Quang báo có kết hợp cơ khí

Ñaïi Hoïc Quoác Gia TP.HCM Coäng Hoøa Xaõ Hoäi Chuû Nghóa Vieät Nam Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Ñoäc Laäp – Töï Do – Haïnh Phuùc KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN ÑIEÄN - ÑIEÄN TÖÛ NHIEÄM VUÏ ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP Hoï vaø teân : VOÕ HOAØNG TUAÁN ANH Lôùp : 95KÑÑ 1. Teân ñeà taøi : QUANG BAÙO COÙ KEÁT HÔÏP CÔ KHÍ 2. Caùc soá lieäu ban ñaàu : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Noäi dung caùc phaàn thuyeát minh vaø tính toaùn : ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Caùc baûn veõ vaø ñoà thò : ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Caùn boä höôùng daãn : NGUYEÃN PHÖÔNG QUANG 6. Ngaøy giao nhieäm vuï: 7. Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï: Caùn boä höôùng daãn kyù teân Thoâng qua boä moân Ngaøy thaùng naêm 2000 Chuû nhieäm boä moân CHOÏN ÑEÀ TAØI I.Ñaët vaán ñeà: Trong suoát quaù trình hoïc taäp coù lyù thuyeát laãn thöïc haønh vaø ñöôïc raát nhieàu söï giuùp ñôõ cuûa thaày coâ, baïn ñeán nay chuaån bò toát nghieäp, nhieäm vuï ñeå ñöôïc toát ngieäp laø thöïc hieän luaän vaên toát nghieäp. ÔÛ ngaønh ñieän thì raát roäng coù nhieàm nhoùm vaø moãi nhoùm coù nhöõng ñaëc thuø rieâng. Chaúng haïn ngaønh vieãn thoâng, maùy tính, ñieän töû coâng nghieäp, ñieän töû öùng duïng vaø trong moãi nhoùm noù coøn chia ra nhieàu nhoùm nhoû chaúng haïn nhö ñieän töû coâng nghieäp, ngöôøi ta söû duïng caùc maïch ñieän töû keát hôïp ñeå ñieàu khieån, ñieàu chænh toác ñoä motor, keát hôïp vôùi maùy tính ñeå ñieàu khieån caùc loaïi maùy moùc, caùnh tay maùy, Robot … ÔÛ ngaønh öùng duïng kyõ thuaät soá vaøo truyeàn daãn thoâng tin, caùc toång ñaøi kyõ thuaät soá töï ñoäng. ÔÛ nhoùm ngaønh ñieän töû daân duïng coù caùc thieát bò ñieän töû phuïc vuï tröïc tieáp cho con ngöôøi chaúng haïn Tivi, cassette, maùy giaët, quang baùo. Noùi chung taát caû ñeàu phuïc vuï cho loaøi ngöôøi. Ñoái vôùi quang baùo noù muoán bieåu thò moät caùi gì ñoù ñoái vôùi con ngöôøi. Vì quang baùo laø söû duïng aùnh saùng ñeå bieåu thò moät muïc ñích cuûa con ngöôøi taïo ra noù. Ví duï nhö maïch ñeøn giao thoâng, troâng khoâng ñöôïc coù gì loâi cuoán hay ñeïp nhöng coâng duïng cuûa noù khoâng ai daùm phuû nhaän. Vôùi maät ñoä daân cö ñoâng trong khi ñöôøng xaù nöôùc ta chöa ñöôïc caûi thieän maáy thì noù ñoùng vai troø ñieàu tieát giao thoâng, giaûm aùch taéc, tai naïn. Ñoù laø coâng duïng tröïc tieáp coøn coâng duïng giaùn tieáp thì sao. Trong quaûng caùo taïi caùc pa-noâ, hay treân caùc nhaø haøng khaùch saïn noù gaây söï chuù yù cho khaùch haøng vaø taêng theâm söï röïc rôõ cuûa nhaø haøng khaùch saïn, vôùi caùc thieát bò quang baùo ñoäc ñaùo gaây cho khaùch haøng aán töôïng khoù queân. Vöøa 1aø moät trong nhöõng caùch thöùc höôùng daãn vöøa laø moät phaàn trang hoaøng cho sinh hoaït con ngöôøi, vöøa laøm taêng thu huùt cuûa saûn phaåm, caùc nhaø haøng, khaùch saïn, quaùn xaù … Baèng raát nhieàu caùch khaùc nhau maø ngöôøi ta thöïc hieän caùc maïch quang baùo khaùc nhau baèng ñeøn ñeå phía sau kích maøu baèng ñeøn oáng nhieàu maøu, hoaëc coù theå uoán thaønh caùc doøng chöõ bieåu töôïng hay baèng caùc baûng led (ma traän led). Moãi caùch ñeàu coù öu khuyeát ñieåm rieâng. II.Giaûi quyeát vaán ñeà: Vôùi em laø sinh vieân ñang tìm höôùng ñeà taøi sao cho phuø hôïp vôùi thôøi gian vaø khaû naêng cuûa mình em choïn maïch quang baùo duøng trang hoaøng cho caùc buoåi tieäc, lieân hoan: sinh nhaät, giaùng sinh, teát … Vôùi muïc ñích naøy thì maïch vöøa thöïc hieän sao cho ñeïp, laï, goïn nheï an toaøn laø ñieàu caàn thieát. Vaø qua quaù trình em tìm hieåu cuøng vôùi söï tö vaán cuûa thaày giaùo höôùng daãn em choïn “maïch quang baùo keát hôïp vôùi cô khí”. Maïch naøy cuõng döïa theo nguyeân lyù queùt thoâng thöôøng laø ñöa data ra ma traän led. Nhöng ñoái vôùi caùch ñöa data ra ma traän led tónh thì toán nhieàu led, nhieàu linh kieän hôn maø noäi dung hieån thò cuõng töông töï queùt coù keát hôïp quay. Queùt keát hôïp quay laø chæ vôùi moät coät led quay noù vaïch neân moät voøng troøn baùnh kính R thì noù taïo moät daõy led troøn coù chu vi laø 2R. Treân voøng troøn naøy ta coù theå caån caùc döõ lieäu leân. ÔÛ caùch queùt keát hôïp vôùi cô khí khoâng ñeå laïi neàn queùt neân ngöôøi quan saùt coù caûm giaùc nhö chöõ töï hieän ra trong khoâng gian. Vôùi kieåu queùt naøy seõ ít toán linh kieän ñieän töû cuõng nhö led hieån thò. Tuy nhieân ñoøi hoûi maïch phaûi nhoû goïn, coù baûo veä, coù motor keát hôïp. Moät soá öu khuyeát: Öu: Môùi laï. Thích hôïp trang trí trong caùc buoåi tieät nhoû, trong tuû, baøn . . . Ít toán linh kieän. Khuyeát: Phaûi duøng motor. Phaûi goïn nheï, ñeàu moment quaùn tính. Thò tröôøng troâng aûnh töø moät phía nhoû. III.Keát luaän: Maëc duø maïch phaûi duøng motor keát hôïp nhöng vôùi öu ñieåm cuûa noù neân maïch quang baùo coù keát hôïp cô khí ñöôïc choïn laøm maïch nghieân cöùu thöïc hieän trong ñeà taøi naøy. PHAÀN A LYÙ THUYEÁT THIEÁT KEÁ A .Söï löu aûnh cuûa maét: Söï löu aûnh cuûa maét töùc laø löu aûnh treân voõng maïc phaûi maát moät khoaûng thôøi gian côõ 01 s voõng maïc môùi hoài phuïc laïi nhö cuõ ñöôïc. Trong kgoaûng thôøi gian 0,1s naøy caûm giaùc aùnh saùng chöa bò maát vaø ngöôøi quan saùt vaãn coøn thaáy hình aûnh cuûa vaät. Trong phim aûnh ngöôøi ta chieáu 25 aûnh treân moät giaây ñeå ngöôøi xem coù caûm giaùc caùc hoaït ñoäng trong phim laø lieân tuïc, gaàn nhaát trong ti vi cuûa chuùng ta cuõng chæ 25 aûnh treân giaây ñöôïc queùt baèng hai baùn aûnh. B. Sô löôïc veà maïng quang baùo. Quang baùo laø duøng aùnh saùng ñeå hieån thò theo muïc ñích cuûa ngöôøi taïo ra noù. Vôùi söï trôï giuùp cuûa caùc kyõ thuaät vi maïch, vi xöû lí,viñieàu khieån, maùy tính... Hieän nay coù raát caùch thuïc hieän quang baùo nhö: - Quang baùo baèng maùy tính keát hôïp vôùi boä töông thích goàm: maïch ñeäm heä thoáng ñeøn chieáu hay maøn hình tinh theå, led, ma traän led,... quang baùo thöïc hieän theo caùch naøy raát toán keùm vaø coàng keành.Tuy nhieân noù coù theå hieån thò ñöôïc nheàu noäi dung vaø noäi dung raát sinh ñoäng. Ñaëc bieät ôû noù coù theå thay ñoåi noäi dung hieån thò moät caùch deã daøng nhanh choùng. Ñaëc bieät noù coù theå kieåm soaùt ñöôïc noäi dung lôùn. Loaïi naøy thích hôïp duøng ôû caùc raïp haùt lôùn, caùc trung taâm quaûng caùo vaø caùc buoåi leå - Quang baùo maø noäi dung cuûa chuùng coù theå thay ñoåi ñöôïc baèng caùch naïp vaøo boä nhôù cuûa maïch quang baùo tröïc tieáp. Coù theå naïp laïi noäi dung baèng maùy vi tính hay caùc boä KIT vi xöû lí. Loaïi naøy hieân nay ñöôïc thöïc hieän nhieàu vì noù goïn hôn so vôùi loaïi thöïc hieän tröïc tieáp baèng maùy vi tính maø phaàn noäi dung hieån thò cuõng ña daïng. Chi phí trhöïc hieän thì nhoû hôn so vôùi loaïi thöïc hieän baèng maùy vi tính. Tuy nhieân phaàn noäi dung hieån thì coù phaàn haïn cheá hôn. - Quang baùo khoâng theå thay ñoåi noäi dung hieån thò (noäi dung ñöôïc naïp cheát trong boä nhôù). Ñaëc ñieåm cuûa loaïi naøy laø goïn reû tieàn, thích hôïp cho caùc hình thöùc trang trí hay chæ baùo vôùi noäi dung nhoû khoâng thay ñoåi, hay ít thay ñoåi. Coù theå minh hoïa maïch quang baùo coù noäi dung ñöôïc laäp trình tröôùc baèng sô ñoà hình sau: BOÄ PHAÄN NHÔÙ Ñieàu khieån HIEÅN THÒ KHOÁI NGUOÀN . . . . Khoái 1. Khoái ñieàu khieån. Coù theå duøng tröïc tieáp baèng maùy vi tính, hoaëc caùc boä xöû lyù hay maïch ñieän. Tuøy vaøo taàm côõ cuûa maïch quang baùo. Trong caùc maïch quang baùo thoâng thöôøng, ta coù theå xem khoái naøy goàm khoái taïo ñòa chæ cho boä phaän nhôù vaø taïo tín hieäu cho pheùp xuaát ra hay khoâng xuaát ra cuûa boä hieån thò. Ngöôøi ta coù theå thöïc hieän caùc maïch dao ñoäng baèng IC 555, IC 4060, thaïch anh hoaëc caùc maïch dao ñoäng khaùc nhö RC, LC … Nhöng caùc maïch dao ñoäng soá thöôøng ñöôïc öùng duïng trong vi maïch soá vì noù deã töông thích. Ngoaøi ra ngöôøi ta coøn duøng caùc IC ñeám nhö 7456, 74193, 4040, 4017, 74192, … keát hôïp vôùi maïch ñieän rôøi ñeå ñieàu khieån. Khoái 2 : Boä nhôù. Hieän nay coù raát nhieàu loaïi boä nhôù nhö: RAM, ROM, … tuøy thuoäc vaøo muïc ñích thieát keá maø ngöôøi ta duøng loaïi SRAM, DRAM, ROM hoaëc EPROM. Taát caû ôû ñaây ñeàu laø caùc boä nhôù truy xuaát ñöôïc. - Boä hieån thò. Nhö töïa cuûa noù, phaàn chính laø phaàn ñeøn hay caùc linh kieän quang ñieän duøng ñeå hieän baèng aùnh saùng. Ñi ñoâi vôùi chuùng laø caùc maïch ñeäm. Maïch ñeäm laøm töông thích ôû ngoõ ra cuûa boä phaän nhôù vaø ngoõ vaøo cuûa maïch hieån thò. Vì maïch caàn thöïc hieän laø maïch quang baùo coù keát hôïp cô khí vôùi ñaëc tính laø nhoû goïn, nheï, tieát kieäm, ñoäc ñaùo… Neân maïch ñöôïc choïn thöïc hieän vôùi 1) Khoái ñieàu khieån goàm. + Boä dao ñoäng + Boä ñeám leân + Maïch ñieàu khieån (baèng linh kieän rôøi.) 2) Khoái nhôù goàm RAM hay ROM. 3) Khoái hieån thò. Sô ñoà khoái cuûa maïch caàn thieát keá: Ñeám taïo ñòa chæ vaø ñieàu khieån Boä phaän hieån thò Boä phaän nhôù 8+4 bit ñòa chæ C. Giôùi thieäu lieät keâ vaø choïn linh kieän. I.khoái nguoàn. 1. Diode Khi khoái tinh theå baùn daãn silicon hoaëc Germanium ñöôïc pha phosphor ñeå taïo thaønh chaát baùn daãn loaïi N, vaø pha Indium ñeå taïo thaønh baùn daãn loaïi P. Thì tinh theå baùn daãn hình thaønh moái noái P – N ôû moái noái P – N coù söï nhaïy caûm ñoái vôùi taùc ñoäng cuûa ñieän, quang, nhieät. Trong vuøng baùn daãn loaïi P coù nhieàu loã troáng trong vuøng baùn daãn loaïi N coù nhieàu ñieän töû thöøa. Khi hai vuøng naøy tieáp xuùc nhau seõ coù moät soá ñieän töû vuøng N qua moái noái vaø keát hôïp vôùi loã troáng cuûa vuøng P. Khi chaát baùn daãn ñang trung hoøa veà ñieän maø vuøng baùn daãn N bò maát ñieän töû thì vuøng moái noái P – N phía beân N seõ mang ñieän tích döông, vuøng tieáp giaùp phía P nhaän theâm ñieän töû neân mang ñieän tích aâm. Hieän töôïng naøy cöù tieáp dieãn ñeán khi ñieän tích aâm cuûa vuøng P ñuû lôùn ñaåy ñieän töû khoâng cho ñieän tích töø vuøng N sang nöõa. Söï cheânh leäch ñieän tích ôû hai beân moái noái nhö vaäy taïo thaønh haøng raøo ñieän theá. Kí hieäu 2. Phaân cöïc cuûa diode: a).Phaân cöïc ngöôïc:  IS (raát nhoû) P N VDC Döôùi söï taùc ñoäng cuûa nguoàn caùc haït ñieän töû phía N vaø huùt caùc loã troáng phía P laøm cho vuøng ngheøo ngaøy caøng taêng leân. Tuy nhieân vaãn coù moät doøng ñieän nhoû ñi qua diode töø vuøng N sang vuøng P goïi laø doøng ræ trò soá khoaûng nA. Hieän töôïng naøy laø do trong chaát P cuõng coù moät soá ñieän töû töï do vaø trong N cuõng coù ít loã troáng goïi laø haït taûi thieåu soá, nhöõng haït taûi thieåu soá naøy seõ sinh ra hieän töôïng taùi hôïp vaø taïo thaøng doøng ræ. Doøng ræ ñöôïc goïi laø trong baûo hoøa nghòch Is (saturate) do doøng ñieän ræ coù trò soá raát nhoû neân trong nhieàu tröôøng hôïp ngöôøi ta coi nhö diode khoâng daãn ñieän. b).Phaân cöïc thuaän: Vdc Duøng nguoàn ñieän moät chieàu noái ñaàu döông vaøo chaân P vaø noái ñaàu aâm cuûa nguoàn vaøo chaân N cuûa diode luùc naøy ñieän tích döông cuûa nguoàn ñaåy caùc loå troáng töø vuøng P sang höôùng vuøng N vaø caùc ñieän tích aâm cuûa nguoàn seõ ñaåy caùc ñieän töû töø vuøng N sang phía vuøng P laøm cho ñieân trôû vaø loã troáng xích laïi ngaàn nhau hôn ñeán khi löïc ñaåy tónh ñieän ñuû lôùn thì ñieän töû töø vuøng N qua taùi hôïn vôùi loã troáng cuûa vuøng P. Löïc ñieän tröôøng caøng maïnh thì söï taùi hôïp xaûy ra caøng lôùn. c) Ñaëc tính Volt – ampe cuûa diode: I Ñieän aùp ñaùnh thuûng V V V 0,1 V – 0,15V ; VDmax = 0,4V – 0,5V (Ge) 2.Choïn nguoàn: Choïn nguoàn cung caáp oån ñònh cho maïch laø 5V. Nguoàn ñöôïc laáy töø nguoàn ñieän nhaø qua bieán aùp, ngoõ ra cuûa bieán aùp laø 12V nguoàn 12V AC ñöôïc chænh löu tröôùc khi ñöa vaøo maïch oån aùp. Doøng caàn cung caáp cho maïch chuùng ta khoaûng 200mA.Ta caàn choïn daïng maïch oån aùp cho maïch. Coù nhieàu loaïi oån aùp : - OÅn aùp song song vaø noái tieáp tuyeán tính. - OÅn aùp song song vaø noái tieáp phi tuyeán. Vaø coù caùc IC oån aùp nhö caùc hoï 78XX (oån aùp döông), 79XX (oån aùp aâm),… Vì doøng tieâu thuï cho maïch nhoû neân boû ñeán hieäu suaát cuûa maïch oån aùp, ta choïn IC oån aùp 7805 cho maïch. 7805 laø IC oån aùp döông. Ñoái vôùi IC naøy ngöôøi ta duøng tuï thoaùt 0,33F khi khoâng caàn thieát cho oån ñònh, coù theå duøng tuï 0,1F ôû ngoõ ra ñeå caûi thieän ñaùp öùng quaù ñoä cuûa oån aùp. Caùc tuï naøy phaûi ñöôïc ñaët treân hay caøng gaàn caùc IC oån aùp cuøng toát.  7805 Vaøo Ra 0,33F 0,1F 78L03 doøng ñieän ra maëc ñònh laø 100 mA. 7803 doøng ñieän ra maëc ñònh laø 1 A. 78H05 doøng ñieän ra maëc ñònh laø 5A. II.Dao ñoäng vaø ñeám. 1. Giôùi thieäu flip-flop. Söû duïng roäng raõi trong caùc maïch ñeám nhôù noùi chung noù ñoùng vai troø quan troïng trong kyõ thuaät soá. Flip – Flop laø phaân töû coù khaû naêng löu tröõ moät trong hai traïng thaùi laø [0] hay [1]. FF coù töø 1 ñeán moät vaøi ñaàu vaøo ñieàu khieån, coù hai ñaàu ra luoân luoân ngöôïc nhau laø Q vaø Q. Tuyø töøng loaïi FF do cheá taïo coù theå coøn coù ñaàu vaøo xoùa (thieát laäp “0” – Clear), ñaàu vaøo thieát laäp “1” (preset). Ngoaøi ra FF coøn thöôøng hay coù ñaàu vaøo ñoàng boä (clock). Sô ñoà khoái cuûa FF ñöôïc cho ôû hình döôùi. Pr Flip - Flop Q Caùc ñaàu vaøo ñieàu khieån Q Clr Sô ñoà toång quaùt cho moät Flip – Flop . Caùc kyù hieäu veà tính tích cöïc ñöôïc chæ ra trong hình döôùi Kyù hieäu Tính tích cöïc cuûa tính hieäu Tích cöïc laø möùc thaáp nhaát “L” Tích cöïc laø möùc cao “H” Tích cöïc laø söôøn döông cuaû xung nhòp Tích cöïc laø söôøn aâm cuaû xung nhòp Baûng kyù hieäu veà tích cöïc a)R – S flip – flop: R-S FF R S Q Q Baûng traïng thaùi R S Q Q’ 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 Caám Caám T – FF b) T Flip – Flop : Q T Q Baûng traïng thaùi T Q’ 0 1 Q Q T Q Q’ 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 c) D Flip – Flop : Q Q D D – FF Baûng traïng thaùi D Q’ 0 1 0 1 D Q Q’ 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 d)J-K Flip – Flop : J K K Q Q  Baûng traïng thaùi D Q Q’ 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 2.Maïch dao ñoäng Maïch dao ñoäng ta coù theå thöïc hieän ñöôïc baèng: + Maïch dao ñoäng thaïch anh. + Duøng IC 555. + Duøng IC 4060. Choïn IC 4060 vì noù vöøa coù chöùc naêng dao ñoäng vaø ñeám hôn haún so vôùi IC 555, IC 4060 deã mua ngoaøi thò tröôøng. Vôùi IC 4060 ta coù theå thöïc hieän dao ñoäng baèng maïch RC hay thaïch anh. Giôùi thieäu 4060, 4518 Ñeàu laø caùc vi maïch hoï CMOS Thôøi gian treã: 30-100ns Coâng suaát tieâu taùn:0.01 mW(1mW khi taàn soá laøm vieäc 1 MHz) Khaû naêng taûi 50 Möùc logic : Möùc [0] = 0 V ; Möùc [1]=ñieän aùp cung caáp Nguoàn cung caáp:VDD =3-15 V a) 4060 coù chöùc naêng vöøa taïo dao ñoäng vöøa ñeám 14 taàn, nhöng chæ coù 10 ngoõ ra vaø ngoõ ra nhaûy coùc taïi Q10 (Q10 khoâng coù ngoõ ra) 3 ñaàu ra coù boä dao ñoäng laø Rs, Rtc, Ctc duøng ñeå maéc maïch RC hoaëc thaïch anh ñeå choïn caùc taàn soá dao ñoäng mong muoán töø ngöôøi thieát keá. Hoaëc coù theå söû duïng nguoàn xung clock töø beân ngoaøi ñöa vaøo chaân Rs, tín hieäu seõ ñöôïc caûi thieän tröôùc khi ñöa ñeán boä ñeám vaø khi chaân MR leân möùc cao thì taát caû boä ñeám bò reset veà 0. Sô ñoà chöùc naêng 10 9 RTC CTC CP 14- STATE BINARY COUNTER CD 11 RS 12 MR 03 04 05 06 07 08 09 011 012 013 7 5 4 6 14 13 15 1 2 3 Sô ñoà chaân VDD 09 07 08 MR RS RTC CTC HEF 4060B 011 012 013 05 04 06 03 VSS 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 011 012 013 05 04 06 03 VSS Vì muïc ñích thieát keá cho boä phaän nhôù coù 12 ñöôøng ñòa chæ neân caàn moät IC ñeám khaùc boå sung. Nhö chuùng ta ñaõ bieát IC 4060 ñeám nhaûy coùc taïi ngoõ ra Q10 (khoâng coù ñaàu ra Q10).Vì choïn IC ñeám 1 laø 4060 hoï CMOS neân choïn tieáp IC hoï CMOS ñeå ñoàng boä trong boä ñeám.(thôøi gian treã möùc logic möùc nhieãu,..). Coù theå choïn caùc IC ñeán nhö: 4040 ,4020,4027,4518,4520,.. Choïn IC4060 laøm IC dao ñoäng vaø ñeám laø IC hoï CMOS, neân choïn IC ñeám hoï CMOS ñeå ñoàng boä vôùi boä ñeám 1 vaäy coù theå choïn caùc IC ñeám sau: 4040,4020,4727,4518,... Choïn IC 4518 laøm IC ñeám vì muïc ñích thieát keá trong maïch maø phaàn thieát keá seõ trình baøy roõ hôn. b) 4518 laø vi maïch hoïc CMOS, coù hai boä ñeám BCD beân trong. Boä ñeám hoaït ñoäng ôû möùc cao neáu ñöa xung clock vaøo ngoõ vaøo Cpo, vaø boä ñeám hoaït ñoäng ôû möùc thaáp neáu ñöa xung clock vaøo trong cuûa Cpo. Ngoõ ra ñöôïc ñeám tröôùc khi xuaát ra ngoaøi. Chaân MR taùc ñoäng ôû möùc cao. Moãi boä ñeàu coù chaân MR rieâng vaø tröôùc caùc boä ñeám khoái schmitt- trigger hoaït ñoäng laøm giaûm thôøi gian taêng hay giaûm cuûa xung clock, noù taêng khaû naêng taûi maïch cuûa phaùt xung clock Sô ñoà ngyeân lyù: 00A CP1A 01A 02A CPOA 03A MRA CPOB CP1B MRB 3 4 5 6 11 12 13 14 1 2 7 9 10 15 Sô ñoà chaân: VDD MR9 02B 02B 01B 00B CP1B CPOB HEF 4518B CPOA CP1A 00A 01A 02A 03A MRA VSS 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 III. Boä nhôù: 1.Cô sôû veà boä nhôù: Caùc boä nhôù coù theå chia thaønh hai loaïi toång quaùt, ROM vaø RAM. ROM laø read - only Memory (boä nhôù chæ ñoïc ra), vaø RAM laø Random - access Memory (boä nhôù truy xuaát ngaãu nhieân). Noùi chung ROM chöùa caùc döõ lieäu moät caùch coá ñònh vaø khoâng theå thay ñoåi. Chæ coù theå ñoïc töø ROM ra maø khoâng theå ghi vaøo noù. ROM luoân luoân coù maët trong caùc maùy tính vaø khoâng bò maát ñi khi taét nguoàn nuoâi. Vì vaäy noù ñöôïc coi laø boä nhôù khoâng thay ñoåi (nonvolatile). Coøn RAM thì laïi khaùc, noù coù theå ñoïc ra vaø cuõng coù theå ghi vaøo. Nhôø vaäy maø döõ lieäu coù theå caát giöõa taïm caùc döõ lieäu roài sau ñoù laïi laáy caùc döõ lieäu ñoù ra. Döõ lieäu naøy cuõng coù theå thay ñoåi baát hyø luùc naøo. RAM laø boä nhôù thay ñoåi (volatile), nghóa laø noù bò maát hoaëc bò xoùa khi maát nguoàn nuoâi, RAM coù theå xem nhö quyeån soå ghi cheùp, baïn coù theå ñoïc caùc ñieàu ghi cheùp cuûa mình, vaø ñoâi khi coù theå thay ñoåi laïi caùc ñieàu ñaõ ghi cheùp ñoù. Traùi laïi laïi ROM gioáng nhö saùch giaùo trình. Noùi chung caùc thoâng tin trong ñoù chæ coù theå ñoïc ra chöù khoâng theå ghi vaøo hoaëc hay ñoåi. Khaùi nieäm truy xuaát ngaãu nhieân coù nghóa laø baát kyø moät vò trí nhôù naøo cuõng coù theå ñöôïc môû ra hoaëc ñöôïc goïi ra ôû baát kyø luùc naøo, caùc thoâng tin khoâng caàn ñoïc ra hay ghi vaøo moät caùch tuaàn töï. Veà thöïc chaát, caû ROM laãn RAM ñeàu truy xuaát ngaãu nhieân. Chæ coù ñieàu khaùc nhau cô baûn RAM laø boä nhôù vöøa coù theå ñoïc ra vöøa coù theå ghi vaøo. Phuø hôïp nhaát, coù leõ neân choïn RAM laøm “boä nhôù ñoïc/ ghi”. 2. Caáu truùc boä nhôù: Hình döôùi trình baøy sô ñoà khoái cuûa moät maïch nhôù. Maïch nhôù ñöôïc noái vôùi caùc boä phaän khaùc nhau trong maùy tính hoaëc caùc maïch khaùc thoâng qua caùc ñöôøng daây ñòa chæ vaø caùc ñöôøng daây döõ lieäu cuûa noù. Kieåm soaùt maïch nhôù baèng ñöôøng daây enable (môû), rieâng ñoái vôùi RAM coøn coù theâm ñöôøng daây kieåm soaùt ñoïc/ghi (Read/write). Caùc maïch nhôù noùi chung ñöôïc toå chöùc döôùi daïng ma traän, goàm nhöõng haøng vaø nhöõng coät ñeå xaùc ñònh vò trí hay ñòa chæ nhôù nhö treân hình döôùi. Ma traän naøy gioáng nhö sô ñoà ñòa chæ böu ñieän, trong ñoù caùc haøng nhö caùc ñòa chæ ñöôøng phoá, coøn caùc coät nhö caùc soá nhaø. Moãi oâ trong ma traän goïi laø moät phaàn töû (cell) hay vò trí nhôù (memory location). Vò trí hay phaàn töû nhôù ñöôïc doø tìm baèng choïn ñòa chæ hay maïch giaûi maõ. Maïch naøy goàm hai phaàn: maïch choïn ñòa chæ haøng RAS (row - address selector) vaø maïch choïn ñòa chæ coät CAS (colum - address selector). Caùc ñöôøng daây ñòa chæ seõ choïn ñòa chæ haøng vaø ñòa chæ coät. Ñöôøng daây enable duøng ñeå môû caùc maïch loái ra boä nhôù theo ba traïng thaùi. Coøn ñöôøng daây Read/write quyeát ñònh daïng thao taùc seõ thöïc hieän. Memory device address line in Data lines read/write Device (chip) enable emable (RAM) (a) Boä phaän nhoù cô baûn Memory matrix B u f f e r s Memory address lines system colum address selector (CAS) read/wrute enable Data line Row address selector(RAS) Device enable (b) Block diagram A4 AÏ AÂ (1) (1) (1) (0) (0) (1) A0 A1 AÛ 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Address lines Rom (001) Colum (111) (c) address cell Boä nhôù hoaëc caùc toå chöùc bit (bit oganized) hoaëc laø loaïi toå chöùc lôøi (word oganized). Boä nhôù loaïi toå chöùc bit coù theå löu giöõ moät bit ñôn trong moãi vò trí ñòa chæ. Nhö vaäy ñoái vôùi loaïi toå chöùc bit, moãi oâ treân ma traän (ôû hình) treân ñaïi dieän cho moät soá nhò phaân. Boä nhôù thuoäc loaïi toå chöùc rôøi seõ ñöôïc löïa choïn caû moät nhoùm phaàn töû nhôù cuøng moät luùc ñoái vôùi moãi vò trí ñòa chæ. Do ñoù ôû boä nhôù loaïi naøy, moãi oâ trong ma traän öùng vôùi moät nhoùm nhieàu soá nhò phaân. Moãi nhoùm phaàn töû nhôù thöôøng laø moät byte (8 bit) hoaëc moät lôøi (16 bit). Neáu khoâng noái ñeán loaïi toå chöùc gì ñang duøng thì soá ñöôøng daây ñòa chæ seõ quyeát ñònh soá vò trí nhôù cöïc ñaïi theo coâng thöùc sau ñaây: Soá löôïng vò trí nhôù cöïc ñaïi : = 2N trong ñoù, N soá löôïng caùc ñöôøng ñòa chæ. Baûng 2-1 cho bieát quan heä giöõa caùc soá löôïng caùc ñöôøng ñòa chæ vaø caùc vò trí nhôù. Chuù yù thöôøng duøng kyù hieäu tieâu chuaån quy öôùc chæ xaáp xæ soá löôïng cöïc ñaïi thöïc söï cuûa caùc vò trí nhôù. Ví duï, boä nhôù 64K thöïc ra coù tôùi 65.536 vò trí nhôù. Baûng 2-1 soá ñöôøng ñòa chæ vaø moät soá vò trí nhôù. Soá ñöôøng ñòa chæ Soá vò trí nhôù Kyù hieäu chuaån 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 24 32 1024 2048 4096 8192 16.384 32.768 65.536 131.072 262.144 524.288 1.048.576 16.777.216 4.294.467.296 1K 2K 4K 8K 16K 32K 64K 128K 256K 512K 1M 16M 4G a. RAM: RAM laø loaïi boä nhôù thay ñoåi ñöôïc, döõ lieäu coù theå ghi vaøo hoaëc ñoïc ra. Baát kyø moät phaàn töû nhôù naøo cuûa RAM cuõng coù theå löïa choïn ra ñöôïc ôû baát cöù luùc naøo, vaø khoâng gioáng nhö ROM, caùc noäi dung döõ lieäu cuûa noù cuõng coù theå thay ñoåi baát kyø luùc naøo. Ram ñöôïc chia thaønh hai loaïi tónh vaø ñoäng. RAM tónh (static), SRAM löu giöõ soá lieäu maõi maõi neáu nhö nguoàn nuoâi khoâng bò maát. SRAM thöïc chaát laø moät haøng flip- flop, trong ñoù moãi flip-flop laø moät phaàn töû nhôù ñaïi dieän cho moät bit nhö ñaõ ñöôïc trình baøy treân hình 2-6(a). RAM ñoäng (DRAM - Dynamic RAM) laø moät loaïi RAM ñöôïc “laøm töôi” (refresh) töùc laø phaûi ñöôïc naïp laïi caùc döõ lieäu ñang ñöôïc löu tröõ theo töøng chu kyø. “Laøm töôi” baèng caùch thöïc hieän thao taùc ñoïc hoaëc ghi cheùp laïi. Cuõng coù theå “laøm töôi” baèng caùc thao taùc ñaëc bieät khaùc. Do maät ñoä phaân töû nhôù raát cao neân gía tieàn cuûa DRAM tính theo dung löôïng bit trôû neân khaù reû so vôùi SRAM, maëc duø phöùc taïp vaø coâng cheá taïo cao hôn. DRAM ñöôïc cheá taïo baèng caùc MOSFET nhöng taùc duïng nhö caùc tuï ñieän (hình (b)). Neáu caùc tuï ñieän khoâng ñöôïc naïp ñieän nhaéc laïi theo chu kyø thì caùc soá lieäu nhôù seõ bò maát do söï roø ñieän. Caùc DRAM yeâu caàu phaûi ñöôïc “laøm töôi” theo chu kyø khoaûng 2 ñeán 4 ms. Thöïc hieän laøm töôi thöïc chaát laø naïp theâm naêng löôïng cho tuï ñieän ñeå löu giöõ logic 1 vaø duy trì söï phoùng ñieän cuûa tuï ñeå löu giöõ logic 0. Data To read write Column select To read write Data Row select line VDD Q1 Q2 Q6 Q4 Q3 Q5 Row select line c Column select (a) MOS static memory cell ( b) MOS dynamic memory cell SRAM Hình treân veõ sô ñoà chöùc naêng vaø sô ñoà phaân boá chaân vaø baûng söï thaät cuûa vi maïch nhôù TSM 4016 SRAM, ñoù laø boä nhôù loaïi MOS coù toå chöùc 20488 bit. Chaân 20 kyù hieäu G duøng ñeå kieåm ñöôøng daây ñoùng - môû (enable) maïch ñeäm loái ra. Neáu G coù möùc ra cao thì loái ra coù traïng thaùi trôû khaùng cao. Neáu G thaáp thì loái ra seõ ñöôc noái thoâng vôùi heä thoáng. Chaân 18 kyù hieäu S duøng kieåm soaùt ñöôøng daây choïn chip. Neáu S cao thì vi maïch bò ñoùng vaø khoâng theå ñoïc hay ghi döõ lieäu. Neáu S thaáp thì chip ñöôïc choïn vaø sau ñoù seõ ñoïc döõ lieäu ra hay ghi döõ lieäu vaøo. Chaân 21 kyù hieäu W duøng kieåm soaùt thao taùc ñocï/ghi. W cao laø ñoïc coøn W thaáp laø ghi. A0 ñeán A10 laø caùc ñöôøng ñòa chæ duøng ñeå xaùc ñònh moät phaàn töû nhô ùcuï theå naøo ñoù trong boä nhôù. D1 ñeán D8 laø caù ñöôøng vaøo hoaëc ra caùc soá lieäu cuûa caùc phaàn töû nhôù. Baûng söï thaät cho bieát roõ caùch hoaït ñoäng cuûa vi maïch. Ví duï muoán ghi hoaëc caát giöõ döõ lieäu vaøo boä nhôù thì W phaûi thaáp vaø S cuõng phaûi thaáp. Luùc ñoù caùc bit döõ lieäu seõ ñöôïc ñöa ghi nhôù vaøo ñuùng ñòa chæ ñaõ ñöôïc caùc ñöôøng daây ñòa chæ xaùc ñònh. Chuù yù laø trong quaù trình thao taùc ghi, traïng thaùi cuûa G khoâng caàn quan taâm. DRAM Do giaù reû vaø maät ñoä döõ lieäu cao, DRAM ñaõ trôû thaønh loaïi thoâng duïng nhaát trong boä nhôù cuûa caùc maùy vi tính ngaøy nay. Vì caùc phaàn töû nhôù ñeàu laø loaïi MOSFET cho neân coù theå deã daøng thu goïn moät soá löôïng raát lôùn caùc phaàn töû nhôù vaøo trong vi maïch. Nhöôïc ñieåm cuûa loaïi naøy laø toác ñoä hôi chaäm vaø caàn phaûi “laøm töôi” thöôøng xuyeân. Trò soá ñieän dung beân trong cuûa MOSFET ñuû lôùn ñeå taïo thaønh moä tuï ñieän tyù hon (vaøi picofarad), cho neân coù theå löu giöõ soá lieäu baèng caùch coù naïp hay khoâng naïp ñieän tích trong tuï ñieän ñoù. Tình traïng khoâng ñieän tích, töùc laø logic 0, coù theå ñöôïc löu giöõ voâ thôøi haïn. Coøn tình traïng logic 1, töùc laø tuï ñieän khoâng ñöôïc naïp ñaày tích, thì phaûi luoân luoân ñöôïc naïp nhaéc laïi ít nhaát 2ms moät laàn; neáu khoâng tuï ñieän seõ maát ñieän tích vaø soá lieäu löu giöõ cuõng bò maát. 2048X8 SRAM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D1 D2 D3 VSS (GND) (a) 4106 pinout VCC 1 + 5V1 A8 A9 H G A10 S D8 D7 D6 D5 D4 (GND) 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 Data in/out (three - state) A0 to A10 D1 S to G W D8 Address lines Chip select (CS) Output enable (OE) Read/write Enable (WE) (b) 4016 static RAM Hình 2-2 Hình 2-2 veõ sô ñoà chaân cuûa DRAM TMS 4116 thuoäc loaïi MOS ñöôïc toå chöùc thaønh 16*1bit theo baûng 2-1 thì 16K töông öùng vôùi 16.384 vò trí oâ nhôù thöïc teá. Nhö vaäy caàn phaûi coù 14 bít ñòa chæ töùc14 ñöôøng ñòa chæ, bôûi 214 baèng 16384. Ñeå tieát kieäm soá ñöôøng ñòa chæ vaø giaûm soá ch aân treân IC haàu heát caùc loaïi DRAM ñeàu duøng phöông phaùp ñòa chæ multiplex, thay vì 14 ñöôøng, nay chæ caàn 7 ñöôøng ñòa chæ ñaàu tieân chöùa thoâng tin veà haøng roài roài tieáp sau mang thoâng tin veà coät. Ñeå kieåm soaùt thao taùc naøy ngöôøi ta duøng daây RAS vaø CAS nhö hình 2-2. Khi RAS thaáp thì thoâng tin treân ñöôøng ñòa chæ seõ ñöôïc môû thoâng thoâng qua maïch choát ñòa chæ haøng (row-address latch). Khi CAS thaáp thì thoâng tin treân ñöôøng döõ lieäu seõ ñöôïc môû. 16 15 14 13 12 11 10 9 16Kx1 4116 (+5) VBB Din WE RAS A0 A1 A2 (+12V) VDD 1 2 3 4 5 6 7 8 VSS (GND) GAS DOUT A6 A3 A4 A5 VCC (+5V) RAM tónh TMS loaïi 4016 loaïi CMOSa a) Sô ñoà chaân cuûa 4016; b)R RAM tónh 4016 Sô ñoà chaân DRAM 4116 RAS W D GAS 1 2 . . . 128 A0 /A7 A1 /A8 A2 /A9 A3 /A10 A4 /A11 A5 /A12 A6 /A13 Row address LED a t c h Row D e c o d e r DRAM memory array 128 x 128 (16.384 bit) Buffers sense amps and refreesh Column decoder Column address latch 1 2 . . . 12N 1 2 . . . 12N A7 . . . A13 GAS DOUT RAS Thoâng qua maïch dioât ñòa chæ coät (colum - address latch) caùc ñöôøng RAS vaø CAS khoâng bao giôø ñöôïc pheùp caû hai cuøng thaáp moät luùc, vì seõ bò laãn loän trong hoaït ñoäng cuûa vi maïch. Ñöôøng daây môû thao taùc ghi WE (write enable) coù taùc duïng xaùc ñònh loaïi thao taùc ñoïc hai ghi. Khi WE thaáp thì döõ lieäu treân ñöôøng Din seõ ñöôïc ghi vaøo ñòa chæ ñaõ ñöôïc choïn. Coøn khi WE cao thì döõ lieäu töø ñòa chæ ñaõ ñöôïc choïn seõ xuaát hieän treân ñöôøng daây Dout. Ngöôøi ta thöïc hieän “laøm töôi” baèng döõ lieäu ñoïc, döõ lieäu ghi hoaëc baèng thao taùc rieâng. Maïch ñieän ñieàu khieån vieäc “laøm töôi” phaûi choïn tuaàn töï töøng haøng caùc phaàn töû nhôù, cöù moãi haøng moät laàn, cho ñeán khi taát caû caùc haøng ñeàu ñöôïc “laøm töôi”. Ñoù laø phöông phaùp laøm töôi töøng ñôït. Trong quaù trìng ñoù, khoâng ñöôïc ñoïc hay ghi döõ lieäu vaøo boä nhôù cho ñeán khi naøo keát thuùc quaù trình. Moät caùch khaùc laø “laøm töôi” töøng haøng trong caùc ch kyø rôøi raïc vaø goïi laø laøm töôi theo chu kyø ñôn. Trong hình maïch ñieàu khieån “laøm töôi” seõ taùc ñoäng boä multiplexer chuyeån noái töø caùc ñöôøng daây ñòa chæ sang boä ñeám ñòa chæ haøng caàn phaûi laøm töôi. Khi soá ñeám ñòa chæ haøng ñaõ ñöôïc xaùc ñònh thì noù seõ cung caáp thoâng tin veà ñòa chæ (RA0 - RA6) ñeå chuyeån böôùc tuaàn töï theo töøng haøng trong ma traän nhôù. Khi boä ñeám naøy ñeám ñeán heát, töùc laø ñeán haøng cuoái cuøng trong daõy caùc phaàn töû nhôù thì chu kyø “laøm töôi” keát thuùc. Luùc ñoù boä multiplexer ñöôïc chuyeån noái trôû laïi vaøo caùc ñöôøng ñòa chæ, vaø caùc phaàn töû nhôù laïi quay veà laøm vieäc vôùi heä thoáng. b.ROM ROM (read only Memory) boä nhôù chæ ñöôïc ñoïc ra. Chæ coù theå ñoïc döõ lieäu ra maø khoâng ghi vaøo noù, vì vaäy noù ñöôïc coi nhö boä nhôù khoâng thay ñoåi (nonvolative) töùc laø khoâng bò maát döõ lieäu khi ngaét nguoàn nuoâi. Noùi chung laø coù ba loaïi ROM. ROM maët naï (Maskable ROM) laø loaïi ROM do nhaø maùy naïp saün caùc thoâng tin, döõ lieäu. Khi ñaõ coù ñöôïc chöông trình hoùa nhö vaäy roài thì caùc bít döõ lieäu khoâng theå thay ñoåi ñöôïc nöõa. ROM coù theå naïp chöông trình (PROM – Programmable ROM) laø loaïi ROM maø ngöôøi ta söû duïng coù theå na._.