Bài mở đầu Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung

Bài mở đầu Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung số 1 LỜI GIỚI THIỆU Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, Các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lạ.Bài mở đầu Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Bài mở đầu Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung

1 LỜI GIỚI THIỆU Cùng với tiến khoa học công nghệ, Các thiết bị điện tử tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế kĩ thuật đời sống xã hội Việc gia cơng xử lý tín hiệu thiết bị điện tử đại dựa sở nguyên lý số thiết bị làm việc dựa sở nguyên lý số có ưu điểm hẳn thiết bị điện tử làm việc theo nguyên lý tương tự, đặc biệt lĩnh vực tính tốn Bởi hiểu biết sâu sắc Kỹ thuật xung - số thiếu công nhân, cán kỹ thuật điện tử Nhu cầu hiểu biết kỹ thuật xung - số không chi phải riêng công nhân, cán kỹ thuật điện tử mà nhiều cán kỹ thuật ngành khác có sử dụng thiết bị điện tử Để đáp ứng nhu cầu Trường Cao đẳng nghề Hà Nam biên soạn giáo trình nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy học mơn kỹ thuật xung số trường đồng thời giúp cho cán kỹ thuật, cơng nhân kỹ thuật có điều kiện củng cố nâng cao kiến thức ngành nghề Hà nam, ngày 19 tháng 05 năm 2020 “Biên soạn” Nguyễn Quốc Tuấn MỤC LỤC * Định nghĩa: 1.2.2 Hàm tích phân: 10 1.2.3 Hàm vi phân: 11 1.3.2 Hàm R-L 14 1.1.1 Hệ thống số thập phân: 59 1.1.2 Hệ thống số nhị nhân: 59 1.1.3 Hệ thống số bát phân: 59 1.1.4 Hệ thống số thập lục phân: 60 4.1.1 Cổng AND 77 4.1.2 Cổng OR: 78 4.1.3 Cổng NOT: 79 4.1.4 Cổng NAND: 79 4.1.5 Cổng NOR: 80 4.1.6 Cổng EX-OR: 81 4.1.7 Cổng EX – NOR: 82 4.1.8 Cổng BUFFER 83 1.2.1.Flip - Flop JK 103 1.2.2 Flip - Flop JK Master Slave: 104 1.3.1 Cấu trúc: 105 1.3.2 Nguyên lý hoạt động 105 1.3.3 Phương trình: 105 1.3.4 Bảng trạng thái 105 1.4.1 Cấu trúc: 106 1.4.2 Nguyên lý: 106 1.4.3 Phương trình: 106 1.4.3 Bảng trạng thái: 106 MÔ ĐUN: KỸ THUẬT XUNG SỐ Tên môn học: Kỹ thuật xung số Mã môn học: MH 15 Thời gian thực môn học: 60 giờ: (lý thuyết: 20 giờ, thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 37 giờ, kiểm tra: 03 giờ) I Vị trí, tính chất mơn học - Vị trí: Mơn học bố trí sau môn học chung trước môn học/ mô đun đào tạo chun ngành - Tính chất: Là mơn học tiền đề cho môn học chuyên ngành II Mục tiêu môn học - Về kiến thức + Hiểu dạng tín hiệu xung phương pháp biến đổi dạng xung; + Hiểu hệ thống mạch tương tự, mạch số; + Biết chuyển đổi tương tự - số; + Biết chuyển đổi số - tương tự - Về kỹ + Thực mạch ứng dụng kỹ thuật xung số + Lắp ráp, sửa chữa mạch tạo xung + Tụ tin việc tiếp xúc, sửa chữa thiết bị điện tử máy tính sử dụng kỹ thuật xung số + Tạo tính cẩn thận cho học sinh tiếp cận thiết bị sử dụng kỹ thuật xung số + Thực yêu cầu, tiêu chuẩn, kết vị trí cơng việc; - Về lực tự chủ trách nhiệm + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm theo yêu cầu giáo viên, giải lỗi thường gặp trình thực hành + Chịu trách nhiệm hướng dẫn, giám sát người khác thực dạng tín hiệu xung phương pháp biến đổi dạng xung + Đảm bảo an toàn trang thiết bị điện tử an tồn vệ sinh cơng nghiệp trước sau thực hành III Nội dung học Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Thời gian (giờ) Số TT Tên chương, mục Bài 1: Các khái niệm kỹ thuật xung số 1.1.Khái niệm chung 1.2 Các phương pháp biến đổi dạng xung Tổng Lý số thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiể m tra* Thời gian (giờ) Số TT Tên chương, mục Tổng Lý số thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiể m tra* 1.3 Các mạch xén-mạch ghim Bài 2: Các mạch tạo xung 2.1 Mạch dao động đa hài không trạng thái bền 2.2 Mạch dao động đa hài trạng thái bền 2.3 Mạch dao động đa hài hai trạng thái bền 2.4 Mạch dao động blocking 2.5 Mạch tạo xung dùng Op-amp 2.6 Mạch dao động tích dùng UJT 2.7 Vi mạch đỊnh thời IC 555 16 10 Bài 3: Kỹ thuật số - hệ thống số đếm 3.1 Tổng quan logic số 3.2 Mã hoá - giải mã 3.3 Mạch logic tổ hợp 3.4 Các cổng logic - đại số boole 16 10 Bài 4: Mạch Flip-Flop ứng dụng 4.1 Các loại mạch flip – flop 4.2 Mạch ghi dịch 4.3 Mạch đếm 14 Thời gian (giờ) Số TT Tên chương, mục Bài 5: Chuyển đổi tương tự số 5.1 Mạch chuyển đổi tương tự - số 5.2 Mạch chuyển đổi số - tương tự 5.3 Sơ lược nhớ Cộng Tổng Lý số thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiể m tra* 10 60 20 37 BÀI CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNG SỐ MÃ BÀI : MH15-01 Mục tiêu: - Hiểu khái niệm kỹ thuật xung số - Trình bày phương pháp biến đổi dạng xung - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ Nội dung : Khái niệm chung Mục tiêu: - Trình bày khái niệm kỹ thuật xung số Tín hiệu biến đổi đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo thời gian, chứa đựng thơng tin Tín hiệu chia làm loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) tín hiệu gián đoạn (tín hiệu xung) Trong tín hiệu hình sin xem tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục ,có đường biểu diễn hình 1-1 Ngược lại tín hiệu hình vng xem tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu khơng liên tục hình 1-2 Hình 1.1: Tín hiệu hình sin Hình 1.2: Tín hiệu hình vng * Định nghĩa: Xung điện tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn khoảng thời gian ngắn so sánh với q trình q độ mạch điện Xung điện kỹ thuật chia làm loại: loại xung xuất ngẫu nhiên mạch điện, mong muốn, gọi xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng (Hình 1.3) (u,t ) (u,t ) (u,t ) t t t Hình 1.3: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo từ mạch điện thiết kế thường có số dạng bản: (u,t) (u,t ) (u,t) (u,t) t t t dạng xung Hình 1.4: Các mạch điện thiết kế t 1.1 Các thông số a Các tham số xung điện: Dạng xung vng lý tưởng trình bày U, I off t on Hình 1.5: Các thơng số xung + Độ rộng xung: thời gian xuất xung mạch điện, thời gian thường gọi thời gian mở ton Thời gian khơng có xuất xung gọi thời gian nghỉ t off + Chu kỳ xung: khỏang thời gian lần xuất xung liên tiếp, tính theo cơng thức: T= t on + t off (1.1) Tần số xung tính theo công thức: f= T (1.2) + Độ rỗng hệ số đầy xung: - Độ rỗng xung tỷ số chu kỳ độ rộng xung, tính theo cơng thức: Q= T Ton (1.3) - Hệ số đầy xung nghịch đảo độ rỗng, tính theo cơng thức: n= Ton T (1.4) Trong thực tế, người ta quan tâm đến tham số này, người ta quan tâm thiết kế nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp chiều tạo sau mạch chỉnh lưu, mạch lọc mạch điều chỉnh cho mạch điện cấp đủ dịng, đủ cơng suất, cung cấp cho tải + Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, xung vuông, xung chữ nhật khơng có cấu trúc cách lí tưởng Khi đại lượng điện tăng hay giảm để tạo xung, thường có thời gian tăng trưởng (thời gian độ)nhất mạch có tổng trở vào nhỏ có thành phần điện kháng nên sườn trước sau khơng thẳng đứng cách lí tưởng Do thời gian xung tính theo cơng thức: ton = tt + tđ + ts (1.5) Trong đó: ton: Độ rộng xung tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung ts : Độ rộng sườn sau U,I Sườn trước đỉnh xung Sườn sau t Hình 1.6: Cách gọi tên cạnh xung Độ rộng sườn trước t1 tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10% đến 90% trị số biên độ xung độ rộng sườn sau t2 tính từ thời điểm điện áp xung giảm từ 90% đến 10% trị số biên độ xung Trong xét trạng tháI ngưng dẫn hay bão hòa mạch điện điều khiển Ví dụ, xung nhịp điều khiển mạch logic có mức cao H tương ứng với điện áp +5V Sườn trước xung nhịp tính từ xung nhịp tăng từ +0,5V lên đến +4,5V sườn sau xung nhịp tính từ xung nhịp giảm từ mức điện áp +4,5V xuống đến +0,5V 10% giá trị điện áp đáy đỉnh xung dùng cho việc chuyển chế độ phân cực mạch điện Do mạch tạo xung nguồn cung cấp cho mạch địi hỏi độ xác tính ổn định cao + Biên độ xung cực tính xung: Biên độ xung giá trị lớn xung với mức thềm 0V (U, I)Max (Hình 1.7) Hình mô tả dạng xung tăng thời gian quét máy sóng Lúc ta thấy vach nằm song song (Hình 1.7b) khơng thấy vạch hình thành sườn trước sườn sau xung nhịp Khi giảm thời gian quét ta thấy rõ dạng xung với sườn trước sườn sau xung (Hình 1.7c) Hình 1.7: Xung vng hình máy sóng Xung vng lý tưởng xung vng tăng thời gian quét c) xung vuông giảm thời thời gian quét Giá trị đỉnh xung giá trị tính từ đỉnh xung liền kề (Hình 1.7) U, I t Hình 1.8: Giá trị đỉnh xung Cực tính xung giá trị xung so với điện áp thềm phân cực xung.Hình1.9: U, I U, I t t xung dương xung âm Hình 1.9: Các dạng xung dương xung âm b Chuỗi xung: Trong thực tế xung điện tảng kỹ thuật điều khiển Các thiết bị điều khiển đời điều khiển mạch điện có chức đơn giản thường cần điều khiển xung Trong chuỗi xung, xung có hình dạng giống biên độ Nếu chuỗi xung tạo liên tục trình làm việc gọi chuỗi xung liên tục Nếu chuỗi xung tạo khỏang thời gian định gọi chuỗi xung gián đọan Đối với chuỗi xung gián đọan, ngồi thơng số xung cịn có thêm thơng số: - Số lượng xung chuỗi, - Độ rộng chuỗi xung, - Tần số chuỗi xung U, I U, I t t a) b) Hình 1.10: Chuỗi xung liên tục (a) chuỗi xung gián đoạn (b) 1.2 Các hàm 1.2.1 Hàm R – L – C Trong thực tế, mạch điện không dùng mạch mắc theo RLC mạch xử lý dạng xung, thường sau xử lý xong mạch RLC thường dùng để lọc tín hiệu xử lý bù pha dòng điện, dòng điện hay điện áp qua L, C bị lệch pha góc 900 ngược nhau, nên lúc qua L C dẫn đến chúng lệch góc 1800 Nên dễ sinh tượng cộng hưởng, tự phát sinh dao động Ur L Vi C R Vo r t Hình 1.11: Mạch R-L-C Khi tác động vào mạch đột biến dòng điện, mạch phát sinh dao động có biện độ suy giảm dao động quanh trị số không đổi Ir Nguyên nhân 10 suy giảm do điện trở song song với mạch điện R r làm rẽ nhánh dòng điện ngõ Nếu tần số cộng hưởng riêng mạch trùng với tần số xung ngõ vào làm cho mạch cộng hưởng, biên độ ngõ tăng cao Nếu ngõ vào chuỗi xung thì: - Nếu thời gian lặp lại xung ngắn chu kỳ cộng hưởng biên độ ngõ tăng dần theo thời gian dễ gây áp ngõ vào tầng - Nếu thời gian lặp lại xung với chu kỳ cộng hưởng biên độ tín hiệu ngõ gần với tín hiệu ngõ vào, có dạng hình sin thềm điện áp hìn sin tắt dần, khơng có lợi cho mạch xung số Trong thực tế mạch dùng để lọc nhiễu xung có biên độ cao tần số lớn với điện áp ngõ vào có dạng hình sin 1.2.2 Hàm tích phân: Hàm tích phân mạch mà điện áp vo(t) tỉ lệ với tích phân theo thời gian điện áp vào vi(t) Ta có: vo(t) = K  vi(t) (1.6) Trong K hệ số tỉ lệ Mạch tích phân RC: Vi R Vo C Hình 1.12: Mạch tích phân RC Mạch tích phân RC mạch lọc thấp qua dùng RC Tần số cắt mạch lọc là: fc  2RC (1.7) 2fiC (1.9) Do điện áp vào Vi hàm biến thiên theo thời gian nên điện áp điện trở R tụ điện C hàm biến thiên theo thời gian Ta có: Vi(t) = VR(t) + VC(t) (1.8) Xét mạch điện trường hợp nguồn điện áp vào Vi có tần số f i cao so với tần số cắt fc Lúc dung kháng XC có trị số nhỏ Xc  Như vậy: Nếu f >> fc  1 R >> Xc  2fiC 2RC Suy ra: VR(t) >> VC(t) dịng i(t) qua R C Điện áp tụ C tính theo cơng thức: Vc  i(t )dt C (1.10) Như điện áp tụ C điện áp từ ta có điện V0(t) 127 Thực hành: Bài 1: Lắp ráp, khảo sát Flip Flop RS Lựa chọn IC, kết nối mạch hình vẽ, theo sơ đồ chân thực kiểm tra hoạt động mạch, điền kết Y vào bảng SW1(R) SW2(S) 0 1 1 Q Q Kết luận:…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 128 Bài 2: Lắp ráp, khảo sát Flip Flop RS sử dụng tần số xung nhịp Lựa chọn IC, kết nối mạch hình vẽ, theo sơ đồ chân thực kiểm tra hoạt động mạch, điền kết Y vào bảng Ký hiệu Sơ đồ chân Sơ đồ logic Bảng trạng thái CLK SW2(R) SW1(S) 0 1 1 Q Q Kết luận:…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 129 Bài 3: Lắp ráp, khảo sát Flip Flop JK Lựa chọn IC, kết nối mạch hình vẽ, theo sơ đồ chân thực khảo sát hoạt động mạch IC 74LS112N, kết Y vào bảng trạng thái Ký hiệu Sơ đồ chân Sơ đồ logic Bảng trạng thái PR\ CLR\ CLK J K X X X X X X 0 X X X 1 0 1 1 1 1 1 1 X X Q Q\ Kết luận:…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 130 Bài 4: Lắp ráp khảo sát mạch đếm lên không đồng dùng FF JK sử dụng IC 74LS112N a Sơ đồ mạch điện b Kết nối mạch khảo sát - Lựa chọn IC 74LS112N - Lắp IC lên thực hành vị trí họ IC 16 chân - Kết nối mạch theo sơ đồ mạch điện sơ đồ chân IC 74LS112N - Cấp nguồn quan sát tín hiệu xung CLK tín hiệu LED c Ghi kết vào bảng trạng thái CLK 10 11 12 13 14 15 16 SW1 1 1 1 1 1 1 1 SW2 1 1 1 1 1 1 1 SW3 1 1 1 1 1 1 1 LED4 LED3 LED2 LED1 131 Bài 5: Lắp ráp khảo sát mạch đếm xuống không đồng dùng FF D sử dụng IC 74LS74 a Sơ đồ mạch điện b Kết nối mạch khảo sát - Lựa chọn IC 74LS74 - Lắp IC lên thực hành vị trí họ IC 14 chân - Kết nối mạch theo sơ đồ mạch điện sơ đồ chân IC 74LS74 - Cấp nguồn quan sát tín hiệu xung CLK tín hiệu LED c Ghi kết vào bảng trạng thái CLK 10 11 12 13 14 15 16 SW1 1 1 1 1 1 1 1 SW2 1 1 1 1 1 1 1 LED4 LED3 LED2 LED1 132 BÀI CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SỐ MÃ BÀI: MH15-05 Mục tiêu: - Hiểu nguyên tắc hoạt động mạch chuyển đổi tương tự_ số - Lắp ráp mạch chuyển đổi tương tứ_ số mạch ứng dụng - Tính tư duy, xác cơng việc Nội dung : Mạch chuyển đổi tương tự - số Mục tiêu: - Trình bày nguyên tắc hoạt động mạch chuyển đổi tương tự_ số 1.1 Mạch lấy mẫu giữ (sample anh hold) Để biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, người ta khơng thể biến đổi giá trị tín hiệu tương tự mà biến đổi số gía trị cụ thể cách lấy mẫu tín hiệu theo chu kỳ xác định nhờ tín hiệu có dạng xung Ngồi ra, mạch biến đổi cần khoảng thời gian cụ thể (khoảng 1µs - 1ms) cần giữ mức tín hiệu biến đổi khoảng thời gian để mạch thực việc biến đổi xác Đó nhiệm vụ mạch lấy mẫu giữ Hình vẽ sau dạng mạch lấy mẫu giữ bản: Điện tương tự cần biến đổi lấy mẫu thời gian ngắn tụ nạp điện nhanh qua tổng trở thấp OP-AMP transistor dẫn giữ giá trị khoảng thời gian transistor ngưng (tụ phóng chậm qua tổng trở vào lớn OP-AMP) 1.2 Nguyên tắc mạch biến đổi ADC Mạch biến đổi ADC gồm phận trung tâm mạch so sánh 133 Điện tương tự chưa biết va áp vào ngã vào mạch so sánh, ngõ vào nối đến điện tham chiếu thay đổi theo thời gian Vr(t) Khi chuyển đổi điện tham chiếu tăng theo thời gian gần với điện tương tự (với sai số nguyên lượng hóa) Lúc mạch tạo mã số có giá trị ứng với điện vào chưa biết Vậy nhiệm vụ mạch tạo mã số thử số nhị phân cho hiệu số va trị nguyên lượng hóa sau nhỏ 1/2 LSB 1.3 Mạch đổi dùng điện tham chiếu nấc thang Một cách đơn giản để tạo điện tham chiếu có dạng nấc thang dùng mạch DAC mà số nhị phân vào lấy từ mạch đếm lên Khi có xung bắt đầu FlipFlop mạch đếm đặt nên ngõ Q FF lên 1, mở cổng AND cho xung CK vào mạch đếm Ngõ mạch đếm tăng dần theo dạng nấc thang (VDAC), điện tham chiếu, Vr cịn nhỏ va, ngã mạch so sánh mức thấp Q tiếp tục mức cao, Vr vùa vượt va ngõ mạch so sánh lên cao khiến Q xuống thấp, đóng cổng AND khơng cho xung CK qua mạch đếm ngưng Đồng thời ngõ Q lên cao báo kết thúc chuyển đổi Số đếm mạch đếm số nhị phân tương ứng với điện vào Gọi thời gian chuyển đổi tc Thời gian chuyển đổi tùy thuộc điện cần chuyển đổi Thời gian lâu ứng với điện vào trị toàn giai: Mạch đổi có tốc độ chậm Một cách cải tiến thay mạch đếm lên mạch đếm lên/xuống 134 Nếu ngõ mạch so sánh cho thấy Vr nhỏ va, mạch Logic điều khiển đếm lên ngược lai mạch đếm xuống Nếu va không đổi Vr dao động quanh trị va với hai trị số khác LSB Mạch chuyển đổi số - tương tự Mục tiêu: - Trình bày nguyên tắc hoạt động mạch chuyển đổi số - tương tự 2.1 Mạch biến đổi DAC dùng mạng điện trở có trọng lượng khác Trong mạch trên, thay OP-AMP điện trở tải, ta có tín hiệu dịng điện Như OP-AMP giữ vai trò biến dòng điện thành điện ra, đồng thời mạch cộng Ta có: Nếu RF = R thì: 135 Thí dụ: 1/ Khi số nhị phân 0000 v0 = 1111 v0 = -15Vr / 2/ Với Vr = 5V ; R = RF = 1kΩ Ta có kết chuyển đổi sau: Mạch có số hạn chế: - Sự xác tùy thuộc vào điện trở mức độ ổn định nguồn tham chiếu Vr - Với số nhị phân nhiều bit cần điện trở có giá trị lớn, khó thực 2.2 Mạch đổi DAC dùng mạng điện trở hình thang Cho RF = 2R Cho b3 = bit khác = 0, ta được: v0 = -8(Vr /24) Cho b2 = bit khác = 0, ta được: v0 = -4(Vr /24) Cho b1 = bit khác = 0, ta được: v0 = -2(Vr /24) Cho b0 = bit khác = 0, ta được: v0 = - (Vr /24) 136 Ta thấy v0 tỉ lệ với giá trị B tổ hợp bit B = (b3 b2 b1 b0 )2 Suy v0 = -B(Vr /24) Sơ lược nhớ Mục tiêu: - Trình bày tính nhớ kỹ thuật số Tính ưu việt chủ yếu hệ thống số so với hệ thống tương tự khả lưu trữ lượng lớn thông tin số liệu khoảng thời gian định Khả nhớ điều làm cho hệ thống số trở thành đa thích hợp với nhiều tình Thí dụ máy tính số, nhớ chứa lệnh mà theo máy tính hồn tất cơng việc với tham gia người Bộ nhớ bán dẫn sử dụng làm nhớ máy tính nhờ vào khả thỏa mãn tốc độ truy xuất liệu xử lý trung tâm (CPU) Chúng ta quen thuộc với Fliflop, linh kiện điện tử có tính nhớ Chúng ta thấy nhóm FF họp thành ghi để lưu trữ dịch chuyển thơng tin Các FF phần tử nhớ tốc độ cao dùng nhiều việc điều hành bên máy tính, nơi mà liệu dịch chuyển liên tục từ nơi đến nơi khác Tiến công nghệ chế tạo LSI VLSI cho phép kết hợp lượng lớn FF chip tạo thành nhớ với dạng khác Những nhớ bán dẫn với công nghệ chế tạo transistor lưỡng cực (BJT) MOS nhớ nhanh giá thành liên tục giảm công nghệ LSI VLSI ngày cải tiến Dữ liệu số lưu trữ dạng điện tích tụ điện, loại phần tử nhớ bán dẫn quan trọng dùng nguyên tắc để lưu trữ liệu với mật độ cao tiêu thụ nguồn điện thấp Bộ nhớ bán dẫn dùng nhớ máy tính, nơi mà việc vận hành nhanh xem ưu tiên hàng đầu nơi mà tất liệu chương trình lưu chuyển liên tục trình thực tác vụ CPU yêu cầu Mặc dù nhớ bán dẫn có tốc độ làm việc cao, phù hợp cho nhớ trong, giá thành tính bit lưu trữ cao khiến cho khơng thể loại thiết bị có tính chất lưu trữ khối (mass storage), loại thiết bị có khả lưu trữ hàng tỉ bit mà không cần cung cấp lượng dùng nhớ (đĩa từ , băng từ , CD ROM ) Tốc độ xử lý liệu nhớ tương đối chậm nên máy tính làm việc liệu từ nhớ chuyển vào nhớ Băng từ đĩa từ thiết bị lưu trữ khối mà giá thành tính bit tương đối thấp Một loại nhớ khối nhớ bọt từ (magnetic bubble memory, MBM) nhớ điện tử dựa nguyên tắc từ có khả lưu trữ hàng triệu bit chip Với tốc độ tương đối chậm khơng dùng nhớ 137 Có loại nhớ bán dẫn : - Bộ nhớ bán dẫn đọc : (Read Only Memory, ROM) - Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên : (Random Access Memory, RAM) Thật ROM RAM loại nhớ truy xuất ngẫu nhiên, RAM giữ tên gọi Để phân biệt xác ROM RAM ta gọi ROM nhớ chế(nonvolatile, vĩnh cữu) RAM nhớ sống (volatile, khơng vĩnh cữu) có ROM nhớ đọc RAM nhớ đọc - viết (Read-Write Memory) - Thiết bị logic lập trình : (Programmable Logic Devices, PLD) nói điểm khác biệt PLD với ROM RAM qui mơ tích hợp PLD thường khơng lớn ROM RAM tác vụ PLD có phần hạn chế 3.1 ROM (Read Only Memory) Mặc dù có tên gọi phải hiểu sử dụng ROM, tác vụ đọc thực nhiều lần so với tác vụ ghi Thậm chí có loại ROM ghi lần xuất xưởng Các tế bào nhớ từ nhớ ROM xếp theo dạng ma trận mà phần tử chiếm vị trí xác định địa cụ thể nối với ngã mạch giải mã địa bên IC Nếu vị trí chứa tế bào nhớ ta nói ROM có tổ chức bit vị trí từ nhớ ta có tổ chức từ Ngồi ra, để giảm mức độ cồng kềnh mạch giải mã, vị trí nhớ xác định đường địa : đường địa hàng đường địa cột nhớ có mạch giải mã mạch có số ngã vào 1/2 số đường địa nhớ 3.2 Thiết bị logic lập trình (Programmable logic devices, PLD) Là tên gọi chung thiết bị có tính chất nhớ lập trình để thực cơng việc cụ thể Trong cơng việc thiết kế hệ thống, người ta cần số mạch tổ hợp để thực hàm logic Việc sử dụng mạch lặp lại thường xuyên thay đổi tham số hàm phải thực để thỏa mãn yêu cầu việc thiết kế Nếu phải thiết kế từ cổng logic mạch cồng kềnh, tốn mạch in, dây nối nhiều, kết độ tin cậy không cao Như vậy, tiện lợi mạch chế tạo sẵn người sử dụng tác động vào để làm thay đổi phần chức mạch cách lập trình Đó ý tưởng sở cho đời thiết bị logic lập trình Các thiết bị xếp loại nhớ gồm loại: PROM, PAL (Programmable Array Logic) PLA (Programmable Logic Array) Trước nhất, xét qua số qui ước cách biểu diễn phần tử PLD Một biến hàm thường xuất dạng nguyên đảo nên dùng ký hiêu đệm đảo chung cổng có ngã Một nối chết, cịn gọi nối cứng (khơng thay đổi được) vẽ chấm đậm (.) nối sống, gọi nối mềm (dùng lập trình) dấu (x) Nối sống thực chất cầu chì, lập trình phá bỏ 138 Một cổng nhiều ngõ vào thay ngã vào với nhiều mối nối Chúng ta lấy thí dụ với mạch tương đối đơn giản để thấy cấu tạo PLD, PLD thực hàm hàm gồm biến, mạch gồm ngõ vào ngã Trên thực tế số hàm biến PLD lớn 3.3 RAM (Random Acess Memory) Có hai loại RAM : RAM tĩnh RAM động RAM tĩnh cấu tạo tế bào nhớ FF, RAM động lợi dụng điện dung ký sinh cực transistor MOS, trạng thái tích điện hay khơng tụ tương ứng với hai bit Do RAM động có mật độ tích hợp cao, dung lượng nhớ thường lớn nên để định vị phần tử nhớ người ta dùng phương pháp đa hợp địa chỉ, từ nhớ chọn có đủ hai địa hàng cột tác động Phương pháp cho phép n đường địa truy xuất 22n vị trí nhớ Như giản đồ thời gian RAM động thường khác với giản đồ thời gian RAM tĩnh ROM 139 Thực hành: I.Lắp ráp mạch chuyển đổi tương tự - số Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị, vật liệu a Thiết bị: - Đồng hồ VOM - Máy sóng - Nguồn 12V - Test board b Linh Kiện: STT Loại linh kiện IC 741 Điện trở loại Tụ điện IC RS IC AND Số lượng 20 100 20 20 20 Trình tự thực hiện: Bước 1: Kiểm tra linh kiện Bước 2: Lắp ráp mạch Bước 3: Kiểm tra mạch Bước 4: Kết nối mạch với nguồn điện Bước 5: Dùng đồng hồ đo điện áp vào mạch Bước 6: Dùng máy sóng đo tín hiệu vào mạch 140 II.Lắp ráp mạch chuyển đổi số - tương tự Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị, vật liệu a Thiết bị: - Đồng hồ VOM - Máy sóng - Nguồn 12V - Test board b Linh Kiện: STT Loại linh kiện IC 741 Điện trở loại Tụ điện IC RS IC 7414 Số lượng 20 100 20 20 20 Trình tự thực hiện: Bước 1: Kiểm tra linh kiện Bước 2: Lắp ráp mạch Bước 3: Kiểm tra mạch Bước 4: Kết nối mạch với nguồn điện Bước 5: Dùng đồng hồ đo điện áp vào mạch Bước 6: Dùng máy sóng đo tín hiệu vào mạch 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Nguyễn Thương Ngô Kỹ thuật xung số Nhà xuất Thống Kê, 2002 - Nguyễn Trung Lập Kỹ thuật xung số Nhà xuất KHKT, 2000