BÀI 05 : HỌ VI MẠCH TTL – CMOS
3. Giao tiếp TTL và CMOS
3.1. TTL kích thích CMOS
3.1.1. Giữa TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT
Ở mức thấp TTL cĩ thể thúc được CMOS do VOLmax(TTL)< VILmax(CMOS) và IOLmax(TTL) > IILmax(CMOS)
Ở mức cao TTL khơng thể thúc được CMOS do áp mức cao c a TTL cĩ khi ch
cịn 2,5 V trong khi CMOS ch chấp nhận áp mức cao khơng dưới 3 5V. nếu n i mạch
93
Cĩ 1 cách để khắc phục là dùng điện trở kéo lên ở ngõ ra c a c ng TTL. Khi đĩ qua điện trở R này dịng từ nguồn sẽ n ng dịng vào CMOS nhờ đĩ áp ra mức cao TTL sẽ khơng quá thấp CMOS sẽ hiểu được.
Chẳng hạn một c ng 74LS01 cĩ IOLmax = 8mA, VOLmax = 0 3V thúc một c ng
74HC00 cĩ VIHmin = 3,5V, IIHmin = 1uA.
Khi 74LS01 ở mức thấp 0 3V thì nĩ sẽ nhận dịng hết mức là 8mA được cấp thơng qua điện trở kéo lên (trong khi dịng IIHmin ch cĩ dưới 1uA rất nh ) thế thì sẽ phải c n điện trở kéo lên cĩ giá trị nh nhất Rmin.
min 5 0.3 587,5 8 V V R mA
Cịn khi ở mức cao 3 5V 74LS01 nhận dịng 100μA và 74HC00 nhận dịng 1μA. Vậy khi này điện trở kéo lên sẽ phải cĩ giá trị max để hạn lại dịng cho 2 c ng :
max 5 3.3 15 100 1 V V R K A A
Khi Rmaxđạt giá trị lớn nhất thì cơng suất tiêu tán max sẽ nh nhất
Tụ C = 15pF được thêm vào để khi đang ở mức thấp 0 3V mà chuyển lên mức cao thì tụ sẽ nạp cho áp lên 3 5V để CMOS “hiểu”
Hình 8.19: Giao tiếp giữa TTL với CMOS
3.1.2 TTL thúc CMOS cĩ áp nguồn cao hơn 5V
Cũng gi ng như ở trường hợp trên nếu ra mức thấp thì TTL cĩ thể thúc tr c tiếp CMOS nhưng nếu ra mức cao VOH(TTL) ch cĩ 2 7V đến 5V thì chắc chắn khơng thể thúc được CMOS vì khoảng áp này r i vào vùng bất định c a ngõ vào CMOS. Ta cũng phải dùng điện trở kéo lên cĩ thể dùng TTL ngõ ra c c thu để hở cho trường hợp này.
3.2. CMOS kích thích TTL
Khi thúc tải ở mức cao thường VOH(CMOS) > VIH(TTL) cịn dịng nhận IIH(TTL) ch vài chục uAnên CMOS cĩ thể thúc nhiều tải TTL.
Khi thúc TTL ở mức thấp thì rất phức tạp tuỳ loại. CMOS cũ (4000) khơng thúc được TTL.
CMOS mới (74HC) thì cĩ thể s c ng thúc được tuỳ thuộc VOL(CMOS) > VIL(TTL) và dịng t ng ngõ ra (CMOS) phải lớn h n t ng các dịng ngõ vào IIL c a các tải TTL.
Như vậy việc giao tiếp các c ng với nhau cũng rất đa dạng tuỳ thuộc yêu c u người sử dụng. Một vấn đề khác cũng c n phải quan t m là các IC giao tiếp nhau chung nguồn cấp hay giao tiếp cùng khoảng mức áp sẽ đảm bảo hoạt động h n. Vì vậy cĩ một s IC đ được sản xuất để phục vụ cho việc chuyển mức điện áp giao tiếp gi a CMOS với TTL hay CMOS 4000 với CMOS 74HC.
94
4. Giao tiếp giữa mạch logic và tải cơng suất
Tải hiện nay được sử dụng rất phong phú nĩ cĩ thể là R hay cĩ tính cảm kháng tải tuyến tính hay phi tuyến tải ở áp thấp dịng thấp hay là cao xoay chiều hay một chiều. Các c ng logic được chế tạo ra cĩ thể giao tiếp với h u hết các loại tải nhưng các c ng đều cĩ dịng thấp áp thấp thì chúng thúc tải như thế nào? Tải cĩ ảnh hưởng gì trở lại c ng logic khơng?
4.1. Giao tiếp với tải DC
Ph n này sẽ trình bày một s khả n ng c a c ng logic khi giao tiếp với các loại tải khác nhau :
Led đ n rất hay được sử dụng để hiển thị ở các vi mạch điện tử áp r i trên nĩ dưới 2V dịng qua khoảng vài mA do đĩ nhiều c ng logic loại TTL và CMOS 74HC/HCT cĩ thể thúc tr c tiếp led đ n
Tuy nhiên loại CMOS 4000 14000 thì khơng thể do dịng vào ra mức cao và thấp đều rất nh (dưới 1uA và dưới 0 5mA) mặc dù chúng cĩ thể hoạt động và cho áp lớn h n loại 2 loại kia
Mạch giao tiếp với led:
Hình 8.20: Giao tiếp với LED
R là điện trở giới hạn dịng cho led cũng tuỳ loại c ng logic được sử dụng mà R cũng khác nhau thường chọn dưới 330 ohm (điện áp Vcc=5VDC) tuỳ theo việc l a chọn độ sáng c a led.
Ngồi led ra các c ng logic cũng cĩ thể thúc tr c tiếp các loại tải nh khác như
loa g m áp điện (loa thạch anh) cĩ dịng và áp hoạt động đều nh đ y là loại loa cĩ khả n ng phát ra t n s cao. Mạch thúc cho loa g m như hình dưới đ y.
Hình 8.21: Cổng logic thúc loa
Lưu là loa g m là tải cĩ tính cảm kháng khi c ng chuyển mạch cĩ thể sinh dịng cảm ứng điện thế cao g y nguy hiểm cho transistor bên trong c ng vì vậy c n 1 diode mắc ngược với loa g m để bảo vệ c ng.
Giao tiếp với tải lớn
Do khơng đ dịng áp để c ng logic thúc cho tải mặt khác nh ng thay đ i ở tải như khi ngắt dẫn độ ngột khi khởi động… đều cĩ thể g y ra áp lớn dịng lớn đ về
95
vượt quá sức chịu đ ng c a tải nên c n cĩ các ph n trung gian giao tiếp nĩ cĩ thể là
transistor, thyristor, triac hay opto coupler tuy theo mạch. H y xét một s trường hợp
cụ thể :
a. Tải cần dịng lớn:
Do dịng lớn vượt quá khả n ng c a c ng nên cĩ thể dùngthêm transistor khuếch đại lên khi tác động mức thấp dùng transistor PNP cịn khi tác động mức cao nên dùng transistor loại NPN
Khi này c n tính tốn các điện trở ph n c c cho mạch. Giả sử tải c n dịng 100mA. Khi transistor dẫn b o hồβs= 25. Vậy tính dịng IB = IC/25 = 4mA Þ R1 = (Vcc - VBE - VCE)/IB ≈ 1K. R2 được thêm vào để giảm dịng r khi transistor ngưng dẫn
R2 khoảng 10K. Trường hợp tải c n dịng lớn h n n a ta cĩ thể dùng transistor ghép
Darlington để t ng dịng ra
b. Tải cần áp lớn
Khác với trường hợp tải c n dịng lớn khơng thể dùng transistor làm t ng đệm vì cất c ng logic cấu tạo bởi các transistor bên trong rất nhạy áp ngược chịu đ ng c a chúng khơng lớn lắm nên với áp tải lớn cĩ thể làm chết chúng thậm chí làm chết luơn cả transistor đệm ở bên ngồi. Giải pháp trong trường hợp này là phải dùng thêm 1 transistor khác làm nhiệm vụ cách li áp cao từ tải với c ng logic cũng cĩ thể dùng c ng đệm thúc chịu áp cao như 7407.
Riêng với c ng TTL tác động mức cao thì cĩ thể khơng c n transistor cách li cũng được nếu đ dịng cho tải (do ph n c c nghịch tiếp giáp BC). Tuy nhiên phải lưu rằng điện áp ph n c c nghịch khơng được vượt quá giới hạn điện áp chịu đ ng c a m i n i BE (thơng thường khoảng 60VDC).
4.2. Giao tiếp với tải AC
Áp xoay chiều ở đ y là áp lưới 220V/50Hz hay dùng với giá trị lớn như vậy nên c n cách li c ng logic với tải một s linh kiện hay dùng để cách li là thyristor triac rờ le ghép n i quang (opto coupler). Ở đ y trình bày cách dùng thyristor và opto coupler. Cách dùng rờ le cũng gi ng như ở ph n trước với hai đ u cuộn d y rờ le ở bên transistor thúc cịn chuyển mạch nằm bên tải.
Dùng triac: Transistor dùng đệm đ dịng cho triac các điện trở ph n c c và mắc thêm để giảm dịng r tính tốn gi ng như trước. Triac được dùng c n quan t m đến dịng thuận t i đa và điện áp nghịch đ nh luơn nằm dưới giá trị định mức
Hình 8.22: Giao tiếp với tải hoạt động ở điện áp xoay chiều
4.3. Giao tiếp sử dụng nối quang
Dùng kết n i quang
Cách này cách li hồn tồn gi a mạch áp thấp và áp cao nhờ 1 opto couple như hình vẽ. C ng logic tác động ở mức thấp làm opto dẫn kéo theo SCR được kích để mở tải. Áp 20VDC nuơi opto được ch nh lưu từ nguồn xoay chiều và n áp bởi diode zener. Mạch tác động mức cao cũng tư ng t .
96
Hình 8.23: Giao tiếp dùng kết nối quang
4.4. Giao tiếp sử dụng rơ le
Các cơng tắc thường sử dụng để đĩng mở nguồn cấp tạo trạng thái logic cho c ng nhưngdo làm dạng tiếp xúc c khí nên khi đĩng mở sẽ sinh ra hiện tượng dội.
Hình 8.24: Giao tiếp với cơng tắc cơ khí
Với điện gia dụng như đèn quạt thì hiện tượng dội này khơng ảnh hưởng gì cả vì dội xảy ra rất ngắn ch khoảng vài ms đèn quạt khơng kịp sáng tắt hay quay dừng hoặc nếu cĩ đi thì mắt cũng khơng thể thấy được. Nhưng với các vi mạch điện tử rất nhạy với nh ng thay đ i rất nh và rất nhanh như vậy. Hiện tượng dội nảy sinh là do khi ta đĩng cơng tắc thì thật ra là đĩng mở nhiều l n rồi mới đĩng hẳn hay khi mở cơng tắc thì th c ra cũng là cơng tắc cũng bị hở và đĩng nhiều l n trước khi hở hẳn.
5. Tính tốn, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
Mạch mã hố
1. Ở mạch m hố 10 đường sang 4 đường nếu đường thứ 8 được nhấn thì m s ra là bao nhiêu? Với m s ra là 1100 thì đường thứ mấy được nhấn ?
2. 74147 cĩ th c hiện đúng như mạch m hố 10 đường sang 4 đường như ở ví dụ đ xét khơng? H y thêm các c ng logic vào để làm điều này. Thiết kế bàn phím 10 phím sử dụng mạch m hố ưu tiên 74LS147.
3. 74148 là IC m hố ưu tiên 8 đường sang 3 đường h y viết bảng trạng thái
c a IC này nĩi rõ chức n ng c a ch n IE IO GS. H y lấy 1 ví dụ ứng dụng IC này?
Mạch giải mã
4. Ở mạch giải m 3 đường sang 8 đường khi cĩ thêm ch n cho phép G h y viết biểu thức logic c a các ngõ ra và vẽ mạch logic khi này.
5. Với IC 74LS42 nếu ngõ vào BCD là 1010 thì ngõ ra là gì?
6. Với mạch giải m chấp nhận 32 t hợp đ u vào khác nhau thì sẽ c n bao nhiêu đ u vào và bao nhiêu đ u ra?
BÀI TẬP
1.Thiết kế ở dạng s đồ kh i hoặc dùng các IC đ biết mạch đếm s lượng hành khách lên tàu. Khi s khách đ s t i đa N=50 thì hạ c ng khơng cho vào n a
97
nhưng khi s khách lên tàu từ 45 trở lên thì chớp đèn đ cho đến khi vừa đúng 50 thì đèn đ sáng liên tục. Một cảm biến theo sau bởi mạch nắn xung (ví dụ dùng mạch nảy Schmitt) để tạo xung vào mạch đếm để theo dõi s lượng khách lên tàu. 2.Ở mạch giải m BCD sang 7 đoạn ví dụ 74LS47A h y viết biểu thức logic c a các ngõ ra a b c d e f g theo các ngõ vào d liệu A B C D (MSB) và các ngõ vào điều khiển LT BI/RBO RBI.
3.Mu n thúc hiển thị led 7 đoạn loại K chung thì cĩ thể dùng IC nào cùng họ với 74LS47 h y vẽ 1 mạch gồm IC đĩ và cả điện trở và led 7 đoạn K chung
YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 5
Nội dung:
+ Về kiến thức: Trình bày được khái niệm cấu trúc và thơng s gi a các mạch TTL và các CMOS hiểu được chức n ng c a các họ c a IC
+ Về kỹ n ng: sử dụng thành thạo các dụng cụ đo để đo được các ch n tín hiệu điện áp ở ngõ vào –ra c a IC lắp ráp một s mạch c bản ....
+ N ng l c t ch và trách nhiệm: Đảm bảo an tồn và vệ sinh cơng nghiệp. Phư ng pháp:
+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết trắc nghiệm.
+ Về kỹ n ng: Đánh giá kỹ n ng th c hành đo được các thơng s trong mạch điện theo yêu c u c a bài lắp ráp một s mạch c bản
+ N ng l c t ch và trách nhiệm: T m cẩn thận chính xác ng n nắp trong cơng việc.
98
BÀI 06: BỘ NHỚ
Mã Bài: MH15-06 Giới thiệu
Tính ưu việt ch yếu c a các hệ th ng s so với hệ th ng tư ng t là khả n n lưu tr một lượng lớn thơng tin s và d liệu trong nh ng khoảng thời gian nhất định. Khả n ng nhớ này là điều làm cho hệ th ng s trở thành đa n ng và cĩ thể thích hợp với nhiều tình hu ng.
Thí dụ trong một máy tính s bộ nhớ trong chứa nh ng lệnh mà theo đĩ máy
tính cĩ thể hồn tất cơng việc c a mình với s tham gia ít nhất c a con người.
Chúng ta đ quá quen thuộc với Fliflop một linh kiện điện tử cĩ tính nhớ. Chúng ta cũng đ thấy một nhĩm các FF họp thành thanh ghi để lưu tr và dịch chuyển thơng tin như thế nào. Các FF chính là các ph n tử nhớ t c độ cao được dùng rất nhiều trong việc điều hành bên trong máy tính n i mà d liệu dịch chuyển liên tục từ n i này đến n i khác.
D liệu s cũng cĩ thể được lưu tr dưới dạng điện tích c a tụ điện và một loại ph n tử nhớ bán dẫn rất quan trọng đ dùng nguyên tắc này để lưu tr d liệu với mật độ cao nhưng tiêu thụ một nguồn điện n ng rất thấp. Bộ nhớ bán dẫn được dùng như là bộ nhớ trong chính c a máy tính n i mà việc vận hành nhanh được xem như ưu tiên hàng đ u và cũng là n i mà tất cả d liệu c a chư ng trình lưu chuyển liên tục trong quá trình th c hiện một tác vụ do CPU yêu c u. Mặc dù bộ nhớ bán dẫn cĩ t c độ làm việc cao rất phù hợp cho bộ nhớ trong nhưng giá thành tính trên m i bit lưu tr cao khiến cho nĩ khơng thể là loại thiết bị cĩ tính chất lưu tr kh i (mass storage) là loại thiết bị cĩ khả n ng lưu tr hàng t bit mà khơng c n cung cấp n ng lượng và được dùng như là bộ nhớ ngồi (đĩa từ b ng từ CD ROM . . .).T c độ xử l d liệu ở bộ nhớ ngồi tư ng đ i chậm nên khi máy tính làm việc thì d liệu từ bộ nhớ ngồi được chuyển vào bộ nhớ trong.
Mục tiêu:
- Trình bày được cấu trúc hoạt động ph n loại và phạm vi ứng dụng các bộ nhớ.
- Nêu được các ứng dụng c a ROM RAM trong kỹ thuật - Đo kiểm xác định l i chính xác một loại bộ nhớ trong th c tế - Rèn luyện tính tỷ m chính xác an tồn và vệ sinh cơng nghiệp
Các khái niệm cơ bản về bộ nhớ bán dẫn
Trên th c tế cĩ rất nhiều dạng bộ nhớ cụ thể như: - Bộ nhớ c khí: hệ th ng cơng tắc hình tr ng/cam… - Bộ nhớ từ: đĩa cứng đĩa mềm b ng từ …
- Bộ nhớ quang: đĩa CD ROM b ng giấy đục l …
So với các bộ nhớ trên bộ nhớ bán dẫn ( H 9.1) cĩ một s ưu điểm như t c độ xử l kích thước nh gọn dễ dàng trong điều khiển việc truy xuất d liệu... Trong th c tế khi sử dụng bộ nhớ bán dẫn người ta thường lưu các thơng s sau:
99
Hình 9.1: Khối sơ đồ bộ nhớ bán dẫn
- Các BUS là một tập hợp các d y dẫn được sử dụng để mang tín hiệu đi trao đ i thơng tin gi a các thiết bị trong hệ vi xử l . Điển hình một máy tính 8 bit cĩ các thanh ghi với độ rộng 8 bit và 8 đường trong 1 BUS d liệu. Một máy tính 16 bit cĩ các thanh ghi 16 bit BUS d liệu cĩ 16 đường … D a vào tính chất thơng tin tải trên Bus người ta ph n làm ba loại chính:
o Tuyến địa ch :đ y là bus 1 chiều được sử dụng để xác định địa ch c a vùng nhớ trong bộ nhớ bán dẫn n i mà bộ nhớ chọn để truy xuất d liệu.
o Tuyến điều khiển:đ y là bus 1 chiều nhưng hình vẽ t ng quan thì xem như hai chiều. Tuyến này xác định việc đọc hay viết d liệu trên bộ nhớ bán dẫn. Cụ thể d liệu được viết vào vùng nhớ được chọn hay từ đĩ xuất đi. Ngồi ra cho phép bộ nhớ ngưng làm việc (treo: khơng dùng đến) cũng do tín hiệu trên tuyến điều khiển này quyết định.
o Tuyến d liệu:đ y là bus 1 chiều với ROM và là 2 chiều với các bộ nhớ khác, được sử dụng để mang d liệu từ vùng nhớ được chọn bởi tuyến địa ch trong bộ nhớ