Giáo trình kỹ thuật số - Phần 3 Mạch dãy - Ch 13

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết kế mạch số dùng MSI và LSI I. Khái niệm: Thiết kế mạch số dùng mạch tích hợp cỡ vừa MSI và tích hợp cỡ lớn LSI có một số đặc điểm khác với mạch SSI đã nghiên cứu:

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kỹ thuật số - Phần 3 Mạch dãy - Ch 13

PTH-DTT Ch−¬ng 13 ThiÕt kÕ m¹ch sè dïng MSI vµ LSI I. Kh¸i niÖm: ThiÕt kÕ m¹ch sè dïng m¹ch tÝch hîp cì võa MSI vµ tÝch hîp cì lín LSI cã mét sè ®Æc ®iÓm kh¸c víi m¹ch SSI ®· nghiªn cøu: SSI MSI, LSI Bµi to¸n Bµi to¸n X¸c ®Þnh Chän c¸c vi ph−¬ng tr×nh m¹ch MSI, LSI Tèi Nèi c¸c MSI, LSI cho tr−íc thiÓu ho¸ dïng trªn SSI nÕu cÇn S¬ ®å S¬ ®å ThiÕt kÕ m¹ch sè dïng MSI vµ LSI cã thÓ kh«ng sö dông hÕt kh¶ n¨ng cña m¹ch, nh−ng l¹i kinh tÕ vµ lµm cho m¹ch tæng thÓ cã kÝch th−íc nhá h¬n nhiÒu. C¸c vi m¹ch th−êng dïng d−íi d¹ng MUX, DEMUX,CODER, DECODER, ROM, PLA…Sau ®©y lµ c¸c vÝ dô 142
BomonKTDT-§HGTVT II. Bé dån kªnh MUX 1. S¬ ®å tæng qu¸t: E(Enable) 0 0 1 1 f f MUX 2n 2n 1 2 n 2. C¸c øng d ông a. ChuyÓn ®æi d÷ liÖu song song thµnh nèi tiÕp Minh ho¹ biÕn ®æi 8 bit song song thµnh nèi tiÕp, viÖc ®iÒu khiÓn ®−a tÝn hiÖu ra thùc hiÖn nhê bé ®Õm nhÞ ph©n 3 ®Çu ra D0 D1 C¸c bÝt ra nèi tiÕp (theo xung nhÞp) MUX D7 A B C Ck §Õm b, M¹ch t¹o d·y tÝn hiÖu tuÇn hoµn: Muèn t¹o d·y tÝn hiÖu tuÇn hoµn dïng MUX ta thùc hiÖn nèi c¸c ®Çu vµo MUX, vµ nèi víi møc logic nhÊt ®Þnh, viÖc thùc hiÖn ®−a tÝn hiÖu ra nhê mét bé ®Õm nhÞ ph©n mµ c¸c ®Çu ra cña bé ®Õm nhÞ ph©n nµy ®−îc ®−a vµo c¸c ®Çu vµo ®iÒu khiÓn cña MUX ®ã, vÝ dô t¹o tÝn hiÖu tuÇn hoµn 10010011: 143
PTH-DTT +5 D7 10010011 MUX D0 A B C C §Õm II. ROM(Read Only Memory-bé nhí chØ ®äc) 1. S¬ ®å cÊu t¹o: n ®Çu vµo m ®Çu ra ROM ®Þa chØ d÷ liÖu m ®Çu Ma Ma ra n ®Çu trËn trËn d÷ liÖu vµo ®Þa AND OR 2n tÝch chØ 144
BomonKTDT-§HGTVT 2. øng dông a, Dïng lµm bé nhí trong, l−u c¸c ch−¬ng tr×nh cè ®Þnh cña m¸y tÝnh. b, Dïng ®Ó thiÕt kÕ c¸c m¹ch tæ hîp Khi dïng ROM ®Ó thiÕt kÕ m¹ch tæ hîp, coi X nh− ®Þa chØ vµo cña ROM vµ Y nh− lµ c¸c sè liÖu ra cña ROM, ROM ®−îc sö dông nh− mét b¶ng tra cøu(gièng b¶ng ch©n lý trong thiÕt kÕ m¹ch tæ hîp) §i¹ chØ §Çu ra A B C Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 VÝ dô: Dïng ROM ®Ó x©y dùng bé gi¶i m· nhÞ ph©n sang 7 v¹ch, cã b¶ng ch©n lý nh− trªn, c¸c ®Çu vao ®−îc xem lµ ®Çu ®Þa chØ cña ROM, c¸c ®Çu ra 7 v¹ch chÝnh lµ ®Çu ra cña ROM. M· 7 v¹ch: M· M· nhÞ ph©n M· 7 v¹ch 16 H G F E P Q R S T U V 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 A 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 B 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 C 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 D 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 E 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 F 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 145
PTH-DTT Ma trËn nèi nh− sau: P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P T R V Q U S 146
BomonKTDT-§HGTVT Tµi liÖu tham kh¶o: 1. Kü ThuËt Sè øng dông- NXB ThÕ giíi, 2002 2. Bµi Gi¶ng Kü thuËt Sè- TrÇn V¨n Vinh, HVBCVT, 2000 3. Digital Electronics, Roger L.Tokhenim, ISBN Editor, 1999 4. PAL Device Data Book Bipolar and CMOS, ISBN Editor, 1990 5. C¬ së kü thuËt §iÖn tö sè, Bé m«n §iÖn tö, §¹i häc Thanh Hoa B¾c Kinh 1996 147
PTH-DTT Phô lôc: Ch−¬ng 1. HÖ thèng ®Õm vµ m∙................................................... 4 I. BiÓu diÔn sè trong c¸c hÖ thèng ®Õm............................................... 4 1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n ........................................................................ 4 2. C¸c hÖ ®Õm th«ng dông............................................................... 4 3. BiÓu diÔn sè trong c¸c hÖ ®Õm .................................................... 5 II. hÖ ®Õm hai (nhÞ ph©n) ..................................................................... 6 III. M· ho¸ hÖ sè 10 ............................................................................ 8 1. Kh¸i niÖm vÒ m· ho¸ hÖ sè ......................................................... 8 2. C¸c m· th«ng dông...................................................................... 9 Ch−¬ng 2.§¹i Sè Boolean ............................................................. 11 I. Kh¸i niÖm chung............................................................................ 11 1. Më ®Çu ...................................................................................... 11 2. Mét sè kh¸i niÖm c¬ b¶n ........................................................... 11 II. BiÕn vµ hµm logic ......................................................................... 13 1. Kh¸i niÖm vÒ biÕn vµ hµm logic................................................ 13 2. C¸c hµm logic s¬ cÊp................................................................. 14 3. HÖ hµm ®Çy dñ .......................................................................... 17 III. Ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn hµm logic ................................................... 18 1. Ph−¬ng ph¸p dïng b¶ng gi¸ trÞ cña hµm ................................... 18 2. Ph−¬ng ph¸p h×nh häc ............................................................... 18 3. Ph−¬ng ph¸p biÓu thøc ®¹i sè.................................................... 19 4. Ph−¬ng ph¸p dïng b¶ng Karnaugh ........................................... 19 Ch−¬ng 3.Tèi thiÓu ho¸ hµm Boolean .................................. 21 I. Ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ ............................................................. 21 1. Kh¸i niÖm tèi thiÓu ho¸............................................................. 21 2. Ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ hµm logic b»ng biÕn ®æi ®¹i sè ...... 22 3. Nhãm c¸c ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ theo thuËt to¸n............... 23 Ch−¬ng 4.Giíi thiÖu vi m¹ch sè ................................................ 27 I. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i ................................................................. 27 1. §Þnh nghÜa................................................................................. 27 2. Ph©n lo¹i vi m¹ch theo b¶n chÊt cña tÝn hiÖu vµo / ra ............... 27 3. Ph©n lo¹i theo mËt ®é tÝch hîp.................................................. 28 4. Ph©n lo¹i theo c«ng nghÖ chÕ t¹o.............................................. 28 II. C¸c th«ng sè chÝnh cña vi m¹ch sè .............................................. 30 1. Møc logic .................................................................................. 30 2. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t.................................................................... 30 3. C¸c th«ng sè vÒ dßng ®iÖn. ....................................................... 32 4. C«ng suÊt tiªu thô...................................................................... 33 5. HÖ sè t¶i FAN-IN; FAN-OUT .................................................. 34 6. Kho¶ng lÒ chèng nhiÔu (Noise Margin).................................... 35 148
BomonKTDT-§HGTVT 7. Thêi gian truyÒn ®¹t vµ thêi gian qu¸ ®é .................................. 36 8. D¹ng vá IC ................................................................................ 37 9. Giíi h¹n nhiÖt ®é....................................................................... 37 III. C«ng nghÖ IC sè .......................................................................... 37 1. C«ng nghÖ ®¬n cùc ................................................................... 37 2. C«ng nghÖ l−ìng cùc................................................................. 40 3. Giao tiÕp TTL-CMOS vµ CMOS-TTL. ..................................... 44 Ch−¬ng 5.ph©n tÝch vµ ThiÕt kÕ m¹ch tæ hîp .................. 47 I. M« h×nh to¸n häc cña m¹ch tæ hîp................................................ 47 II. Ph©n tÝch m¹ch tæ hîp .................................................................. 48 III. thiÕt kÕ m¹ch tæ hîp .................................................................... 48 1. Bµi to¸n thiÕt kÕ vµ c¸c b−íc thùc hiÖn..................................... 48 2. ThiÕt kÕ m¹ch tæ hîp 2 tÇng vµ nhiÒu tÇng ............................... 48 3. ThiÕt kÕ mét hÖ hµm tæ hîp....................................................... 52 Ch−¬ng 6.Mét sè m¹ch tæ hîp th−êng gÆp ........................ 53 I. Bé céng nhÞ ph©n mét cét sè.......................................................... 53 1. Ph©n tÝch bµi to¸n ...................................................................... 53 2. X©y dùng s¬ ®å ......................................................................... 54 II. Bé trõ nhÞ ph©n mét cét sè............................................................ 55 II. Bé trõ nhÞ ph©n mét cét sè............................................................ 56 III. Bé so s¸nh – comparator ............................................................. 57 1. Bé so s¸nh 2 sè nhÞ ph©n 1 bit................................................... 57 2. Bé so s¸nh n bit ......................................................................... 58 IV. Bé t¹o vµ kiÓm tra ch½n lÎ – Parity Generator and Checker ....... 59 IV. Bé t¹o vµ kiÓm tra ch½n lÎ – Parity Generator and Checker ....... 60 1. M¹ch t¹o bit ch½n lÎ .................................................................. 60 2. M¹ch kiÓm tra ch½n lÎ............................................................... 60 V. M¹ch ph©n lo¹i ng¾t ..................................................................... 62 VI. Bé chän kªnh vµ ph©n kªnh ........................................................ 63 1. Bé chän kªnh............................................................................. 63 2. Bé ph©n kªnh............................................................................. 63 VII. Bé chuyÓn m· ............................................................................ 64 1. C¸c lo¹i m· tiªu biÓu................................................................. 64 2. M¹ch m· ho¸ - lËp m· (ENCODER) ........................................ 64 3. M¹ch gi¶i m· (DECODER) ...................................................... 66 4. ThiÕt kÕ m¹ch chuyÓn m· ......................................................... 69 5. Mét sè vi m¹ch chuyÓn m· th«ng dông .................................... 69 Ch−¬ng 7.C¸c phÇn tö nhí c¬ b¶n .......................................... 72 I.Kh¸i niÖm chung............................................................................. 72 II. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i................................................................ 72 1. §Þnh nghÜa................................................................................. 72 2. Ph©n lo¹i FF .............................................................................. 72 149
PTH-DTT 2. Ph©n lo¹i FF .............................................................................. 73 3. BiÓu diÔn FF .............................................................................. 73 III. c¸c lo¹i FF vµ ®iÒu kiÖn ®ång bé ................................................ 73 1. Flip-Flop kiÓu RS ...................................................................... 73 2. JK Flip-Flop. ............................................................................. 75 3. D Flip-Flop ................................................................................ 77 4. Flip-Flop kiÓu T. ....................................................................... 78 IV. ChuyÓn ®æi gi÷a c¸c lo¹i FF ....................................................... 79 Ch−¬ng 8.Bé ®Õm ............................................................................... 81 I. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i ................................................................. 81 1. §Þnh nghÜa:................................................................................ 81 2. Ph©n lo¹i.................................................................................... 81 3. §å h×nh tr¹ng th¸i cña bé ®Õm:................................................. 82 II. M· cña bé ®Õm. ............................................................................ 83 III.C¸c b−íc thiÕt kÕ bé ®Õm ............................................................. 84 IV. Mét sè d¹ng bé ®Õm th−êng gÆp................................................. 85 1. Bé ®Õm thuËn, ®ång bé, hÖ sè ®Õm K®= 2n, dïng m· nhÞ ph©n. 85 2. C¸c bé ®Õm nghÞch, nhÞ ph©n, ®ång bé víi hÖ sè ®Õm ch½n..... 89 3. C¸c bé ®Õm nhÞ ph©n, ®ång bé víi hÖ sè ®Õm ch½n.................. 90 4. ThiÕt kÕ bé ®Õm cã m¹ch khëi ®éng ......................................... 91 VI. L−u ý khi thiÕt kÕ bé ®Õm: .......................................................... 92 V. Mét sè IC ®Õm th−êng gÆp:.......................................................... 92 Ch−¬ng 9.M« t¶ vµ thiÕt kÕ m¹ch d∙y ................................. 93 I. Kh¸i niÖm c¬ b¶n. .......................................................................... 93 1. M« h×nh tæng qu¸t. .................................................................... 93 2 Ph−¬ng ph¸p m« t¶ m¹ch d·y. ................................................... 93 II. C¸c b−íc thiÕt kÕ m¹ch d·y.......................................................... 96 1. ThiÕt kÕ m¹ch d·y tõ b¶ng tr¹ng th¸i cña Otomat. ................... 97 2. ThiÕt kÕ m¹ch d·y tõ ®å h×nh tr¹ng th¸i. .................................. 98 Ch−¬ng 10.Thanh ghi dÞch ......................................................... 100 I, Kh¸i qu¸t...................................................................................... 100 1. §Þnh nghÜa:.............................................................................. 100 2. CÊu t¹o..................................................................................... 100 3. Ph©n lo¹i.................................................................................. 100 II. §å h×nh tæng qu¸t ....................................................................... 101 1. S¬ ®å khèi:............................................................................... 103 2. C¸c b−íc thiÕt kÕ..................................................................... 104 IV. M¹ch t¹o d·y tÝn hiÖu tuÇn hoµn............................................... 106 1. S¬ ®å khèi:............................................................................... 106 2. C¸c b−íc thiÕt kÕ..................................................................... 107 V. Bé ®Õm vßng, vµ bé ®Õm vßng xu¾n .......................................... 109 VI. Bé ghi dÞch víi hµm håi tiÕp lµ hµm céng module 2 ............... 109 150
BomonKTDT-§HGTVT 1. Bé ghi dÞch víi hµm håi tiÕp lµ hµm céng module ............... 109 2. VÝ dô øng dông m¹ch lo¹i nµy ®Ó thiÕt kÕ bé ®Õm: ................ 110 Ch−¬ng 11.M¹ch d∙y ®ång bé ................................................. 113 I. Ph©n tÝch....................................................................................... 113 II. ThiÕt kÕ ....................................................................................... 113 1. C¸c b−íc thiÕt kÕ:.................................................................... 113 III. Tèi thiÓu ho¸: ............................................................................ 115 1, Ph−¬ng ph¸p Caldwell: ........................................................... 115 2. Ph−¬ng ph¸p ph©n ho¹ch: ....................................................... 120 3. Ph−¬ng ph¸p dïng b¶ng so s¸nh ............................................. 121 IV. M· ho¸ tr¹ng th¸i ...................................................................... 124 V. M¹ch d·y ®ång bé dïng m« h×nh Moore vµ m« h×nh Mealy..... 124 Ch−¬ng 12.M¹ch d∙y kh«ng ®ång bé .................................. 129 I. C¸c b−íc thiÕt kÕ: ........................................................................ 129 II. m· ho¸ vµ Tèi thiÓu ho¸ th¸i trong m¹ch d·y kh«ng ®ång bé. .. 131 III. HiÖn t−îng chu kú vµ ch¹y ®ua ................................................. 132 1. HiÖn t−îng chu kú:.................................................................. 132 2. HiÖn t−îng ch¹y ®ua: .............................................................. 133 IV. C¸c vÝ dô minh ho¹ ................................................................... 135 1. VÝ dô 1:.................................................................................... 135 2. VÝ dô 2..................................................................................... 138 Ch−¬ng 13.ThiÕt kÕ m¹ch sè dïng MSI vµ LSI .................. 142 I. Kh¸i niÖm:.................................................................................... 142 II. Bé dån kªnh MUX...................................................................... 143 1. S¬ ®å tæng qu¸t:....................................................................... 143 2. C¸c øng d ông.......................................................................... 143 II. ROM(Read Only Memory-bé nhí chØ ®äc) ............................... 144 1. S¬ ®å cÊu t¹o: .......................................................................... 144 2. øng dông.................................................................................. 145 151