Xem mẫu

  1. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp Quy trình thiết kế máy thu phát ký tự 48 bit bằng khoâng theå thieáura flipng coâng của cổngñlogic ANDi, ñoái vôùi ngõ cho nhöõ flop vieäc caàn thieát oái vôùi con ngöôø nhöõng coâng daân cuûa theá kyû 21. Chuùng ta laø nhöõng coâng daân, kyõ sö cuûa nhöõng nhaø maùy, xí nghieäp, thì vieäc tuaân thuû giôø giaác laø moät yeâu caàu nghieâm ngaët. Do ñoù, caàn coù heä thoáng baùo giôø ñeå giuùp moïi ngöôøi naém baét ñöôïc giôø giaác kòp thôøi maø khoâng aûnh höôûng ñeán coâng vieäc. Coù raát nhieàu baùo giôø ñaõ vaø ñang ñöôïc laép ñaêët, töø nhöõng loaïi thoâ sô deán nhöõng loaïi hieän ñaïi. Töø nhöõng ñoàng hoà cô khí, baùn cô khí sau cuøng laø ñoàng hoà ñieän töû. Chæ rieâng ñoàng hoà ñieän töû cuõng coù raát nhieàu loaïi. Vaø theo em loaïi ñoàng hoà baùo thöùc ñôn giaûn vaø phoå bieán nhaát laø:”Maïch baùo giôø duøng EPROM”. II. Muçc ñích nghieân cöùu ÖÙng duïng nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc va øo thöïc tieãn.  Tìm hieåu saâu hôn nhöõng kieán thöùc ñaõ ñöôïc hoïc.  Boå sung nhöõng kieán thöùc coøn thieáu.  Ñeå hoaøn thaønh chöông trình hoïc.  III. Giôùi haïn vaán ñeà Do thôøi gian vaø kieán thöùc coù haïn neân vieäc thöïc hieän ñeà taøi khoâng traùnh khoûi nhöõng thieáu xoùt trong vieäc thieát keá vaø thi coâng. Em chæ thöïc hieän döôïc caùc yù töôûng sau: Baùo giôø, ngaøy, thöù vaø baùo chuoâng theo giôø ñaët saün. Coù theå yù töôûng cuûa em khoâng phaûi laø toái öu nhaát. Raát mong söï goùp yù cuûa thaày coâ vaø caùc baïn. IV. Phaân tích coâng trình lieân heä Thoâng qua vieäc tham khaûo ñeà taøi"thieát keá vaø thi coâng ñoàng hoà baùo giôø"cuaû Vuõ Leâ Ñöùc Trí vaø Ñoaøn Nam Sôn. Ñeà taøi naøy chæ thieát keá phaàn baùo giôø. A. LYÙ THUYEÁT THIEÁT KEÁ Chöông I: CAÙC MAÏCH CÔ BAÛN I. CAÙC MAÏCH LOGIC 1. Coång AND Duøng ñeå thöïc hieän pheùp nhaân logic Kí hieäu: Baûng traïng thaùi A Y SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 12 B
  2. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Nhaän xeùt: ngoõ ra cuûa coång logic AND chæ leân möùc 1 khi caùc ngoõ vaøo laø 1  A,B: ngoõ vaøo tín hieäu logic  0: möùc logic thaáp  1: möùc logic cao  Y: ñaùp öùng ngoõ ra 2. Coång NOT Duøng ñeå thöïc hieän pheùp ñaûo Kí hieäu: Baûng traïng thaùi A Y A Y 0 1 1 0 Tín hieäu giöõa ngoõ ra vaø ngoõ vaøo luoân ngöôïc möùc logic nhau 3. Coång NAND Duøng thöïc hieän pheùp ñaûo cuûa pheùp nhaân logic Kí hieäu: Baûng traïng thaùi A B Y A Y 0 0 1 B 0 1 1 A Y 1 0 1 B SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 13
  3. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp 1 1 0 Nhaän xeùt: Ngoõ ra cuûa coång NAND ôû möùc logic 1 khi taát caû caùc ñaàu vaøo laø 0. 4. Coång OR Duøng thöïc hieän chöùc naêng coäng logic Kí hieäu: Baûng traïng thaùi. A B Y A Y 0 0 0 B 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Nhaän xeùt: Ngoõ ra coång OR ôû möùc logic 1 khi ngoõ vaøo coù ít nhaát moät ngoõ ôû 1 5. Coång NOR Duøng thöïc hieän pheùp ñaûo coång OR Kí hieäu: Baûng traïng thaùi A B C A Y 0 0 1 B 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Nhaän xeùt: ngoõ ra coång NOR seõ ôû möùc 1 khi taát caû caùc ñaàu vaøo laø 0 6. Coång EX-OR Duøng taïo ra tín hieäu möùc 0 khi caùc ñaàu vaøo cuøng traïng thaùi. Kí hieäu: Baûng traïng thaùi A B Y 0 0 0 A Y 0 1 1 B 1 0 1 SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 14
  4. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp 1 1 0 Toùm laïi: Treân ñaây ngöôøi vieát giôùi thieäu 6 loaïi coàng logic :AND, NOT, NAND, OR, NOR, EX-OR. Nhöng thöïc teá chæ caàn 4 coång AND, OR, EX-OR, NOT thì coù theå coù ñöôïc caùc coång coøn laïi. Hieän nay caùc coång logic ñöôïc tích hôïp trong caùc IC. Moät soá IC thoâng duïng chöùa caùc coång thoâng duïng laø: 4 AND 2 ngoõ vaøo: 7408, 4081 6 NOT : 7404,4051 4 NAND 2 ngoõ vaøo:7400, 4071 4 NOR 2 ngoõ vaøo: 7402, 4001 4 EX-OR 2 ngoõ vaøo:74136, 4030 II. Maïch Flip-Flop. Flip - Flop laø caùc phaàn töû cô baûn ñeå taïo thaønh caùc maïch ñeám, caùc thanh ghi, caùc boä nhôù…. laø phaàn töû thöôøng coù 2 ñaàu ra vaø nhieàu ñaàu vaøo. 1. Flip - Flop RS Flip - Flop RS laø loaïi FF ñôn giaûn nhaát chæ coù hai ñaàu vaøo ñieàu khieån tröïc tieáp. Kí hieäu: Baûng chaân lyù: S R Q Q S Q 0 0 Qn Qn R QN 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 Khoâng duøng 2. Flip - Flop RST: Coøn ñöôïc goïi laø Flip - Flop nhòp. Maïch coù caùc ñaàu vaøo ñieàu kieän tröïc tieáp vaø caùc ñaàu vaøo ñoàng boä coäng vôùi xung nhòp Cp. 3. Flip-Flop Chuû tôù (Master - Slave): Laø mgät daïng FF raát phoå bieán goàm 2 phaàn vaø coù 2 khoái ñieàu khieån rieâng nhöng laïi coù quan heä vôùi nhau. FF chuû thöïc hieän chöùc naêng logic cô SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 15
  5. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp baûn cuûa heä Flip-Flop tôù thöïc hieän chöùc naêng nhôù traïng thaùi cuûa heä sau khi hoaøn thaønh vieäc ghi thoâng tin. Döôùi söï ñieàu khieån cuûa xung clock Cp, vieäc ghi thoâng tin vaøo Flip- Flop chuû tôù ñöôïc thöïc hieän qua 4 böôùc:  Böôùc 1: caùch ly giöõa 2 Flip-Flop chuû vaø tôù.  Böôùc 2: ghi thoâng tin vaøo Flip-Flop chuû.  Böôùc 3: caùch ly giöõa ñaàu vaøo vaø Flip-Flop chuû.  Böôùc 4: chuyeån thoâng tin töø Flip-Flop chuû ñeán tôù. Q X1 X1' X2 FF Master FF Slave X2' Q Cp 4. Flip - Flop JK: Laø moät FF vaïn naêng coù nhieàu öùng duïng trong kyõ thuaät soá. Trong FF naøy ngoaøi 2 ñaàu vaøo kích thích tröïc tieáp Sd vaø Rd, coøn coù 2 ñaàu vaøo ñieàu khieån ñoàng boä JK ñaàu vaøo xung clock Cp. Kí hieäu: Baûng traïng thaùi: J K Q S 0 0 Q0 J Q CP 0 1 0 K QN R 1 0 1 1 1 Qn Veà caáu taïo: Flip-Flop JK phöùc taïp hôn FF RS vaø FF RST, nhöng chuùng coù khaû naêng hoaït ñoäng lôùn hôn bôûi vì caùclyù do sau: Vaãn ñieàu khieån tröïc tieáp qua Sd, Rd. Caùc ñaàu vaøo J, K khoâng coù ñaëc tính nhö S vaø R. Tuy nhieân khi J - K = 1 thì maïch hoaït ñoäng nhö moät Flip - Flop T (nghóa laø Q vaãn ñöôïc xaùc ñònh trofg khi FF RS, RST thì bò caám). Chuù yù: khi Flip - Flop naãy baèng xung clock ta caàn chuù yù: Flip - Flop taùc ñoäng baèng möùc ñieän theá hay baèng caïnh (söôøn). Moät soá IC chöùa Flip - Flop JK: SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 16
  6. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp  7470: FF JK naåy baèng caïnh leân, vôùi Preset vaø xoaù, coù cöûa and ôû ngoõ vaøo.  7472: FF JK chuû tôù naåy ôû möùc cao vôùi Preset vaø xoaù, coù cöûa and ôû ngoõ vaøo.  7473: FF JK vôùi xoaù, naåy ôû möùc cao, (74LS73 naåy ôû caïnh xuoáng).  74112: hai FF JK vôùi xoaù, Preset, naåy baèng caïnh xuoáng.  4027: chöaù 2FF ñoäc laäp, Set, Reset naåy ôû caïnh leân. 5. Flip - Flop D: Kí hieäu: Baûng traïng thaùi D Qn+1 Qn+1 D Q 0 0 1 1 1 0 CP QN Ñaàu ra cuûa Flip-Flop D laëp laïi traïng thaùi ñaàu vaøo D ôû thôøi ñieåm tröôùc ñoù. Ta coù theå cheá taïo FF D töø FF JK, RS… Caùc IC chöùa Flip-Flop D: 7474,74174,74175… 6. Flip - Flop T: Laø Flip-Flop coù hai ñaàu ra Q, Q\ vaø ñaàu vaøo döõ lieäu T. Kí hieäu: Baûng traïng thaùi T Q T Qn+1 Qn+1 0 Qn Qn Cp Q 1 Qn Qn T = 1: ñaàu ra naåq lieân tuïc theo xung clock T = 0: ñaàu ra giöõ vò trí cuõ khoâng ñoåi. III. Maïch ñeám Môû ñaàu: Maïch ñeám haïch ñeám xung laø moät heä loâgic daõy ñöôïc taïo thaønh töø söï keát hôïp cuûa caùc Flip - Flop. Maïch coù moät ñaàu vaøo cho xung ñeám vaø nhieàu ñaàu ra. Caùc ñaàu ra naøy thöôøng laø caùc ñaàu ra Q cho caùc FF. Vì Q chæ coù theå coù hai traïng thaùi laø 1 vaø 0 cho neân söï saép xeáp caùc ñaàu ra naøy cho pheùp ta bieåu SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 17
  7. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp dieãn keát quaû döôùi daïng moät soá heä hai coù soá bit baèng soá FF duøng trong maïch ñeám. Ñieàu kieän cô baûn ñeå moät maïch ñöôïc goïi laø maïch ñeám laø noù coù caùc traïng thaùi khaùc nhau, toái ña cuûa maïch cuõng bò giôùi haïn. Soá xung toái ña ñeám ñöôïc goïi laø dung löôïng cuûa maïch ñeám. Xung ñeám ABCD Neáu cöù tieáp tuïc kích thích khi ñaõ tôùi haïn maïch seõ trôû veà traïng thaùi khôûi ñaàu, töùc laø maïch coù tính chaát tuaàn hoaøn. Coù nhieàu phöông phaùp keát hôïp caùc Flip-Flop cho neân coù raát nhieàu loaïi maïch ñeám. Tuy nhieân, chuùng ta coù theå saép chuùng vaøo ba loaïi chính laø: maïch ñeám nhò phaân, maïch ñeám BCD, vaø maïch ñeám modul M. Maïch ñeám nhò phaân: Laø loaïi maïch ñeám trong ñoù coù traïng thaùi cuûa maïch ñöôïc trình baøy döôùi daïng soá nhò phaân. Moät maïch ñeám nhò phaân söû duïng n Flip-Flgp seõ coù dung löôïng laø 2n. Maïch ñeám BCD: Thöôøng duøng 4 FF nhöng chæ cho möôøi traïng thaùi khaùc nhau ñeå bieåu dieãn caùc soá heä 10 töø 0 ñeán 9. Maïch ñeám modul M: Laø maïch ñeám coù dung löôïng laø M, vôùi M laø soá nguyeân döông baát kyø. Vì vaäy maïch ñeám loaïi naøy coù raát nhieàu daïng khaùc nhau tuyø theo saùng kieán cuûa nhaø thieát keá nhaèm thoaû maõn nhu caàu söû duïng. Maïch ñeám modul M thöôøng duøng coång logic vôùi Flip-Flop vaø caùc kieåu hoài tieáp ñaëc bieät ñeå coù theå trình baøy keát quaû döôùi daïng soá heä hai töï nhieân hay döôùi daïng maõ naøo ñoù. Veà chöùc naêng cuûa maïch ñeám, ngöôøi ta phaân bieät: Caùc maïch ñeám leân (up counters) hay coøn goïi laø maïch ñeám coäng, maïch ñeám thuaän. Caùc maïch ñeám xuoáng: (down counters) hay coøn goïi laø maïch ñeám tröø, maïch ñeám nghòch. Caùc maïch ñeám leân - xuoáng (up - down counters) hay coøn goïi laø maïch ñeám hoãn hôïp, maïch ñeám thuaän nghòch. SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 18
  8. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp Veà phöông phaùp ñöa xung clock vaøo maïch ñeám, ngöôøi ta phaân ra: Phöông phaùp ñoàng boä: Phöông phaùp naøy xung clock ñöôïc ñöa ñeán caùc Flip Flop cuøng moät luùc. Phöông phaùp khoâng ñoàng boä: Phöông phaùp naøy xung clock ñöôïc ñöa ñeán moät FF, roài caùc FF coøn laïi kích thích laãn nhau. Toác ñoä taùc ñoäng cuûa maçch ñeám laø tham soá quan troïng vaø ñöôïc xaùc ñònh bôûi hai tham soá khaùc laø: Taàn soá cöïc ñaïi cuûa daõy xung maø boä ñeám coù theå ñeám ñöôïc. Khoaûng thôøi gian thieát laäp cuûa maïch ñeám: töùc laø khoaûng thôøi gian töø khi ñöa xung ñeám vaøo maïch cho tôùi khi thieát laäp xong traïng thaùi trong boä ñeám töông öùng vôùi khung ñaàu vaøo. Caùc Flip-Flop thöôøng duøng trong maïch ñeám laø loaïi RST vaø JK döôùi daïng rôøi hay tích hôïp. Maïch ghi: Moãi Flip-Flop coù hai traïng thaùi oån ñònh (hai traïng thaùi beàn) vaø ta coù theå kích thích Flip-Flop ñeå coù ñöôïc moät trong hai traïng thaùi nhö yù muoán. Sau khi kích thích Flip-Flop seõ giöõ hai traïng thaùi naøy cho ñeán khi noù buoäc bò thay ñoåi. Vì coù ñaëc tính nhö vaäy neân ta baûo raèng Flip-Flop laø maïch coù tính nhôù ñöôïc hay maïch nhôù. Nhö vaäy, neáu duøng nhieàu Flip-Flop ta coù theå ghi vaøo ñoù moät hay nhieàu döõ lieäu ñaõ ñöôïc maõ hoaù döôùi daïng moät chuoãi caùc soá heä nhò phaân laø 0 vaø 1. Caùc FF duøng vaøo coâng vaeäc nhö theá taïo thaønh moät loaïi maïch laø maïch ghi maø trong nhieàu tröôøng hôïp coøn goïi laø thanh ghi (register). Thoâng thöôøng caùc FF khoâng naèm coâ laäp maø chuùng ñöôïc noái laïi vôùi nhau theo moät caùch naøo ñoù ñeå coù theå truyeàn töøng phaàn döõ lieäu cho nhau. Döôùi hình thöùc naøy ta coù thanh ghi dòch (shift register). Thanh ghi dòch laø moät phaàn töû quan troïng trong caùc thieát bò soá töø maùy ño cho ñeán maùy tính. Ngoaøi nhieäm vuï ghi nhôù döõ lieäu, chuùng coøn thöïc hieän moät soá chöùc naêng khaùc nhau. Coù hai phöông phaùp ñöa döõ lieäu vaøo maïch laø: noái tieáp (serial) vaø song song (parallel) taïo thaønh caùc maïch ghi noái tieáp vaø maïch ghi song song. Thanh ghi ñöôïc tích hôïp trong caùc IC sau:  74164  4034 : thanh ghi ñoäc laäp 8 bit. SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 19
  9. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp  74165  4021 : thanh ghi dòch 8 bit.  74166  4014 : thanh ghi dòch 8 bit.  74194  40194 :thanh ghi dòch 4 bit.  74195  40195 :thanh ghi dòch 4 bit. SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 20
  10. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp Chöông II: GIAO TIEÁP GIÖÕA TTL VAØ CMOS MUÏC ÑÍCH GIAO TIEÁP: I. Trong khi moät ngoõ TTL coù theå thuùc tröïc tieáp nhieàu ngoõ TTL, moät ngoõ ra CMOS coù theå thuùc tröïc tieáp nhieàu ngoõ CMOS: thì ñoâi khi ta phaûi duøng hoãn taïp IC TTL vaø Cmo8 trong cuøng moät maïch hay vì heä thoáng vì leõ khoâng coù IC cuøng loaïi, luùc ñoù vaán ñeà giao tieáp giöõa hai loaïi hoï IC ñöôïc ñaët ra maø lyù do laø ñieän theá ra, vaøo vaø khaû naêng doøng ra vaøo cuûa hai maïch logic khaùc nhau. Sau ñaây laø baûng giaù trò doøng ñieän vaø ñieän aùp cho vieäc giao tieáp CMOS vaø TTL: Thoâng soá 4000B 74HC 74HTC 74 74LS 74AS 74ALS VIH (min) 3,5V 3,5V 2,0V 2,0V 2,0V 2,0V 2,0V VIL (max) 1,5 1,0V 0,8V 0,8V 0,8V 0,8V 0,8V VOH (min) 4,95 4,6 2,4V 2,7V 2,7V 2,7V 2,7V VOL (max) 0,05V 0,1V 0,1V 0,4V 0,5V 0,5V 0,4V IIH (max) 1A 1 1A 40A 20A 200A 20A IIL (max) 1A 1 1A 1,6A 0,4A 2mA 100A IOH (max) 0,4mA 4mA 4mA 0,4mA 0,4mA 2mA 400A IOL (max) 0,4mA 4mA 4A 16mA 8mA 20mA 8mA GIAO TIEÁP GIÖÕA TTL VAØ CMOS. II. Khi ngoõ ra cuûa cöûa TTL ôû möùc cao (logic 1) doøng ñieän töø Vcc chaïy qua transitor taûi hay ñieän trôû keùo leân ñeå vaøo maïch CMOS. Doøng ñieän taûi (vaøo maïch CMOS) phaûi nhoû hôn doøng ñieän nguoàn cuûa maïch TTL ôû möùc logic 1 ñeå khoâng haï thaáp möùc ñieän theá ra cuûa maïch TTL xuoáng döôùi möùc ñieän theá vaøo ôû traïng thaùi 1 cuûa maïch CMOS. Vì doøng ñieän vaøo traïng thaùi 1 cuûa maïch CMOS. Chæ baèng ôû 10pA neân khoâng coù vaán ñeà gì. Maïch TTL coù 3 kieåu maïch ra: ñieän trôû keùo leân, cöïc thu ñeå hôû vaø keùo ñeøn tích cöïc. Do ñoù xeùt 3 tröôøng hôïp: Ñieän trôû keùo leân: tröôøng hôïp maïch ngoõ ra coù ñieän trôû keùo leân nhö hình 1 ta coù theå maéc tröïc tieáp vaøo CMOS. SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 21
  11. GVHD: Nguyeãn Taán Ñôøi Luaän vaên toùt nghieäp Cöïc thu ñeå hôû: (hình 2): vôùi maïch TTL coù ngoõ ra kieåu naøy ta phaûi maéc theâm ñieän trôû keùo leân ñeå giao tieáp vôùi CMOS. Khoâng neân söû duïng hoãn taïp maïch CMOS, TTL laøm taûi maø chæ toaøn CMOS thoâi. Ngoõ ra keùo leân tích cöïc (hình 3) ñaây laø kieåu ra phoå bieán nhaát cuûa TTL. Ñieän theá ra toái thieåu ôû möùc cao 2,4 V laø doøng ñieän taûi 100 A. Khi taûi laø cuöûa CMOS ñieä ntheá ra ôû logic 1 cuûa maïch TTL laø: 10pA V0 = Vcc - VBE - VD - RB . B Ñieän theá naøy döôùi 4V khieán CMOS khoâng hoaït ñoäng ñuùng neân phaûi duøng ñieän trôû keùo leân Rx beân ngoaøi maïch TTL. (hình 4). 5V 5V +V +V 1k 1k NPN TTL CMOS Hình 2 Hình 1 5V +V 5V +V NPN CMOS TTL NPN Io Hình 4 Caùch choïn ñieän trôû keùo leân: Trò soá toái thieåu cuûa ñieän trôû keùo leân Rx cho bôûi: VDD - VOL (max) Rx (min) = IOL - NIIL VOL (max): ñieän theá toái ña ra ôû möùc logic 0 cuûa TTL. SVTH: Nguyeãn Thaønh Nhôn Trang 22
nguon tai.lieu . vn