Mạch ghi dich trong điện tử số

97 Bài 8: mạch ghi dịch (Shift Register) A. Phần tóm tắt lý thuyết Mạch ghi dịch bao gồm các phần tử nhớ làm nhiệm vụ ghi và dịch chuyển các bit của từ nhị phân về phía phải hoặc về phía trái khi có xung nhịp tác dụng. Máy tính bỏ túi là một ví dụ điển hình về ứng dụng tính chất ghi dịch. Thực vậy, ngời sử dụng muốn nhập số 246 vào máy tính chẳng hạn. Đầu tiên ấn phím số 2 rồi rời tay ra. Trên mặt chỉ thị hiện số 2. bây giờ ta ấn tiếp số 4 rồi rời tay ra, trên mặt chỉ thị hiện số 24. Cần lu ý một chút ta thấy số 4 chiếm đúng vị trí số 2, con số 2 dịch sang trái. Cuối cùng ta ấn phím số 6 rồi rời tay ra, trên mặt chỉ thị xuất hiện số 246. Ta nhận thấy số 6 chiếm đúng vị trí số 4, số 4 chiếm vị trí số 2, còn số 2 dịch về trái. Máy tính bỏ túi hoạt động giống tính chất của mạch ghi dịch trái (Shift Left Register). Việc phân loại các mạch ghi - dịch thờng căn cứ vào chiều dịch chuyển số liệu (data) thì có các tên là ghi dịch trái, ghi dịch phải (SLB, SRR). Nếu căn cứ vào cách nhập số liệu (data loading) thì có tên là : Ghi dịch vào nối tiếp - ra nối tiếp (siso) Ghi dịch vào nối tiếp - ra song song (sipo) Ghi dịch vào song song - ra nối tiếp (piso) Ghi dịch vào song song - ra song song (pipo) S = Serial , P = Parallel, I = In, O = Out Những phần tử cơ bản trong mạch ghi dịch là các trigơ. Ngoài ra còn có các cửa logic cơ bản khác hỗ trợ cho đúng với tính chất hoạt động của nó (ví dụ và, hoặc ). 1. Mạch ghi dịch phải, mạch ghi dịch trái (SRR - SLR) ở đây ta dùng trigơ D để đơn giản các hình vẽ. Các trigơ chuyển trạng thái ở phía sờn dơng của xung nhịp. Đặt D 1 = 1, cấu trúc của mạch ghi dịch phải và giản đồ thời gian nh sau: 98 Qua bốn xung nhịp, thông tin D = 1 dịch theo chiều từ trái qua phải (từ trigơ A đến trigơ D). Ta cũng dễ thấy trên giản đồ thời gian trờng hợp D = 0. Ngời đọc cũng có thể tự giải thích đợc tại sao mạch điện dới đây là cấu trúc của mạch ghi dịch trái xây dựng từ trigơ D. "1" "1" D Ck S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q Ck CLR Q A Q B Q C Q D 1 D 0 "1" "1" D Ck S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q 99 3. Nhập tin nối tiếp và nhập tin song song. a) Nhập tin nối tiếp (Serial Data Loading) Nhập tin nối tiếp là việc ghi một từ nhị phân vào mạch ghi dịch bằng cách nhập lần lợt từng bit một sau mỗi xung nhịp . Nh vậy muốn ghi một từ 4 bit, ta cần 4 xung nhịp. Hình sau cho sơ đồ của mạch ghi dịch phải - nhập tin nối tiếp và thông tin có thể lu trữ . M = 1 : sơ đồ ghi nối tiếp dịch phải . M = 0 : thông tin giữ không đổi khi vẫn có Ck. b) Nhập tin song song (Parallel Data Loading) Nhập tin song song là sự lu trữ một từ nhị phân trong mạch ghi dịch bằng cách nhập đồng thời mọi bit của từ nhị phân sau một xung nhịp. Nh vậy tốc độ nhập tin nhanh hơn nhiều so với nhập tin nối tiếp . Cấu trúc của mạch ghi dịch nhập tin song song 4-bit đợc vẽ trên hình dới đây. Lu ý rằng từ 4 bit cần nhập đợc ký hiệu là A, B, C, D, đầu M quy định mode hoạt động. Cách ghi từ nhị phân ABCD nh sau: - Xoá tất cả các trigơ : 0CLR = . - Đặt M = 0 : - Các bit từ nhị phân đợc dẫn đến các đầu vào trigơ : "1" "1" QD QC QB QA M S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q Ck D 100 D A = A ; D B = B ; D C = C ; D D = D. Ngay xung nhịp đầu tiên tác dụng, từ nhị phân đã đợc ghi vào mạch đồng thời qua 4 trigơ. Q A = A ; Q B = B ; Q C = C ; Q D = D ở lối ra song song có đủ 4 bit thông tin. - Các xung nhịp tiếp theo không làm thay đổi trạng thái của hệ. Muốn lấy thông tin ở lối ra nối tiếp ta làm nh sau : Đặt M = 1 : lối vào D i đợc nối D A , Q A nối D B , Q B nối D C , Q C nối D D . Nh vậy sơ đồ chính là mạch ghi nối tiếp dịch phải . Lúc này ở lối ra nối tiếp Q D có bit Q D , cần 3 xung nhịp Ck nữa để lấy ra nốt Q C , Q B , Q A . "1" "1" D C B A QD QC QB QA M S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q Ck D 101 B. Phần thực nghiệm 1. Mạch ghi dịch phải nhập tin 4 bit nối tiếp Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch ghi dịch phải nhập tin nối tiếp đợc xây dựng từ trigơ D. Sơ đồ thí nghiệm: CLR 5V CK 0V Di 5V PR 5V QdQcQbQa S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 04 Trigơ D [Digital Basic/Flip - Flops/D SRN] 04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Chú ý: [ ] Đờng dẫn để lấy linh kiện trong th viện ( ) Ký hiệu phím tắt Bớc 2: - Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. - Xoá mạch bằng CLR = 0 - Sau đó đặt CLR = 1 và P R = 1 Bớc 3: - Tiến hành theo bảng số liệu để nhập tin Q = Q A Q B Q C Q D = 0101 - Điền đầy đủ vào bảng số liệu sau: 102 Ck D i Q A Q B Q C Q D Ck 1 1 Ck 2 0 Ck 3 1 Ck 4 0 - Nếu kết quả đúng thì Q ở dòng Ck 4 phải là 0101 2. Mạch ghi dịch trái nhập tin 4 bit nối tiếp Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch ghi dịch trái nhập tin 4 bit nối tiếp đợc xây dựng từ trigơ D. Sơ đồ thí nghiệm: CLR 5V CK 0V Di 0V PR 5V Qd Qc Qb Qa S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 04 Trigơ D [Digital Basic/Flip - Flops/D SRN] 04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bớc 2: - Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. - Xoá mạch bằng CLR = 0 - Sau đó đặt CLR = 1 và PR = 1 Bớc 3: - Tiến hành theo bảng số liệu để nhập tin Q = Q A Q B Q C Q D = 0101 - Điền đầy đủ vào bảng số liệu sau: 103 Ck D i Q A Q B Q C Q D Ck 1 0 Ck 2 1 Ck 3 0 Ck 4 1 Nếu kết quả đúng thì Q ở dòng Ck 4 phải là 0101 3. Mạch ghi dịch phải nhập tin song song Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch ghi dịch phải nhập tin 4 bit song song đợc xây dựng từ trigơ D. Sơ đồ thí nghiệm: A 0V B 5V C 0V D 5V M 5V Ck 0V CLR 5V S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q QA QB QC QD +V 5V Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 04 Trigơ D [Digital Basic/Flip - Flops/D SRN] 07 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 12 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 01 Cửa đảo [Digital basics/Buferr,Inverters/Inverter] Bớc 2: - Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. 104 - Xoá mạch bằng CLR = 0 - Sau đó đặt CLR = 1 và P R = 1 Bớc 3: - Tiến hành theo bảng số liệu để nhập tin Q = Q A Q B Q C Q D = 0101 - Điền đầy đủ vào bảng số liệu sau: Mốt hoạt động CLR Ck A B C D Q A Q B Q C Q D 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 M = 0 - Nhập tin song song 1 Ck 0 1 0 1 0 1 0 1 1 Ck 1 1 1 1 1 Ck 1 1 1 1 1 Ck 1 1 1 1 1 Ck 1 1 1 1 M = 1 Dịch phải tuần hoàn 1 Ck 1 1 1 1 Nếu kết quả đúng thì sau 4 xung nhịp Ck, Q sẽ nhận lại giá trị ban đầu 4. Nghiên cứu sự hoạt động của ghi dịch vạn năng 74LS194 IC 74LS194 là mạch ghi dịch vạn năng hai chiều 4 bit (4-bit Bidirectional Universal Shift Register). Nó có thể nhập tin nối tiếp, nhập tin song song, dịch trái, dịch phải. Mốt hoạt động của nó đợc điều khiển bởi S 0 và S 1 . Sơ đồ và bảng chân lý đợc trình bày ở phần phụ lục. Sơ đồ thí nghiệm: Q0 Q1Q2Q3 D0 0V D1 0V D2 0V D3 0V MR 0V DSL 0V DSR 0V S2 0V S1 0V Ck 0V 74LS194 CP S1 S0 DSR DSL MR D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 Trong đó + DSR (Data Input Shift Right ): Lối vào dữ liệu dịch phải + DSL (Data Input Shift Left ) : Lối vào dữ liệu dịch trái 105 + D 0 D 3 :Lối vào dữ liệu song song + Q 0 Q 3 :Lối ra dữ liệu song song + M R : (Mater Reset): Clear tác động thấp + S 0 S 1 : Lối vào điều khiển mốt hoạt động Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 10 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 01 IC 74LS194 [Digital by Number/741xx/74194] Bớc 2: a. Ghi dịch phải và ghi dịch trái - Tiến hành thí nghiệm theo các số liệu đầu vào ở bảng chân lý sau và điền đầy đủ kết quả vào bảng: Ck M R S 0 S 1 DSR DSL Q A Q B Q C Q D x 0 x x x x 0 0 0 0 CK1 1 0 1 1 x CK2 1 0 1 1 x CK3 1 0 1 1 x CK4 1 0 1 1 x x 0 x x x x CK1 1 1 0 x 1 CK2 1 1 0 x 1 CK3 1 1 0 x 1 CK4 1 1 0 x 1 b. Ghi dịch phải nhập tin 4 bit nối tiếp - Yêu cầu nhập tin Q = Q A Q B Q C Q D = 0101 - Các bớc tiến hành: + Đặt S 0 , S 1 để chọn mode hoạt động 106 + Đặt giá trị cho DSR thích hợp để nhập đợc tin theo yêu cầu + Tác động CK để nhập tin - Tiến hành thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau: Ck M R S 0 S 1 DSR DSL Q A Q B Q C Q D x 0 x x x x 0 0 0 0 CK1 1 CK2 1 CK3 1 CK4 1 c. Ghi dịch trái nhập tin 4 bit nối tiếp - Yêu cầu nhập tin Q = Q A Q B Q C Q D = 0101 - Các bớc tiến hành: + Đặt S 0 , S 1 để chọn mode hoạt động + Đặt giá trị cho DSL thích hợp để nhập đợc tin theo yêu cầu + Tác động Ck để nhập tin - Tiến hành thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau: CK M R S 0 S 1 DSR DSL Q A Q B Q C Q D x 0 x x x x 0 0 0 0 CK1 1 CK2 1 CK3 1 CK4 1 d. Nhập tin 4 bit song song - Yêu cầu nhập tin Q = Q A Q B Q C Q D = 1001 - Các bớc tiến hành: + Đặt S 0 , S 1 để chọn mode hoạt động + Đặt giá trị tin Q A Q B Q C Q D cần nhập vào các lối vào dữ liệu song song ABCD tơng ứng [...]... thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau CK MR S0 S1 x 0 x x CK1 1 CK2 1 CK3 1 CK4 1 DSR DSL x x A B C D x x x x QA QB QC QD 0 0 0 0 5 Kiểm tra kiến thức Sử dụng hai ghi dịch vạn năng 74LS194 và các linh kiện cần thiết khác để thực hiện các yêu cầu sau: + Mạch ghi dịch phải nhập tin 8 bit nối tiếp Tiến hành thí nghiệm để nhập tin Q = 10110010 + Mạch nhập tin 8 bit song song Tiến hành thí nghiệm... nhập tin Q = 10110010 + Mạch nhập tin 8 bit song song Tiến hành thí nghiệm để nhập tin Q = 10110010 107 C Phụ lục Giới thiệu DataSheet các hãng sản xuất IC trên thế giới của một số IC thông dụng sử dụng trong bài thực hành 1 Bộ ghi dịch vạn năng hai chiều 4 bit (4 bit Bidirectional Universal Shift Register) Tên IC: 74x194 (TTL) 108 109 . đúng vị trí số 4, số 4 chiếm vị trí số 2, còn số 2 dịch về trái. Máy tính bỏ túi hoạt động giống tính chất của mạch ghi dịch trái (Shift Left Register). Việc phân loại các mạch ghi - dịch thờng. thị hiện số 24. Cần lu ý một chút ta thấy số 4 chiếm đúng vị trí số 2, con số 2 dịch sang trái. Cuối cùng ta ấn phím số 6 rồi rời tay ra, trên mặt chỉ thị xuất hiện số 246. Ta nhận thấy số 6 chiếm. 101 B. Phần thực nghiệm 1. Mạch ghi dịch phải nhập tin 4 bit nối tiếp Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch ghi dịch phải nhập tin nối tiếp đợc xây dựng từ trigơ D. Sơ đồ thí nghiệm: CLR 5V CK 0V Di 5V PR 5V QdQcQbQa S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q