 
diễn được các giá trị từ ? đến ?
16 giá trị từ 0 đến 15
151111
141110
131101
121100
111011
101010
91001
81000
70111
60110
50101
40100
30011
20010
10001
00000
Giá trị thập phânNhị phân không dấu
Số nhị phân không dấu
„ Dải giá tri của các số không dấu 8-bit
là [0,255] (unsigned char trong C)
„ Dải giá tri của các số không dấu 16-
bit là [0,65535] (unsigned int trong C)
Chuyển đổi thập phân sang nhị phân
„ Ví dụ 1.4
Chuyển 25 sang nhị phân không dấu. Dùng phương pháp 
chia 2 liên tiếp
Chia 2 Thương số Dư số
„ 25/2 = 12 1 LSB
„ 12/2 = 6 0
„ 6/2 = 3 0
„ 3/2 = 1 1
„ 1/2 = 0 1 MSB
Kết quả là: 11001
Số nhị phân có dấu
„ Biểu diễn được cả các giá trị âm
„ Còn gọi là Số bù hai
„ Với n-bit có thể biểu diễn các giá trị 
từ – 2(n-1) đến 2(n-1) – 1
„ Ví dụ 1.3: Giá trị V của số nhị phân 
có dấu 1101 được tính:
V(1101) = – 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20
= – 8 + 4 + 0 + 1 = – 3
Số nhị phân có dấu
„ Tổng quát: Nếu số nhị phân N n-bit:
N = b( n-1) b( n-2) . b1 b0
thì giá trị V của nó là:
V = –b(n -1) x 2(n-1)+b (n-2) x2 (n-2)+ 
 + b1 x 21 + b0 x 20
Các số nhị phân có dấu 4-bit biểu diễn 
được các giá trị từ ? đến ?
16 giá trị từ - 8 đến 7
-11111
-21110
-31101
-41100
-51011
-61010
-71001
- 81000
70111
60110
50101
40100
30011
20010
10001
00000
Giá trị thập phânNhị phân có dấu
Số nhị phân có dấu
„ Dải giá tri của các số có dấu 8-bit là
[-128,+127] (char trong C)
„ Dải giá tri của các số có dấu 16-bit là
[-32768,+32767] (int trong C)
Tìm đối số (Lấy bù 2)
„ Tổng của một số với đối số của nó bằng 0
„ Ví dụ 1.5
Đối số của số nhị phân có dấu 10011101?
10011101 Số có dấu (-99)
„ 01100010 Lấy bù 1
„ + 1 Cộng 1
-------------
01100011 Kết quả (+99)
Chuyển số thập phân sang nhị phân có dấu
„ Vơí số dương:Giống như chuyển thập 
phân sang nhị phân không dấu rồi 
thêm bit 0 vào sát bên trái
„ Ví dụ: Chuyển 25 sang nhị phân có 
dấu:
Kết quả: 011011
„ Với số âm: Chuyển đối số sang nhị 
phân có dấu rồi lấy bù 2
Chuyển số thập phân sang nhị phân có dấu
Ví dụ 1.6 Chuyển – 26 sang nhị phân
1. chuyển đối số: +26 = 11010
2. Đưa 0 vào sát trái: 011010
3. Bù 1: 100101
4. Cộng 1: + 1
-------------
-26 = 100110
Số thập lục phân
„ Quen gọi là số Hexa (Hexadecimal)
„ Còn gọi là hệ đếm cơ số mười sáu
„ Sử dụng 16 ký hiệu để biểu diễn:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
„ Mỗi ký hiệu tương ứng với 4-bit
„ Mục đích: Biểu diễn số nhị phân ở dạng ngắn gọn
11110000 = F0
10101010 = AA
01010101 = 55
Nhị phân Thập lục phân
Mỗi ký hiệu tương ứng với 4-bit
1111F01117
1110E01106
1101D01015
1100C01004
1011B00113
1010A00102
1001900011
1000800000
BinaryHexaBinaryHexa
Chuyển đổi Hexa & nhị phân
„ Ví dụ 1.7
Chuyển số hexa 2F8 và ABBA sang nhị phân
Thay thế mỗi ký hiệu hexa bằng 4-bit 
tương ứng với nó
2 F 8
0010 1111 1000
A B B A
1010 1011 1011 1010
„ Kết quả 2F8h = 001011111000b
ABBAh = 1010101110111010b
Chuyển đổi Hexa & nhị phân
„ Ví dụ 1.8
Chuyển số nhị phân 1100101011111110 sang 
hexa
- Trước hết theo hướng từ LSB về MSB chia số nhị 
phân đó thành các nhóm 4-bit
- Sau đó thay thế mỗi nhóm 4-bit bằng ký hiệu 
hexa tương ứng với nó
1100 1010 1111 1110
C A F E
„ Kết quả: 1100101011111110b = CAFEh
1.2 Các hệ thống mã hoá
„ ASCII: American Standard Code for 
Information Interchange.
„ Dùng để biểu diễn các ký tự (characters):
Gồm ký tự hiển thị được và ký tự điều khiển
„ Mỗi ký tự được biểu diễn bằng 8-bit gọi là 
mã ASCII của ký tự đó
• Các chữ cái in và thường: A..Z và a..z
• Các chữ số thập phân: 0,1,,9
• Các dấu chấm câu: ; , . : vân vân
• Các ký tự đặc biệt: $ & @ / { vân vân
• Các ký tự điều khiển: carriage return (CR) , 
line feed (LF), beep, vân vân
Mã ASCII
„ Với bảng mã được sắp xếp theo trật tự tăng dần 
của mã ASCII:
• Các chữ số thập phân: 0,1,,9 nằm liên tiếp nhau, chữ 
số 0 có mã ASCII là 30h
• Các chữ cái in:A..Z nằm liên tiếp nhau, chữ A có mã
ASCII là 41h
• Các chữ cái thường: a..z nằm liên tiếp nhau, chữ a có 
mã ASCII là 61h
• Mã ASCII của chữ in và chữ thường tương ứng chỉ khác 
nhau ở bit 5
A: 01000001 B: 01000010 Z: 01011010
a: 01100001 b: 01100010 z: 01111010
• 32 ký tự điều khiển được xếp đầu bảng mã (00h đến
1Fh)
Bảng mã ASCII
Bảng mã ASCII
Mã BCD
„ BCD (Binary Coded Decimal)
„ Quen gọi là số BCD
„ Dùng để mã hoá các số thập phân bằng 
các ký hiệu nhị phân
„ Mỗi chữ số thập phân được biểu diễn bằng 
một tổ hợp 4-bit
„ Các tổ hợp 4-bit không sử dụng gọi là các 
tổ hợp cấm
„ Nhiều linh kiện điện tử sử dụng mã này
(Bộ giải mã BCD-LED bảy đoạn 7447)
Bảng mã BCD
111101117
111001106
110101015
110001004
101100113
101000102
1001900011
1000800000
BCDThập phânBCDThập phân
Mã BCD
„ Đừng nhầm mã hoá BCD với việc 
chuyển đổi thập phân sang nhị phân:
Ví dụ 1.9: Cho số thập phân 15
Mã BCD của nó là: 00010101
Số nhị phân không dấu 
8-bit tương ứng là: 00001111
Bit, Nibble, Byte, Word
„ Bit: Một chữ số nhị phân 0 hoặc 1
„ Nibble: 4-bit (nửa byte)
„ Byte: 8-bit (Còn gọi là Octet)
„ Word (Từ): 16-bit
„ Double Word (Từ kép): 32-bit
„ K = 210 = 1024
Kb (kilôbit) = 1024 bit = 128 byte
KB (kilôbyte) = 1024 byte
Kbps (Kilobit per second): Kilôbit trên giây
„ M = 220 = 1024 K = 1048576
Mb (Mêgabit) = 1024 Kb = 1048576 bit
MB (Mêgabyte) = 1024 KB = 1048576 byte
„ G = 230 = 1024 M = 1048576 K
Gb (Gigabit) = 1024 Mb = 1048576 Kb
GB (Gigabyte) = 1024 MB = 1048576 KB
„ T = ? 
1.3 Các linh kiện điện tử số cơ bản
„ Phân chia linh liện số theo mật độ tích 
hợp: SSI, MSI, LSI, VLSI
SSI (Small Scale Integration): Vi mạch tích hợp cỡ nhỏ
MSI (Medium Scale Integration): Vi mạch tích hợp cỡ trung
LSI (Large Scale Integration): Vi mạch tích hợp cỡ lớn
VLSI (Very Large Scale Integration):Vi mạch tích hợp cỡ cực lớn
„ SSI: Các cổng logic and, or, xor, not
„ MSI: Các bộ giải mã, Các chốt, đệm
„ LSI,VLSI: Các bộ vi xử lý, vi điều khiển,
DSPs
Cổng logic AND
010
111
000
001
A AND BBA
A
B
A AND B
Cổng AND có thể có nhiều hơn 2 đầu 
vào
Trên một chip có thể có nhiều cổng 
AND
Cổng logic AND: IC 7408
Cổng logic AND: IC 7411
Cổng logic OR
Cổng OR có thể có nhiều hơn 2 đầu 
vào
Trên một chip có thể có nhiều cổng 
OR
110
111
000
101
A OR BBA
A
B
A OR B
Cổng logic OR: IC 7432
Cổng logic XOR
Cổng XOR có thể có nhiều hơn 2 đầu 
vào
Trên một chip có thể có nhiều cổng 
XOR
110
011
000
101
A XOR BBA
A
B
A XOR B
Cổng logic NOT
10
01
10
01
NOT AA
A NOT A
Đệm 3 trạng thái 
HiZ0
x1
zc
HiZ1
x0
zc
Chip giải mã 74138
Chip giải mã 74138
Flip Flop kiểu D
Flip Flop kiểu D
Flip Flop kiểu D
Flip Flop kiểu D
Chốt 8-bit 74373
Chốt 8-bit 74573
IC 74244
IC 74244
Đệm 2 chiều 74245
Đệm 2 chiều 74245