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

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 d

Chương 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, nhưng lại kinh tế và làm cho mạch tổng thể có kích thước nhỏ hơn nhiều

Các vi mạch thường dùng dưới dạng MUX, DEMUX,CODER, DECODER, ROM, PLA…Sau đây là các ví dụ

SSI

Bài toán

Xác định

phương trình

Tối

thiểu hoá

Sơ đồ

Bài toán

Chọn các vi mạch MSI, LSI

Nối các MSI, LSI cho trước dùng trên SSI nếu cần

Sơ đồ MSI, LSI

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 đ−a 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 đ−a tín hiệu ra nhờ một bộ đếm nhị phân

mà các đầu ra của bộ đếm nhị phân này đ−ợc đ−a 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

MUX

0

1

2n

f

E(Enable)

0 1

2n

f

II ROM(Read Only Memory-bộ nhớ chỉ đọc)

1 Sơ đồ cấu tạo:

ROM

n đầu vào

dữ liệu

Ma trận AND

n đầu

vào địa

Ma trận

OR

m đầu

ra dữ liệu

MUX

+5

C

10010011

Đếm

D7

D0

2 ứng dụng

a, Dùng làm bộ nhớ trong, lưu các chương 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 như địa chỉ vào của ROM và

Y như là các số liệu ra của ROM, ROM được sử dụng như một bảng tra cứu(giống bảng chân lý trong thiết kế mạch tổ hợp)

A B C Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8

Ví dụ: Dùng ROM để xây dựng bộ giải mã nhị phân sang 7 vạch, có bảng chân lý như trên, các đầu vao được 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

Ma trËn nèi nh− sau:

P0

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P10

P11

P12

P13

P14

P15

Tµi liÖu tham kh¶o:

1 Kü ThuËt Sè øng dông- NXB ThÕ giíi, 2002

2 Bµi Gi¶ng Kü thuËt Sè- TrÇn V¨n Vinh, HVBCVT, 2000

3 Digital Electronics, Roger L.Tokhenim, ISBN Editor, 1999

4 PAL Device Data Book Bipolar and CMOS, ISBN Editor, 1990

5 C¬ së kü thuËt §iÖn tö sè, Bé m«n §iÖn tö, §¹i häc Thanh Hoa B¾c Kinh 1996

Phụ lục:

Chương 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

Chương 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 Phương pháp biểu diễn hàm logic 18

1 Phương pháp dùng bảng giá trị của hàm 18

2 Phương pháp hình học 18

3 Phương pháp biểu thức đại số 19

4 Phương pháp dùng bảng Karnaugh 19

Chương 3.Tối thiểu hoá hàm Boolean 21

I Phương pháp tối thiểu hoá 21

1 Khái niệm tối thiểu hoá 21

2 Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic bằng biến đổi đại số 22

3 Nhóm các phương pháp tối thiểu hoá theo thuật toán 23

Chương 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

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 lưỡng cực 40

3 Giao tiếp TTL-CMOS và CMOS-TTL 44

Chương 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 bước thực hiện 48

2 Thiết kế mạch tổ hợp 2 tầng và nhiều tầng 48

3 Thiết kế một hệ hàm tổ hợp 52

Chương 6.Một số mạch tổ hợp thường 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

Chương 7.Các phần tử nhớ cơ bản 72

I.Khái niệm chung 72

II Định nghĩa và phân loại 72

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

Chương 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 bước thiết kế bộ đếm 84

IV Một số dạng bộ đếm thường gặp 85

1 Bộ đếm thuận, đồng bộ, hệ số đếm Kđ= 2n, 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 Lưu ý khi thiết kế bộ đếm: 92

V Một số IC đếm thường gặp: 92

Chương 9.Mô tả và thiết kế mạch d∙y 93

I Khái niệm cơ bản 93

1 Mô hình tổng quát 93

2 Phương pháp mô tả mạch dãy 93

II Các bước 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

Chương 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 bước thiết kế 104

IV Mạch tạo dãy tín hiệu tuần hoàn 106

1 Sơ đồ khối: 106

2 Các bước 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

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

Chương 11.Mạch d∙y đồng bộ 113

I Phân tích 113

II Thiết kế 113

1 Các bước thiết kế: 113

III Tối thiểu hoá: 115

1, Phương pháp Caldwell: 115

2 Phương pháp phân hoạch: 120

3 Phương 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

Chương 12.Mạch d∙y không đồng bộ 129

I Các bước thiết kế: 129

II mã hoá và Tối thiểu hoá thái trong mạch dãy không đồng bộ 131

III Hiện tượng chu kỳ và chạy đua 132

1 Hiện tượng chu kỳ: 132

2 Hiện tượng chạy đua: 133

IV Các ví dụ minh hoạ 135

1 Ví dụ 1: 135

2 Ví dụ 2 138

Chương 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