3.1. Mạch tích hợp IC (Intergrated Circuit) :
Các cổng logic không được chế tạo hoặc bán riêng lẻ, mà theo đơn vị mạch tích hợp (intergrated circuit), thường gọi là IC hay vi mạch (chíp). IC là mảnh silicon hình vuông khoảng 5x5 mm, trên đó đã lắng đọng một số cổng. IC thường được gắn trong vỏ bọc nhựa hoặc ceramic rộng 5-15 mm và dài 20-50 mm. Dọc theo cạnh dài là hai hàng chân song song dài khoảng 5 mm có thế cắm vào ổ cắm hoặc hàn vào bảng mạch in. Mỗi chân nối với đầu vào hay đầu ra của cổng nào đó trên vi mạch, hoặc nối nguồn hoặc nối đất. Về mặt kỹ thuật vỏ bọc có hai hàng chân bên ngoài và IC bên trong được gọi tên là lớp vỏ có hai hàng chân (DIP), tuy nhiên mọi người gọi chúng là vi mạch, do đó làm mờ nhạt sự khác biệt giữa mảnh silicon và vỏ bọc. đối với vi mạch lớn, người ta thường dùng vỏ bọc hình vuông với các chân trên cả 4 cạnh. Hình 4.9 cho ta thấy một số IC được đóng gói.
Hình 4.9. Một số IC
Các IC có những ưu điểm hơn hẳn các loại linh kiện trước đó.
♦ Kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ.
♦ Tiêu thụ năng lượng thấp.
♦ Tốc độ hoạt động cao.
♦ Chịu được nhiệt cao, ít chịu tác động của môi trường.
♦ Giá thành hạ.
Vì vậy IC đã tạo cơ sở để hàng loạt thiết bị điện tử ra đời với những tính năng hơn hẳn các thế hệ trước.
Có thể chia vi mạch thành các lớp tùy thuộc vào khả năng chứa và sắp xếp các cổng trên cùng một chip gọi là mức tích hợp:
Mạch SSI (tích hợp cỡ nhỏ): 1 - 10 cổng
♦ Mạch MSI (tích hợp cỡ trung bình): 10 - 100 cổng
♦ Mạch LSI (tích hợp cỡ lớn): 100 - 100.000 cổng
♦ Mạch VLSI (tích hợp cỡ rất lớn): > 100.000 cổng
Những lớp trên có thuộc tính khác nhau và ứng dụng theo cách khác nhau. Thường khi sản xuất các IC sẽ đi kèm theo bộ hướng dẫn chức năng và các chân tương ứng của IC đó. Ví dụ IC hình 4.10 là loại IC logic đơn giản có 4 cổng NAND - 2 đầu vào, các cổng NAND giống nhau và độc lập với nhau.
IC có 14 chân, chân số 7 là chân nối đất, chân 14 nối với nguồn Vcc:
Vcc: +5V
GND: nối đất.
Hình 4.10. Sơ đồ một IC
3.2. Mạch kết hợp (Combinational circuit) :
Nhiều ứng dụng logic số đòi hỏi mạch phải cớ nhiều đầu vào và đầu ra trong đó đầu ra được xác định qua đầu vào hiện tại. Mạch như thế được gọi là mạch kết hợp (combinational circuit). Không phải mạch nào cũng có thuộc tính này. Ví dụ, mạch chứa phần tử nhớ có thể tạo đầu ra tùy vào giá trị lưu và cả biến nhập.
Mạch kết hợp là tổ hợp các cổng luận lý kết nối với nhau tạo thành một bản mạch có chung một tập các ngõ vào và ra.
Tại một thời điểm, trị nhị phân ở ngõ ra là hàm của tổ hợp nhị phân các ngõ vào. Sơ đồ khối mạch tổ hợp như hình vẽ 4.11. n biến nhập nhị phân xuất phát từ một nguồn nào đó đi vào sơ đồ mạch và xuất ra ngoài m biến nhị phân.
Mạch tổ hợp được xác định qua bảng chân trị với n biến nhập và m biến xuất hoặc được xác định qua m hàm Boolean.
Hình 4.11.
♦ Thiết kế mạch tổ hợp
Để thiết kế một mạch tổ hợp, nhằm tránh những sai sót không cần thiết, chúng ta cần tuân thủ theo các bước sau:
1. Xác định bài toán để đi đến kết luận có những đầu nhập, xuất nào.
2. Lập bảng chân trị xác định mối quan hệ giữa nhập và xuất.
3. Dựa vào bảng chân trị, xác định hàm cho từng ngõ ra.
4. Dùng đại số boolean hoặc bản đồ Karnaugh để đơn giản các hàm ngõ ra.
5. Vẽ sơ đồ mạch theo các hàm đã đơn giản.
Sau đây chúng ta sẽ xem xét một số mạch tổ hợp thông dụng nhất, mà thường từ các mạch này người ta tạo ra các mạch khác phức tạp hơn.
3.3. Bộ dồn kênh (Multiplexer) - Bộ phân kênh (Demultiplexer) :
Bộ dồn kênh hay còn gọi là mạch chọn kênh là mạch có chức năng chọn lần lượt 1 trong N kênh vào để đưa đến ngõ ra duy nhất (ngõ ra duy nhất đó gọi là đường truyền chung). Do đó, mạch chọn kênh còn gọi là mạch chuyển dữ liệu song song ở ngõ vào thành dữ liệu nối tiếp ở ngõ ra, được gọi là Multiplexer (viết tắt là MUX).
Bộ phân kênh hay mạch phân đường còn gọi là mạch tách kênh (phân kênh, giải đa hợp), mạch này có nhiệm vụ tách 1 nguồn dữ liệu ở đầu vào để rẽ ra N ngõ ra khác nhau. Do đó, mạch phân đường còn gọi là mạch chuyển dữ liệu nối tiếp ở ngõ vào thành dữ liệu song song ở ngõ ra, được gọi là Demultiplexer (viết tắt là DEMUX).
a) Bộ dồn kênh
Ớ cấp độ logic số, bộ dồn kênh (multiplexer) là mạch có 2n đầu vào dữ liệu, một đầu ra dữ liệu và n đầu vào điều khiến chọn một trong các đầu vào dữ liệu. đầu vào được chọn sẽ định tuyến tới đầu ra.
Xét mạch chọn kênh đơn giản có 4 ngõ vào và 1 ngõ ra như hình 4.12.
Trong đó :
- x1,x2,x3,x4 : các kênh dữ liệu vào.
- Ngõ ra y : đường truyền chung.
- c1, c2 : các ngõ vào điều khiển.
Hình 4.12. Sơ đồ khối MUX 4 đầu vào.
Để thay đổi lần lượt từ x1 → x2 phải có điều khiển do đó đối với mạch chọn kênh để chọn lần lượt từ 1 trong 4 kênh vào cần có các ngõ vào điều khiển cl, c2. Nếu có N kênh vào thì cần có n ngõ vào điều khiển thỏa mãn quan hệ: N=2n. Nói cách khác: Số tổ hợp ngõ vào điều khiển bằng số lượng các kênh vào.
Việc chọn dữ liệu từ 1 trong 4 ngõ vào để đưa đến đường truyền chung là tùy thuộc vào tổ hợp tín hiệu điều khiển. Trong bảng 4.5 cho ta thấy tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển c1,c2 mà ngõ ra sẽ nhận tín hiệu từ ngõ vào nào.
Bảng 4.4. Tín hiệu đầu ra phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển Sơ đồ mạch dồn 4-1 như hình 4.13.
Hình 4.13. Bộ dồn kênh 4-1.
Một ví dụ khác ở hình 4.14 là bộ dồn kênh 8 đầu vào.
Hình 4.14. Bộ dồn kênh (Multiplexer) 8 đầu vào.
Ba đường điều khiến, A, B, và C mã hóa con số 3 bít qui định 1 trong 8 đường vào nào sẽ định tuyến tới cổng OR rồi ra. Bất luận giá trị nào nằm trên đường điều khiến, 7 cổng AND sẽ luôn xuất 0, cổng còn lại có thế xuất 0 hay 1, tùy theo giá trị đường vào được chọn. Mỗi cổng AND được kích hoạt bằng kết hợp đầu vào điều khiển khác nhau.
Như vậy khi thiết kế các mạch mà chỉ có 1 đầu vào duy nhất, nhưng tín hiệu vào lại được lựa chọn từ nhiều nguồn khác nhau thì chúng ta có thể dùng bộ dồn kênh để làm việc đó. Trong các thiết bị số bộ dồn kênh được dùng rất thường xuyên cho nên để hiểu tốt các phần sau các sinh viên cần hiểu thật rõ mạch này.
b) Bộ phân kênh (Demultiplexer)
Ngược lại với bộ dồn kênh là bộ phân kênh. Nó cho phép từ một kênh vào cho ra nhiều kênh khác nhau tuy thuộc vào đường điều khiển. Bảng trạng thái mô tả hoạt động của mạch và sơ đồ mạch bộ phân kênh như trong hình 4.15.
Hình 4.15. Bộ phân kênh 1-4.
Hết phần 6
0 nhận xét:
Đăng nhận xét