Giáo trình kỹ thuật số - Phần 3 Mạch dãy - Chương 13 ppt

PTH-DTT

142


Chơng 13
Thiết kế mạch số dùng MSI và LSI


I. Khái niệm:

Thiết kế mạch số dùng mạch tích hợp cỡ vừa MSI và tích hợp cỡ lớn LSI có một số
đặc điểm khác với mạch SSI đã nghiên cứu:







Thiết kế mạch số dùng MSI và LSI có thể không sử dụng hết khả năng của
mạch, nhng lại kinh tế và làm cho mạch tổng thể có kích thớc nhỏ hơn nhiều.

Các vi mạch thờng dùng dới dạng MUX, DEMUX,CODER, DECODER,
ROM, PLASau đây là các ví dụ
SSI
Bài toán
Xác định
phơng trình

Tối
thiểu hoá
Sơ đồ
Bài toán
Chọn các vi
mạch MSI, LSI
Nối các MSI, LSI cho trớc
dùng trên SSI nếu cần
Sơ đồ
MSI, LSI

BomonKTDT-ĐHGTVT

143

II. Bộ dồn kênh MUX
1. Sơ đồ tổng quát:

2. Các ứng d ụng
a. Chuyển đổi dữ liệu song song thành nối tiếp
Minh hoạ biến đổi 8 bit song song thành nối tiếp, việc điều khiển đa tín hiệu ra
thực hiện nhờ bộ đếm nhị phân 3 đầu ra



b, Mạch tạo dãy tín hiệu tuần hoàn:
Muốn tạo dãy tín hiệu tuần hoàn dùng MUX ta thực hiện nối các đầu vào MUX, và
nối với mức logic nhất định, việc thực hiện đa tín hiệu ra nhờ một bộ đếm nhị phân
mà các đầu ra của bộ đếm nhị phân này đợc đa vào các đầu vào điều khiển của
MUX đó, ví dụ tạo tín hiệu tuần hoàn 10010011:

MUX
D0
D1
D7
Ck
Các bít ra nối tiếp
(theo xung nhịp)
Đếm
AB
C




MUX
0
1
2
n
1 2 n
f
E
(

Enable
)
0
1
2
n
f


PTH-DTT

144



II. ROM(Read Only Memory-bộ nhớ chỉ đọc)
1. Sơ đồ cấu tạo:








ROM
n đầu vào
địa chỉ
m đầu ra
dữ liệu

Ma
trận
AND
n đầu
vào địa
chỉ
2
n

tích

Ma
trận
OR

m đầu
ra
dữ liệu




MUX
+5
C
10010011
Đếm
AB
C

D7
D0

BomonKTDT-ĐHGTVT

145

2. ứng dụng
a, Dùng làm bộ nhớ trong, lu các chơng trình cố định của máy tính.
b, Dùng để thiết kế các mạch tổ hợp
Khi dùng ROM để thiết kế mạch tổ hợp, coi X nh địa chỉ vào của ROM và
Y nh là các số liệu ra của ROM, ROM đợc sử dụng nh một bảng tra cứu(giống
bảng chân lý trong thiết kế mạch tổ hợp)


Điạ chỉ Đầu ra
A B C Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8
0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1
0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0
1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0
1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1
1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1


Ví dụ: Dùng ROM để xây dựng bộ giải mã nhị phân sang 7 vạch, có bảng
chân lý nh trên, các đầu vao đợc xem là đầu địa chỉ của ROM, các đầu ra 7 vạch
chính là đầu ra của ROM.

Mã 7 vạch:

Mã nhị phân Mã 7 vạch
Mã
16
H G F E P Q R S T U V
0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 0
1 0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 0
2 0 0 1 0
1 1 0 1 1 0 1
3 0 0 1 1
1 1 1 1 0 0 1
4 0 1 0 0
0 1 1 0 0 1 1
5 0 1 0 1
1 0 1 1 0 1 1
6 0 1 1 0
1 0 1 1 1 1 1
7 0 1 1 1
1 1 1 0 0 0 0
8 1 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1
9 1 0 0 1

1 1 1 1 0 1 1
A 1 0 1 0
1 1 1 0 1 1 1
B 1 0 1 1
0 0 1 1 1 1 1
C 1 1 0 0
1 0 0 1 1 1 0
D 1 1 0 1
0 1 1 1 1 0 1
E 1 1 1 0
1 0 0 1 1 1 1
F 1 1 1 1
1 0 0 0 1 1 1


PTH-DTT

146


Ma trËn nèi nh− sau:

P0
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7

P8
P9
P10
P11
P12
P13
P14
P15
P
Q
R
S
T
U
V

BomonKTDT-ĐHGTVT

147




Tài liệu tham khảo:

1. Kỹ Thuật Số ứng dụng- NXB Thế giới, 2002
2. Bài Giảng Kỹ thuật Số- Trần Văn Vinh, HVBCVT, 2000
3. Digital Electronics, Roger L.Tokhenim, ISBN Editor, 1999
4. PAL Device Data Book Bipolar and CMOS, ISBN Editor, 1990
5. Cơ sở kỹ thuật Điện tử số, Bộ môn Điện tử, Đại học Thanh Hoa Bắc Kinh 1996

PTH-DTT

148
Phụ lục:

Chơng 1. Hệ thống đếm và m 4
I. Biểu diễn số trong các hệ thống đếm 4
1. Khái niệm cơ bản 4
2. Các hệ đếm thông dụng 4
3. Biểu diễn số trong các hệ đếm 5
II. hệ đếm hai (nhị phân) 6
III. Mã hoá hệ số 10 8
1. Khái niệm về mã hoá hệ số 8
2. Các mã thông dụng 9
Chơng 2.Đại Số Boolean 11
I. Khái niệm chung 11
1. Mở đầu 11
2. Một số khái niệm cơ bản 11
II. Biến và hàm logic 13
1. Khái niệm về biến và hàm logic 13
2. Các hàm logic sơ cấp 14
3. Hệ hàm đầy dủ 17
III. Phơng pháp biểu diễn hàm logic 18
1. Phơng pháp dùng bảng giá trị của hàm 18
2. Phơng pháp hình học 18
3. Phơng pháp biểu thức đại số 19
4. Phơng pháp dùng bảng Karnaugh 19
Chơng 3.Tối thiểu hoá hàm Boolean 21

I. Phơng pháp tối thiểu hoá 21
1. Khái niệm tối thiểu hoá 21
2. Phơng pháp tối thiểu hoá hàm logic bằng biến đổi đại số 22
3. Nhóm các phơng pháp tối thiểu hoá theo thuật toán 23
Chơng 4.Giới thiệu vi mạch số 27
I. Định nghĩa và phân loại 27
1. Định nghĩa 27
2. Phân loại vi mạch theo bản chất của tín hiệu vào / ra 27
3. Phân loại theo mật độ tích hợp 28
4. Phân loại theo công nghệ chế tạo 28
II. Các thông số chính của vi mạch số 30
1. Mức logic 30
2. Đặc tính truyền đạt 30
3. Các thông số về dòng điện. 32
4. Công suất tiêu thụ 33
5. Hệ số tải FAN-IN; FAN-OUT 34
6. Khoảng lề chống nhiễu (Noise Margin) 35

BomonKTDT-ĐHGTVT

149

7. Thời gian truyền đạt và thời gian quá độ 36
8. Dạng vỏ IC 37
9. Giới hạn nhiệt độ 37
III. Công nghệ IC số 37
1. Công nghệ đơn cực 37
2. Công nghệ lỡng cực 40
3. Giao tiếp TTL-CMOS và CMOS-TTL. 44
Chơng 5.phân tích và Thiết kế mạch tổ hợp 47

I. Mô hình toán học của mạch tổ hợp 47
II. Phân tích mạch tổ hợp 48
III. thiết kế mạch tổ hợp 48
1. Bài toán thiết kế và các bớc thực hiện 48
2. Thiết kế mạch tổ hợp 2 tầng và nhiều tầng 48
3. Thiết kế một hệ hàm tổ hợp 52
Chơng 6.Một số mạch tổ hợp thờng gặp 53
I. Bộ cộng nhị phân một cột số 53
1. Phân tích bài toán 53
2. Xây dựng sơ đồ 54
II. Bộ trừ nhị phân một cột số 55
II. Bộ trừ nhị phân một cột số 56
III. Bộ so sánh comparator 57
1. Bộ so sánh 2 số nhị phân 1 bit 57
2. Bộ so sánh n bit 58
IV. Bộ tạo và kiểm tra chẵn lẻ Parity Generator and Checker 59
IV. Bộ tạo và kiểm tra chẵn lẻ Parity Generator and Checker 60
1. Mạch tạo bit chẵn lẻ 60
2. Mạch kiểm tra chẵn lẻ 60
V. Mạch phân loại ngắt 62
VI. Bộ chọn kênh và phân kênh 63
1. Bộ chọn kênh 63
2. Bộ phân kênh 63
VII. Bộ chuyển mã 64
1. Các loại mã tiêu biểu 64
2. Mạch mã hoá - lập mã (ENCODER) 64
3. Mạch giải mã (DECODER) 66
4. Thiết kế mạch chuyển mã 69
5. Một số vi mạch chuyển mã thông dụng 69
Chơng 7.Các phần tử nhớ cơ bản 72

I.Khái niệm chung 72
II. Định nghĩa và phân loại 72
1. Định nghĩa 72
2. Phân loại FF 72


PTH-DTT

150
2. Phân loại FF 73

3. Biểu diễn FF 73
III. các loại FF và điều kiện đồng bộ 73
1. Flip-Flop kiểu RS 73
2. JK Flip-Flop. 75
3. D Flip-Flop 77
4. Flip-Flop kiểu T. 78
IV. Chuyển đổi giữa các loại FF 79
Chơng 8.Bộ đếm 81
I. Định nghĩa và phân loại 81
1. Định nghĩa: 81
2. Phân loại 81
3. Đồ hình trạng thái của bộ đếm: 82
II. Mã của bộ đếm. 83
III.Các bớc thiết kế bộ đếm 84
IV. Một số dạng bộ đếm thờng gặp 85
1. Bộ đếm thuận, đồng bộ, hệ số đếm K
đ
= 2
n

, dùng mã nhị phân. 85
2. Các bộ đếm nghịch, nhị phân, đồng bộ với hệ số đếm chẵn 89
3. Các bộ đếm nhị phân, đồng bộ với hệ số đếm chẵn 90
4. Thiết kế bộ đếm có mạch khởi động 91
VI. Lu ý khi thiết kế bộ đếm: 92
V. Một số IC đếm thờng gặp: 92
Chơng 9.Mô tả và thiết kế mạch dy 93
I. Khái niệm cơ bản 93
1. Mô hình tổng quát 93
2 Phơng pháp mô tả mạch dãy. 93
II. Các bớc thiết kế mạch dãy 96
1. Thiết kế mạch dãy từ bảng trạng thái của Otomat. 97
2. Thiết kế mạch dãy từ đồ hình trạng thái. 98
Chơng 10.Thanh ghi dịch 100
I, Khái quát 100
1. Định nghĩa: 100
2. Cấu tạo 100
3. Phân loại 100
II. Đồ hình tổng quát 101
1. Sơ đồ khối: 103
2. Các bớc thiết kế 104
IV. Mạch tạo dãy tín hiệu tuần hoàn 106
1. Sơ đồ khối: 106
2. Các bớc thiết kế 107
V. Bộ đếm vòng, và bộ đếm vòng xuắn 109
VI. Bộ ghi dịch với hàm hồi tiếp là hàm cộng module 2 109

BomonKTDT-ĐHGTVT

151

1. Bộ ghi dịch với hàm hồi tiếp là hàm cộng module 109
2. Ví dụ ứng dụng mạch loại này để thiết kế bộ đếm: 110
Chơng 11.Mạch dy đồng bộ 113
I. Phân tích 113
II. Thiết kế 113
1. Các bớc thiết kế: 113
III. Tối thiểu hoá: 115
1, Phơng pháp Caldwell: 115
2. Phơng pháp phân hoạch: 120
3. Phơng pháp dùng bảng so sánh 121
IV. Mã hoá trạng thái 124
V. Mạch dãy đồng bộ dùng mô hình Moore và mô hình Mealy 124
Chơng 12.Mạch dy không đồng bộ 129
I. Các bớc thiết kế: 129
II. mã hoá và Tối thiểu hoá thái trong mạch dãy không đồng bộ. 131
III. Hiện tợng chu kỳ và chạy đua 132
1. Hiện tợng chu kỳ: 132
2. Hiện tợng chạy đua: 133
IV. Các ví dụ minh hoạ 135
1. Ví dụ 1: 135
2. Ví dụ 2 138
Chơng 13.Thiết kế mạch số dùng MSI và LSI 142
I. Khái niệm: 142
II. Bộ dồn kênh MUX 143
1. Sơ đồ tổng quát: 143
2. Các ứng d ụng 143
II. ROM(Read Only Memory-bộ nhớ chỉ đọc) 144
1. Sơ đồ cấu tạo: 144
2. ứng dụng 145