Thí nghiệm Số-Bài 3: Flip Flop và thanh ghi pdf

Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số Họ tên: Lớp: Nhóm: Bàn số: BÀI 3 FLIP FLOP & THANH GHI  MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM Giúp sinh viên bằng thực nghiệm khảo sát : • Tìm hiểu các yếu tố nhớ bán dẫn cơ bản có hai trạng thái bền, sử dụng rộng rãi trong các thiết bò logic. • Làm quen với các Flip-Flop chuyên dụng như: 74LS74, 74LS374, 74LS166… • Tìm hiểu nguyên tắc chốt dữ liệu bằng vi mạch chuyên dụng chứa 8 trigger D, nguyên tắt hoạt động của bộ ghi dòch trong các phép biến đổi mã song song thành nối tiếp hoặc ngược lại. • Thí nghiệm kiểm tra các bảng sự thật của các vi mạch, các mạch ứng dụng như mạch đếm, thanh ghi chuyển dữ liệu, thanh ghi chốt dữ liệu…  THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bò chính cho thực tập điện tử số DTS-21. 2. Dao động ký 3 tia. 3. Khối thí nghiệm DM-207 cho bài thực tập về các sơ đồ trigger và bộ ghi dòch(Gắn lên thiết bò chính DTS-21). 4. Dây có chốt cắm hai đầu. PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phần này nhằm tóm lược những vấn đề lý thuyết thật cần thiết phục vụ cho bài thí nghiệm và các câu hỏi chuẩn bò để sinh viên phải đọc kỹ và trả lời trước ở nhà. 1. Mạch tuần tự (Flip-Flop) được hình thành trên cơ sở các cổng Logic, có tính chất nhớ (trạng thái ngõ ra phụ thuộc vào trạng thái ngõ vào và tình trạng trước đó của mạch). 2. Các Flip-Flop được chế tạo ở dạng vi mạch chuyên dụng và sử dụng nhiều trong các hệ thống số như được dùng làm mạch đếm, mạch ghi dữ liệu… 3. Có 4 loại Flip-Flop cơ bản: RS-FF, JK-FF, T-FF và D-FF. 4. Set – Reset Flip-Flop a. RS-FF dùng cổng NOR ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 33 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số SET 74LS02 2 3 1 74LS02 2 3 1 RESET Q Q SET RESET Output 0 0 Không thay đổi 1 0 Q = 1 0 1 Q = 0 1 1 Cấm • Khi SET = RESET = 0. Đây là trạng thái nghỉ và không làm ảnh hưởng đến các trạng thái ngõ ra. • Khi SET = 1, RESET = 0. Ngõ ra Q luôn = 1 và vẫn giữ nguyên trạng thái Q=1 khi SET được đặt trở lại 0 (LATCH) • Khi SET = 0, RESET = 1. Ngõ ra Q luôn = 0 và vẫn giữ nguyên trạng thái Q=0 khi RESET được đặt trở lại 0 (LATCH) • Khi SET = CLEAR = 1: điều kiện này làm cho ngõ ra Q = Q = 0. Nếu các ngõ vào trở lại mức 0 đồng thời, kết quả ngõ ra sẽ không thể đoán trước được. Trạng thái này không được dùng và gọi là trạng thái cấm. b. RS – FF dùng cổng NAND (tương tự, chỉ lưu ý sự hoán chuyển ngõ ra Q và Q và các điều kiện ngõ vào) 3A 74LS00 1 2 3 RESET 3B 74LS00 4 5 6 SET Q Q SET RESET Output 1 1 Không thay đổi 0 1 Q = 1 1 0 Q = 0 0 0 Cấm 5. Xung Clock và các CLOCKED FLIP-FLOPS: hệ thống số có thể thiết kế hoạt động ở 2 chế độ đồng bộ và không đồng bộ. - Ở các hệ thống không đồng bộ, các ngõ ra của mạch logic có thể thay đổi trạng thái khi một hay nhiều ngõ vào thay đổi. - Ở hệ thống đồng bộ, thời điểm tại đó ngõ ra có thể thay đổi trạng thái được quyết đònh bằng một tín hiệu gọi là xung clock. ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 34 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số 6. CLOCKED SR-FF 1 2 3 1 2 3 CLK 1 2 3 1 2 3 R S S R CLK Output 0 0 ↑ Không thay đổi 1 0 ↑ Q = 1 0 1 ↑ Q = 0 1 1 ↑ Cấm 7. CLOCKED JK-FF J K CLK Output 0 0 ↑ Q o (Không đổi) 1 0 ↑ Q = 1 0 1 ↑ Q = 0 1 1 ↑ 0 Q 1402 6 3 5 1 2 7 4 J CLK K Q Q S R 8. CLOCKED D-FF 74LS74 2 3 5 6 4 1 D CLK Q Q PR CL D CLK Output 1 ↑ Q = 1 0 ↑ Q = 0 9. Thanh ghi dòch: (Shift Register): có 4 loại chính như sau: ¾ Vào song song/ ra song song ¾ Vào nối tiếp/ra nối tiếp ¾ Vào song song/ra nối tiếp ¾ Vào nối tiếp/ ra song song 10. Thanh ghi dòch vào song song/ ra song song (74374) ¾ 74374: vào 8 bit song song/ra 8 bit song song OC CLK D Output 0 ↑ 1 1 0 ↑ 0 0 0 0 X Q O 1 X X HiZ IC1 74LS374 3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 2 5 6 9 12 15 16 19 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OC CLK Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Một số IC thông dụng khác: ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 35 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số ¾ 74174: vào 6 bit song song/ra 6 bit song song ¾ 74178: vào 4 bit song song/ra 4 bit song song 11. Thanh ghi dòch vào song song/ ra nối tiếp • 74LS166 là loại IC nạp dữ liệu vào song song (8bit), xuất dữ liệu ra nối tiếp (Dữ liệu được nạp vào từ chân A,…,H và xuất ra tuần tự ở chân SER OUT. • CKI là chân cho phép xung CK tác động ở ngã vào CK, CKI=[0]: cho phép xung CK, CKI=[1] : cấm xung CK. • SH/LD=[0]: nạp dữ liệu, SH/LD=[1]: dòch dữ liệu. IC7 74LS166 1 2 3 4 5 10 11 12 14 7 6 15 9 13 SER A B C D E F G H CLK INH SH/LD CLR QH • Sau khi dòch 1 bit ra khỏi hàng dữ liệu (về hướng bit H), bit A sẽ trống và bit SR (Serial in) sẽ dòch vào thanh chốt của bit A. Một số IC thông dụng khác: 74LS165 ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 36 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số PHẦN II : TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM Sau khi đã hiểu kỹ những vấn đề lý thuyết được nhắc lại và nhấn mạnh ở PHẦN I, phần này bao gồm trình tự các bước phải tiến hành tại phòng thí nghiệm. II.1. SƠ ĐỒ TRIGGER II.1.1. Trigger RS dùng cổng NAND: 1. Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-1 (Hình 3.1) 2. Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-1. 15 LED PS2 TTL 14 LED 3A 74LS00 PS1 A TTL B 3B 74LS00 Q Q S R Hình 3.1 Trigger RS dùng cổng NAND 3. Thực hiện nối dây như sau (hình 3.1) Bước 1: Nối 2 ngõ vào R, S với công tắc xung PS1, PS2 (vò trí A /TTL, B /TTL), Ghi nhận kết quả vào bảng 3.1 Bản g 3.1 R S Q Q 1 1 Bước 2: Tác động ngõ vào Reset ( nhấn PS2). Ghi kết quả vào bảng 3.2 Bản g 3.2 R S Q Q 1 Bước 3: Tác động ngõ vào Set (nhấn PS1). Ghi kết quả vào bảng 3.3 Bản g 3.3 R S Q Q 1 Bước 4: Nối 2 ngõ vào R, S với công tắc LS1, LS2. Đặt R, S ở mức logic [0]. Ghi nhận kết quả vào bảng 3.4 ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 37 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số Bản g 3.4 R S Q Q [0] [0] II.1.2. Trigger R-S Điều Khiển Bằng Xung Dùng Cổng Logic: 1. Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-2 (Hình 3.2) 2. Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-2 U23A 74LS00 0 LED U22A 74LS00 LS2 0 1 1 LED PS1 A TTL U25A 74LS00 U24A 74LS00 LS1 0 1 Q Q S R Hình 3.2. Sơ đồ trigger R-S điều khiển bằng xung 3. Thực hiện nối dây như sau (hình 3.2) • Nối 2 ngõ vào R, S với công tắc LS1, LS2. • Nối ngõ vào C với công tắc xung PS1 ở vò trí A/TTL. 4. Các bước thực hiện: Bước 1: Đặt các ngõ vào R, S theo bảng 3.5 Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1, Ghi nhận kết quả vào bảng 3.5. Bảng 3.5 LS1-S LS2-R PS1 Q Q 0 0 ↑ 1 0 ↑ 0 1 ↑ 1 1 ↑ Chú ý: ↑ là ký hiệu tác động xung PS1. II.1.3. Trigger D tạo từ Trigger R-S Điều Khiển Bằng Xung Dùng Cổng Logic : 1. Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-2 (Hình 3.3) 2. Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-2 ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 38 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số LS1 1A 74LS00 1 2 30 1 1D 12 13 11 Q 74LS04 1 2 \ Q 1C 8 PS1 TTL 1B 4 5 6 LED LED 1 0 CK D Hình 3.3. Sơ đồ trigger D 3. Thực hiện nối dây như sau (hình 3.3) • Nối ngõ vào D với công tắc LS1. • Nối ngõ vào CK với công tắc xung PS1 ở vò trí A/TTL. 4. Các bước thực hiện: Bước 1: Đặt các ngõ vào D theo bảng 3.6 Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1, Ghi nhận kết quả vào bảng 3.6. Bảng 3.6 LS8 - D PS1 - CK Q Q 0 ↑ 1 ↑ 0 ↑ 1 ↑ Chú ý: ↑ là ký hiệu tác động xung PS1. II.1.4. Trigger D loại vi mạch 74LS74: 1. Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-4 (Hình 3.4) 2. Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-4 LED1 IC1aA 74LS74 D CLK Q Q PR CL LS4 0 1 PS1 A TTL LS1 0 1 LS2 0 1 Hình 3.4. D Flip-Flop (74LS74) LED2 3. Thực hiện nối dây như sau (hình 3.4) ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 39 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số • Nối các ngõ vào D, PR, CLR với các công tắc LS. • Nối ngõ vào CK với công tắc xung PS1 ở vò trí A/TTL. • Nối các ngõ ra Q , Q với các LED. 4. Các bước thực hiện: Bước 1: Đặt các ngõ vào CLR, PR, D theo bảng 3.7 Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1, Ghi nhận kết quả vào bảng 3.7. Bảng 3.7 D PR CLR PS1 Q Q X 0 1 X X 1 0 X 0 1 1 ↑ 1 1 1 ↑ 0 1 1 ↑ 1 1 1 ↑ Chú ý : X là giá trò tùy đònh. II.1.5. Trigger D kiểu 2 tầng điều khiển theo sườn xung : 1. Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-3 (Hình 3.5) 2. Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-3 DS1 3. Thực hiện nối dây như sau (hình 3.5) • Nối các ngõ vào D, PR, CLR với các công tắc LS1, DS1, DS2. • Nối ngõ vào CK với công tắc xung PS1 ở vò trí /A/TTL. • Nối các ngõ ra Q1, 1,QQ, Q với các LED. 4. Các bước thực hiện: Bước 1: Đặt các ngõ vào D, PR, CLR theo bảng 3.8 H ình 3.5. Trigger D 2 tầng 2D 9 8 Q 2C 5 6 5B 3 6 4 5 3B 74LS10 3 64 5 DS2 0 1 PS1 /A/TTL 2B 74LS04 3 4 PR 0 5A 1 122 13 LS1 4B 74LS00 4 5 6 CK Q1 LED LED 1 0 \Q 4A 1 2 3 CLR \ Q1 D 5C 74LS10 9 8 10 11 3A 74LS10 1 122 13 8 9 10 11 3C 0 1 1 ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 40 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1, Ghi nhận kết quả vào bảng 3.8. Bảng 3.8 D PR CLR PS1 Q1 1Q Q Q X 0 1 X X 1 0 X 0 1 1 ↑ 1 1 1 ↑ 0 1 1 ↑ 1 1 1 ↑ II.1.6. Trigger J-K điều khiển theo sườn xung : 1. Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-5 (Hình 3.6) 2. Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-5 6A 1 2 3 6D 12 13 11 7A 1 2 3 7B 74LS00 4 5 6 J 5C 74LS10 6C 9 10 8 LS1 0 1 K \Q Q CK LS2 0 1 5B 6B 4 5 6 LED LED 1 0 PS1 TTL \ Q1 Q1 11 13 12 7D H ình 3.6. Trigger J- K 3. Thực hiện nối dây như sau (hình 3.6) • Nối các ngõ vào J, Kvới các công tắc LS1, LS2. • Nối ngõ vào CK với công tắc xung PS1 ở vò trí A/TTL. • Nối các ngõ ra Q1, 1,QQ , Q với các LED. 4. Các bước thực hiện: Bước 1: Đặt các ngõ vào J, K theo bảng 3.9 Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1, Ghi nhận kết quả vào bảng 3.9. Bảng 3.9 LS1 - J LS2 - K PS1 Q1 Q 1 Q Q 0 0 ↑ 1 0 ↑ 0 1 ↑ 1 1 ↑ ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 41 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số II.2. THANH CHỐT DỮ LIỆU-LATCH II.2.1. Vào nối tiếp/ra song song 1. Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-6 (Hình 3.7) 2. Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-6. PS1 A \TTL 4B 4 5 6 2B 4 5 6 4D LS1 0 1 1Q 3Q 1D 3D 74LS32 12 13 11 LS3 0 1 1A 74LS04 1 2 4A 1 2 3 CK 3B 4 5 6 H ình 3.7. Thanh chốt dữ liệu dùng vi mạch rời 3C 9 10 8 SER IN 3D LOAD DS2 0 1 4D 12 13 11 5B 11 12 9 8 CLK RS D PR Q Q DS1 0 1 2D 6B 11 12 9 8 CLK RS D PR Q Q 3A 1 2 3 2Q 2D 12 13 11 2A 74LS00 1 2 3 4C 9 10 8 LS2 0 1 2C 9 10 8 4Q 5A 74LS74A 3 2 5 6 CLK RS D PR Q Q 6A 3 2 5 CLK RS D PR Q Q 6 LS4 0 1 R LED R LED R LED R LED 3. Thực hiện nối dây như sau (hình 3.7) • Nối các ngõ vào từ 1D đến 4D với các công tắc LS1 đến LS4. • Nối các ngõ ra từ 1Q đến 4Q với các LED của bộ LOGIC INDICATORS. • Nối ngõ vào CK với công tắc xung PS1 chốt A\TTL. • Nối ngõ vào LOAD, SER IN với công tắc DS2, DS1. 4. Các bước thực hiện: Bước 1: Đặt các ngõ vào LOAD, SER IN theo bảng 3.10 (chưa sử dụng các công tắc LS1 đến LS4) Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1 . Ghi nhận kết quả vào bảng 3.10 ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 42 [...]...Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số Bảng 3.10 DS2 LOAD 0 0 0 0 0 0 0 0 DS1 - SER IN 1 0 0 0 1 0 0 0 PS1 -CK 4Q 3Q 2Q 1Q ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ II.2.2 Vào song song/ra nối tiếp Sử dụng hình 3.7 trên, các bước thực hiện như sau: Bước 1: Đặt các ngõ vào LOAD, LS1 đến LS4 theo bảng 3.11 (để chuẩn bò ghi các mã song song vào các trigger D) Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1 để ghi mã từ các lối vào... LED của bộ LOGIC INDICATORS • Nối ngõ vào CK với công tắc xung PS1 • Nối ngõ vào OC với công tắc DS1 4 Các bước thực hiện: Bước 1: Đặt các ngõ vào OC, 1D đến 8D theo bảng 3.12 Bước 2: Nhấn công tắc xung PS1 (kích xung CK cho 74LS374) Ghi nhận kết quả vào bảng 3.12 ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 44 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số Bảng 3.12 LỐI VÀO LỐI RA OC 8 D 7 D 6 D 5 D 4 D 3... lối vào song song (1D-4D) vào các trigger D Ghi nhận kết quả vào bảng 3.11 Bước 3: Để dòch mã cần chuyển DS2 -> 0 (chuyển từ LOAD sang SHIFT) và nhấn PS1 Xác đònh trạng thái lối ra 1Q - 4Q ghi nhận kết quả vào bảng 3.11 Bảng 3.11 DS2 LOAD 1 0 0 0 DS1SER IN 0 0 0 0 PS1 CK ↑ ↑ ↑ ↑ LS4 4D 0 LS3 3D 1 LS2 2D 0 LS1 1D 1 4Q 3Q 2Q 1Q II.2.3 Vào song song/ra song song 1 Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-6 (Hình 3.8)... 74LS166 LS8 TTL SER IN DS2 ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 45 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số 3 Thực hiện nối dây như sau (hình 3.9) • Nối các ngõ vào từ A đến H với các công tắc LS1 đến LS8 • Nối các ngõ vào CKI, SH/LD, SR với các công tắc DS/TTL • Đặt ngõ ra SER OUT với LED của bộ LOGIC INDICATORS • Đặt các ngõ vào CK, CLEAR với công tắc xung PS1, PS2 4 Các bước thực hiện: Quá... Trang 43 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số 1 0 0 LS1 LED 1 0 1 LS2 LED 1 0 2 LS3 LED 1 3 IC1 0 3 4 7 8 13 14 17 18 LS4 1 0 LS5 1 1 11 0 LS6 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 2 5 6 9 12 15 16 19 OC CLK 1 0 LED 5 LED 6 LS7 LED 1 0 4 74LS374 1 0 LED 7 LS8 LED TTL Hình 3.8 Thanh chốt dữ liệu DS1 PS TT A 3 Thực hiện nối dây như sau (hình 3.8) • Nối các ngõ vào từ 1D đến... xung CK bằng cách cho CKI=[0] Bước 2: Đặt dữ liệu cần nạp vào các chân từ A … H : ví dụ: 00011001 Bước 3: Đặt SH/LD=[0], Kích xung CK (nhấn PS1) lúc này IC mới nạp dữ liệu vào Ghi nhận kết quả vào bảng 3.13 Quá trình dòch dữ liệu: Bước 1: Cho phép xung CK bằng cách cho CKI=[0] Bước 2: Đặt SH/LD=[1], Kích xung CK (nhấn PS1) Ghi nhận kết quả vào bảng 3.13 PS2 CLR ↓ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ĐH Kỹ Thuật Công... 6Q 5Q 4Q 3Q 2Q 1Q ↑ ↑ II.2.4 Vào song song/ra nối tiếp 1 Mảng thí nghiệm : Mảng D 7-7 (Hình 3.9) 2 Cấp nguồn +5V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mảng D 7-7 PS2 TTL 1 0 /B B TTL DS1 CKI 1 0 DS3 PS1 TTL A 1 0 74LS166 LS1 9 15 6 7 1 0 LS2 14 12 11 10 5 4 3 2 1 1 0 LS3 1 0 LS4 CLR SH/LD INH CLK H QH G F IC7 E D C B A SER 13 SER OUT LED 1 0 LS5 1 0 LS6 1 0 LS7 1 0 1 0 Hình 3.9 Bô ghi dòch dùng vi mạch 74LS166 . Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số Họ tên: Lớp: Nhóm: Bàn số: BÀI 3 FLIP FLOP & THANH GHI  MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM Giúp sinh viên bằng thực nghiệm. loại Flip- Flop cơ bản: RS-FF, JK-FF, T-FF và D-FF. 4. Set – Reset Flip- Flop a. RS-FF dùng cổng NOR ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Trang 33 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm. 35 Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Xung - Số Tài liệu thí nghiệm số ¾ 74174: vào 6 bit song song/ra 6 bit song song ¾ 74178: vào 4 bit song song/ra 4 bit song song 11. Thanh ghi dòch vào song song/