Phoøng Thí Nghieäm Ñieän Töû Xung – Soá Taøi lieäu thí nghieäm soá
Hoï teân:..........................................
Lôùp:...............................................
Nhoùm: ...........................................
Baøn soá:..........................................
BAØI 4
MAÏCH ÑEÁM VAØ THANH GHI
MUÏC ÑÍCH VAØ YEÂU CAÀU THÍ NGHIEÄM
Giuùp sinh vieân baèng thöïc nghieäm khaûo saùt :
• Tìm hieåu caáu truùc vaø nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa sô ñoà maïch ñeám.
• Tìm hieåu hoaït ñoäng cuûa boä ñeám 4 bit vaø caùc sô ñoà öùng duïng.
• Tìm hieåu nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa vi maïch ñeám möôøi vôùi maõ BCD.
• Tìm hieåu caáu truùc vaø nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa boä ñeám thuaän ngöôïc 8 bit
maõ BCD
THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG
1. Thieát bò chính cho thöïc taäp ñieän töû soá DTS-21.
2. Dao ñoäng kyù 3 tia.
3. Khoái thí nghieäm DM-208 cho baøi thöïc taäp (gaén leân thieát bò chính DTS-21).
4. Daây coù choát caém hai ñaàu.
PHAÀN I : CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT
Phaàn naøy nhaèm toùm löôïc nhöõng vaán ñeà lyù thuyeát thaät caàn thieát phuïc vuï cho baøi thí
nghieäm vaø caùc caâu hoûi chuaån bò ñeå sinh vieân phaûi ñoïc kyõ vaø traû lôøi tröôùc ôû nhaø.
• Sinh vieân caàn xem laïi caùc kieán thöùc sau:
• Maïch ñeám nhò phaân . Caùch thieát keá maïch ñeám vôùi soá MOD baát kyø.
• Maïch chia taàn , maïch ñeám voøng.
• Maïch ñeám thaäp phaân, maïch ñeám thuaän nghòch.
• Thanh ghi, maïch ñeám Johnson vaø phöông phaùp giaûi maõ.
I.1. MAÏCH ÑEÁM
• Maïch ñeám laø moät trong nhöõng daïng ñôn giaûn nhaát cuûa maïch daõy, moät boä
ñeám thöôøng ñöôïc caáu taïo töø 2 hay nhieàu phaàn töû nhôù laø caùc FlipFlop vaø caùc
phaàn töû toå hôïp, ñeå thay ñoåi traïng thaùi cuûa maïch tröôùc ñoù khi coù taùc ñoäng cuûa
xung ôû ngoõ vaøo. Khi khoâng coù tín hieäu vaøo ñeám, maïch giöõ nguyeân traïng thaùi
cuõ (i→ i), khi coù tín hieäu vaøo ñeám, maïch seõ chuyeãn sang traïng thaùi keá tieáp
(i→ i+1), sau Kj tín hieäu vaøo maïch laïi quay laïi traïng thaùi ban ñaàu.
ÑH Kyõ Thuaät Coâng Ngheä Trang 47
Phoøng Thí Nghieäm Ñieän Töû Xung – Soá Taøi lieäu thí nghieäm soá
I.2. PHAÂN LOAÏI BOÄ ÑEÁM
Boä ñeám
Theo
khaû
naêng
laäp
trình
Theo
höôùng
ñeám
Theo
MOD
ñeám
Theo
caùch
laøm
vieäc
Ñeám
nghòch Khoâng theå
laäp trình
Coù theå
laäp trình
Khoâng
ñoàng boä MOD<2nÑeám
thuaän
Ñoàng boä
(Syn.) MOD 2n
I.2.1 BOÄ ÑEÁM KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ (ASYNCHRONOUS)
D
D
J
K
CLK
D
D
J
K
CLK
1
1
D
D
J
K
CLK
1
1
D
D
J
K
CLK
FFD
1
1
FFCFFB
FFA
1
1
Hình 4.1. Boä ñeám khoâng ñoàng boä duøng JK-FF
Löu yù: J = K = 1
Xung CK chæ ñöôïc caáp cho FF-A, vì vaäy FF-A seõ thay ñoåi traïng thaùi khi coù
taùc ñoäng caïnh xuoáng cuûa CK.
Ngoõ ra cuûa FF-A hoaït ñoäng nhö 1 CK cuûa FF-B, vì vaäy FF-B seõ thay ñoåi
traïng thaùi khi ngoõ ra D cuûa FF-A thay ñoåi töø möùc cao xuoáng möùc thaáp, töông
töï cho FF-C vaø FF-D.
Neáu bieåu hieän ngoõ ra cuûa FF-A, B, C, D baèng soá nhò phaân, maïch seõ hoaït
ñoäng nhö boä ñeám nhò phaân töø 0000 ñeán 1111 (MOD ñeám 2n).
Neáu trong boä ñeám toàn taïi ít nhaát moät caëp thay ñoåi traïng thaùi maø ôû ñoù taát caû
caùc FF khoâng thay ñoåi traïng thaùi cuøng moät luùc thì boä ñeám ñoù ñöôïc goïi laø boä
ñeám khoâng ñoàng boä.
¾ Boä ñeám vôùi MOD<2n.
Boä ñeám hình 4.2 bò giôùi haïn veà soá MOD ñeám (2N vôùi N laø soá FF). Boä ñeám
treân coù theå ñöôïc bieán ñoåi ñeå MOD ñeám <2N. Moät trong caùc nguyeân lyù cô baûn
ñöôïc chæ ra treân hình 4.3.
ÑH Kyõ Thuaät Coâng Ngheä Trang 48
Phoøng Thí Nghieäm Ñieän Töû Xung – Soá Taøi lieäu thí nghieäm soá
D
D
J
K
CL
D
D
J
K
CL
1
1
D
D
J
K
CL
1
1
1
2
3
000 001 010 011 100 101 110
Hình 4.2 Boä ñeám MOD 6 Traïng thaùi taïm
ñeå xoùa boä ñeám
12
pulses
6 8
1
5
input
11
B
C
391024
0
NAND
output
A
71
CL CL
D
D
CL
1
1
Hình 4.3 Boä ñeám MOD = 6 vaø giaûn ñoà xung cuûa maïch
¾ Moät soá IC ñeám baát ñoàng boä:
• 74LS293: 4 bit counter
• 74HC4024: 7 bit counter (CMOS)
I.2.2 BOÄ ÑEÁM ÑOÀNG BOÄ (SYNCHRONOUS)
¾ Moät vaán ñeà ñoái vôùi boä ñeám khoâng ñoàng boä laø vieäc tích luõy (gia taêng) thôøi
gian treã cuûa caùc FF, daãn ñeán vieäc caùc FF seõ khoâng thay ñoåi traïng thaùi ñoàng
thôøi vôùi caùc xung vaøo. Ñeå traùnh tình traïng naøy, vieäc söû duïng caùc boä ñeám
ñoàng boä (song song) laø caàn thieát. ÔÛ ñoù taát caû caùc FF ñöôïc tích cöïc ñoàng thôøi
vôùi xung CK ôû ngoõ vaøo, moät vaøi phaàn töû ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån khi naøo
FF thay ñoåi vaø khi naøo FF vaãn khoâng thay ñoåi bôûi xung clock.
¾ Moät soá IC ñeám ñoàng boä chuyeân duïng:
• 74LS163: synchronous 4-bit counter
• 74LS192:synchronous UP/DOWN (ñeám BCD)
• 74LS193:synchronous UP/DOWN (ñeám nhò phaân)
1
1
U51A
14093
1
2
3
U49A
5476
4
1
16
15
14
2
3
J
CLK
K
Q
Q
PRCL
U49A
5476
4
1
16
15
14
2
3
J
CLK
K
Q
Q
PRCL
U49A
5476
4
1
16
15
14
2
3
J
CLK
K
Q
Q
PRCL
U50A
4023/FP
1
2
8
9
U49A
5476
4
1
16
15
14
2
3
J
CLK
K
Q
Q
PRCL
input
Hình 4.4. Maïch ñeám ñoàng boä MOD16
ÑH Kyõ Thuaät Coâng Ngheä Trang 49
Phoøng Thí Nghieäm Ñieän Töû Xung – Soá Taøi lieäu thí nghieäm soá
I.2.3 THÔØI GIAN TREÃ TRUYEÀN ÑAÏT VAØ XUNG CLOCK.
• ÔÛ boä ñeám khoâng ñoàng boä khi tính ñeán thôøi gian treã truyeàn ñaït cuûa FF, chu
kyø xung CK cho pheùp laø:
pdclock tNT .≥
Vôùi N = soá FF, tpd thôøi gian treã truyeàn ñaït cuûa FF (propagation delay)
Taàn soá cöïc ñaïi cho pheùp:
pd
tN
f.
1
max =
• ÔÛ boä ñeám ñoàng boä: toång thôøi gian treã = thôøi gian treã cuûa 1 FF coäng vôùi thôøi
gian treã cuûa coång logic öùng vôùi FF ñoù:
Total delay = tpd(FF) + tpd(logic gate).
⇒ Tclock ≥ Total delay
⇒
)()(
max
1
GATELOGICpdFFpd tt
f
−
+
=
• Boä ñeám leân/xuoáng (74LS193)
Teân chaân Moâ taû chöùc naêng
UP
DOWN
CLR
LOAD
A,B,C,D
QA,QB,QC,QD
CO(CARRY)
BO(BORROW)
Ngoõ vaøo CK cho pheùp ñeám leân
Ngoõ vaøo CK cho pheùp ñeám xuoáng
Ngoõ vaøo xoùa khoâng ñoàng boä (Asyn),
tích cöïc möùc cao
Ngoõ vaøo naïp soá ñeám baét ñaàu töø caùc
chaân A, B, C, D. (khoâng ñoàng boä) tích
cöïc möùc thaáp.
Ngoõ vaøo data song song
Ngoõ ra (caùc Flip-Flop)
Giôùi haïn ñeám leân, khi boä ñeám ñaït giôùi
haïn treân thì CO tích cöïc möùc thaáp
Giôùi haïn ñeám xuoáng, khi boä ñeám ñaït
giôùi haïn döôùi thì BO tích cöïc möùc thaáp
74LS193
15
1
10
9
5
4
11
14
3
2
6
7
12
13
A
B
C
D
UP
DN
LOAD
CLR
QA
QB
QC
QD
CO
BO
ÑH Kyõ Thuaät Coâng Ngheä Trang 50
Phoøng Thí Nghieäm Ñieän Töû Xung – Soá Taøi lieäu thí nghieäm soá
PHAÀN II : TIEÁN TRÌNH THÍ NGHIEÄM
Sau khi ñaõ hieåu kyõ nhöõng vaán ñeà lyù thuyeát ñöôïc nhaéc laïi vaø nhaán maïnh ôû PHAÀN
I, phaàn naøy bao goàm trình töï caùc böôùc phaûi tieán haønh taïi phoøng thí nghieäm.
II.1. BOÄ ÑEÁM NHÒ PHAÂN DUØNG D _ FF
1. Maûng thí nghieäm : Maûng D 8-1 (Hình 4-1)
2. Caáp nguoàn +5V cuûa nguoàn DC POWER SUPPLY cho maûng D 8-1.
PS2
B
TTL
LED2
74LS74
PS1
A
TTL
LED1
74LS74 74LS74
LED0 LED3
74LS74
CLK
Clr
D
Pr
Q
Q
CLK
Clr
D
Pr
Q
QCLK
Clr
D Pr
Q
Q
CLK
Clr
D
Pr
Q
Q
Hình 4.1. Maïch ñeám nhò phaân duøng 4 D _ FF
3. Thöïc hieän noái daây (hình 4.1)
• Noái caùc ngoõ ra QA, QB, QC, QD vôùi caùc LED (nhoùm LOGIC
INDICATORS)
• Noái ngoõ vaøo CK (Input) vôùi coâng taéc xung PS1 ngoõ ra A/TTL
• Noái ngoõ vaøo CLR vôùi coâng taéc xung PS2 ngoõ ra B/TTL
4. Caùc böôùc thöïc hieän:
a. Khaûo saùt maïch ñeám MOD 2n duøng D_FF
Böôùc 1: Ñaët caùc ngoõ vaøo CLR ôû möùc logic [1]
Böôùc 2: Taùc ñoäng xung CK ôû ngoõ vaøo (nhaán PS1), ghi nhaän keát quaû taïi caùc
ngoõ ra QA, QB, QC, QD vaøo baûng 4.1.
Chuù yù: Tröôùc khi thöïc hieän theo baûng 4.1 phaûi kích (taùc ñoäng) CLR xoùa
Baûng 4.1
Ngoõ vaøo Ngoõ ra Böôùc thöïc
hieän CLR CK QD QC QB QA
Maõ thaäp
phaân
töông öùng
0 1
↑
1 1
↑
2 1
↑
3 1
↑
4 1
↑
ÑH Kyõ Thuaät Coâng Ngheä Trang 51