Baứi giaỷng Vi maùch CHNG 8 THANH GHI 8.1 GII THIU phn trc ta ó c bit n cỏc loi FF. Chỳng u cú th lu tr (nh 1 bit) v ch khi cú xung ng b thỡ bit ú mi truyn ti ngừ ra (o hay khụng o). Bõy gi nu ta mc nhiu FF ni tip li vi nhau thỡ s nh c nhiu bit. Cỏc ngừ ra s phn hot ng theo xung nhp ck. Cú th ly ngừ ra tng tng FF (gi l cỏc ngừ ra song song) hay tng cui (ngừ ra ni tip). Nh vy mch cú th ghi li d liu (nh) v dch chuyn nú (truyn) nờn mch c gi l ghi dch. 8.2 CU TO V HOT NG 8.2.1 Cu to Ghi dch cú th c xõy dng t cỏc FF khỏc nhau v cỏch mc cng khỏc nhau nhng thng dựng FF D, chỳng c tớch hp sn trong 1 IC gm nhiu FF (to nờn ghi dch n bit). Hóy xem cu to ca 1 ghi dch c bn 4 bit dựng FF D. Hỡnh 8.1 Ghi dch 4 bit c bn 8.2.2 Hot ng Thanh ghi, trc ht c xoỏ (ỏp xung CLEAR) t cỏc ngừ ra v 0. D liu cn dch chuyn c a vo ngừ D ca tng FF u tiờn (FF0). mi xung kớch lờn ca ng h ck, s cú 1 bit c dch chuyn t trỏi sang phi, ni tip t tng ny qua tng khỏc v a ra ngừ Q ca tng sau cựng (FF3). Gi s d liu a vo l 1001, sau 4 xung ck thỡ ta ly ra bit LSB, sau 7 xung ck ta ly ra bit MSB. Chửụng 8: Thanh ghi 108 Baứi giaỷng Vi maùch Nu tip tc cú xung ck v khụng a thờm d liu vo thỡ ngừ ra ch cũn l 0 (cỏc FF ó reset : t li v 0 ht. Do ú ta phi hng hay ghim d liu li. Mt cỏch lm l s dng 2 cng AND, 1 cng OR v 1 cng NOT nh hỡnh di õy. Hỡnh 8.2 Cho phộp cht d liu trc khi dch ra ngoi D liu c a vo thanh ghi khi ng iu khin R/W control mc cao (Write). D liu ch c a ra ngoi khi ng iu khin mc thp (Read). Cú nhiu cỏch chia loi thanh ghi dch (SR). - Theo s tng FF (s bit): SR cú cu to bi bao nhiờu FF mc ni tip thỡ cú by nhiờu bit (ra song song). Ta cú SR 4 bit, 5 bit, 8 bit, 16 bit Cú th cú SR nhiu bit hn bng cỏch mc nhiu SR vi nhau hay dựng cụng ngh CMOS (cỏc mỏy tớnh s dng SR nhiu bit). - Theo cỏch ghi dch cú SISO vo ni tip ra ni tip. SIPO vo ni tip ra song song. PISO vo song song ra ni tip. PIPO vo song song ra song song. - Theo chiu dch cú SR trỏi, phi, hay c 2 chiu. - Theo mch ra cú loi thng v 3 trng thỏi. Loi vo ni tip ra song song v ra ni tip. Loi va kho sỏt mc 1 thuc loi ghi dch vo ni tip ra ni tip. õy cng l cu trỳc ca mch ghi dch vo ni tip ra song song. D liu s c ly ra 4 ngừ Q ca 4 tng FF, vỡ chung nhp ng h nờn d liu cng c ly ra cựng lỳc. Chửụng 8: Thanh ghi 109 Baứi giaỷng Vi maùch Hỡnh 8.3 Mch ghi dch vo ni tip ra song song Bng sau cho thy lm nh th no d liu c a ti ngừ ra 4 tng FF: Loi c np song song (vo song song) ra ni tip v song song. Bõy gi mun a d liu vo song song (cũn gi l np song song) ta cú th tn dng ngừ vo khụng ng b Pr v Cl ca cỏc FF np d liu cựng mt lỳc vo cỏc FF. Nh vy cú th dựng thờm 2 cng nand v mt cng not cho mi tng. Mch mc nh sau: Hỡnh 8.4 Mch ghi dch np song song Mch hot ng bỡnh thng khi np song song thp nh ó núi. Khi np song song WRITE = 1 cho phộp np. Chửụng 8: Thanh ghi 110 Baứi giaỷng Vi maùch ABCD c a vo Pr v Cl t v xoỏ Q0 = A, Q1 = B, Xung ck v ngừ vo ni tip khụng cú tỏc dng (vỡ s dng ngừ khụng ng b Pr v Cl). Mt cỏch khỏc khụng s dng chõn Pr v Cl c minh ho nh hỡnh di õy.Cỏc cng nand c thờm vo np cỏc bit thp D1, D2, D3. Ngừ WRITE/SHIFT dựng cho phộp np ( mc thp) v cho phộp dch ( mc cao). D liu np v dch vn c thc hin ng b nh cỏc mch trc. Hỡnh 8.5 Mch ghi dch np song song ra ni tip Vi mch hỡnh 8.5 ngừ ra d liu l ni tip, ta cng cú th ly ra d liu song song nh hỡnh 8.6, Cu trỳc mch khụng khỏc so vi trờn. D liu c a vo cựng lỳc v cng ly ra cựng lỳc (mch nh l tng m v hot ng khi cú xung ck tỏc ng lờn. Hỡnh 8.6 Mch ghi dch vo song song ra song song Ghi dch 2 chiu Nh ó thy, cỏc mch ghi dch núi nhng phn trờn u a d liu ra bờn phi nờn chỳng thuc loi ghi dch phi. cú th dch chuyn d liu ngc tr li (dch trỏi) ta ch vic cho d liu vo ngừ D ca tng cui cựng, ngừ ra Q c a ti tng k tip, D liu ly ra tng u. dch chuyn c 2 chiu, cú th ni mch nh hỡnh di õy: Chửụng 8: Thanh ghi 111 Baứi giaỷng Vi maùch Hỡnh 8.7 Mch ghi dch cho phộp dch chuyn c 2 chiu Vi mch trờn, cỏc cng NAND v ng cho phộp dch chuyn d liu trỏi hay phi. Bng di õy minh ho cho mch trờn: d liu s dch phi 4 ln ri dch trỏi 4 ln. ý l th t 4 bit ra b o ngc li so vi chỳng trờn. Nhn thy rng cỏc ghi dch mụ t trờn u dựng cỏc FF ri, ri phi thờm nhiu cng logic ph to cỏc loi SR khỏc nhau. Trong thc t ghi dch c tớch hp sn cỏc FF v ó ni sn nhiu ng mch bờn trong, ngi s dng ch cũn phi lm mt s ng ni bờn ngoi iu khin cỏc ngừ cho phộp thụi. Cỏc SR cng c tớch hp sn cỏc chc nng nh va cú th dch trỏi dch phi va vo ni tip va np song song. õy l mt s ghi dch hay c dựng: Lit kờ 7494 : 4bit vo song song, ni tip; ra ni tip Chửụng 8: Thanh ghi 112 Baứi giaỷng Vi maùch 7495/LS95 : 4 bit, vo song song/ni tip; ra song song; dch chuyn trỏi phi 7495/LS96 : 5 bit, vo ni tip/song song; ra song song ni tip 74164/LS164 : 8 bit vo song song ra ni tip 74165/LS765 : 8 bit, vo song song/ni tip; ra ni tip b tỳc 74166/LS166 : 8 bit; vo song song/ni tip; ra ni tip; cú th np ng b 74194/LS194 : 4 bit vo song song/ni tip; ra song song; np ng b dch chuyn trỏi phi 74195/LS195 : 4 bit, vo song/ni tip; ra song song; tng u vo JK 74295/LS295 : nh 74194/LS194 nhng ra 3 trng thỏi 74395/LS295 : 4 bit vo song song; ra song song 3 trng thỏi 74LS671/672 : 4 bit cú thờm cht 74LS673/674 : 16 bit Kho sỏt ghi dch tiờu biu 74/74LS95 Hỡnh 8.8 S chõn ra 74LS95 Hỡnh 8.9 Cu trỳc bờn trong ghi dch 74LS95 S cu to v bng hot ng ca IC nh hỡnh trờn. Cỏc ch hot ng ca nú nh sau : Np ni tip Chửụng 8: Thanh ghi 113 Bài giảng Vi mạch Đưa dữ liệu vào tầng đầu Q 0 Đặt điều khiển chọn ở mức thấp Khi có ck1 hay ck2 thì dữ liệu sẽ lần lượt nạp vào ghi dịch và sẽ được đưa tới các tầng sau Nạp song song Dữ liệu vào ở 4 ngõ ABCD Đưa điều khiển kiểu lên cao Khi có ck1 hay ck2 thì dữ liệu sẽ được nạp vào đồng thời các tầng của ghi dịch ở cạnh lên đầu của xung ck. Thanh ghi dịch đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc lưu trữ, tính tốn số học và logic. Chẳng hạn trong các bộ vi xử lí, máy tính đều có cấu tạo các thanh ghi dịch, trong vi điều khiển (8051) cũng có các ghi dịch làm nhiều chức năng hay như trong nhân chia, ALU đã xét ở chương 2 ghi dịch cũng đã được đề cập đến. Ở đây khơng đi vào chi tiết mà chỉ nói khái qt ngắn gọn về ứng dụng của chúng. 8.2.3 Lưu trữ và dịch chuyển dữ liệu Đây là ứng dụng cơ bản và phổ biến nhất của chúng. Ghi dịch n bit sẽ cho phép lưu trữ được n bit dữ liệu một thời gian mà chừng nào mạch còn được cấp điện. Hay nói cách khác dữ liệu khi dịch chuyển đã được trì hỗn một khoảng thời gian, nó tuỳ thuộc vào: - Số bit có thể ghi dịch (số tầng FF cấu tạo nên ghi dịch). - Tần số xung đồng hồ. 8.2.4 Tạo kí tự hay tạo dạng song điều khiển Ta có thể nạp vào ghi dịch, theo cách nạp nối tiếp hay song song, một mã nhị phân của một chữ nào đó (A, B, ) hay một dạng sóng nào đó. Sau đó nếu ta nối ngõ ra nối tiếp của ghi dịch vòng trở lại ngõ vào nối tiếp thì khi có xung ck các bit sẽ dịch chuyển vòng quanh theo tốc độ của đồng hồ. Cách này có thể điều khiển sáng tắt của các đèn (sắp xếp trên vòng tròn hay cách nào khác) Như mơ phỏng sau là dạng sáng tắt của đèn led. Với tải cổng suất thì cần mạch giao tiếp cơng suất như thêm trans, rờ le, SCR, đã nói ở chương 1 cũng sẽ được dùng. Cũng có thể tạo ra dạng sóng tín hiệu tuần hồn cho mục đích thử mạch bằng cách này. Ta có thể thay đổi dạng sóng bằng cách thay đổi mã số nhị phân nạp cho ghi dịch, và thay đổi tần số xung kích ck được cấp từ mạch dao động ngồi từ 0 đến 200MHz tuỳ loại mạch ghi dịch. Chương 8: Thanh ghi 114 Baứi giaỷng Vi maùch Hỡnh 8.10 To dng súng iu khin bi ghi dch 8.2.5 Chuyn i d liu ni tip sang song song v ngc li Cỏc mỏy tớnh hay cỏc b vi x lớ khi giao tip vi nhau hay vi cỏc thit b ngoi thng trao i d liu dng ni tip khi gia chỳng cú mt khong cỏch khỏ xa. Ngoi cỏch dựng cỏc b dn kờnh tỏch kờnh 2 u truyn m ta ó núi chng 2 thỡ ghi dch cng cú th c dựng. Cỏc ghi dch chuyn song song sang ni tip s thay th cho mch dn kờnh v cỏc ghi dch chuyn ni tip sang song song s thay th cho mch tỏch kờnh. Bờn cnh ghi dch, cng cn phi cú cỏc mch khỏc ng b, chng nhiu, dũ sai nhm thc hin quỏ trỡnh truyn ni tip hiu qu. Hỡnh 8.11 Truyn d liu ni tip 8.2.6 Bus truyn d liu Bõy gi liu vi 8 ng d liu song song va nhn c t tỏch kờnh ú (cũn gi l 1 byte), ta cú th dựng chung cho nhiu mch c khụng? S d cú yờu cu ú l vỡ trong mỏy vi tớnh cú rt nhiu mch liờn kt vi nhau bi cỏc ng d liu a ch gm nhiu bit d liu 8, 16, 32 m ta ó bit n nú vi cỏi tờn l bus. Vy bus chớnh l cỏc ng d liu dựng chung cho nhiu mch (chng hn bus gia cỏc vi x lớ, cỏc chớp nh bỏn dn, cỏc b chuyn i tng t v s, Ch cú mt ng bus m li dựng chung cho nhiu mch, do ú trỏnh tranh chp gia cỏc mch thỡ cn phi cú mt b phn iu khin quyt nh cho phộp mch no c thụng vi bus, cỏc mch khỏc b ct khi bus. Vy õy thanh ghi hay cỏc b m 3 trng thỏi c dựng. Chửụng 8: Thanh ghi 115 Baứi giaỷng Vi maùch Hỡnh di minh ho cho ng bus 8 bit ni gia vi x lớ vi b m 8 bit, bn phớm, v b 8 nỳt nhn: Gi s rng c thit b u cn giao tip vi vi x lớ, nhng ch cú mt ng truyn nu tt c ng lot a lờn thỡ cú th b nh hng ln nhau gia cỏc d liu, v thụng tin nhn c l khụng chớnh xỏc. Do ú õy vi x lớ s quyt nh: chng hn nú t ngừ OE1 cho phộp b m cho mch m a d liu lờn bus cũn chõn OE2 v OE3 ngng lm d liu t bn phớm v nỳt nhn b ngt (ch) tc ngừ ra cỏc b m hay thanh ghi 3 trng thỏi trng thỏi tng tr cao. Tng t khi vi x lớ cn giao tip vi cỏc mch khỏc. Vi tc x lớ hng trm hng ngn MHz thỡ vic d liu phi ch l khụng ỏng k do ú gia cỏc thit b giao tip vi nhau rt nhanh v dng nh ng thi. Chửụng 8: Thanh ghi 116 8.12 . từ mạch dao động ngồi từ 0 đến 200MHz tuỳ loại mạch ghi dịch. Chương 8: Thanh ghi 114 Baứi giaỷng Vi maùch Hỡnh 8.10 To dng súng iu khin bi ghi dch 8.2.5 Chuyn i d liu ni tip sang song song v. lí, máy tính đều có cấu tạo các thanh ghi dịch, trong vi điều khiển (8051) cũng có các ghi dịch làm nhiều chức năng hay như trong nhân chia, ALU đã xét ở chương 2 ghi dịch cũng đã được đề cập. tớch hp sn trong 1 IC gm nhiu FF (to nờn ghi dch n bit). Hóy xem cu to ca 1 ghi dch c bn 4 bit dựng FF D. Hỡnh 8.1 Ghi dch 4 bit c bn 8.2.2 Hot ng Thanh ghi, trc ht c xoỏ (ỏp xung CLEAR) t cỏc