Bài giảng kỹ thuật số P8

Chia sẻ: Tran Thach | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

0
72
lượt xem
45
download

Bài giảng kỹ thuật số P8

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ nhớ bán dẫn - Bộ nhớ bán dẫn chia làm hai loại chính là bộ nhớ bảng và bộ nhớ hàm

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng kỹ thuật số P8

  1. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.8. BỘ NHỚ BÁN DẪN Boä nhôù baùn daãn chia laøm hai loaïi chính • Boä nhôù baûng (table memory) • Boä nhôù haøm (function memory) Boä nhôù baùn daãn Boä nhôù baûng Boä nhôù haøm RAM ROM PLD Tónh MROM PLA PAL LCA EPLD PEEL GAL Ñoäng PROM PPAL (Pro. (generic EPROM EPPAL elec. array EPROM EEPPAL erasable logic) Vôùi logic RAM = Random Access Memory ROM = Read Only Memory PLD = Programmable Logic Device PLA = Programmable Logic Array PAL = Programmable Array Logic LCA = Logic Cell Array M = Mask programed P = Programmable EP = Erasable and Programmable EEP = Electrically Erasable and Programmable Bộ nhớ bảng, • Đòa chæ A ñöôïc ñònh nghóa trong daõy 0≤ A ≤ 2N –1 Vôùi ñoä roäng töø cuûa ñòa chæ laø N, giaù trò cuûa N phuï thuoäc vaøo kích thöôùc cuûa boä nhôù. Coù theå caát döõ lieäu ôû moät ñòa chæ trong 2N ñòa chæ. Ñoä roäng töø döõ lieäu laø m = 1…16 bit • Dung löôïng boä nhôù K ñöôïc xaùc ñònh bôûi: K=mxn (bit) Vôùi m laø ñoä roäng töø döõ lieäu, n laø soá ñòa chæ Tính theo byte (K/8) cho caùc ñoä roäng töø döõ lieäu laø 8 hay 16 bit GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 116
  2. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Ví dụ, Baûng cho ROM coù N=3bit ñòa chæ, m=2 bit döõ lieäu Giaù trò Ñòa chæ Döõ lieäu thaäp phaân a2 a1 a0 d1 d0 0 0 0 0 d01 d00 D0 1 0 0 1 d11 d10 D1 2 0 1 0 d21 d20 D2 3 0 1 1 d31 d30 D3 4 1 0 0 d41 d40 D4 5 1 0 1 d51 d50 D5 6 1 1 0 d61 d60 D6 7 1 1 1 d71 d70 D7 Bộ nhớ hàm • Chöùa caùc haøm logic (Boolean) thay vì laø caùc baûng. Moãi bieán cuûa baûng chaân trò coù theå ñöôïc bieåu dieãn baèng haøm logic. Vieát döôùi daïng tích chuaån thì haøm logic cuûa bieán d0 ôû ví duï treân laø d0 = a2 .a1.a0 d00 +a2 .a1.d10 +...+a2a1a0 d70 = m0d00 + m1d10+…+m7d70 (vôùi mi: minterm thöù i) neáu trong baûng coù ít dio = 1 thì vieäc söû duïng boä nhôù haøm tieän lôïi hôn boä nhôù baûng Các thiết bị logic lập trình được PLD (Programmable Logic device) • PLD laø teân goïi toång quaùt cuûa moät IC soá maø ngöôøi ta coù theå laäp trình ñöôïc noù ñeå thöïc hieän caùc haøm logic khaùc nhau. Vì haøm logic ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng toång caùc tích hay tích caùc toång neân caáu truùc maïch trong PLD thoâng thöôøng laø moät daõy AND vaø OR ñoàng daïng (identical cell) maø coù theå laäp trình töøng coång ñöôïc. • Caùc thieát keá duøng PLD coù caùc öu ñieåm sau: Taêng khaû naêng tích hôïp. coù theå giaûm khoái löôïng veà maïch thieát keá trong khi vaãn coù theå taêng chöùc naêng cho maïch Coâng suaát thaáp. CMOS vaø moät soá ít hôn caùc maïch keát hôïp seõ laøm giaûm ñaùng keå coâng suaát nguoàn cung caáp Taêng ñoä tin caäy. Nguoàn cung caáp thaáp vaø vieäc giaûm toái ña caùc maïch lieân keát ôû ngoaøi laøm cho vieäc truyeàn giöõa caùc khoái ñaùng tin caäy hôn Giaù thaønh thaáp. Deã söû duïng. Deã daøng thay ñoåi. Khi caàn coù söï thay ñoåi trong thieát keá, khoâng caàn phaûi theâm thaét caùc “daây noái”, taát caû laø thay ñoåi beân trong cuûa PLD vaø coù theå thöïc hieän caùc thay ñoåi ñoù moät caùch nhanh choùng. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 117
  3. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.9. ROM - THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ DÙNG ROM 4.9.1. ROM ROM laø moät maïch toå hôïp coù n ngoõ vaøo vaø m ngoõ ra. Caùc ngoõ vaøo ñöôïc goïi laø ñòa chæ (address input) vaø thöôøng ñöôïc ñaët laø A0A1…An-1. Caùc ngoõ ra ñöôïc goïi laø caùc ngoõ ra döõ lieäu (data output) vaø thöôøng ñöôïpc ñaët teân laø D0D1D2…Dm-1 2n x m ROM A0 D0 A1 D1 address address A2 D2 input output (n đường) (m đường) An-1 Dm-1 Hình 1-2. Caáu truùc cô baûn cuûa moät ROM 2n x m ROM chöùa baûng chaân trò cuûa moät haøm logic toå hôïp n ngoõ vaøo, m ngoõ ra. Ví dụ, baûng chaân trò cuûa haøm toå Input Output hôïp 3 ngoõ vaøo 4 ngoõ ra vaø ta coù A2 A1 A0 D3 D2 D1 D0 theå chöùa noù trong 1 ROM 23 x 4 0 0 0 1 1 1 0 (8x 4). Boû qua caùc trì hoaõn veà thôøi 0 0 1 1 1 0 1 gian, caùc ngoõ ra döõ lieäu cuûa moät 0 1 0 1 0 1 1 ROM ôû moïi luùc laø caùc bit ra cuûa 0 1 1 0 1 1 1 haøng trong baûng chaân trò ñöôïc 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 choïn bôûi caùc ngoõ vaøo ñòa chæ 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Chú ý • Coù theå duøng ROM nhö baát cöù phaàn töû logic toå hôïp naøo • ROM laø boä nhôù khoâng boác hôi (nonvolatile memory) vì noäi dung cuûa noù vaãn giöõ ñöôïc ngay caû khi khoâng caáp ñieän • Vaán ñeà hoaùn vò caùc coät bit trong baûng chaân trò cuûa haøm caàn ghi ROM • Khi duøng ROM ñeå chöùa moät baûng chaân trò cho tröôùc, caùc tín hieäu input vaø output ñoïc töø phaûi sang traùi trong baûng chaân trò thöôøng ñöôïc gaùn vaøo caùc ngoõ vaøo ñòa chæ vaø ngoõ ra data cuûa ROM vôùi vôùi caùc nhaõn theo thöù töï taêng daàn Ví dụ, Duøng ROM ñeà thöïc hieän haøm nhaân nhò phaân khoâng daáu cho 2 soá nhò phaân 4 bit. Neáu duøng maïch rôøi ta duøng caùc IC 74284 vaø 74285, coøn duøng ROM thì söû duïng ROM 28 x 8 (256 x 8) vôùi keát noái nhö hình 1-5 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 118
  4. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 256 x 8 ROM A0 D0 Y A1 D1 (Số bị nhân) A2 D2 A3 D3 Tích số A4 D4 X A5 D5 (Số nhân) A6 D6 A7 D7 Noäi dung ghi ROM ôû treân nhö sau (daïng file vaên baûn hex) Ñòa chæ Tích soá 00: 00 00 00 00 00 00 … cuûa 1 x 5 10: 00 01 02 03 04 05 … 20: 00 02 04 06 08 0A … 30: 00 03 06 09 0C 0F … 40: 00 04 08 0C 10 14 … 50: 00 05 0A 0F 14 19 … 60: 00 06 0C 12 18 1E … 70: 00 07 0E 15 1C 23 … 80: 00 08 10 18 20 28 … 90: 00 09 12 1B 24 2D … A0: 00 0A 14 1E 28 32 … B0: 00 0B 16 21 2C 37 … C0: 00 0C 18 24 30 3C … D0: 00 0D 1A 27 34 41 … E0: 00 0E 1C 2A 38 46 … F0: 00 0F 1E 2D 3C 4B … 4.9.2. Cấu trúc nội của ROM Cô cheá söû duïng ROM ñeå löu tröõ thì thay ñoåi öùng vôùi caùc coâng ngheä cuûa ROM khaùc nhau. Trong phaàn lôùn caùc ROM, söï xuaát hieän hoaëc vaéng maët cuûa moät diode hay transistor seõ phaân bieät giöõa 0 vaø 1 Cấu trúc với giải mã 1 chiều GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 119
  5. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Sô ñoà ROM 8x 4 vôùi caáu truùc giaûi maõ 1 chieàu (duøng 1 boä giaûi maõ TTL vaø caùc diode). HI A0 A Y0 A1 B Y1 A2 C Y2 Y3 Y4 HI G1 Y5 G2A Y6 G2B Y7 0 D0 D1 D2 D3 Moãi ñöôøng ra boä giaûi maõ ñöôïc goïi laø ñöôøng töø (word line) bôûi vì noù choïn moät haøng hoaëc moät töø cuûa baûng chöùa trong ROM Moãi ñöôøng thaúng ñöùng trong hình ñöôïc goïi laø ñöôøng bit (bit line) bôûi vì noù töông öùng vôùi moät bit ra cuûa ROM Nhận xét: coù diode töông öùng möùc 0, khoâng coù diode töông öùng möùc 1 Caùc MOS ROM thöôøng duøng transistor thay vì laø diode ôû moãi vò trí maø bit seõ ñöôïc löu tröõ. Cấu trúc với giải mã 2 chiều Neáu xaây döïng moät ROM 128x1 duøng caáu truùc ôû phaàn tröôùc phaûi söû duïng moät boä giaûi maõ 7 sang 128, nghóa laø phaûi söû duïng ñeán moät löôïng lôùn 128 caùc coång NAND 7 ngoõ vaøo, neáu thieát keá cho ROM vôùi haøng trieäu bits hoaëc nhieàu hôn seõ khoâng coù boä giaûi maõ 20 sang 1048576. Thay vaøo ñoù ngöôøi ta seõ söû duïng caáu truùc khaùc ñöôïc goïi laø giaûi maõ hai chieàu (two-dimentional decoding) GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 120
  6. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Ví dụ, ROM 128 x 1 HI A4 A Y0 A5 B Y1 C Y2 A6 Y3 Y4 HI G1 Y5 G2A Y6 G2B Y7 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415 G2 S0 S1 S2 S3 D0 A0 0 A1 A2 A3 D0 3 bit ñòa chæ cao A6A5A4 seõ choïn haøng, moãi haøng chöùa 16 bit baét ñaàu taïi ñòa chæ A6A5A40000. Khi ñaët ñòa chæ cho ROM, 16bit ôû haøng ñöôïc choïn ñöa vaøo boä MUX vaø 4 bit ñòa chæ thaáp seõ choïn bit data mong muoán. Ngoaøi vieäc giaûm tính phöùc taïp vieäc giaûi maõ, giaûi maõ 2 chieàu coù moät thuaän lôïi khaùc laø ROM coù moät kích thöôùc vaät lyù gaàn vuoâng, ñieàu naøy quan troïng cho vieäc cheá taïo vaø ñoùng goùi IC Với ROM coù nhieàu ngoõ ra döõ lieäu, caùc daõy löu tröõ töông öùng vôùi moãi ngoõ ra döõ lieäu coù theå ñöôïc laøm heïp hôn ñeå ñaït ñöôïc boá trí chip gaàn vôùi hình vuoâng hôn. Ví dụ, Moät boá trí cuûa ROM 32K x 8 A6 A7 A8 A9 512 x 64 512 x 64 512 x 64 512 x 64 512 x 64 512 x 64 512 x 64 512 x 64 A10 9 to 512 array array array array array array array array A11 decoder A12 A13 A14 A0 A1 A2 64 to 1 64 to 1 64 to 1 64 to 1 64 to 1 64 to 1 64 to 1 64 to 1 A3 MUX MUX MUX MUX MUX MUX MUX MUX A4 A5 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 121
  7. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.9.3. Các kiểu ROM thương mại Baûng caùc kieåu ROM thöông maïi Kieåu Coâng ngheä Chu kyø ñoïc Chu kyø ghi Chuù thích Mask ROM NMOS, CMOS 25 – 500ns 4 tuaàn Ghi 1 laàn, coâng suaát thaáp Mask ROM Bipolar
  8. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Hình sau chæ caùc ngoõ vaøo CS vaø OE ñöôïc söû duïng nhö theá naøo ôû beân trong moät ROM tieâu bieåu A0 A1 row decoder Storage Array Am-1 Power on Power on Am Power on Am+1 colum MUX An-1 CS OE 4.9.5. Thiết kế hệ tuần tự dùng ROM Coù theå thieát keá deã daøng moät heä tuaàn töï duøng ROM keát hôïp vôùi caùc FF. Moâ hình toång quaùt cuûa heä tuaàn töï duøng ROM vaø caùc D-FF coù xung nhòp X1 Z1 X2 ROM Z2 Zn + Q1 Xm Q1 D1 CK Q+ 2 Q2 Q1 D2 Q2 CK + Qk Qk Qk Dk CK Clock Phaàn toå hôïp cuûa heä tuaàn töï coù theå duøng ROM ñeå thöïc hieän caùc haøm ra (Z1, Z2, …, Zn) vaø caùc haøm traïng thaùi keá (Q1+, Q2+, …, Qk+). Traïng thaùi cuûa heä ñöôïc chöùa trong moät thanh ghi (taïo baèng caùc D-FF) vaø ñöa hoài tieáp veà ngoõ vaøo cuûa ROM. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 123
  9. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Nhö vaäy heä tuaàn töï vôùi m input, n output vaø k bieán traïng thaùi coù theå ñöôïc caøi ñaët baèng k D-FF vaø ROM vôùi (m+k) ngoõ vaøo (nghóa laø 2m+k töø word) vaø (n+k) output Thöông duøng D FF hôn JK FF vì söû duïng caùc FF vôùi 2 ngoõ vaøo seõ caàn phaûi taêng soá ngoõ ra ôû ROM. Ví dụ, Thieát keá maïch chuyeån ñoåi maõ BCD sang maõ quaù 3, ngoõ vaøo vaø ra laø noái tieáp vôùi LSB ñi tröôùc input (BCD) X Output (excess – 3) Y t3 t2 t1 t0 t3 t2 t1 t0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 Baûng treân lieät keâ caùc input vaø output mong muoán taïi caùc thôøi ñieåm t0, t1, t2 vaø t3 Tröôùc heát thaønh laäp baûng traïng thaùi, sau ñoù ruùt goïn baûng baèng caùch so caùc haøng gioáng nhau thì gom laïi. Khi so caùc haøng coù chöùa daáu gaïch ngang (ñaây laø tröôøng hôïp “don’t care” thì daáu gaïch ngang seõ khôùp vôùi baát cöù traïng thaùi naøo hoaëc baát cöù giaù trò ra naøo. Baèng caùch so khôùp caùc haøng theo caùch naøy, ta coù H ≡ I ≡ J ≡ K ≡ L vaø M≡ N ≡ P, sau khi khöû I, J, K, L N vaø P thaáy raèng E ≡ F ≡ G vaø baûng ñöôïc thu goïn thaønh 7 haøng sau Thời gian Chuỗi vào Trạng Trạng thái Giá trị ra hiện nhận được thái hiện kế tại (Z) tại X = 0 X=1 X=0 X=1 t0 reset A B C 1 0 t1 0 B D F 1 0 1 C E G 0 1 t2 00 D H L 0 1 01 E I M 1 0 10 F J N 1 0 11 G K P 1 0 t3 000 H A A 0 1 001 I A A 0 1 010 J A - 0 - 011 K A - 0 - 100 L A - 0 - 101 M A - 1 - 110 N A - 1 - 111 P A - 1 - GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 124
  10. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Baûng traïng thaùi ñöôïc ruùt goïn cuûa boä chuyeån ñoåi maõ Thời gian Trạng Trạng thái Giá trị ra hiện thái hiện kế tại (Z) tại X = 0 X=1 X=0 X=1 t0 A B C 1 0 t1 B D F 1 0 C E G 0 1 t2 D H H 0 1 E H M 1 0 t3 H A A 0 1 M A - 1 - Coù theå duøng moät caùch khaùc ñeå suy ra baûng treân baèng caùch baét ñaàu baèng giaûn ñoà traïng thaùi. Giaûn ñoà traïng thaùi coù daïng hình caây. Moãi ñöôøng baét ñaàu ôû traïng thaùi reset bieåu dieãn moät trong 10 chuoãi vaøo coù theå coù A t0 0/1 1/0 Reset B C t1 0/1 1/0 0/0 1/1 D F E G t2 0/0 1/1 0/1 1/0 0/1 1/0 0/1 1/0 H L J N I M K P 0/0 1/1 0/0 0/0 0/1 0/0 1/1 0/1 0/0 0/1 t3 Baûng gaùn traïng thaùi vaø baûng chuyeån traïng thaùi Thôøi Traïng thaùi Q 1Q 2Q 3 Q1+Q2+Q3+ Z gian hieän taïi X=0 X=1 0 1 t0 A 000 010 011 1 0 t1 B 010 101 100 1 0 C 011 100 100 0 1 t2 D 101 111 111 0 1 E 100 111 110 1 0 t3 H 111 000 000 0 1 M 110 000 --- 1 --- GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 125
  11. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Caøi ñaët boä chuyeån ñoåi maõ naøy duøng ROM vaø caùc D-FF. Vì coù 7 traïng thaùi neân caàn 3 DFF. Nhö vaäy caàn ROM coù 4 input (24 word) vaø 4 output . Duøng gaùn nhò phaân tröïc tieáp, xaây döïng baûng chuyeån traïng thaùi cho traïng thaùi keá cuûa caùc D-FF nhö laø haøm cuûa traïng thaùi hieän taïi vaø input. Vì ñang söû duïng caùc D FF, D1 = Q1+, D2=Q2+, D3=Q3+. baûng chaân trò cho ROM xaây döïng ñöôïc deã daøng töø baûng chuyeån traïng thaùi. Nhö vaäy caùc output cuûa ROM (Z, D1, D2, D3) laø caùc haøm cuûa caùc input cuûa ROM (X, Q1, Q2, Q3) (a) Baûng traïng thaùi (b) baûng chuyeån traïng thaùi T. thaùi T. thaùi keá G.trò ra h.taïi Z Q 1Q 2Q 3 Q1+Q2+Q3+ Z h.taïi X=0 X=1 X=0 X=1 X=0 X=1 X=0 X=1 A B C 1 0 A 000 001 010 1 0 B D E 1 0 B 001 011 100 1 0 C E E 0 1 C 010 100 100 0 1 D H H 0 1 D 011 101 101 0 1 E H M 1 0 E 100 101 110 1 0 H A A 0 1 H 101 000 000 0 1 M A --- 1 --- M 110 000 --- 1 --- Baûng chaân trò cho ROM X Q1 Q2 Q3 Z D1 (Q1+) D2 (Q2+) D3 (Q3+) 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 x x x x 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 x x x x 1 1 1 1 x x x x GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 126
  12. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Caøi ñaët maïng tuaàn töï duøng ROM X1 Z ROM 16 words + x 4 bit Q1 Q1 D1 CK Q+ 2 Q2 Q1 D2 Q2 CK Q+ 3 Q3 Dk Q3 CK Clock 4.10. PLD tổ hợp (Combinational PLD) 5.3.1. Dãy logic lập trình được (PLA) PLA thöïc hieän cuøng chöùc naêng cô baûn nhö ROM. Moät PLA vôùi n input vaø m output coù theå caøi ñaët m haøm cuûa n bieán. Toå chöùc noäi cuûa PLA thì khaùc vôùi toå chöùc noät cuûa ROM Caáu truùc PLA (PLA nxm vôùi p soá haïng tích) n input Dãy Dãy AND OR p đường word (số hạng tích) m đường ra Ví dụ, Toå chöùc noäi cuûa PLA 4x3 vôùi 6 soá haïng tích a b c d Dãy OR a'bd abd Các ab'c' đường b'c Word c bc F1 F2 F3 Dãy AND Output GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 127
  13. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Vôùi kyù hieäu a' b d a' a'bd b a'bd d c bc a'bd ab'c' c a'bd ab'c' bc F3 F3 Baûng PLA cho PLA ôû treân a b c d F1 F2 F3 0 1 - 1 1 1 0 1 1 - 1 1 0 1 1 0 0 - 1 0 1 - 0 1 - 1 0 0 - - 1 - 0 1 0 - 1 1 - 0 0 1 Moãi haøng trong baûng bieåu dieån moät soá haïng tích toång quaùt. Có hai loại PLA: • PLA laäp trình maët naï (Mask programmable): ñöôïc laäp trình luùc cheá taïo (töông töï PROM) • PLA laäp trình tröôøng (field programmable) coù caùc noái keát caàu chì (fusible link) coù theå laøm ñöùt ñeå löu tröõ caùc maãu trong caùc daõy AND vaø OR. Chú ý. Khi soá bieán vaøo nhoû, thì toång quaùt laø ROM kinh teá hôn duøng PLA. Tuy nhieân khi soá bieán vaøo lôùn, PLA thöôøng cho giaûi phaùp kinh teá hôn ROM 5.3.2. Logic dãy lập trình được PAL (Programmable Array Logic) PAL laø tröôøng hôïp ñaëc bieät cuûa PLA, trong ñoù caùc daõy AND laäp trình ñöôïc vaø daõy OR laø coá ñònh. Caáu truùc cô baûn cuûa PAL thì gioáng nhö PLA Moät ñoaïn PAL GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 128
  14. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Vì chæ coù daõy AND laø laäp trình ñöôïc, do ñoù PAL kinh teá hôn PLA. Caùc nhaø thieát keá logic thöôøng söû duïng caùc PAL ñeå thay theá caùc coång logic khi phaûi caøi ñaët nhieàu haøm Phaàn lôùn caùc nhaø saûn xuaát PAL chæ ra thieát keá noäi cuûa PAL ôû kyù hieäu cuûa noù Ví dụ PAL 16 L 8 B – 4 `soá input tieâu taùn coâng suaát 1/4w Caáu truùc ra toác ñoä Soá output Vôùi caáu truùc ra H = High ngoõ ra taùc ñoäng möùc cao L = Low ngoõ ra taùc ñoäng möùc thaáp C = Complement ngoõ ra coù caû hai ñöôøng taùc ñoäng möùc cao vaø thaáp Toác ñoä: khoaûng traéng – toác ñoä chuaån A= toác ñoä cao B=toác ñoä raát cao D=toác ñoä cöïc cao Tieâu taùn coâng suaát blank = full -2 = ½ -4 = ¼ Ví dụ, kyù hieäu logic truyeàn thoáng cho PAL 16L8 PAL16L8 1 19 2 I1 O1 18 3 I2 O2 17 4 I3 O3 16 5 I4 O4 15 6 I5 O5 14 7 I6 O6 13 8 I7 O7 12 9 I8 O8 11 I9 I10 chaân 10, 20 cho nguoàn vaø ñaát Xem theâm sô ñoà logic cuûa PAL 14L4 vaø PAL 1246 ôû caùc trang 240, 241 trong Fundamentals of logic design cuûa Roth GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 129
  15. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Khi thiết kế với PAL phaûi ñôn giaûn hoùa caùc phöông trình logic vaø coá ñöa chuùng khôùp vaøo moät (hoaëc nhieàu) caùc PAL. Khoâng gioáng nhö caùc PLA (toång quaùt hôn) caùc soá haïng AND khoâng theå chia seû cho 2 hay nhieàu coång OR, vôùi moät kieåu PAL cho tröôùc, soá soá haïng AND ñöa vaøo moãi coång OR laø coá ñònh vaø bò giôùi haïn. Neáu soá soá haïng AND trong haøm ñöôïc ñôn giaûn laø quaù lôùn thì ta coù theå choïn PAL coù nhieàu ngoõ vaøo vaø ít output hôn Ví dụ, duøng PAL thieát keá maïch ñoåi moät soá nhò phaân 4 bit sang soá HEX vaø xuaát maõ ASCII 7 bit cho soá hex Input số mã ASCII cho số mã hex W X Y Z hex A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 . . 1 0 0 1 9 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 A 1 0 0 0 0 0 1 . . 1 1 1 1 F 1 0 0 0 1 1 0 W A6 X Y A5 Z PAL A4 A3 A2 A1 A0 B Chú ý: Vì A5 = A4 vaø A6 = A 4 neân chæ caàn duøng PAL taïo ra 5 haøm cuûa 4 bieán Ñeå vieát ñöôïc baûng PAL phaûi ruùt goïn caùc haøm ra vaø keát quaû nhö sau A 4 =W+X.Y A 4 =WX+WY A 3 =W X.Y A 3 =W+X+Y A 2 =WX+XZ+XY A 2 =X+W Y.Z A1=WX.Y.Z+YZ+ WY A 0 =WZ+X.YZ+WXZ+WYZ Sau ñoù tìm caùc PAL thích hôïp ñeå caøi ñaët caùc haøm treân. Choïn ñöôïc PAL12H6, coù moät output khoâng duøng. Coù theå vieát laïi chöông trình cho A2 nhö sau GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 130
  16. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 A 2 =WX+(XZ+XY)=WX+B vôùi B=XZ+XY roài coù theå söû duïng ngoõ ra theâm ñeå taïo ra B vaø noái B vaøo moät trong caùc ngoõ vaøo PAL nhö ôû hình treân. Vôùi caùch naøy ta theå taïo ra 5 haøm vôùi moät PAL Xem theâm caùc ví duï trong chöông 8 cuûa Digital desgn principle and practices cuûa John F. Wakerly 5.3.3. Thiết kế hệ tuần tự dùng PLA Coù theå caøi ñaët caùc heä tuaàn töï duøng PLA vaø caùc FF theo caùch töông töï nhö duøng ROM vaø caùc FF. Tuy nhieân trong tröôøng hôïp caùc PLA, söï gaùn traïng thaùi laø quan troïng vì vieäc söû duïng caùc pheùp gaùn toát coù theå giaûm ñöôïc soá caùc soá haïng tích caàn coù vaø töø ñoù giaûm ñöôïc kích thöôc cuûa PLA Ví dụ, caøi ñaët baûng traïng thaùi cuûa VD thieát keá duøng ROM nhöng baây giôø duøng 1 PLA 3 DFF. T. thaùi h.taïi T. thaùi keá G.trò ra h.taïi Z X=0 X=1 X=0 X=1 A B C 1 0 B D E 1 0 C E E 0 1 D H H 0 1 E H M 1 0 H A A 0 1 M A --- 1 --- Caáu hình maïch thì gioáng nhö duøng ROM ngoaïi tröø thay theá ROM baèng moät PLA vôùi kích thöôùng thích hôïp. Söû duïng pheùp gaùn nhò phaân tröïc tieáp daãn ñeán baûng chaân trò sau X Q1 Q2 Q3 Z D1 (Q1+) D2 (Q2+) D3 (Q3+) 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 x x x x 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 x x x x 1 1 1 1 x x x x GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 131
  17. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Coù theå chöùa baûng naøy trong moät PLA 4 input, 13 soá haïng tích vaø 4 output nhöng thaáy raèng noù seõ khoâng thuaän lôïi hôn vieäc duøng ROM ñaõ laøm ôû phaàn tröôùc. Neáu söû duïng pheùp gaùn traïng thaùi, phöông trình ra vaø phöông trình vaøo caùc D-FF D1 = Q1 Q 2 + Q1Q 2 D2 = Q2 D 3 = Q 2 .Q 3 + XQ 1 Q 2 + XQ 1 .Q 2 + X.Q 1 .Q 2 Q 3 Z = XQ 3 + XQ 3 Baûng PLA töông öùng vôùi caùc phöông trình naøy nhö sau. X Q1 Q2 Q3 Z D1 (Q1+) D2 (Q2+) D3 (Q3+) - 1 0 - 0 1 0 0 - 0 1 - 0 1 0 0 - - 0 - 0 0 1 0 - - 0 1 0 0 0 1 0 1 0 - 0 0 0 1 1 0 0 - 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 - - 0 1 0 0 0 1 - - 1 1 0 0 0 Ñeå caøi ñaët baûng naøy caàn 1 PLA coù 4 input, 9 soá haïng tích vaø 4 output. 5.3.4. Thiết kế hệ tuần tự dùng PAL Duøng caùc PAL toå hôïp, caùch thieát keá töông töï nhö vôùi PLA nhöng phaûi chuù yù ruùt goïn haøm ra 4.11. PLD tuần tự (sequential PLD = PLA(PAL)+các FF) Phaàn lôùn caùc thieát keá soá caàn caùc FF, caùc PLD coù chöùa caùc FF nhö vaäy thöôøng ñöôïc goïi laø PLD coù thanh ghi (registered PLD) hay PLD tuaàn töï. Moät ñoaïn cuûa PAL tuaàn töï. A A B B Q Q clock EN D Q Q Q A Bộ đệm ra đảo 3 t.thái B D-FF ñöôïc laùi töø moät coång OR. Ngoõ ra FF ñöôïc ñöa hoài tieáp veà daõy AND laäp trình ñöôïc qua moät boä ñeäm. Nhö vaäy caùc ngoõ vaøo coång AND coù theå ñöôïc noái vaøo A, A ,…,Q hay Q . Caùc phöông trình traïng thaùi keá GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 132
  18. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Q + = D = ABQ + A BQ Ngoõ ra FF ñöôïc noái vaøo boä ñeäm ñaûo 3 traïng thaùi, cho pheùp khi EN=1 Ñaëc tính cuûa moät soá PAL tuaàn töï thoâng duïng. Moãi PAL chöùa 1 thanh ghi coù töø 4 ñeán 10 D-FF. 6 PAL ñaàu trong baûng töông töï vôùi 16R4 (coù 1 daõy coång AND vôùi 16 input vaø 4 D-FF) Kieåu Soá ngoõ vaøo Soá ngoõ ra Soá caùc coång AND (tröïc tieáp+hoài tieáp + caùc IO) (FF + IO) treân coång OR 16R4 8+4+4 4+4 8 16R6 8+6+2 6+2 8 16R8 8+8+0 8+0 8 20R4 12+4+4 4+4 8 20R6 12+6+2 6+2 8 20R8 12+8+0 8+0 8 20X4 10+4+6 4+6 3/2* 20X8 10+8+2 8+2 3/2* 20X10 10+10+0 10+0 -/2 Ghi chuù: * 3 vôùi caùc ngoõ ra toå hôïp, 2 cho caùc ngoõ vaøo D FF 3 PAL cuoái trong baûng chæ caùc “XOR PAL”. XOR PAL coù moät coång XOR laùi moãi ngoõ vaøo D FF nhö sau clock EN D Q Q Q Trong PAL naøy, moãi coång XOR ñöôïc laùi baèng hai coång OR, vaø moãi coång OR ñöôïc laùi baèng 2 coång AND, caùc ngoõ ra FF coù theå ñöôïc hoài tieáp veà caùc coång AND nhö trong caùc PAL coù thanh ghi khaùc. Daïng toång quaùt cuûa phöông trình traïng thaùi keá cho moãi FF trong XOR PAL laø Q + = D = (P1 + P2 ) ⊕ (P3 + P4 ) Vôùi P1 P2 P3 P4 laø caùc soá haïng tích Ñeå minh hoïa vieäc söû duïng caùc XOR PAL, thieát keá moät boä ñeám nhò phaân 4 bit (ñeám leân, ñeám xuoáng) vôùi 3 ngoõ vaøo ñieàu khieån U(up), D(down) vaø L (load). Khi U=1 boä ñeám taêng theâm 1, khi D = 1 boä ñeám giaûm 1, vaø khi L =1, boä ñeám naïp döõ lieäu song song töø caùc ngoõ vaøo döõ lieäu cuûa noù (DI) Baûng caùc traïng thaùi keá cuûa boä ñeám cho U=1 vaø cho D=1, giaû söû raèng U=D=1 khoâng xaûy ra GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 133
  19. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 U=1 D=1 + + Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q 1+ Q0 + Q3 + Q2+ Q 1+ Q 0+ 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 Tröôùc heát, suy ra caùc phöông trình traïng thaùi keá cho boä ñeám leân. Trong moïi haøng Q0 khaùc Q0+ vì vaäy FF Q0 phaûi thay ñoåi traïng thaùi ôû moïi xung nhòp khi U=1 vì leõ ñoù Q 0+ = Q 0 ⊕ U Nhaän thaáy Q1 thay ñoåi (Q1 ≠ Q1+) chæ neáu Q0 =1. vì theá Q1+ = Q1 ⊕ UQ0 Q2 thay ñoåi trong caùc haøng 3, 7, 11 vaø 15 chæ khi Q1 = Q0 = 1 vì theá Q2+ = Q2 ⊕ UQ1Q0 Q3 thay ñoåi traïng thaùi chæ trong nhöõng haøng maø Q2 =Q1=Q0=1, vì theá Q3+= Q3 ⊕ UQ2Q1Q0 Töông töï, baèng caùch quan saùt baûng, coù theå suy ra caùc phöông trình cho boä ñeám xuoáng khi D=1 Q 0+ = Q 0 ⊕ D Q 1+ = Q 1 ⊕ D Q 0 Q2+ = Q2 ⊕ D Q 0 .Q 1 Q3+ = Q3 ⊕ D Q 0 .Q 1 .Q 2 Toång quaùt ñeå söû duïng XOR PAL, phaûi bieåu dieãn traïng thaùi keá cuûa Qi ôû daïng Qi+ = Qi ⊕ Fi Caùc Fi ñöôïc tìm baèng phöông phaùp quan saùt hoaëc ruùt goïn baèng baûng Karnaugh Tieáp tuïc thieát keá boä ñeám leân xuoáng vôùi ngoõ vaøo ñieàu khieån U, D, L. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 134
  20. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Tröôùc heát xeùt tröôøng hôïp khi U=D=0. Khi L=1, boä ñeám ñöôïc naïp song song töø caùc ngoõ vaøo döõ lieäu cuûa noù (DI), vaø khi L=0 traïng thaùi boä ñeám giöõ khoâng ñoåi. Döïa vaøo tính chaát haøm Boolean f(x1, x2,…, xn) = x1f(1, x2, …,xn) + x 1 f(0,x2,…,xn) Nhö vaäy phöông trình traïng thaùi keá cho moãi FF laø Qi+ = LDi +L’DI Keát hôïp caùc phöông trình khi xeùt caû U, D, L. Giaû söû L=1 aûnh höôûng leân caû U=1 hay D=1 vaø U=D=1 khoâng bao giôø xaûy ra. Neáu baét ñaàu baèng phöông trình Q 0+ = Q 0 ⊕ U thay Q0+ baèng LD0+L’Q0 vaø thay U baèng U+D, ñöôïc Q0+ = (LD0+L’Q0)⊕ (U+D). Phöông trình naøy cho keát quaû ñuùng khi L=0 vaø U hoaëc D laø 1. Ñeå ñaûm baûo L=1 aûnh höôûng öu tieân hôn ñeám leân ñeám xuoáng, ta phaûi nhaân U vaø D cho L’, caùc phöông trình sau coøn laïi cuõng laøm töông töï, ta coù Q0+ = (LD0+L’Q0) ⊕ (UL’+DL’) Q1+ = (LD1+L’Q1) ⊕ (UL’Q0 + DL’Q’0) Q2+ = (LD2+L’Q2) ⊕ (UL’Q0Q1 + DL’Q’0Q’1 ) Q3+ = (LD3+L’Q3) ⊕ (UL’Q0Q1Q2 + DL’Q’0Q’1Q’2) Khi L=D=0, caùc phöông trình naøy ruùt goïn tröôøng hôïp chæ ñeám leân, vaø khi L=U=0 caùc phöông trình naøy ruùt goïn veà tröôøng hôïp ñeám xuoáng Caùc daïng phöông trình toång hôïp ôû treân thích hôïp ñeå caøi ñaët baèng XOR PAL 4.12. Các PLD tuần tự khác Khi coâng ngheä IC ñaõ ñöôïc caûi tieán, nhieàu loaïi PLD khaùc ra ñôøi, caùc PLD môùi döïa treân nhöõng môû roäng cuûa khaùi nieäm PAL hoaëc döïa treân caùc daõy coång 22V10 laø 1 PLD raát linh hoaït maø coù theå duøng noù ñeå caøi ñaët caùc maïng toå hôïp vaø tuaàn töï. 22V10 coù 12 chaân daønh rieâng cho ngoõ vaøo vaø 10 chaân coù theå laäp trình hoaëc laøm ngoõ vaøo hoaëc ngoõ ra. Chöùa 10 D-FF, 10 coång OR, soá coång AND ñöa vaøo moãi coång OR töø 8 ñeán 16. Moãi coång OR laùi moät logic macrocell, moãi macrocell chöùa 1 D-FF, caùc FF coù cuøng clock, moät ngoõ vaøo reset baát ñoàng boä chung (AR= Asynchronuos Reset) vaø moät ngoõ vaøo ñaët tröôùc ñoàng boä chung (SP= synchronuos Preset) GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 135

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản