PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển hiện đại. Hệ thống thiết bị điện tử, mạch điện tử, kỹ thuật điện tử-số ra đời đã làm thay đổi sâu sắc toàn bộ hoạt động sản xuất của con người. Kỹ thuật điện tử-số đã và đang được thay thế dần kỹ thuật tương tự, và nó đóng một vai trò then chốt trong cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ. Song song với sự phát triển thần kì cuộc cách mạng khoa học-công nghệ, kỹ thuật số đã dần dần có mặt ở hầu hết tất cả các thiết bị từ thiết bị dân dụng đến thiết bị công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực thông tin liên lạc, phát thanh truyền hình, tự động điều khiển… Nó giải quyết được khối lượng công việc lớn, giảm kích thước của các mạch điện tử đồng thời chúng có nhiều tính năng hơn và độ chính xác cao hơn nhiều. Có thể nói rằng kỹ thuật số ra đời là cuộc cách mạng trong ngành kỹ thuật điện tử. Thế kỷ 21 chứng hiến sự phát triển với tốc độ chóng mặt của khoa học-công nghệ, nó đóng vai trò then chốt trên tất cả các lĩnh vực của cuộc sống vì vậy mỗi một chúng ta, đặc biệt là thế hệ trẻ, sinh viên ngành kỹ thuật khi sống trong thế kỷ mới này, cần phải hiểu rõ và có kiến thức về kỹ thuật số. Do đó tôi chọn đề tài “Tìm hiểu về bộ ghi dịch và IC có chức năng liên quan” làm đề tài bài tập lớn. 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Sinh viên bước đầu tìm hiểu về nghiên cứu khoa học. - Hiểu được mạch logic tổ hợp. - Nắm vững kiến thức về bộ ghi dịch. - Phân tích được IC có chức năng tương tự. 3. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI - Trình bày về flipflop. - Tìm hiểu về bộ ghi dịch. - Nghiên cứu về IC có chức năng liên quan. 1 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp lý thuyết : + Sưu tầm tài liệu, sách tham khảo, internet + Tìm kiếm các IC có chức năng như mạch được giao. 5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI - Nghiên cứu vấn đề trên cơ sở lý thuyết. - Flip flop và bộ ghi dịch. - IC 74HC595A 6. BỐ CỤC BÀI TẬP LỚN - Chương 1: Tìm hiểu về Flip Flop - Chương 2: Giới thiệu về bộ ghi dịch - Chương 3: Tìm hiểu về IC có chức năng liên quan “IC 74HC595A”. 2 PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ FLIP FLOP 1.1 ĐỊNH NGHĨA Trigơ trong tiếng anh gọi là Flip-Flop viết tắt là FF. Nó là một phần tử nhớ có 2 trạng thái cân bằng ổn định tương ứng với 2 mức logic 0 và 1. Dưới tác dụng của các tín hiệu điều khiển ở lối vào, trigơ có thể chuyển về một trong hai trạng thái cân bằng, và giữ nguyên trạng thái đó chừng nào chưa có tín hiệu điều khiển làm thay đổi trạng thái của nó. 1.2 PHÂN LOẠI - Theo chức năng + RS-FF + D-FF + T-FF - Theo cách làm việc + Không đồng bộ + Đồng bộ • Bình thường • Chủ-tớ 1.3 KÝ HIỆU Hình 1.1: Ký hiệu của flip flop - Vi mạch có thể có 1, 2 hoặc nhiều lối vào điều khiển - Chân CLK có thể có hoặc không - Pr (preset) có thể có hoặc không 3 Q Flip Fop CLR CLK Đầu vào Pr Đầu ra - Q và Q có 2 lối ra và luôn luôn có giá trị ngược nhau - Tùy từng loại FF do chế tạo có thể còn có đầu vào xóa (thiết lập 0), đầu vào thiết lập (thiết lập 1), đầu vào đồng bộ (CLK). 1.4 CHỨC NĂNG Flip-flop và chốt được sử dụng như các yếu tố lưu trữ dữ liệu - Có thể lưu trữ 2 trạng thái 0 hoặc 1 (nhớ). - Có khả năng tiếp nhận (ghi vào), lưu trữ trong một thời gian tùy theo yêu cầu và xuất ra (đọc ra) một trạng thái (1 bit) nhị phân đang được lưu trữ trong FF. - Việc mở rộng các chức năng của FF sẽ được thực hiện nhờ có các đầu vào điều khiển hành vi của FF ngoài các đầu vào tín hiệu đã nói tới (xóa tín hiệu đang lưu, cho phép ghi hay đọc ). 1.5. CÁC LOẠI FLIP FLOP 1.5.1. Flip Flop RS 1.5.1.1 Sơ đồ khối Hình 1.2: Ký hiệu RS-FF Flip Flop RS (RS-FF) là một phần tử nhớ cơ bản có 2 trạng thái cân bằng bền vững, nó có 2 lối vào R, S và 2 lối ra Q và .Q và luôn ngược nhau Q, Q là 2 lối ra của FF. 1.5.1.2 . Bảng sự thật 4 RS-FF Q S R S n R n Q n+1 Mốt hoạt động 0 0 Q n Nhớ 1 0 1 Xác lập 0 1 0 Xóa 1 1 Không cho phép Cấm dùng Bảng 1.1: Bảng sự thật của RS-FF 1.5.1.3 Sơ đồ logic Hình 1.3: Sơ đồ logic của RS-FF 1.5.1.4 Nguyên tắc hoạt động - Khi S = 0, R = 0: Lối ra vẫn giữ trạng thái cũ Q n : Trạng thái nhớ. Nếu trạng thái ban đầu Q n = 0, cả 2 lối vào của cửa logic NOR I đều bằng 0 nên lối ra của nó là Q = 1 và lối ra của NOR II là Q = 0 trùng với trạng thái ban đầu trước đó. Tức là đã nhớ trạng thái Q = 0. Nếu trạng thái ban đầu Q n = 1 thì lối ra Q = 0 và lối ra của NOR II là Q = 1 trùng với trạng thái ban đầu trước đó. Tức Q = 1. - Khi S = 0, R = 0: Lối ra Qn = 1: Trạng thái xác lập. Nếu lúc khởi đầu Sn = 1, Rn = 0 lối ra NOR I là Q = 0, cả 2 lối vào của NOR II đều bằng 0 nên lối ra Q của nó ở trạng thái kết thúc Qn+1 = 1: Trạng thái xác lập. - Khi S = 0, R = 1: Lối ra Qn+1 = 0: Trạng thái xóa. Nếu lúc khởi đầu Sn = 0, Rn = 1, mạch logic NOR II có một lối vào Rn = 1 nên lối ra của nó Q = 0, cả hai lối vào của NOR I đều bằng 0 nên lối ra Q = 1, vậy trạng thái kết thúc của FF Qn+1 = 0 ứng với trạng thái xóa của FF. 5 Q R S I II - Khi S = 1, R = 1 : Trạng thái không được dùng. Nếu lúc khởi đầu Sn = 1, Rn = 1, cả 2 lối ra của FF, Q và Q đều bằng 0, không thể có vì vậy không thể để S và R đồng thời ở mức 1 được. 1.5.2 Flip Flop T 1.5.2.1 Sơ đồ khối Hình 1.4: Sơ đồ khối của T-FF 1.5.2.2 Bảng sự thật t n t n+1 S n R n Q n+1 0 0 Q n 1 0 1 0 1 0 1 1 Không cho phép Bảng 1.2: Bảng sự thật của T-FF 1.5.2.3 Sơ đồ logic Được tạo ra từ JK-FF bằng cách nối J, K với nhau J = K = T. Hình 1.5: Sơ đồ logic T-FF 1.5.2.4 Nguyên tắc hoạt động Flip Flop T (T-FF) chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ Từ bảng trạng thái, ta thấy T-FF chỉ thay đổi trạng thái đầu ra khi T = 1, K = 1. 6 Q CL K R S T-FF Q S R CLK Giả sử ban đầu Q n = 0, khi T = 1 và CLK = 1, đầu ra của T-FF sẽ trở thành ‘1’. Đầu ra của FF sẽ duy trì trạng thái ‘1’ cho đến khi T = 1 và CLK = 1 lần nữa. Nói cách khác đầu ra của T-FF sẽ thay đổi giữa giá trị ‘0’ và ‘1’ khi T = 1 và CLK = 1. 1.5.4. Flip Flop JK 1.5.4.1. Sơ đồ khối Hình 1.6: Sơ đồ khối của JK-FF 1.5.4.2. Bảng sự thật t n t n+1 J n K n Q n+1 0 1 0 0 0 1 Q n 1 0 1 1 n+1 Bảng 1.3. Bảng sự thật của JK-FF 1.5.4.3. Sơ đồ logic Hình 1.7: Sơ đồ logic của JK-FF 1.5.4.4. Nguyên tắc hoạt động Các JK Flip Flop (JK-FF) trong thực tế ngoài các lối vào J, K hoạt động đồng bộ với lối vào xung nhịp CLK. FF còn có lối vào không đồng bộ là lối vào xóa CD (Clear data) và lối vào đặt SD (set data). Hai lối vào này hoạt động độc lập không phụ thuộc 7 K J Q CLK Q SD CD K CLK J JK-FF vào các xung nhịp và các lối vào J, K.trạng thái ra của JK-FF phụ thuộc vào mức điện áp của lối vào không đồng bộ như RS-FF. Để FF hoạt động được ở chế độ đồng bộ, hai lối vào không đồng bộ đặt, xóa phải để đúng mức điện áp . Khi J, K để ở mức cao, cứ mỗi lần có xung nhịp tác dụng FF lại chuyển trạng thái một lần, sau hai nhip tác dụng FF lại chuyển về trạng thái cũ. 1.5.3 . Flip Flop D 1.5.3.1. Sơ đồ khối Hình 1.8: Sơ đồ khối D-FF 1.5.3.2. Bảng sự thật t n t n+1 CLK D n Q n+1 0 X Q n 1 0 0 1 1 1 Bảng 1.4: Bảng sự thật của D-FF 1.5.3.4. Nguyên tắc hoạt động Số liệu ở lối vào D sẽ được chuyển đến lối ra Q của Flip Flop D (D-FF) sau một xung nhịp, tức là số liệu được chuyển đến lối ra chậm mất một khoảng thời gian bằng độ rộng xung nhịp. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ GHI DỊCH 2.1 ĐỊNH NGHĨA 8 D-FF Q CLK D SD CD Bộ ghi dịch (còn gọi là thanh ghi dịch) có cấu tạo bao gồm nhiều FF kết nối với nhau thực hiện chức năng ghi nhận dữ liệu và tùy theo tín hiệu điều khiển, có thể dịch chuyển dữ liệu ghi sang phải hoặc sang trái, theo tác động của xung nhịp. 2.2 PHÂN LOẠI 2.2.1 Phân loại Thông thường người ta hay dùng các trigơ D hoặc các flip flop (FF) khác nhưng mắc theo kiểu D để tạo thành đĩa ghi. Có 2 cách ghi: + Ghi song song: Các bit của từ nhị phân được ghi đồng thời một lúc vào ổ ghi. + Ghi nối tiếp: Các bit của từ nhị phân được đưa vào bộ ghi dịch một cách tuần tự theo thứ tự của nhị phân. 2.2.2 Ứng dụng của bộ ghi dịch Bộ ghi dịch được sử dụng rộng rãi để nhớ số liệu, chuyển số liệu song song thành nối tiếp, nối tiếp thành song song. Bộ ghi dịch là thành phần không thể thiếu được trong CPU của các hệ thống xử lý, trong các cổng vào ra có khả năng lập trình. Bộ ghi dịch còn được dùng để thiết kế bộ đếm, tạo dãy tín hiệu nhị phân tuần hoàn theo yêu cầu cho trước. 9 2.3 CẤU TẠO Bộ ghi dịch gồm một dãy các phần tử nhớ đơn bit (FF) được mắc liên tiếp và đóng trong cùng một vỏ. Các FF sử dụng trong bộ ghi thường là D-FF hoặc là các loại khác nhưng mắc Theo kiểu D. Để ghi n bit thông tin người sử dụng n FF, đầu ra của FF này được mắc vào đầu vào của FF tiếp theo. Hình 2.1: Bộ ghi dịch 4 bit dùng JK-FF Thông tin được nạp vào bộ ghi dịch từng bit một và được đồng bộ với xung nhip C k : bit đầu tiên, các bit thông tin khác đã được ghi trong thanh ghi sẽ được dịch phải 1 bit, nghĩa là bit lưu trữ trong FF-A sẽ chuyển sang FF-B, bit lưu trữ trong FF-B sẽ chuyển sang FF-C… và cứ như vậy cho đến FF cuối cùng. 2.4 CÁC BỘ GHI DỊCH 2.4.1 Bộ ghi song song a. Sơ đồ Hình 2.2: Sơ đồ bộ ghi song song 4 bit. 10 J A A K A J B B K B J C C K C J D D K D Đầu vào Xung Clock Q 2 Q 1 Q 3 Q 4 Điều khiển ra Xóa Ghi D 1 D 2 D 3 SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q D 4 [...]... cho trước Đề tài nghiên cứu về bộ ghi dịch đã giới thiệu về bộ ghi dịch, hiểu được nguyên lý hoạt động của bộ ghi dich cũng như đã tìm hiểu và phân tích được IC có chức năng tương tự Việc nghiên cứu đề tài này bản thân em là một sinh viên ngành Sư phạm kỹ thuật công nghiệp đã thu thập được rất nhiều thông tin và kiến thức bổ ích phục vụ nghiên cứu cũng như bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học... 2.4: Ghi nối tiếp dịch trái có các lối ra song song và ra nối tiếp 12 b Bảng sự thật CK 0 1 2 3 4 Q1 0 0 0 0 D1 Q2 0 0 0 D1 D2 Q3 0 0 D1 D2 D3 Q4 0 D1 D2 D3 D4 Bảng 2.2: Bảng sự thật c Nguyên tắc hoạt động Cấu trúc của bộ ghi này cũng tương tự như bộ ghi dịch phải nó chỉ khác trật tự sắp xếp các FF trong bộ ghi Quá trình điều khiển xóa, điều khiển ghi vào và đưa dữ liệu ra hoàn toàn tương tự như bộ ghi. .. D của các FF Mạch trở thành bộ ghi song song ra song song Muốn ghi chỉ cần 1 xung nhịp điều khiển ghi là dữ liệu từ các lối vào song song được nạp vào bộ ghi Muốn đưa số liệu ra lối ra song song đặt tại chân điều khiển cho phép ra cửa 3 trạng thái bằng 1 15 2.4.2.4 Bộ ghi nối tiếp dịch phải, vừa dịch trái a Sơ đồ M 1 Y2 X1 SD D Q _ Clk Q CD SD Q _ Clk Q X3 CD X4 Xóa X5 Ghi Điều khiển ra Q1 B4 SD D... Xóa Ghi Điều khiển ra Q1 Q3 Q2 Q4 Hình 2.3: Bộ ghi nối tiếp dịch phải b Bảng trạng thái CK 0 1 2 3 4 Q1 0 D4 D3 D2 D1 Q2 0 0 D4 D3 D2 Q3 0 0 0 D4 D3 Q4 0 0 0 0 D4 Bảng 2.1: Bảng trạng thái của Bộ ghi nối tiếp dịch phải 11 c Nguyên tắc hoạt động Khi cho một xung kim âm tác động vào lối vào xóa, các lối ra Q của cả 4 FF trong bộ ghi đều ở trạng thái 0 Muốn ghi ta phải đưa các bit thông tin nối tiếp về. .. thông tin trong bộ ghi vẫn được duy trì Để điều khiển dữ liệu ra nối tiếp, ta phải tác động một 4 nhóm xung nhịp cũng ở lối vào điều khiển ghi Sau 4 xung nhịp tác động 4 bit dữ liệu được đưa ra khỏi bộ ghi 2.4.2.2 Bộ ghi nối tiếp dịch trái có các lối ra song song và lối ra nối tiếp a Sơ đồ Vào dịch trái Ra nối tiếp SD D _ SD D Q SD Q D CLK Q CD CLK Q CD SD Q D CLK Q CD Q CLK Q CD Xóa Ghi Điều khiển... ghi dịch phải 2.4.2.3 Mạch vừa ghi nối tiếp dịch phải, vừa ghi song song 13 a Sơ đồ D1 D2 Vào song songD3 M 1 Vào nối tiếp A3 B3 B2 A2 A1 B 1 B4 4 Ra nối tiếp SD D Q _ CLK Q CD D Q _ CLK Q CD A4 3 2 SD D4 SD Q D Q CLK Q CD SD D Q _ CLK Q CD Xóa Ghi Điều khiển ra Q1 Q2 Q3 Q4 Hình 2.5 ghi nối tiếp dịch phải và ghi song song c Nguyên tắc hoạt động Sơ đồ thêm lối vào M: Mốt điều khiển ghi song song hoặc ghi. .. liệu càn ghi đưa vào lối vào D1D2D3D4 Khi có xung điều khiển CLK, dữ liệu được nạp vào bộ nhớ song song và cho lối ra song song Q1Q2Q3Q4=D1D2D3D4 Mỗi lối ra Q được đưa vào 1 lối vào của các cửa VÀ Muốn cho dữ liệu ra thẳng lối ra thì lối vào “điều khiển ra” phải bằng 1 Nếu chưa muốn cho dữ liệu ra lối ra thì để “điều khiển ra” bằng 0 2.4.2 Bộ ghi dịch nối tiếp 2.4.2.1 Bộ ghi dịch nối tiếp dịch phải... Bộ ghi dịch có cấu tạo gồm nhiều FF kết nối với nhau, nó có khả năng ghi giữ và dịch thông tin (sang phải hoặc sang trái).Trong cuộc sống, bộ ghi dịch được sử dụng rộng rãi để nhớ số liệu, chuyển số liệu song song thành nối tiếp, nối tiếp thành song song, đó là thành phần không thể thiếu được trong CPU của các hệ thống xử lý, trong các cổng vào ra có khả năng lập trình, hoặc được dùng để thiết kế bộ. .. khiển ghi Khi quá trình ghi kết thúc, 14 muốn đưa ra ở các lối ra song song ta cần chỉ đặt mức logic 1 ở chân điều khiển cho phép ra của cửa 3 trạng thái Muốn lấy ra ở lối ra nối tiếp ta cần phải tác động vào lối vào xung nhịp một nhóm gồm 4 xung thì toàn bộ 4 bit được đẩy ra khỏi bộ ghi dịch 4 bit Cứ mỗi lần ghi 4 bit mới vào bộ ghi thì đồng thời có 4 bit cũ được đưa ra khỏi thanh ghi Khi M = 0, các lối... hoạt động Luân phiên ghi lại Thay đổi dữ liệu thành thay đổi ghi Thanh ghi lại không thay đổi Chuyển nội dung thay đổi ghi đến chốt ghi Chốt ghi còn lại không thay đổi Cho phép đầu ra song song ảnh hưởng của đầu ra đến trạng thái điện trở cao Đầu vào Nguyên lý hoạt động Đặt Chuổi Thay Chốt Cho Khoản Lượng Dãy Dữ liệu lại A vào đổi clock phép thay đổi chốt ghi dữ ra clock đầu ra ghi liệu ra song song . lý thuyết. - Flip flop và bộ ghi dịch. - IC 74HC595A 6. BỐ CỤC BÀI TẬP LỚN - Chương 1: Tìm hiểu về Flip Flop - Chương 2: Giới thiệu về bộ ghi dịch - Chương 3: Tìm hiểu về IC có chức năng liên quan. hợp. - Nắm vững kiến thức về bộ ghi dịch. - Phân tích được IC có chức năng tương tự. 3. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI - Trình bày về flipflop. - Tìm hiểu về bộ ghi dịch. - Nghiên cứu về IC có chức năng liên. của bộ ghi này cũng tương tự như bộ ghi dịch phải nó chỉ khác trật tự sắp xếp các FF trong bộ ghi. Quá trình điều khiển xóa, điều khiển ghi vào và đưa dữ liệu ra hoàn toàn tương tự như bộ ghi dịch