THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 13

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cửa ba trạng thái và tổ chức bus (Three - State & Bus - Organization) A. Phần tóm tắt lý thuyết 1. Khoá ba trạng thái : Khoá ba trạng thái đã đ-ợc triển khai sử dụng từ năm 1970. Nhờ sự ra đời của khoá này mà việc thiết kế và nối mạch đơn giản đi rất nhiều, đặc biệt cho các máy tính theo tổ chức Bus. D-ới đây là một ví dụ đơn giản về khoá ba trạng thái.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 13

Bµi 13: cöa ba tr¹ng th¸i vµ tæ chøc bus (Three - State & Bus - Organization) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt 1. Kho¸ ba tr¹ng th¸i : Kho¸ ba tr¹ng th¸i ®· ®−îc triÓn khai sö dông tõ n¨m 1970. Nhê sù ra ®êi cña kho¸ nµy mµ viÖc thiÕt kÕ vµ nèi m¹ch ®¬n gi¶n ®i rÊt nhiÒu, ®Æc biÖt cho c¸c m¸y tÝnh theo tæ chøc Bus. D−íi ®©y lµ mét vÝ dô ®¬n gi¶n vÒ kho¸ ba tr¹ng th¸i. +5V E Di D0 100K 0 x më (hë) Di C 1 0 0 100K 1 1 1 Do B E 100K A E=0 Do Di S¬ ®å nguyªn lý E=1 Do Di Do Di Kho¸ c¬ häc t−¬ng ®−¬ng E Ký hiÖu logic Di : §Çu vµo sè liÖu (Data in). D0 : §Çu ra sè liÖu (Data out). E : §Çu cho phÐp (Enable). x : Gi¸ trÞ bÊt kú, kh«ng cÇn quan t©m. Khi E = 0, transistor A bÞ cÊm, baz¬ transistor B ë thÕ cao, transistor B b·o hoµ, baz¬ cña transistor C nh− nèi ®Êt khiÕn cho emit¬ cña transistor C bÞ treo: D0 th¶ næi (floating). Tr¹ng th¸i th¶ næi t−¬ng ®−¬ng víi kho¸ c¬ häc S ®Ó “ngá”. Khi E = 1, transistor A b·o hoµ, transistor B bÞ cÊm, transistor C ho¹t ®éng nh− mét m¹ch l¾p l¹i emit¬. Toµn m¹ch b¸n dÉn t−¬ng ®−¬ng víi kho¸ c¬ häc S ®−îc “®ãng l¹i”. Toµn m¹ch ho¹t ®éng nh− mét tÇng “®Öm” , bëi v× D0 = Di. 173
Trªn ®©y lµ kho¸ 3 tr¹ng th¸i víi ®Çu cho phÐp t¸c ®éng cao (E = 1). Ng−êi ta còng dÔ dµng thiÕt kÕ kho¸ 3 tr¹ng th¸i víi t¸c ®éng thÊp E = 0 nh− h×nh sau Do Di D0 Di E E 1 x hë 0 0 0 E=0 Do Di 0 1 1 E=1 Do Di Kho¸ c¬ häc t−¬ng ®−¬ng Tr¹ng th¸i thø 3 nµy cã c¸c tªn gäi kh¸c nhau nh−ng cïng mét ý nghÜa: th¶ næi (floating), hë (open), tæng trë lín (high impedance), c« lËp (isolation). 2. Cöa logic ba tr¹ng th¸i hä TTL (TTL - tri - State Logic Gate). H×nh sau lµ s¬ ®å logic, s¬ ®å ch©n nèi 74125, 74126, 74LS244, 74LS245 vµ c¸c tr¹ng th¸i cña chóng kÌm theo. 74LS125 74LS126 4C 4C 4A 4Y 4A 4Y 3C 3C 3A 3Y 3A 3Y 2C 2C 2A 2Y 2A 2Y 1C 1C 1A 1Y 1A 1Y 74LS244 74LS245 OEa 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 CE S/R 1 E 1A 1 1 A 2 1A 3 1 A 4 Ia3 Ya3 A7 B7 Ia2 Ya2 A6 B6 0 1 a 1 1a 2 1 a 3 1a4 1a1 1a2 1a3 1a4 Ia1 Ya1 A5 B5 Ia0 Ya0 A4 B4 0 1 a 1 1a 2 1 a 3 1a4 ---- th¶ næi ---- OEb A3 B3 Ib3 Yb3 A2 B2 Ib2 Yb2 A1 B1 Ib1 Yb1 A0 B0 Ib0 Yb0 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 2 E 2A 1 2 A 2 2A 3 2 A 4 U6 0 2 a 1 2a 2 2 a 3 2a4 2a1 2a2 2a3 2a4 I0 O0 0 2 a 1 2a 2 2 a 3 2a4 ---- th¶ næi ---- I1 O1 I2 O2 I3 O3 OE 174
DIR Chøc n¨ng E 0 0 Sè liÖu B ®Õn bus A 0 1 Sè liÖu A ®Õn bus B 1 x C« lËp gi÷a hai bus DIR : viÕt t¾t cña ch÷ DIRECTION cã nghÜa lµ ph−¬ng h−íng. D4 D3 D2 D1 Q4 Q3 Q2 Q1 E CLR CK LOAD 1 x x x x x x x Th¶ næi 0 1 x x x x x x 0000 0 0 0 d4 d3 d2 d1 d4 d3 d2 d1 0 0 x x x x x kh«ng ®æi 3. M¹ch ghi víi c¸c ®Çu ra ba tr¹ng th¸i. Vi m¹ch 74LS173 lµ mét vÝ dô vÒ m¹ch ghi lo¹i D, 4 bit víi c¸c ®Çu ra 3 tr¹ng th¸i. S¬ ®å ch©n, b¶ng ch©n lý vµ s¬ ®å logic cho trªn h×nh d−íi ®©y: 74LS173 MR OE1 E1 OE2 E2 CP D3 Q3 D2 Q2 D1 Q1 D0 Q0 4. Tæ chøc bus. Bus lµ mét nhãm ®−êng dÉn dïng ®Ó chuyÓn sè liÖu. H×nh vÏ d−íi ®©y gióp ta hiÓu c¸ch chuyÓn sè liÖu tõ m¹ch ghi nµy ®Õn m¹ch ghi kh¸c qua bus. Nãi mét c¸ch kh¸c, ®©y lµ c¸ch chuyÓn sè liÖu theo “tæ chøc bus”. C¸c m¹ch ghi cã ®Çu ra 3 tr¹ng th¸i. Xung nhÞp t¸c ®éng ®ång thêi vµo c¸c thanh ghi A, B, C, D nh−ng kh«ng cã ®iÒu g× x¶y ra c¶ nÕu c¸c ®Çu vµo LOAD ( L A ) vµ Enable ( E A ) ®Æt ë møc logic “1”: c¸c thanh ghi c« lËp víi bus. Muèn chuyÓn mét tõ nhÞ ph©n tõ m¹ch ghi A sang m¹ch ghi D, ta ®Æt E A vµ L D ë logic “0”. Nh− vËy sè liÖu cña m¹ch ghi A sÏ xuÊt hiÖn trªn bus vµ m¹ch ghi D s½n sµng n¹p sè liÖu. Khi cã xung nhÞp kÝch thÝch, sè liÖu sÏ ®−îc l−u tr÷ trong m¹ch ghi D. Gi¶ sö c¸c “tõ nhÞ ph©n “ sau ®©y ®−îc l−u tr÷ trong c¸c m¹ch ghi : 175
A = 0011 B = 0110 C = 1001 D = 1100 Muèn chuyÓn tõ A = 0011 sang m¹ch ghi D, ta ®Æt L A = 0 vµ L D = 0 . Lóc nµy c¸c kho¸ 3 tr¹ng th¸i cña m¹ch ghi A ®−îc ®ãng l¹i ®Ó chuyÓn tõ A = 0011 lªn bus. Víi L D = 0 , m¹ch ghi D ®−îc n¹p tõ nhÞ ph©n trªn. Khi cã xung nhÞp tíi (s−ên d−¬ng), tõ A ®−îc l−u tr÷ trong m¹ch ghi D. KÕt qu¶ b©y giê lµ : A = 0011 B = 0110 C = 1001 D = 0011 176
B. PhÇn thùc nghiÖm 1. Nghiªn cøu ho¹t ®éng cña cöa ba tr¹ng th¸i 74LS244 Vi m¹ch 74LS244 ®ãng vai trß nh− tÇng ®Öm cho bus 8 ®−êng dÉn (Octal Bus buffer). Mçi IC 74LS244 gåm 2 bé kho¸ ba tr¹ng th¸i, mçi bé kho¸ gåm 4 bÝt vµ mét ®Çu cho phÐp E . Vai trß cña mçi bé lµ nh− nhau nªn ta cã thÓ ghÐp 2 bé 4 bÝt ®Ó t¹o bé kho¸ ba tr¹ng th¸i 8 bit. ë bµi nµy ta chØ cÇn kh¶o s¸t bé kho¸ thø nhÊt. IC 74LS244 cã thÓ ®−îc dïng ®Ó lµm bé "kho¸ tõ 3 tr¹ng th¸i" (3-State word switch) hay ®Ó ph¸t tÝn hiÖu sè lªn bus, víi vai trß nµy nã cã tªn gäi lµ "bé ph¸t bus" (transmitter For Bus or Bus Transmitter). S¬ ®å thÝ nghiÖm: 0V Ya3 Ya2 Ya1 Ya1 Ea 74LS244 0V OEa Ia3 Ya3 Ia3 Ia2 Ya2 0V Ia1 Ya1 Ia0 Ya0 Ia2 OEb 0V Ib3 Yb3 Ib2 Yb2 Ia1 Ib1 Yb1 0V Ib0 Yb0 Ia0 C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 05 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 01 IC 74LS244 [Digital by Number/742xx/74244] Chó ý: [] §−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn () Ký hiÖu phÝm t¾t B−íc 3: - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng ch©n lý sau: Ia0 Ia1 Ia2 Ia3 Ya0 Ya1 Ya2 Ya3 E 177
2. Nghiªn cøu ho¹t ®éng cöa ba tr¹ng th¸i 74LS245 Vi m¹ch 74LS245 th−êng ®−îc dïng lµm tÇng ®Öm cho bus 8 ®−êng dÉn hai chiÒu (Bidirectional octal bus buffer). Do tÝnh chÊt hai chiÒu mµ vi m¹ch nµy ®−îc lµm m¹ch ®Öm ph¸t tÝn hiÖu lªn bus hoÆc nhËp tin tõ bus. V× vËy nã cßn cã tªn lµ “m¹ch thu ph¸t bus” (Bus Transmister-Receiver). S¬ ®å thÝ nghiÖm: 0V CE CE 0V S/R 0V 5V B7 0V 0V A7 S/R 0V B6 0V B7 A7 0V A6 74LS245 74LS245 B5 0V CE S/R B6 A6 CE S/R A7 B7 A7 B7 0V A5 A5 A6 B6 A6 B6 B5 B4 0V A5 B5 A5 B5 A4 A4 B4 B4 0V A4 B4 A4 A3 B3 A3 B3 B3 0V B3 A2 B2 A2 B2 A3 A1 B1 A1 B1 0V A3 A2 A0 B0 A0 B0 B2 B2 0V A1 B1 0V A2 B1 0V B0 A0 0V A1 B0 H×nh a: A -> B H×nh b: A B. ë ®©y ta tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi h×nh a - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau: S/R A 7 A6 A5 A 4 A3 A2 A 1 A0 B7 B6 B 5 B4 B3 B 2 B1 B0 CE 0 1 10011001 1 x 10011001 Chó ý: 178
- S/R: §Çu chän h−íng truyÒn sè liÖu. S/R = 1 sè liÖu ®−îc truyÒn tõ A sang B, cßn S/R = 0 sè liÖu ®−îc truyÒn tõ B sang A. B−íc 3: - ChuyÓn sè liÖu theo chiÒu tõ B -> A. ë ®©y ta tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi h×nh b - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau: S/R A 7 A6 A5 A 4 A3 A2 A 1 A0 B7 B6 B 5 B4 B3 B 2 B1 B0 CE 0 0 10011001 1 x 10011001 3. ChuyÓn sè liÖu gi÷a c¸c m¹ch ghi theo tæ chøc bus Hexa- decimal Word switch dispay 3 state CLR B A B CLR A EB Register Register 74LS173 74LS173 EA CK Word switch Ta cã s¬ ®å khèi: Môc ®Ých cña bµi thùc tËp: - Ph¸t sè liÖu nhÞ ph©n 1010 lªn bus - Tõ bus, sè liÖu ®−îc n¹p vµ l−u tr÷ t¹i m¹ch ghi thø nhÊt (vÝ dô m¹ch ghi A) - ChuyÓn sè liÖu tõ m¹ch ghi thø nhÊt ®Õn m¹ch ghi thø hai (vÝ dô m¹ch ghi B) qua bus vµ l−u tr÷ l¹i. - §äc l¹i sè liÖu trªn thanh ghi B. S¬ ®å thÝ nghiÖm: 179
0V 5V 5V MRB EA EB 5V 0V MRA 5V LOADB 74LS173 74LS173 Q3 Q2 Q1 Q0 LOADA MR OE1 MR OE1 E1 OE2 E1 OE2 0V E2 E2 CP CP CP D3 Q3 D3 Q3 D2 Q2 D2 Q2 D1 Q1 D1 Q1 0V D0 Q0 D0 Q0 E 3 21 0 0 1 23 3210 0 12 3 3 2 1 0 74LS244 0V OEa 3 Ia3 Ya3 I3 2 Thanh ghi A Thanh ghi B Ia2 Ya2 0V 1 Ia1 Ya1 0 Ia0 Ya0 I2 OEb 0V Ib3 Yb3 I1 Ib2 Yb2 Ib1 Yb1 0V Ib0 Yb0 I0 1 C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 IC 74LS244 [Digital by Number/742xx/74244] 12 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 02 IC 74LS173 [Digital by Number/741xx/74173] B−íc 2: TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau: Ph¸t sè liÖu nhÞ ph©n 1010 lªn bus MRA MRB CP I3 I2 I1 I0 Q3 Q2 Q1 Q0 E LOAD A EA LOAD B EB 1 0 0 x x x x x xxxx 0 1 1 1 1 1 1 x 1010 N¹p sè liÖu vµo thanh ghi A 1 1 1 0 1 1 1 xxxx ChuyÓn sè liÖu tõ thsnh ghi A sang thanh ghi B 1 1 1 1 0 0 1 xxxx Ph¸t sè liÖu thanh ghi B lªn bus ®Ó kiÓm tra 1 1 1 1 1 1 0 x xxxx 180
Q3...Q0: TÝn hiÖu trªn bus 4. KiÓm tra kiÕn thøc Cho s¬ ®å khèi cña mét tæ chøc bus nh− sau: 4 LA LOAD 4 CLR A 4 EA ENABLE LC 4 LOAD CLR C 4 EC LB ENABLE LOAD 4 CLR B 4 EB ENABLE LD 4 LOAD D CLR 4 ENABLE EC - Muèn chuyÓn néi dung cña m¹ch ghi D ®Õn m¹ch ghi C th× ta ph¶i ®iÒu khiÓn nh− thÕ nµo? - Dùa theo c©u 3 tõ s¬ ®å khèi trªn sinh viªn cã thÓ tù thiÕt kÕ s¬ ®å m¹ch ®iÖn ®Ó tiÕn hµnh thÝ nghiÖm. 181
C. Phô lôc Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng dông sö dông trong bµi thùc hµnh. 1. Bé ®Öm 3 tr¹ng th¸i 8 bit (Octal Buffer/Line Driver 3-State) Tªn IC: 74x244 (TTL) 2. Bé truyÒn/nhËn bus 8 bit (Octal Bus Transceiver) Tªn IC: 74x245 (TTL) 182
3. Thanh ghi D lèi ra 3 tr¹ng th¸i (4-bit D type register with 3-state outputs) Tªn IC: 74x173 (TTL) 183