Bài giảng Nhập môn mạch số (ThS. Nguyễn Thanh Sang)

NHẬP MÔN MẠCH SỐ CHƯƠNG Giới thiệu tổng quan Thông tin giảng viên, Sách tham khảo, Qui định môn học Môn học: Nhập môn Mạch số Giảng viên: ThS Nguyễn Thanh Sang Email: sangnt@uit.edu.vn Thông tin giảng viên, Sách tham khảo, Qui định môn học Sách tham khảo Digital Systems - principles and applications, Ronald J Tocci, 10th Edition, Prentice-Hall, 2001 Digital design - Principles and Practices, John F Wakerly, 4th Edition, Prentice-Hall, 2001 Kỹ thuật số Nguyễn Như Anh, NXB ĐHQG TP.HCM, 2002 THÔNG TIN GIẢNG VIÊN, SÁCH THAM KHẢO, QUI ĐỊNH MÔN HỌC Trọng số đánh giá phần:  Thực hành: 20%  Kiểm tra kì: 30%  Thi cuối kì: 50% Mục tiêu mơn học • Hiểu luận lý số (digital logic) mức cổng (gate level) mức chuyển mạch (switch level) thành phần logic tổ hợp (combinational logic) logic (sequential logic) • Thiết kế thực thi mạch logic tổ hợp • Phân tích mạch logic số từ đơn giản đến phức tạp • Biết sử dụng công cụ (tools) hỗ trợ Kit thực hành thiết kế logic Số Vị trí, đối tượng môn học chuỗi thiết kế ứng dụng chip  Vị trí mơn học  Đối tượng môn học:  Cổng logic: AND, OR, NOT, NAND, NOR,…  Chốt, Flip-flop, ghi (register)  Mạch logic tổ hợp: cộng, trừ, so sánh, chọn kênh, phân kênh,…  Mạch logic tuần tự: mạch đếm đồng bộ, bất đồng bộ, ghi dịch,… Chuỗi môn học thiết kế ứng dụng chip • Tốn rời rạc • Nhập mơn mạch số • Kiến trúc máy tính • Thiết kế luận lý số • Thiết kế vi mạch với HDL • Thiết kế vi mạch: số, tương tự, hỗn hợp • Hệ điều hành • Hệ thống nhúng • Vi xử lý – Vi điều khiển Nhập môn Mạch số Nội dung môn học:  Chương 1: Giới thiệu  Chương 2: Biểu diễn số hệ số khác  Chương 3: Đại số Boolean cổng luận lý (logic gates)  Chương 4: Mạch logic đánh giá tối ưu  Chương 5: Mạch tổ hợp  Chương 6: Mạch Chương 1: Giới thiệu • Tổng quan • Những đặc điểm Số (digital features) • Qui trình thiết kế Số (digital design processing) • Các loại chip Số • Những thuật ngữ Số Chương 1: Giới thiệu • Tổng quan • Những đặc điểm Số (digital features) • Qui trình thiết kế Số (digital design processing) • Các loại chip Số • Những thuật ngữ Số 10 Nội dung • Bộ đếm bất đồng (Asynchronous counters) – – – – Hệ số đếm (MOD number) Bộ đếm lên/xuống (Up/ Down counters) Phân tích thiết kế đếm bất đồng Delay mạch (Propagation delay) • Bộ đếm đồng (Synchronous counters) – Phân tích đếm đồng (Analyze synchronous counters) – Thiết kế đếm đồng (Design synchronous counter) • Thanh ghi (Register) 55 Thanh ghi (Registers) 56 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Sự phân loại ghi dựa vào đặc điểm:  Cách liệu đưa vào ghi để lưu trữ  Cách liệu lấy từ ghi • Thanh ghi nối tiếp (Serial register): liệu nạp vào ghi theo dạng nối tiếp từ phải sang trái từ trái sang phải – Thanh ghi nối tiếp có liệu ngõ nối đến ngõ vào (feedback) gọi ghi quay vòng (rotate register) – Thanh ghi nối tiếp có liệu ngõ khơng nối đến ngõ vào gọi ghi dịch (shift register) • Thanh ghi song song (Parallel register): liệu nạp vào ghi theo dạng song Thanh ghi gọi ghi nạp (load register) 57 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào song song - ngõ song song (PIPO) (Parallel in/parallel out) 58 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào nối tiếp - ngõ nối tiếp (SISO) (serial in/serial out) 59 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào song song - ngõ nối tiếp (PISO) (Parallel in/serial out) SH/LD =  parallel in/serial out SH/LD =  serial in/serial out 60 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào nối tiếp - ngõ song song (SIPO) (serial in/parallel out) 61 Bộ đếm ghi dịch (Shift Register Counter) • Bộ đếm ghi dịch sử dụng feedback—dữ liệu ngõ FF cuối kết nối ngược lại ngõ vào FF 62 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm vịng trịn (Ring counter) • Bộ đếm vịng trịn đếm ngõ FF sau kết nối đến ngõ vào FF Bộ đếm vòng tròn 4-bit (MOD-4) Biểu đồ chuyển trạng thái (Q0: MSB, Q3: LSB) Bảng Dạng sóng đếm vịng trịn 63 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm vịng trịn (Ring counter) • Tần số ngõ FF 1/N tần số xung Clock đếm vòng tròn MOD-N – Bộ đếm vòng tròn MOD-N  cần N flip-flop – Bộ đếm vòng tròn yêu cầu nhiều FF đếm Binary thơng thường có hệ số đếm (ví dụ: MOD-8 cần FF so với FF đếm thông thường) – Sự giải mã cho trạng thái đạt cách lấy giá trị ngõ tương ứng FF mà không cần dùng đến mạch giải mã • Để hoạt động xác, đếm vòng tròn phải bắt đầu với FF có ngõ FF cịn lại có ngõ – Khi bật nguồn, giá trị FF không dự đoán được, đếm sử dụng chân Preset để định giá trị cho FF chân Clear để xóa FF cịn lại trước xung Clock đưa vào 64 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm Jonhson (Jonhson counter) • Trong đếm Johnson hay đếm vòng xoắn (twisted-ring counter) ngõ bù (Q-bù) FF cuối kết nối với ngõ vào FF Bộ đếm Johnson 3-bit (MOD-6) (Q0: MSB, Q2: LSB) Bảng Biểu đồ chuyển trạng thái Dạng sóng đếm Jonhson 65 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm Jonhson (Jonhson counter) • Với hệ số đếm N (N số chẵn), đếm Johnson cần N/2 flip-flop • Dạng sóng ngõ FF xung vuông (50% duty cycle) tần số 1/N tần số xung Clock • Dạng sóng ngõ FF bị dịch chu kì so với dạng sóng ngõ FF trước (giống đếm vòng tròn) Bộ đếm Johnson 3-bit (MOD-6) (Q0: MSB, Q2: LSB) Dạng sóng đếm Jonhson 66 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm Jonhson (Jonhson counter) • Bộ đếm Johnson cần cổng logic bên để giải mã cho trạng thái • Cổng AND-2 dùng để giải mã cho đếm Jonhson mà không quan tâm số FF sử dụng 67 Câu hỏi thảo luận? Bộ đếm ghi dịch cần nhiều FF đếm Binary thông thường với hệ số đếm (MOD number)? Bộ đếm ghi dịch cần mạch giải mã phức tạp đếm Binary thông thường? Làm để chuyển đổi đếm vòng tròn sang đếm Johnson? Đúng hay Sai? a) Ngõ đếm vịng trịn ln ln xung vuông b) Mạch giải mã cho đếm Johnson đơn giản đếm Binary thông thường? c) Bộ đếm vòng tròn Johnson đếm đồng bộ? Cần FF để thiết kế đếm vòng tròn MOD-16? Bộ đếm Johnson MOD-16? 68 Thảo luận? 69 ...Thông tin giảng viên, Sách tham khảo, Qui định môn học Môn học: Nhập môn Mạch số Giảng viên: ThS Nguyễn Thanh Sang Email: sangnt@uit.edu.vn Thông tin giảng viên, Sách tham khảo, Qui định môn học... thống số - Sự biểu diễn thao tác với số có dấu hệ thống số Nội Dung Giới thiệu hệ thống số – – – – Số Thập Phân Số Nhị Phân Số Thập Lục Phân Số Bát Phân Chuyển đổi hệ thống số Biểu diễn số nhị... – Vi điều khiển Nhập môn Mạch số Nội dung môn học:  Chương 1: Giới thiệu  Chương 2: Biểu diễn số hệ số khác  Chương 3: Đại số Boolean cổng luận lý (logic gates)  Chương 4: Mạch logic đánh