ỨNG DỤNG VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI2 ỨNG DỤNG VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG PHƯỚC TỒN LỚP : 95KĐĐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TRẦN VĂN TRỌNG Footer Page of 126 Header Page 2LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Với tiến khơng ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều cơng nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ cơng nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp từ linh kiện rời kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy cơng suất tiêu thụ thấp Ngày lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày người máy giặt, đồng hồ điện tử nhằm giúp chg đời sống ngày đại tiện lợi Đề tài ứng dụng vi mạch số lập trình phong phú đa dạng, có nhiều loại hình khác dựa vào cơng dụng độ phức tạp Do tài liệu tham khảo tiếng việt hạn chế, trình độ có hạn kinh nghiệm thực tiễn non kém, nên đề tài chắn nhiều thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân tình, q báu q thầy bạn sinh viên Tháng năm 1999 Trương Phước Tồn Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang Header Page 3LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG LỜI CẢM TẠ Con xin tỏ lòng biết ơn vô hạn đến ba mẹ gia đình, người thân yêu nhất, hết lòng dạy dỗ cho ăn học nên người Con xin tỏ lòng biết ơn đến thầy hướng dẫn TRẦN VĂN TRỌNG tận tình dạy, hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báu tạo điều kiện cho em thời gian qua Em xin cảm ơn quý thầy cô khoa Điện Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật hết lòng dạy dỗ em thời gian học trườn g Xin cảm ơn bạn cùn g khoá tận tình giúp đỡ để hoàn thàn h tốt luận văn Sinh viên thực Trương Phước Toàn Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang Header Page 4LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG MỤC LỤC Trang PHẦN I LÝ THUYẾT CHƯƠNGI GIỚI THIỆU CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN I/ CỔNG LOGIC VÀ (AND) ,HOẶC (OR) ,KHƠNG (NOT) & 1/ Cổng logic VÀ .2 2/ Cổng logic HOẶC 3/ Cổng logic KHƠNG & II/ CỔNG LOGIC KHƠNG-VÀ (NAND) ,KHƠNG-HOẶC (NOR) 1/ Cổng NAND 2/ Cổng NOR .4 III/ CỔNG LOGIC EXOR ,EXNOR .5 1/Cổng EXOR 2/Cổng EXNOR .5 IV/ BIẾN ĐỔI CÁC HÀM QUAN HỆ RA HÀM LOGIC NAND, NOR CHƯƠNG II MẠCH LOGIC TỔ HỢP I/ ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MẠCH TỔ HỢP II/ PHƯƠNG PHÁP BIỂU THỊ VÀ PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG LOGIC III/ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ LOGIC MẠCH TỔ HỢP 1/ Phân tích u cầu .9 2/ Lập bảng thật .9 3/ Tiến hành đơn giản hóa 11 CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH 12 1/ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH 12 2/ CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA CÁC HỌ VI MẠCH LẬP TRÌNH 16 3/ CÁC PHẦN MÈM HỔ TRỢ CỦA PLD 40 4/ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SYNARYO .44 PHẦN II THI CƠNG 48 PHẦN III KẾT LUẬN .60 Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang Header Page 5LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG PHẦN I LÝ THUYẾT Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang Header Page 6LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN I/ HÀM LOGIC VÀ (AND) , HOẶC (OR) ,KHƠNG (NOT) 1/ Cổng logic Gọi A biến số nhị phân có mức logic 1, Y biến số nhị phân tùy thuộc vào A: Y= f(A) Trong trường hợp có hai khả xảy ra: - Y = A, A= Y = hay A= Y = - Y = A A= Y = hay A= Y = Khi Y tùy thuộc vào hai biến số nhị phân A, B  Y = f(A,B) Vì biến số A,B hay nên A B tạo tổ hợp khác là: A 0 1 B 1 A Y Mạch B Bảng liệt kê tất tổ hợp biến số hàm số tương ứng gọi bảng thật Khi có hay nhiều biến số (A,B ,C) số lượng hàm số tăng nhanh Mạch điện tử thực quan hệ logic : Y = f(A ) hay Y = f(A,B) gọi mạch logic, biến số A,B ngỏ vào hàm sốY ngỏ Một mạch logic diễn tả quan hệ ngỏ vào ngỏ nghĩa t`ực hàm logic, có hàm số logic có nhiêu mạch logic Lưu ý biểu diễn mối quan hệ tốn học ta gọi hàm số logic biểu diễn mối quan hệ mạch tín hiệu ta gọi cổng logic 2/ Cổng logic VÀ (AND) Hàm logic VÀ định nghĩa theo bảng thật sau: Bảng thật: A 0 1 B 1 Y 0 Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình A B Y=A.B Trang Header Page 7LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Ký hiệu tốn học hàm số VA Y = A.B Kí hiệu cổng VÀ (AND) 3/ Cổng logic HOẶC (OR) Hàm số HOẶC hai biến số A,B định nghĩa bảng thật sau: Bảng thật: A 0 1 B 1 Y 1 A Y B Kí hiệu cổng HOẶC Ngỏ Y có biến số 1, trường hợp hai biến số Ký hiệu tốn học cổng HOẶC là: Y = A+B 4/ Cổng logic KHƠNG (NOT) Hàm VÀ hàm HOẶC tác động lên hai hay nhiều biến số hàm KHƠNG xem tác động lên biến số Bảng thật : A Y A Y = AY Kí hiệu cổng NOT Hàm KHƠNG có tác động phủ định hay đảo Sở dĩ có đồng hóa ta liên hệ vớisố nhị phân có hai trạng thái hay Do phủ định là1 Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang Header Page 8LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG II/ CỔNG LOGIC KHƠNG -VÀ (NAND) , KHƠNG-HOẶC (NOR) 1/ Cổng logic NAND Xét trường hợp có hai biến số A,B ngỏ cổng VÀ Y = A.B nên ngỏ cổng KHƠNG đảo Y: Y = A.B Về hoạt động cổng NAND từ tổ hợp A,B ta lập bảng trạng thái lấy đảo để có Y đảo Tuy nhiên trực tiếp cách lập bảng thật sau: Bảng thật : A 0 1 B 1 Y 1 & A Y B Kí hiệu cổng NAND 2/ Cổng NOR Xét trường hợp hai ngỏ vào A,B Ngỏ cổng NOR : Y = A+B nên ngỏ cổng đảo : Y = A+B Bảng thật : A 0 1 B 1 Y 0 A Y B Kí hiệu cổng NOR III/ HÀM LOGIC EXOR VÀ EXNOR 1/ Cổng logic EXOR._ Hàm HOẶC gọi HOẶC bao gồm khơng giải tốn cộng nhị phân Lý hai biến số Y = thay Mặc dù HOẶC có ý nghĩa thực tế nên dùng, người ta phải định nghĩa cổng logic khác HOẶC LOẠI TRỪ (EXOR) cổng có ý nghĩa loại trường hợp A,B đồng thời Y = Ký hiệu : Y = A B Bảng thật: A B Y A Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình Trang Header Page 9LU of Ậ126 N VĂN TỐT NGHIỆP 0 1 1 GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG 1 Y B Kí hiệu cổng EXOR 2/ Cổng EXNOR Hàm EXNOR thực cách thêm cổng NOT sau cổng EXOR, hoạt động logic EXNOR đảo so với EXOR Ký hiệu : Y = A  B Bảng thật: 0 1 B 1 Y 0 Footer Page of 126 Ứng dụng vi mạch số lập trình A B Y Trang Header Page 10 126 LUofẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG IV/ BIẾN ĐỔI CÁC HÀM QUAN HỆ RA HÀM LOGIC NAND , NOR Mối liên hệ ba cổng AND, OR, NOT khơng thay cổng NAND mà biến thành cổng NOR với chức logic, việc làm thường áp dụng thực mạch logic Trong thực tế tồn sơ đồ kết hợp loại cổng sẻ giảm số lượfg vi mạch cần thiết Q trình biến đổi dựa ngun tắc trình bày sau: + Cổng NOT thay cổng NAND cổng NOR - Dựa vào bảng thật cổng NAND suy trường hợp A,B đồng thời 0, Y = A =1, B =1 Y = Sơ đồ minh họa : A=B Y Tương tự dựa vào bảng thật cổng NOR suy : A = 0, B =  Y = A= 1, B=  Y = Sơ đồ minh họa : A=B Y + Cổng AND đuợc thay cổng NAND cổng NOR Tương tự trường hợp trên, dựa vào bảng thật: - Ngõ cổng AND Y= A+B cổng NAND Y' = A+B  đảo Y' = Y Sơ đồ minh họa: A B Y - Ngỏ cổng NOR Y = A.B Ta có Y = A B = A + B Sơ đồ minh họa : Footer Page 10Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang Header Page 46 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Màn hình soạn thảo ngơn ngữ AHDL Chọn tên module, tên file, title Footer Page 46Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 45 Header Page 47 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Màn hình soạn thảo sơ đồ mạch logic Trên hình có chứa sơ đồ tên ”donghoso”.Bên phải hình có đề mục lệnh nhằm mục đích kiểm tra, đơn giản thiết lập sơ đồ logic vi mạch Footer Page 47Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 46 Header Page 48 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG PHẦN II THI CƠNG Footer Page 48Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 47 Header Page 49 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG I/ PHẦN CỨNG Ứng dụng vi mạch số lập trình phổ biến sản phẩm cơng nghiệp sản phẩm sinh hoạt gia đình như: máy giặt, bếp điện tự động,… trình độ hạn chế nên em áp dụng ứng dụng nhỏ vi mạch số lập trình thi cơng mạch đồng hồ hiển thị số để thấy rõ ưu điểm PLD Sau em xin trình bày sơ đồ ngun lý, sơ đồ mạch in sơ đồ bố trí linh kiện mạch dồng hồ số Sơ đồ ngun lý Footer Page 49Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 48 Header Page 50 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Sơ đồ mạch in Footer Page 50Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 49 Header Page 51 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Giới thiệu vi mạch lập trình cơng ty lattice Vi mạch iSP LSI 1016 vi mạch sử dụng để lập trình mạch đồng hồ hiển thị số: 10 11 12 13 14 15 16 17 44 43 42 41 IspLSI 1016 PLCC44 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Vi mạch iSP LSI 1016 vi mạch có cấu tạo từ cổng logic lập trình với mật độ tích hợp khoảng 2.000 cổng: Thời gian trì hỗn Tpd = 7,5 ns Tần số hoạt động fmax = 125MHz Vi mạch có 44 chân với kiểu vỏ PLCC Vi mạch có 32 ngg vào/ra dùng với nhiều ứng dụng khác board Footer Page 51Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 50 Header Page 52 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Chức chân IC isp LSI 1016 Số thứ tự chân 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Chức GND IN3 I/O 24 I/O 25 I/O 26 I/O 27 I/O 28 I/O 29 I/O 30 I/O 31 YO Vcc (5V) IspEN/NC SDI/INO I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O Số thứ tự chân 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 Chức GND SOD/ IN I/O I/O I/O 10 I/O 11 I/O 12 I/O 13 I/O 14 I/O 15 Y2/ SCLK Vcc Y1/ RESET IN2/ MODE I/O 18 I/O 17 I/O 16 I/O 19 I/O 20 I/O 21 I/O 22 I/O 23 Ngun lý hoạt động mạch Mạch điện gồm có IC 4060 kết hợp với thạch anh 4MHz, điện trở R2,R3 tụ C8,C9 tạo thành mạch dao động cung cấp hai tín hiệu 500ms 1ms cho vi mạch lập trình để thực chức đếm, giải mã, hiển thị led đoạn phương pháp qt Mạch đồng hồ số có led: led hiển thị led hiển thị phút IC74240 có chức đệm đảo kết hợp với điện trở R5 R12 làm mạch đệm để hiển thị Bốn BJT có chức điều khiển qt Hai nút nhấn S1 S2 dùng để điều chỉnh phút Ưu điểm mạch điện là: - Có linh kiện board mạch điện đơn giản thuận lợi việc kiểm tra có cố hư hỏng - Cơng suất tiêu thụ mạch giảm đáng kể dùng phương pháp qt led Khuyết điểm: - Chưa tận dụng hết khả hoạt động vi mạch sử dụng có 13 đường vào - Do vi mạch lập trình khan thị trường nên giá thành cao II/ PHẦN MỀM Footer Page 52Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 51 Header Page 53 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Sơ đồ mạch logic mạch đồng hồ số Footer Page 53Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 52 Header Page 54 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP Footer Page 54Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Trang 53 Header Page 55 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP Footer Page 55Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Trang 54 Header Page 56 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG module giai ma title ‘giai ma’ ‘’inputs a,b,c,d pin 1,2,3,4; ‘’outputs aa,bb,cc,dd,ee,ff,gg pin 5,6,7,8,9,10,11istype’com’; equations aa= !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&!c&!b& bb = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a ; cc = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&!c&!b& dd = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a ; ee = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&!c&!b& ff = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a ; gg = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&!c&!b& end Footer Page 56Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 55 # # # # # # # # # # # # # # Header Page 57 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG module count title ‘dem mode 4’ ‘’constants c,x,p = c , c , p ; ‘’inputs takt , up ,dn ,r , 19 pin 1, 2, 3, 4, ; ‘’outputs q0 ,q1 ,q2 ,q3 pin 6, 7, 8, istype ‘reg’ ; equations (q0 c , q1 c , q2 c , q3 c ) =takt ; ‘’ count up count down q0 := ( ( ( up # dn )$q0 q1 := ( ( ( up&q0) # (dn $! q0) )$q1 q2 := ( ( (up&q0&q1) # (dn $!q0$!q1) )$q2 q3 := ( ( (up&q0&q1&q2) # (dn $!q0$!q1$!q2) )$q3 end Footer Page 57Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình load reset # 19 )&!r; &!19 )&!r ; &!19 )&!r; # !19 )&!r; Trang 56 Header Page 58 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG PHẦN III KẾT LUẬN Footer Page 58Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 57 Header Page 59 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG Kết luận Qua tuần nhận đề tài, kiến thức tài liệu có hạn chế em cố gắng hồn thành tập luận văn thời hạn đề Qua thực tế kiểm nghiệm, Em có nhận xét ưu khuyết điểm đề tài Ưu điểm mạch là: - Mạch điện đơn giản (chỉ với IC số mạch), dễ thực hiện, dễ kiểm tra linh kiện gặp cố - Vi mạch lập trình ứng dụng vào nhiều cơng việc khác cách lập trình cho vi mạch - Cơng cụ để lập trình đơn giản, dễ thực - Làm giảm đáng kể số lượng IC board - Hoạt động vi mạch đảm bảo độ tin cậy, xác Khuyết điểm: Do vi mạch lập trình thị trường cn khan nên giá thành cao Hướng phát triển đề tài Để thấy rõ ưu điểm vi mạch lập trình, với đề tài thực ứng dụng thiết thực u cầu thực tế thi cơng mạch điện có nhiều chức vừa hiển thị giờ, có chng báo hẹn trước, điều khiển đóng ngắt thiết bị từ xa Một lần em xin cảm ơn thầy TRẦN VĂN TRỌNG tận tình hướng dẫn cho em Xin cảm ơn q thầy khoa dạy dỗ em bạn khóa giúp đỡ em thời gian qua Footer Page 59Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 58 Header Page 60 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG TÀI LIỆU THAM KHẢO - Giáo trình vi mạch số lập trình tác giả: - Cơ sở kĩ thuật điện tử số Thầy Trần Văn Trọng Vũ Đức Thọ dịch - Tra cứu vi mạch số TTL CMOS - Vi mạch số tập - Programmable Logic Designer' s Guide Footer Page 60Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Nguyễn Hữu Phương Roger C& Alford Trang 59 ... cấp cơng cụ hỗ trợ để lập trình Họ vi mạch PROM (Progammable Read Only Memory) PROM gọi nhớ đọc lập trình Đây họ vi mạch sử dụng vi mạch số lập trình theo quan điểm vi mạch số Cấu trúc PROM đơn... đại số Footer Page 14Ứof ng126 dụng vi mạch số lập trình Trang 13 Header Page 15 of N 126 LUẬ VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TRẦN VĂN TRỌNG CHƯƠNG III VI MẠCH SỐ LẬP TRÌNH I/ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI MẠCH... nhận ưu điểm mạch logic lập trình đồng thời ơng nhận khuyết điểm PLA có hai mảng lập trình Sau đó, Birkner đưa khái niệm vi mạch số lập trình, vi mạch tương tự FLA thay có hai mảng lập trình PAL