Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 21 I OH : dòng ngõ ra của IC khi ngõ ra ở mức logic cao. Khi ngõ ra của IC ở mức logic cao thì có dòng điện từ IC đổ ra để cung cấp cho tải, dòng này có giá trò thấp. I OL : dòng ngõ ra của IC khi ngõ ra ở mức logic thấp. Khi ngõ ra của IC ở mức logic thấp thì có dòng điện từ ngoài đổ vào IC (từ tải hoặc +V CC đến ngõ vào IC rồi xuống mass), dòng này có giá trò cao. Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 22 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ EPROM I. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CÁC IC NHỚ: EPROM là một loại trong họ các IC nhớ. Nó có thể lập trình được và xóa được rất nhiều lần. Trước khi biết cách sử dụng EPROM thì ta cũng nên xem qua một chút về ý nghóa của tên gọi cũng như quá trình phát triển của nó. Bộ nhớ bán dẫn được chế tạo đầu tiên có tên gọi là ROM (ROM: Read Only Memory có nghóa là bộ nhớ chỉ đọc). Với ROM, ta chỉ có thể đọc dữ liệu ra chứ không thể viết dữ liệu mới vào nó bất cứ khi nào ta muốn. ROM có cách truy xuất dữ liệu như sau: ROM nhận mã số vào (các đường đòa chỉ) và cho mã số ra tương ứng (dữ liệu cần truy xuất) khi được các ngõ vào điều khiển cho phép. Do không thể ghi dữ kiện mới vào nên ROM chỉ được sản xuất hàng loạt ở số lượng lớn và ghi cùng một chương trình có độ phổ dụng cao (chương trình được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế với số lượng lớn). Để đáp ứng cho các nhu cầu riêng biệt hay các yêu cầu có độ phổ dụng không cao (sử dụng với số lượng ít), ROM thảo chương được đã được chế tạo (PROM: Programable ROM nghóa là ROM có thể lập trình được). Tuy nhiên, với PROM thì người sử dụng chỉ ghi chương trình được có một lần, nếu ghi sai hay muốn đổi chương trình khác thì phải thay PROM mới. Để khắc phục thiếu sót này, EPROM đã được chế tạo. EPROM (Erasable PROM: ROM có thể lập trình được và xóa được). EPROM có hai loại là UV-EPROM (Ultra Violet EPROM: EPROM xóa bằng tia cực tím) và E- EPROM (Electrically EPROM: EPROM xóa bằng xung điện). Do UV-EPROM được sử dụng rộng rãi hơn E-EPROM nên khi nói đến EPROM thì thường là nói đến UV- EPROM. EPROM được xóa bằng cách rọi tia cực tím với bước sóng và cường độ thích hợp trong khoảng thời gian mà nhà sản xuất quy đònh vào cửa sổ xóa trên lưng EPROM. Việc xóa E-EPROM được thực hiện bằng các xung điện nên sẽ dễ dàng, nhanh chóng và chính xác hơn khi xóa EPROM. Tuy nhiên, để xóa được E-EPROM thì cần phải có các mạch xóa riêng biệt cho từng loại E-EPROM, và mạch xóa này phải MÃ SỐ VÀO MÃ SỐ RA ROM CÁC NGÕ VÀO ĐIỀU KHIỂN Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 23 hoạt động tốt, nếu không sẽ làm cho E-EPROM hoạt động không bình thường (không như mạch xóa EPROM, có thể xóa được nhiều loại EPROM trong cùng một lúc và chỉ cần sử dụng cùng một mạch xóa và nếu mạch xóa có bò hỏng thì ta chỉ không xóa được EPROM chứ không ảnh hưởng gì tới sự hoạt động của nó sau này). Thời gian gần đây có xuất hiện thêm loại IC nhớ mới: bộ nhớ Flash (có người gọi là Flash ROM). Nguyên lý hoạt động của bộ nhớ Flash cũng giống như E-EPROM, chỉ có điện thế xóa thấp hơn và tốc độ làm việc của nó nhanh hơn so với E-EPROM. Bộ nhớ Flash này thường được sử dụng thay thế cho các ổ đóa mềm và cứng trong các máy tính xách tay (Notebook). Bộ nhớ Flash có thể hoạt động gần mềm dẻo như RAM nhưng lại không bò mất dữ liệu khi bò mất điện. Các EPROM thường được ký hiệu bắt đầu bằng 27xxx, với x là các số chỉ dung lượng của EPROM và tính bằng Kbit. Chẳng hạn như EPROM 2708 có dung lượng bộ nhớ là 8 Kbit (tương đương 1 Kbyte do EPROM 2708 có bus dữ liệu dài 8 bit), EPROM 2764 có dung lượng là 64 Kbit (8 Kbyte), EPROM 27256 có dung lượng là 256 Kbit (32 Kbyte)… II. CÁCH TRUY XUẤT DỮ LIỆU CỦA EPROM: Các EPROM đều có cách truy xuất dữ liệu như sau: Nguyên lý hoạt động của EPROM khi ở chế độ đọc dữ liệu như sau (giải thích dựa vào hình vẽ trên): đòa chỉ đặt vào EPROM sẽ được giải mã thành các đòa chỉ hàng và đòa chỉ cột riêng biệt bên trong nó (do ma trận nhớ được tổ chức theo cách chọn trùng phùng) nhờ các mạch X DECODER và Y DECODER. Dữ liệu ứng với đòa chỉ này sẽ được đưa đến bộ đệm ngõ ra (OUTPUT BUFFER) và chỉ được phép xuất ra khi được sự cho phép của bộ điều khiển xuất dữ liệu (OUTPUT CONTROL). Do đó các chân OE, CE phải ở mức logic thấp (0V); các chân PGM, V PP phải ở mức logic cao (V CC ) khi EPROM đang ở chế độ đọc dữ liệu. Tổ chức ma trận nhớ theo cách chọn trùng phùng: đòa chỉ của một tế bào nhớ được quy đònh bởi đòa chỉ hàng và đòa chỉ cột, chỉ có những tế bào nhớ mà đòa chỉ hàng OUTPUT CONTROL Y DECODER X DECODER OUTPUT BUFFER Y GATING MATRIX MEMORY ADDRESS INPUTS DATA OUTPUTS OE\ CE\ PGM \ Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 24 và đòa chỉ cột đều ở mức logic cao thì mới được chọn để đưa dữ liệu ra ngoài. Để hiểu rõ hơn về cách tổ chức ma trận nhớ theo cách chọn trùng phùng, ta hãy xem hình vẽ sau: TỔ CHỨC MA TRẬN NHỚ THEO CÁCH CHỌN TRÙNG PHÙNG Ta nhận thấy trong hình vẽ trên thì tế bào nhớ chỉ có một bit. Khi muốn số lượng bit ở ngõ ra tăng lên thì số lượng bit trong một tế bào nhớ phải tăng lên theo, và lúc này số lượng đường bit cũng phải tăng lên tương ứng, kéo theo số cổng đệm ngõ ra cũng phải tăng lên theo. Chẳng hạn như EPROM 2764 có 8 bit ở ngõ ra thì tế bào nhớ của nó phải là 8 bit, 8 bit này được đưa đến 8 đường bit riêng biệt, mỗi đường bit cũng được nối đến một bộ đệm ngõ ra riêng biệt. III. KHẢO SÁT VÀI EPROM THÔNG DỤNG: 1. EPROM 2732: EPROM 2732 là một IC nhớ có dung lượng 4 Kbyte, gồm 12 đường đòa chỉ, 24 chân. Các chân được sắp xếp như sau: GIẢI MÃ Y ( GIẢI MÃ CỘT ) 1 TRONG N GIẢI MÃ X (GIẢI MÃ HÀNG) 1 TRONG M ĐỆM NGÕ RA Các đường từ Y (cột) Các đường từ X (hàng) Tế bào nhớ (1 bit) Đường bit Dữ liệu ra Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 25 SƠ ĐỒ CHÂN EPROM 2732 EPROM 2732 có bảng trạng thái hoạt động như sau: Pins MODE CE (18) OE/V PP (20) V CC (24) Outputs (9 ~11, 13 ~17) Read V IL V IL +5V D out Standby V IH Don’t Care +5V High Z Program V IL V PP +5V D in Program Verify V IL V IL +5V D out Program Inhibit V IH V PP +5V High Z Chức năng các chân: V CC , GND: là hai chân cấp nguồn cho EPROM, V CC nối với +5V, GND nối mass (0V). Nguồn nuôi cho EPROM cần có độ ổn đònh cao. Khi cấp nguồn thì phải luôn luôn đúng cực tính, không được phép sai. CE: chip enable, chân chọn IC. Chỉ ở trạng thái chờ và cấm nạp trình thì chân này mới ở mức logic cao, các trạng thái còn lại thì nó phải ở mức logic thấp. Khi CE được đưa lên mức logic cao thì các ngõ ra của EPROM sẽ ở trạng thái tổng trở cao, bất chấp trạng thái logic ở các ngõ vào còn lại. OE/V PP : chân này có hai chức năng là cho phép xuất dữ liệu và điều khiển nạp trình. Khi EPROM đang đọc dữ liệu thì chân này phải ở mức logic thấp, còn khi nạp chương trình thì chân này phải ở mức logic cao (V PP , giá trò V PP này được nhà sản xuất quy đònh). A 0 ~ A 11 : các đường đòa chỉ của EPROM, khi nạp chương trình hoặc truy xuất dữ liệu thì đều cần các đường đòa chỉ này. Khi áp đòa chỉ ô nhớ cần truy xuất hoặc cần nạp chương trình vào thì các bộ giải mã hàng và giải mã cột bên trong EPROM sẽ chọn lấy 1 2 3 5 16 4 6 7 8 15 14 13 12 21 9 10 V CC GND D 2 D 1 A 1 A 2 A 3 D 3 A 8 D 0 D 7 A 7 A 6 D 6 D 5 2732 20 19 17 18 D 4 A 4 A 5 3 2 1 5 11 23 24 22 A 9 A 11 A 10 A 0 OE/V PP CE Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 26 tế bào nhớ ở đúng đòa chỉ cần truy xuất hoặc nạp trình để từ đó dữ liệu được lấy ra (lúc truy xuất) hoặc nạp vào (khi nạp trình). D 0 ~ D 7 : các đường dữ liệu của EPROM. Khi EPROM đang nạp trình thì nó có nhiệm vụ đưa dữ liệu vào bên trong EPROM, còn khi đang đọc thì nó lại lấy dữ liệu từ bên trong EPROM đưa ra ngoài. Do khi ở trạng thái chờ thì các đường dữ liệu này sẽ ở trạng thái tổng trở cao nên ta có thể mắc song song các ngõ ra của nhiều EPROM lại với nhau được, điều này rất thiết thực với những ứng dụng cần nhiều bộ nhớ. 2. EPROM 2764: EPROM 2764 có dung lượng nhớ lớn gấp đôi EPROM 2732 (8 Kbyte), nó có tất cả là 28 chân. Trong đó có 13 chân được dùng làm đường đòa chỉ, 8 chân làm đường dữ liệu, các chân còn lại dùng cấp nguồn và điều khiển. EPROM 2764 có sơ đồ chân như sau: SƠ ĐỒ CHÂN EPROM 2764 EPROM 2764 có bảng trạng thái như sau: Mode Pins CE (20) OE (22) PGM (27) V PP (11) V CC (28) Outputs (11~13, 15~19) Read Standby Program Program Verify Program Inhibit V IL V IH V IL V IL V IH V IL X X V IL X V IH X V IL V IH X V CC V CC V PP V PP V PP V CC V CC V CC V CC V CC D out High Z D in D out High Z Chức năng các chân của EPROM: V CC , GND: cấp nguồn cho EPROM, +5V cho V CC , GND nối mass. 1 2 3 5 16 4 6 7 8 15 14 13 12 21 9 10 V CC GND D 2 D 1 A 1 A 2 A 3 D 3 A 8 D 0 D 7 A 7 A 6 D 6 D 5 2764 20 19 17 18 D 4 A 4 A 5 PGM \ 3 2 1 5 11 23 26 27 24 28 22 25 V PP NC A 12 A 9 A 11 A 10 A 0 OE CE Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 27 CE: chân chọn IC. Cũng giống như EPROM 2732, chân này chỉ ở mức logic cao khi ở trạng thái chờ hoặc cấm nạp trình. Khi EPROM ở các trạng thái còn lại thì chân này ở mức logic thấp. OE: chân cho phép xuất dữ liệu ra ngoài. Khi ở trạng thái đọc hoặc kiểm chương trình (ở cả hai trạng thái này EPROM đều xuất dữ liệu) thì chân OE phải ở mức logic thấp. Ở các trạng thái còn lại của EPROM thì mức logic của chân này không quan trọng (mức logic thấp hay cao đều không ảnh hưởng đến quá trình làm việc của EPROM). PGM: chân điều khiển việc nạp trình của EPROM. Khi EPROM đang đọc dữ liệu thì PGM ở mức logic cao (V CC ). Khi đang nạp chương trình thì PGM được hạ xuống mức thấp trong khoảng thời gian 50 ms. Mỗi lần có xung này thì dữ liệu được đưa vào ô nhớ có đòa chỉ tương ứng với đòa chỉ đang đặt vào EPROM. V PP : ở trạng thái đọc (Read) hoặc chờ (Standby) thì V PP = V CC , khi ở trạng thái nạp chương trình (Program), kiểm chương trình (Program Verify) hoặc cấm nạp chương trình (Program Inhibit) thì V PP = V PP , giá trò V PP này tùy thuộc từng loại EPROM và được nhà sản xuất cung cấp. A 0 ~ A 12 : các đường đòa chỉ của EPROM. Lúc nạp trình cũng như truy xuất dữ liệu đều cần đòa chỉ cho EPROM. Chính nhờ các đường đòa chỉ này mà dữ liệu bên trong EPROM được tổ chức một cách có trật tự, giúp cho việc truy xuất dữ liệu này được thực hiện một cách dễ dàng. D 0 ~ D 7 : các đường dữ liệu của EPROM, nhận dữ liệu đưa vào EPROM khi nạp chương trình và đưa dữ liệu ra khi EPROM ở trạng thái đọc. NC: No internal Conection, chân này được để trống (không nối với bất kỳ chân nào khác). 3. EPROM 27128: EPROM 27128 có dung lượng nhớ là 16 Kbyte, số lượng chân cũng như cách bố trí các chân giống hệt như EPROM 2764, chỉ có chân NC của EPROM 2764 được thay bằng chân A 13 (đường đòa chỉ cuối cùng) của EPROM 27128. EPROM 27128 có sơ đồ chân như sau: SƠ ĐỒ CHÂN EPROM 27128 1 2 3 5 16 4 6 7 8 15 14 13 12 21 9 10 V CC GND OE \ D 2 D 1 A 1 A 2 A 3 D 3 A 8 D 0 D 7 A 7 A 6 D 6 D 5 27128 20 19 17 18 D 4 A 4 A 5 PGM \ 3 2 1 5 11 23 26 27 24 28 22 25 V PP CE \ A 12 A 9 A 11 A 10 A 0 A 13 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 28 Bảng trạng thái, chức năng các chân, cách truy xuất dữ liệu cũng như nạp trình của EPROM 27128 đều giống với EPROM 2764. Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 29 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT LỚN Do đề tài này là mạch quang báo nên các ứng dụng của những linh kiện điện tử công suất lớn trên được giới thiệu ở đây chỉ xoay quanh vấn đề hiển thò các bảng đèn. Để đáp ứng cho các yêu cầu về hiển thò lớn như các bảng quang báo đặt ở quảng trường thì cần phải dùng đến các thiết bò điện tử công suất lớn. Có nhiều loại linh kiện có thể dùng được như : SCR, các loại opto (bộ ghép quang), Solid State Relay… I. DIODE CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN SCR: SCR (Silicon Control Rectifier) có cấu trúc 4 lớp P-N-P-N được chế tạo từ Silic. SCR có 3 cực được ký hiệu như sau: A (Anode), K (Cathode), G (Gate: cổng). SCR thường được dùng trong mạch khống chế điều khiển, chòu được công suất lớn, dòng điện lớn cũng như làm việc được ở nhiệt độ cao. Đặc tuyến Volt-Ampe của SCR V AK0 : điện áp cắt thuận. I H : dòng điện duy trì. I AK : dòng điện qua SCR. V AK : điện áp đặt trên hai cực SCR. Thông qua cực G để điều khiển tác dụng chỉnh lưu của SCR. Chế độ làm việc của SCR có thể phân ra 3 trường hợp sau: A K G P P N N A G K V AK I AK I H > I g1 I g = 0 I g2 V AK0 Đồ án tốt nghiệp Gvhd: Nguyễn Phương Quang Svth: Vương Kiến Hưng 30 1. Phân cực ngược: Anode âm so với Cathode, SCR ngắt điện theo chiều ngược và chỉ có dòng điện rà rất nhỏ chạy qua vì có hai mặt tiếp giáp đều bò phân cực ngược. 2. Phân cực thuận: Anode dương so với Cathode nhưng không có tín hiệu điều khiển ở cực G, SCR ngắt điện theo chiều thuận và có tác dụng như một điện trở lớn, và chỉ có dòng điện rò rất nhỏ chạy qua vì có một mặt tiếp giáp bò phân cực ngược. Tuy nhiên, khi điện áp đặt trên SCR đạt đến giá trò điện áp cắt thuận (V AK0 ) thì SCR sẽ tự động dẫn điện mặc dù không có dòng điện kích I g . 3. Phân cực thuận đồng thời có tín hiệu điều khiển ở cực G: Nếu có một xung phân cực thuận tác động vào giữa cực G và Cathode trong khi Anode dương so với Cathode thì SCR dẫn điện. Thời gian chuyển từ ngắt sang dẫn nhanh (cỡ micro giây). Dòng điện chạy qua SCR chỉ bò hạn chế bởi điện trở mạch ngoài do điện trở trong của SCR rất nhỏ (sụt áp trên A – K chỉ khoảng 1V). Xung dòng điện tác dụng vào cực G (I g ) càng lớn thì điện áp phân cực dương cho A-K cần thiết để mở thông SCR càng nhỏ, tức SCR càng dễ mở thông. Điều quan trọng là khi tín hiệu kích trên cực G đã mất thì SCR vẫn còn dẫn điện bằng dòng duy trì. SCR chỉ bò ngắt hoàn toàn khi dòng qua SCR (I AK ) thấp hơn giá trò dòng duy trì (thường có giá trò khoảng vài % giá trò của dòng thuận cực đại). Trong những mạch cung cấp bằng điện xoay chiều (AC) thì SCR sẽ tự ngắt ở thời điểm điện áp = 0V, kéo dài suốt bán kỳ âm và chỉ có khả năng dẫn lại ở bán kỳ dương nếu có tín hiệu điều khiển đồng bộ đưa vào cực G. Như vậy nó có tác dụng như một Diode chỉnh lưu. II. BỘ GHÉP QUANG (Opto-Couplers): Để giữa mạch điều khiển và tải được cách li hoàn toàn về điện thì người ta thường dùng bộ ghép quang để thúc công suất do bộ ghép quang có điện thế cách li giữa sơ cấp và thứ cấp rất lớn (hàng KV). Có rất nhiều loại linh kiện ghép quang như: opto-transistor (phần tử điều khiển công suất là Transistor), opto-triac, opto-SCR… Tùy theo yêu cầu và chức năng của mạch mà ta có thể lựa chọn bộ ghép quang thích hợp. đây chỉ giới thiệu cơ bản về cơ chế hoạt động của loại opto-transistor, các loại khác cũng có cách hoạt động tương tự. Phần phát ở đây là một LED phát hồng ngoại, phần thu là một Phototransistor. Đầu tiên, tín hiệu điện điều khiển đưa đến được phần phát trong bộ ghép quang và biến thành tín hiệu ánh sáng, sau đó tín hiệu ánh sáng này được phần nhận biến lại thành tín . dòng ngõ ra của IC khi ngõ ra ở mức logic thấp. Khi ngõ ra của IC ở mức logic thấp thì có dòng điện từ ngoài đổ vào IC (từ tải hoặc +V CC đến ngõ vào IC rồi xuống mass), dòng này có giá trò cao x là các số chỉ dung lượng của EPROM và tính bằng Kbit. Chẳng hạn như EPROM 2708 có dung lượng bộ nhớ là 8 Kbit (tương đương 1 Kbyte do EPROM 2708 có bus dữ liệu dài 8 bit), EPROM 2764 có dung. nhanh chóng và chính xác hơn khi xóa EPROM. Tuy nhiên, để xóa được E-EPROM thì cần phải có các mạch xóa riêng biệt cho từng loại E-EPROM, và mạch xóa này phải MÃ SỐ VÀO MÃ SỐ RA ROM