Bài giảng Thiết kế hệ thống vi xử lý: Chương 2

Mạch điện cơ bản

• 2 điện trở mắc nối tiếp • Vout = (Vc * R1)/(R1 + R2) • Ví dụ: Vc = 10V, R1 = 1K,

R2 = 1K, Vout = 5V

1 Electrical Engineering

Mạch cơ bản (tiếp)

• Trường hợp đặc biệt • Nếu R1>>R2 -> Vout = 0 • Nếu R1 << R2 -> Vout = Vc

Vout

2 Electrical Engineering

Transistor

• •

Nếu R1 >> R2 (R1 -> infinity, R2 ->0) Vout = Vc

Vout

0, ground

Nếu R1<< R2 (R2 = infinity, R1-> 0)

Vout = 0

Vout

0, ground

3 Electrical Engineering

Transistor lý tưởng

Vin

•Điện trở R được điểu khiển bởi điện áp Vin •Giả thiết V2 > V1 •Nếu Vin xấp xỉ V1, R = infinity •Nếu Vin > V1 + 1V, R = 0

4 Electrical Engineering

N transistor

V 2

V in

• V2 > V1 • Nếu Vin xẫp xỉ V1, R = infinity • Nếu Vin > V1 + 1V, R = 0

V 1

Collector

Base

Emiter

5 Electrical Engineering

P transistor

Vin

• V2 < V1 • Nếu Vin xấp xỉ V2, R

= 0

• Nếu Vin > V2 + 1V, R

= infinity

Collector

Base

Emiter

6 Electrical Engineering

Kết cấu mạch logic (0, 1)

V2 = 5 V

NÕu Vin = 5 V

PNP

•V2-Vin = 0, T2 khãa

Vin

•Vin > V1 + 1V, T1 më

Vout

Vout = 0V

Vout

NPN

Vin

0, ground

V1 = 0v, ground

7 Electrical Engineering

KÕt cÊu m¹ch logic (0, 1)

V2 = 5 V

NÕu Vin = 0V

PNP

•V2-Vin > 1V, T2 më

Vin

•Vin =V1, T1 khãa

Vout

Vout = 5V

Vout

NPN

Vin

0, ground

V1 = 0v, ground

8 Electrical Engineering

Mạch đảo dùng transistor

• Nếu Vin = 5V, Vout = 0V • Nếu Vin = 0V, Vout = 5V

• Nếu Vin = High, Vout = Low • Nếu Vin = Low, Vout = High

Chế độ làm việc Transitor

•ChÕ ®é khãa (cutoff)

•ChÕ ®é khuyÕch ®¹i (active)

•ChÕ ®é b·o hßa (satuation)

9 Electrical Engineering

10 Electrical Engineering

Logic function

Hàm tổng hợp các biến đầu vào

W = f(x1,x2, ... xn)

x là các bit logic, có 2 trạng thái, đưa ra bảng chân lý với các trạng thái chuẩn

11 Electrical Engineering

Các hàm lôgic cơ bản

• AND • OR • NAND • NOR • XOR • NOT

12 Electrical Engineering

AND

• W = and (x,y) = x.y • Điều kiện và

x y W

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

13 Electrical Engineering

OR

• W = or (x,y) = x + y §iÒu kiÖn hoÆc

x y W

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

14 Electrical Engineering

NOT

• W = NOT (X) = x’ §iÒu kiÖn ®¶o W = W

x W

0 1

1 0

15 Electrical Engineering

NAND

• W = nand (x,y) = (x . y)’ §iÒu kiÖn vµ ®¶o

x y W

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

16 Electrical Engineering

NOR

• W = nor (x,y) = (x + y)’ §iÒu kiÖn hoÆc ®¶o

x y W

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

17 Electrical Engineering

XOR

• W = xor (x,y) §iÒu kiÖn hoÆc lo¹i trõ (or

exclusive)

x y W

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

18 Electrical Engineering

Mạch nhiều đầu vào

• W = and (x1,x2,x3,x4) =

• And(x1,x2) . (and(x3,x4))

19 Electrical Engineering

Phân loại IC số

• Loại TTL

– Ngưỡng 0: 0 – 0.8V – Ngưỡng 1: 2.4 – 5V

• Loại CMOS

– Ngưỡng 0: 0 – 1.5V – Ngưỡng 1: 2.5 – 5V (loại CMOS 5V) – Ngưỡng 1: 11 – 15V (loại CMOS 15V)

20 Electrical Engineering

Các mạch số cơ bản

• Mạch giải mã (decoder) • Mạch dồn kênh (multiplexer) • Mạch chốt (Flip-Flop) • Mạch đếm (counter) • Mạch chia tần số (freq divider) • Mạch tạo xung clock (555 timer)

21 Electrical Engineering

Mạch giải mã

• Mạch chuyển đổi từ n đầu vào thành bit tương ứng 2^n ở đầu ra • Mạch giải mã 1 – 2 • Đầu ra được quyết định bởi tổ hợp nhị phân đầu vào

22 Electrical Engineering

Mạch giải mã 3 – 8 (74LS138)

• Mạch giải mã từ 3

đường ra 8 đường có thể

1 2 3

A B C

• Tuân theo luật 2^n • IC 74138, 74139,

6 4 5

G1 G2A G2B

15 14 13 12 11 10 9 7

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

74154

74LS138

23 Electrical Engineering

LED 7 thanh

24 Electrical Engineering

Mã BCD thành LED 7thanh

25 Electrical Engineering

Bảng logic

26 Electrical Engineering

IC số giải mã BCD

• Hai IC thông dụng dùng để giải mã BCD

sang 7 đọan là:

• CD 4511 (loại CMOS, ngã ra tác động cao

và có đệm)

• 7447 (loại TTL, ngã ra tác động thấp, cực

thu để hở)

27 Electrical Engineering

Mạch hiển thị thực tế

28 Electrical Engineering

Mạch dồn kênh (2 đường)

•

Còn được gọi là mạch chọn dữ liệu, gồm 2^n ngã vào dữ liệu, n ngã vào địa chỉ (hay điều khiển) và một ngã ra. Khi có một địa chỉ được tác động dữ liệu ở ngã vào tương ứng với địa chỉ đó sẽ được chọn.

29 Electrical Engineering

Dồn kênh

30 Electrical Engineering

Thực tế dồn kênh

• Trên thực tế, ta có đủ các loại mạch đa hợp từ 2 → 1 (IC 74157), 4 → 1 (IC 74153), 8 → 1 (IC 74151) và 16 → 1 (74150) . . . .

• Ngoài ra, để chọn dữ liệu là các nguồn tín hiệu

tương tự, khóa tương tự (analog switch), được chế tạo theo công nghệ MOS như IC 4051 (8 kênh) IC 4053 (2 kênh). . . . Cũng có loại khóa sử dụng được cho cả tín hiệu tương tự và số (bilateral switches) như IC 4016, IC 4066,. .

• Sử dụng trong mạch chuyển đổi từ tín hiệu song

song sang tín hiệu nối tiếp

31 Electrical Engineering

Mạch chốt, Flip-flop

32 Electrical Engineering

Mạch RS chốt dùng mạch NOR tác động mức cao

•

• Khi R=S=0 (cả 2 ngã vào đều không tác động), ngã ra không đổi trạng thái. - Khi R=0 và S=1 (ngã vào S tác động), chốt được Set (tức đặt Q+=1). - Khi R=1 và S=0 (ngã vào R tác động), chốt được Reset (tức đặt lại Q+=0). - Khi R=S=1 (cả 2 ngã vào đều tác động), chốt rơi vào trạng thái cấm

33 Electrical Engineering

Mạch chốt R-S dùng NAND tác động mức thấp

• Mạch chốt tín hiệu ra bất chấp dạng của tín hiệu vào • Tín hiệu S dùng

xác lập tín hiệu ra

• Tín hiệu R dùng xóa tín hiệu ra • Không thể có 2 tín hiệu vào cùng là 0

34 Electrical Engineering

Ưng dụng mạch R-S

• Chống hiện tượng

rung trong mạch bàn phím

35 Electrical Engineering

Mạch RS dùng xung clock

• R, S bình thường luôn giữ giá trị 0 • Mạch R/S chỉ có tác dụng khi CLK có giá trị 1 • Mạch hoạt động theo mức xung CLK

36 Electrical Engineering

Flipflop RS có ngã vào Preset và Clear

37 Electrical Engineering

Mạch RS hoạt động với sườn xung clock (flip – flop)

TÝn hiÖu ®i xung clock tõ 0 – 1 - 0, m¹ch chØ ho¹t ®éng khi xung clock chuyÓn tõ 1 vÒ 0

38 Electrical Engineering

Mạch J-K flip flop

• J = 1, K = 1, Q =

Q’

• J = 0, K = 0, Q

giữ nguyên trạng thái

• J =1, K = 0, Q = 1 • J =0, K = 1, Q = 0

39 Electrical Engineering

Mạch chốt D (data latch)

• Tín hiệu Q giá

trị bằng tín hiệu D, khi CLK = 1

• Khi CLK = 0, Q chốt giá trị

40 Electrical Engineering

Ký hiệu mạch số

41 Electrical Engineering

Mạch ghi dịch

42 Electrical Engineering

Thức tế mạch ghi dịch

• IC 74164: dịch phải 8 bit; • IC 7495: 4 bit , dịch phải, trái, vào/ra nối tiếp/song

song

• Một số nhị phân khi dịch trái 1 bit, giá trị được nhân lên gấp đôi và được chia hai khi dịch phải một bit. • Trong máy tính thanh ghi (tên thường gọi của mạch

ghi dịch) là nơi lưu tạm dữ liệu để thực hiện các phép tính, các lệnh cơ bản như quay, dịch ....

• Ngoài ra, mạch ghi dịch còn những ứng dụng khác

như: tạo mạch đếm vòng, biến đổi dữ liệu nối tiếp ↔ song song, dùng thiết kế các mạch đèn trang trí, quang báo.

43 Electrical Engineering

Mạch đếm • Lợi dụng tính đảo trạng thái của JK khi J=K=1,

người ta thực hiện các mạch đếm.

• Chức năng của mạch đếm là đếm số xung CK đưa

vào ngã vào hoặc thể hiện số trạng thái có thể có của các ngã ra.

• Nếu xét khía cạnh tần số của tín hiệu thì mạch đếm có chức năng chia tần, nghĩa là tần số của tín hiệu ở ngã ra là kết quả của phép chia tần số của tín hiệu CK ở ngã vào cho số đếm của mạch.

• Ta có các loại: mạch đếm đồng bộ, không đồng bộ

và đếm vòng.

44 Electrical Engineering