Thiết kế và thi công mạch quang báo dung EPROM

PHAÀN I: MÔÛ ÑAÀU I. LÔØI GIÔÙI THIEÄU: Ngaøy nay, tröôùc khi böôùc vaøo moät hieäu saùch, baïn coù theå bieát ñöôïc hieäu saùch ñoù baùn caùc loaïi saùch gì, coù loaïi saùch maø mình caàn mua khoâng… nhôø vaøo baûng ñeøn quang baùo raát baét maét ñaët tröôùc cöûa hieäu. Hoaëc khi vaøo saân bay baïn bieát ñöôïc giôø giaác caùc chuyeán bay, caùc thoâng baùo ngaén cuûa phi tröôøng, … cuõng nhôø vaøo quang baùo. Ñoâi khi ñi ngoaøi ñöôøng ôû thaønh phoá luùc veà ñeâm, baïn seõ thaáy ñöôïc caùc baûng quang baùo lôùn hôn vôùi caùc hình aûnh cöû ñoäng ñöôïc nhö li Coca Cola ñang suûi boït, caùc logo saûn phaåm xuaát hieän daàn daàn theo nhieàu kieåu (traøn töø döôùi leân, töø treân xuoáng, lan daàn töø traùi qua phaûi, töø phaûi qua traùi, …) Nhö vaäy quang baùo ngaøy nay ñaõ ñöôïc ñöa vaøo söû duïng ôû raát nhieàu lónh vöïc khaùc nhau nhö: giôùi thieäu saûn phaåm, thoâng baùo tin töùc (thay cho caùc baûn tin baèng giaáy)… Vôùi öùng duïng roäng raõi nhö vaäy, ta haõy thöû tìm hieåu xem moät maïch quang baùo goàm nhöõng gì, nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa noù ra sao,… qua ñeà taøi “Thieát keá vaø thi coâng maïch quang baùo duøng EPROM”. II. GIÔÙI HAÏN ÑEÀ TAØI: Nhö ñaõ giôùi thieäu ôû treân, quang baùo coù theå hieån thò ñöôïc caùc hình aûnh cöû ñoäng chöù khoâng goùi goïn trong vieäc hieån thò caùc chöõ. Tuy nhieân, do ñieàu kieän coù haïn neân ñeà taøi chæ giôùi haïn ôû vieäc hieån thò caùc chöõ chaïy, chôùp taét vôùi maøu cuûa chöõ ñöôïc thay ñoåi theo yù cuûa ngöôøi vieát chöông trình. PHAÀN II: GIÔÙI THIEÄU VEÀ MAÏCH QUANG BAÙO VAØ CAÙC IC COÙ LIEÂN QUAN ÑEÁN MAÏCH CHÖÔNG 1 : GIÔÙI THIEÄU MAÏCH QUANG BAÙO Coù nhieàu caùch ñeå laøm moät maïch quang baùo: duøng IC rôøi, duøng EPROM, duøng vi xöû lyù hoaëc duøng maùy vi tính ñeå ñieàu khieån maïch. Neáu duøng IC rôøi thì ta söû duïng caùc IC giaûi ña hôïp (Demultiplexer) keát hôïp vôùi caùc Diode ñeå laøm thaønh maïch ROM (kieåu ROM naøy ñöôïc goïi laø Made Home). Chöông trình cho loaïi ROM naøy ñöôïc taïo ra baèng caùch saép xeáp vò trí caùc Diode trong ma traän, moãi khi caàn thay ñoåi chöông trình thì phaûi thay ñoåi laïi vò trí caùc Diode naøy (thay ñoåi veà phaàn cöùng). Dung löôïng boä nhôù kieåu naøy thay ñoåi theo kích thöôùc maïch, kích thöôùc caøng lôùn thì dung löôïng caøng lôùn (vì khi taêng dung löôïng thì phaûi theâm IC giaûi ña hôïp, theâm caùc Diode neân kích thöôùc cuûa maïch taêng leân). Neáu muoán ñuû boä nhôù ñeå chaïy moät maïch quang baùo bình thöôøng thì kích thöôùc maïch phaûi raát lôùn neân giaù thaønh seõ leân cao, ñoä phöùc taïp taêng leân. Do ñoù, daïng ROM naøy khoâng ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu cuûa maïch quang baùo naøy. Khi thay caùc IC rôøi ôû treân baèng EPROM thì kích thöôùc maïch vaø giaù thaønh seõ giaûm ñaùng keå. Kích thöôùc cuûa EPROM haàu nhö khoâng taêng theo dung löôïng boä nhôù cuûa noù. Ngoaøi ra, khi muoán thay ñoåi chöông trình hieån thò thì ta chæ vieäc vieát chöông trình môùi (thay ñoåi veà phaàn meàm) naïp vaøo EPROM hoaëc thay EPROM cuõ baèng moät EPROM môùi coù chöùa chöông trình caàn thay ñoåi. Vieäc thay ñoåi chöông trình kieåu naøy thöïc hieän ñôn giaûn hôn raát nhieàu so vôùi caùch duøng IC rôøi ôû treân. Ñaëc bieät, khi coù yeâu caàu hieån thò hình aûnh thì vieäc söû duïng EPROM ñeå ñieàu khieån laø hôïp lyù nhaát, noù ñôn giaûn hôn nhieàu so vôùi vieäc duøng vi xöû lyù hoaëc maùy vi tính ñeå ñieàu khieån. Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích nhö sau: do vi xöû lyù vaø maùy vi tính muoán giao tieáp vôùi beân ngoaøi ñeàu phaûi thoâng qua chöông trình vaø caùc IC ngoaïi vi coøn EPROM thì giao tieáp tröïc tieáp vaø khoâng caàn chöông trình ñieàu khieån noù. Vì phaûi duøng chöông trình neân tín hieäu ñieàu khieån ñöa ra ngoaøi tuaàn töï, khoâng ñöôïc lieân tuïc nhö EPROM neân khi muoán hieån thò hình aûnh thì seõ gaëp nhieàu khoù khaên (do hieån thò hình aûnh thì caàn queùt caû haøng laãn coät, vaø vì tín hieäu ñieàu khieån xuaát hieän tuaàn töï neân seõ khoù ñoàng boä giöõa queùt haøng vaø coät, töø ñoù seõ gaây khoù khaên cho vieäc hieån thò hình aûnh treân baûng ñeøn). Khi vi xöû lyù tham gia vaøo thì maïch quang baùo seõ coù ñöôïc nhieàu chöùc naêng hôn, tieän lôïi hôn nhöng cuõng ñaét tieàn hôn. Vôùi kit vi xöû lyù ñieàu khieån quang baùo ta coù theå thay ñoåi chöông trình hieån thò moät caùch deã daøng baèng caùch nhaäp chöông trình môùi vaøo RAM (thay ñoåi chöông trình ngay treân kit, khoâng caàn phaûi thaùo IC nhôù ra ñem naïp chöông trình nhö EPROM). Do vi xöû lyù coù nhieàu chöùc naêng neân vieäc ñoåi maøu cho baûng ñeøn cuõng ñöôïc thöïc hieän moät caùch deã daøng. Tuy nhieân, khi söû duïng vi xöû lyù ñeå laøm maïch quang baùo thì giaù thaønh cuûa maïch laïi taêng leân nhieàu so vôùi khi söû duïng EPROM vì kit vi xöû lyù caàn phaûi coù EPROM löu chöông trình ñieàu khieån cho vi xöû lyù, caùc IC ngoaïi vi (giao tieáp baøn phím, hieån thò,…), caùc RAM ñeå nhôù chöông trình, caùc phím nhaäp döõ lieäu (do coù phím neân kích thöôùc maïch taêng leân nhieàu)… Ngoaøi ra, do vi xöû lyù phaûi gôûi döõ lieäu ra IC ngoaïi vi (thöôøng laø 8255A) roài môùi ñieàu khieån vieäc hieån thò treân baûng ñeøn neân khi caàn hieån thò hình aûnh thì caùch duøng vi xöû lyù seõ phöùc taïp hôn nhieàu so vôùi khi duøng EPROM (nhö ñaõ giaûi thích ôû treân). Ngoaøi ra, maïch quang baùo coøn coù theå ñöôïc ñieàu khieån baèng maùy vi tính. Tuy nhieân, khi duøng maùy tính ñeå ñieàu khieån quang baùo thì raát ñaét tieàn, chieám dieän tích lôùn maø chaát löôïng hieån thò cuõng khoâng hôn so vôùi khi duøng EPROM. Qua caùc phöông aùn ñöôïc neâu ra ôû treân thì caùch söû duïng EPROM ñöôïc choïn vì ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu cuûa moät maïch quang baùo bình thöôøng, giaù thaønh laïi reû hôn vaø maïch ñieän ñôn giaûn hôn so vôùi khi duøng kit vi xöû lyù hoaëc duøng maùy vi tính, vieäc thay ñoåi chöông trình cuõng deã daøng hôn nhieàu so vôùi vieäc can thieäp vaøo phaàn cöùng nhö caùch duøng caùc IC rôøi. Döôùi ñaây laø sô ñoà khoái cuûa moät maïch quang baùo duøng EPROM vôùi maøu cuûa chöõ thay ñoåi ñöôïc tuyø theo chöông trình naïp vaøo EPROM. SÔ ÑOÀ KHOÁI MAÏCH QUANG BAÙO DUØNG EPROM DAO ÑOÄNG - TAÏO ÑÒA CHÆ GIAÛI MAÕ ÑÒA CHÆ GIAÛI MAÕ HIEÅN THÒ (EPROM) ÑIEÀU KHIEÅN MAØU CHOÁT DÖÕ LIEÄU (I) CHOÁT DÖÕ LIEÄU (II) ÑEÄM NGOÕ RA (HAØNG) THUÙC COÂNG SUAÁT (HAØNG) ÑEÄM NGOÕ RA COÄT (I) ÑEÄM NGOÕ RA COÄT (II) THUÙC COÂNG SUAÁT COÄT (I) THUÙC COÂNG SUAÁTCOÄT (II) BAÛNG ÑEØN (MA TRAÄN LED) NGUOÀN * CHÖÙC NAÊNG CAÙC KHOÁI Dao ñoäng – taïo ñòa chæ: taïo ra xung vuoâng ñöa vaøo boä ñeám ñeå taïo ñòa chæ cho boä giaûi maõ hieån thò (EPROM) ñoàng thôøi ñöa caùc xung ñieàu khieån ñeán boä giaûi maõ ñòa chæ. Giaûi maõ ñòa chæ: nhaän xung ñieàu khieån töø boä dao ñoäng – taïo ñòa chæ, töø ñoù ñöa ra tín hieäu cho pheùp coät LED naøo treân baûng ñeøn (ma traän LED) ñöôïc pheùp saùng. Taïi moãi thôøi ñieåm chæ ñöa ra moät xung cho pheùp duy nhaát vaø chæ coù moät coät LED töông öùng vôùi vò trí xung ñoù ñöôïc pheùp saùng. Tín hieäu cho pheùp naøy ñöôïc ñöa ñeán hai boä choát döõ lieäu. Caùc boä choát döõ lieäu (I), (II): nhaän döõ lieäu ôû ngoõ vaøo töø boä giaûi maõ ñòa chæ, nhaän tín hieäu cho pheùp töø boä giaûi maõ maøu. Hai boä choát naøy coù ngoõ vaøo ñieàu khieån ñaûo nhau neân taïi moãi thôøi ñieåm chæ coù moät boä choát ñöôïc pheùp xuaát döõ lieäu. Quy ñònh: boä choát (I) öùng vôùi caùc coät LED xanh, boä choát (II) öùng vôùi caùc coät LED ñoû. Caùc boä ñeäm ngoõ ra (coät, haøng): caùch li taûi vaø caùc maïch ôû tröôùc noù. Boä ñeäm cuõng coù taùc duïng laøm taêng doøng ñieän ôû ngoõ ra. Caùc boä thuùc coâng suaát (coät, haøng): khueách ñaïi doøng ñieän, baûo ñaûm cung caáp ñuû doøng ñieän cho caùc maïch ôû phía sau noù vaø khoâng laøm quaù doøng cuûa caùc maïch phía tröôùc noù. Giaûi maõ hieån thò (EPROM): nhaän ñòa chæ töø boä dao ñoäng – taïo ñòa chæ, ñöa döõ lieäu ra ñeå hieån thò treân baûng ñeøn ñoàng thôøi ñöa tín hieäu ñieàu khieån ñeán boä ñieàu khieån maøu. Boä ñieàu khieån maøu: nhaän tín hieäu töø EPROM vaø töø ñoù ñöa ra tín hieäu cho pheùp boä choát naøo laøm vieäc, boä choát naøo ngöng laøm vieäc. Baûng ñeøn (ma traän LED): nhaän ñoàng thôøi hai tín hieäu töø caùc boä thuùc haøng vaø coät ñeå töø ñoù cho pheùp LED naøo treân baûng ñöôïc pheùp saùng, LED naøo khoâng ñöôïc pheùp saùng. Khoái nguoàn: baûo ñaûm cung caáp ñuû doøng cho toaøn boä maïch nhöng baûn thaân noù khoâng bò quaù doøng. CHÖÔNG 2 : GIÔÙI THIEÄU CAÙC IC SOÁ LIEÂN QUAN ÑEÁN MAÏCH ÑIEÄN I. IC 4060: IC 4060 laø moät boä ñeám/boä chia (Counter/Divider) nhò phaân khoâng ñoàng boä vôùi 14 taàng Flip-Flop. Maïch dao ñoäng cuûa noù goàm 3 chaân ñöôïc noái ra ngoaøi laø: RS, RTC, CTC; taát caû caùc ngoõ ra (10 ngoõ ra töø O3~O9, O11~O13) ñeàu ñöôïc ñeäm saün töø beân trong tröôùc khi ñöa ra ngoaøi. Quan troïng hôn heát laø chaân Master Reset (MR) duøng ñeå caám maïch dao ñoäng laøm vieäc vaø reset maïch ñeám. Khi chaân MR ôû möùc logic cao, noù seõ reset maïch ñeám laøm taát caû caùc ngoõ ra cuûa boä ñeám ñeàu ôû möùc logic thaáp, vieäc reset naøy hoaøn toaøn ñoäc laäp vôùi caùc ngoõ vaøo khaùc (baát chaáp traïng thaùi logic ôû caùc ngoõ vaøo coøn laïi). IC 4060 coù sô ñoà chaân vaø sô ñoà chöùc naêng nhö sau: 14 – STAGE BINARY COUNTER O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 O11 O12 O13 CP CD RTC CTC RS MR 7 5 4 6 14 13 15 1 2 3 11 12 10 9 SÔ ÑOÀ CHÖÙC NAÊNG CUÛA IC 4060 16 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 9 10 VDD VSS O11 O5 O13 O12 O4 O6 O3 O9 O7 O8 MR RS RTC CTC 4060 SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 4060 Chöùc naêng caùc chaân nhö sau: VDD, VSS: cung caáp nguoàn cho IC (ôû maïch naøy VDD ñöôïc noái ñeán +5V, VSS noái ñeán 0V). MR: master reset, duøng khoùa maïch dao ñoäng beân trong IC vaø reset caùc boä ñeám. Khi chaân naøy taùc ñoäng thì taát caû caùc ngoõ ra cuûa IC ñeàu bò keùo veà möùc logic thaáp. RS: clock input/oscillator pin, chaân naøy coù hai chöùc naêng: khi duøng maïch dao ñoäng töø beân ngoaøi IC thì noù coù nhieäm vuï nhaän xung, khi duøng maïch dao ñoäng beân trong IC thì noù laø moät thaønh phaàn cuûa maïch dao ñoäng (keát hôïp vôùi caùc chaân RTC, CTC). RTC: oscillator pin, chaân taïo dao ñoäng (keát hôïp vôùi caùc chaân khaùc). Khi duøng maïch dao ñoäng R-C thì moät ñaàu ñieän trôû ñöôïc noái vôùi chaân naøy. CTC: external capacitor connection, chaân taïo dao ñoäng (keát hôïp vôùi caùc chaân khaùc). Khi IC 4060 dao ñoäng vôùi maïch R-C (duøng dao ñoäng beân trong IC) thì chaân naøy ñöôïc noái vôùi moät ñaàu cuûa tuï ñieän. O3 - O9, O11 - O13: counter outputs, caùc ngoõ ra cuûa IC. Caùc ngoõ ra naøy khoâng lieân tuïc maø bò nhaûy caáp hai laàn: ngoõ ra ñaàu tieân cuûa noù laø O3 chöù khoâng phaûi O0 (nhaûy boû 3 taàng Flip-Flop ñaàu tieân, khoâng ñöa caùc taàng naøy ra ngoaøi), ngoõ ra töø O9 roài ñeán O11 (khoâng coù chaân O10 ). CP FF4 FF10 FF12 FF14 O CD FF1 MR O3 O9 O11 O13 CTC RTC RS Sô ñoà moâ taû hoaït ñoäng beân trong cuûa 4060 ñöôïc veõ nhö sau: Do xung Ck khi laáy ra ôû ngoõ ra ñaàu tieân (O3) cuûa IC 4060 thì ñaõ ñöôïc chia qua 3 taàng Flip-Flop moät caùch töï ñoäng neân giaûn ñoà thôøi gian ôû ñaây chæ veõ baét ñaàu khi coù xung Ck thöù 3 taùc ñoäng vaøo IC. Giaûn ñoà thôøi gian cuûa IC 4060 nhö sau: Ck MR O3 O4 O12 O13 Caáu truùc caùc phaàn töû trong maïch dao ñoäng cuûa 4060 cho pheùp thieát keá maïch dao ñoäng hoaëc laøm vieäc vôùi tuï-ñieän trôû (maïch dao ñoäng R-C) hoaëc laøm vieäc vôùi thaïch anh. Ngoaøi ra, ta cuõng coù theå thay theá maïch dao ñoäng beân trong baèng moät tín hieäu xung ñoàng hoà töø beân ngoaøi ñöa vaøo chaân RS, khi duøng xung Ck töø beân ngoaøi thì boä ñeám seõ hoaït ñoäng khi coù caïnh xuoáng cuûa xung taùc ñoäng. * Maïch dao ñoäng cuûa 4060 khi duøng tuï-ñieän trôû ñöôïc raùp nhö sau: Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng: ñaây laø loaïi maïch dao ñoäng cuûa CMOS. Maïch chæ dao ñoäng ñöôïc khi chaân MR ôû möùc cao (chæ ñuùng vôùi hình veõ naøy, ôû cacù hình treân thì chaân MR taùc ñoäng ôû möùc cao). Neáu chaân MR ôû möùc thaáp thì ngoõ ra cuûa coång NAND seõ bò khoùa cheát ôû möùc logic [1] neân maïch khoâng dao ñoäng ñöôïc. Khi chaân MR ôû möùc logic [1] thì coång NAND seõ hoaït ñoäng nhö moät coång NOT. Ta nhaän thaáy traïng thaùi logic taïi ñieåm 2 vaø 3 luoân luoân ngöôïc nhau (ngoõ vaøo vaø ra cuûa coång NOT). Taàn soá dao ñoäng cuûa maïch naøy phuï thuoäc vaøo trò soá cuûa tuï vaø ñieän trôû. Baây giôø, giaû söû ngoõ vaøo 1 ôû möùc logic [0] thì ngoõ ra 2 cuûa coång NAND (ñoàng thôøi laø ngoõ vaøo cuûa coång NOT) ôû möùc logic [1], ngoõ ra 3 cuûa coång NOT seõ ôû möùc logic [0]. Luùc naøy tuï Ct seõ naïp ñieän qua Rt theo ñöôøng nhö sau: doøng ñieän töø cöïc döông cuûa nguoàn ® ngoõ ra coång NAND ® Rt ® Ct ® vaøo coång NOT ® cöïc aâm cuûa nguoàn. Khi tuï Ct naïp ñeán giaù trò > VT moät chuùt (VT : ñieän theá maø taïi ñoù traïng thaùi logic chuyeån töø thaáp leân cao) thì ngoõ vaøo cuûa coång NAND seõ chuyeån leân möùc logic [1], ngoõ ra cuûa noù seõ thaønh möùc logic [0] vaø laøm cho ngoõ ra cuûa coång NOT trôû thaønh möùc logic [1]. Do coù söï thay ñoåi möùc logic taïi hai ñieåm 2 vaø 3 neân tuï Ct seõ xaû ñieän (cuõng qua ñieän trôû Rt). Khi Ct xaû thì ñieän theá taïi ngoõ vaøo coång NAND (V1) giaûm daàn, khi V1 giaûm ñeán giaù trò < VT moät chuùt thì ngoõ ra coång NAND seõ chuyeån leân traïng thaùi logic [1] vaø ngoõ ra coång NOT seõ veà laïi möùc logic [0]. Luùc naøy traïng thaùi logic taïi caùc ñieåm 1, 2, 3 laïi trôû veà traïng thaùi ban ñaàu vaø tuï Ct laïi tieáp tuïc naïp ñieän, baét ñaàu laïi quaù trình naïp-xaû keá tieáp. Vaø cöù nhö theá tieáp tuïc maõi maõi, ta seõ coù ñöôïc maïch dao ñoäng taïo xung vuoâng vôùi taàn soá phuï thuoäc giaù trò Rt, Ct vaø ñöôïc tính theo coâng thöùc sau: Ct Rt . . 3 , 2 1 f = vôùi : Ct ³ 100pF 10KΩ ≤ Rt ≤ 1MΩ * Maïch dao ñoäng 4060 duøng thaïch anh ñöôïc raùp nhö sau: Maïch naøy coù taàn soá dao ñoäng laø taàn soá rieâng cuûa thaïch anh, ñieän trôû R2 duøng giôùi haïn doøng ñieän qua IC. Tuï bieán dung C1 duøng loïc bôùt taàn soá coäng höôûng höôûng cuûa thaïch anh (do thaïch anh vöøa coù dao ñoäng coäng höôûng noái tieáp, vöøa coù coäng höôûng song song) II.IC 4040: IC 4040 laø boä ñeám nhò phaân khoâng ñoàng boä goàm 12 taàng Flip-Flop, caû 12 ngoõ ra naøy (O0~O11) ñeàu ñaõ ñöôïc ñeäm tröôùc khi ñöa ra ngoaøi. Chaân MR (Master Reset) taùc ñoäng ôû möùc cao, khi MR taùc ñoäng thì toaøn boä caùc ngoõ ra cuûa IC bò keùo xuoáng möùc thaáp baát chaáp traïng thaùi cuûa chaân CP luùc ñoù. IC 4040 thöôøng ñöôïc duøng laøm boä chia taàn soá, ñöôïc söû duïng trong caùc maïch laøm treã hoaëc ñeå ñieàu khieån söï hoaït ñoäng cuûa caùc boä ñeám khaùc. IC 4040 coù sô ñoà chaân vaø sô ñoà caáu taïo beân trong nhö sau: 10 CD MR CP\ T O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 O10 O11 11 9 7 6 5 3 2 4 13 12 14 15 1 12 – STAGE COUNTER SÔ ÑOÀ NOÄI BOÄ CUÛA IC 4040 16 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 9 10 VDD VSS O11 O6 O4 O5 O3 O2 O1 O10 O9 O7 O8 MR CP\ O0 4040 SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 4040 Chöùc naêng caùc chaân cuûa IC 4060 nhö sau: VDD, VSS: hai chaân caáp nguoàn cuûa IC. VDD noái vôùi nguoàn döông, VSS noái vôùi nguoàn aâm. ÔÛ maïch naøy VDD ñöôïc noái ñeán +5V, VSS ñöôïc noái vôùi mass (0V). CP: clock input, chaân nhaän xung cuûa IC. Ñeå IC hoaït ñoäng ñöôïc thì phaûi coù xung ñöa vaøo noù (vì boä ñeám thöïc chaát laø caùc boä chia taàn soá neân baét buoäc phaûi coù taàn soá ngoõ vaøo môùi laáy ñöôïc taàn soá caàn chia ôû ngoõ ra). IC 4040 hoaït ñoäng vôùi caïnh xuoáng cuûa xung taùc ñoäng: khi xung ñöa vaøo IC chuyeån töø traïng thaùi logic cao veà traïng thaùi logic thaáp thì boä ñeám seõ ñeám leân moät xung (hoaëc taàn soá ôû ngoõ ra ñöôïc chia ñoâi theâm moät laàn nöõa). MR: master reset input, chaân naøy duøng ñeå reset IC, taùc ñoäng ôû möùc cao. Khi chaân MR ñöôïc ñöa leân möùc logic cao thì IC 4040 bò reset laøm toaøn boä caùc ngoõ ra cuûa noù bò keùo xuoáng möùc logic thaáp. O0 ~ O11: parallel outputs, caùc ngoõ ra song song cuûa IC. Khoâng nhö IC 4060, caùc ngoõ ra cuûa IC 4040 ñöôïc laáy ra moät caùch lieân tuïc (khoâng nhaûy caáp), ñieàu naøy seõ taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho ngöôøi thieát keá maïch khi söû duïng noù. IC 4040 coù sô ñoà moâ taû hoaït ñoäng beân trong nhö sau: CP FF2 FF12 O CD FF1 MR O0 O1 O11 CP O SÔ ÑOÀ MOÂ TAÛ HOAÏT ÑOÄNG BEÂN TRONG CUÛA IC 4040 IC 4040 coù giaûn ñoà thôøi gian nhö sau: Ck MR O0 O1 O10 O11 III. IC 74164: * Giôùi thieäu IC 74164: IC 74164 laø moät thanh ghi dòch 8 bit vaøo noái tieáp-ra song song (Serial-in Parallel-out), laøm vieäc ñöôïc ôû taàn soá cao nhôø söû duïng Diode Schottky beân trong. Döõ lieäu noái tieáp ñöôïc nhaäp vaøo thoâng qua coång AND 2 ngoõ vaøo, vieäc nhaäp naøy ñoàng boä vôùi caïnh leân xung Ck. Chaân Clear (Clr) taùc ñoäng khoâng ñoàng boä vôùi xung Ck, khi chaân naøy taùc ñoäng thì thanh ghi dòch seõ bò xoùa, taát caû caùc ngoõ ra cuûa noù seõ bò keùo xuoáng möùc thaáp. Veà maët giao tieáp vôùi caùc IC khaùc thì IC 74164 ñöôïc cheá taïo ñeå töông thích hoaøn toaøn vôùi caùc IC thuoäc hoï TTL (cuûa haõng Motorola). IC 74164 coù sô ñoà chaân, sô ñoà noäi boä nhö sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 14 13 12 11 9 10 VCC GND A QB QA B QC QD QH QG QF QE Clr Clk 74164 SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 74164 Chöùc naêng caùc chaân cuûa IC 74164 nhö sau: VCC, GND: duøng caáp nguoàn cho IC hoaït ñoäng. VCC ñöôïc noái ñeán cöïc döông cuûa nguoàn (+5V do laø IC hoï TTL), GND ñöôïc noái ñeán cöïc aâm cuûa nguoàn (0V). Ñoái vôùi caùc IC soá thuoäc hoï TTL thì ñoøi hoûi phaûi coù nguoàn cung caáp chính xaùc (5V± 5%). A, B: ngoõ vaøo döõ lieäu noái tieáp cuûa IC 74164, ñaây laø hai ngoõ vaøo cuûa moät coång AND 2 ngoõ vaøo. Döõ lieäu muoán ñeán ñöôïc Flip-Flop ñaàu tieân ñeå baét ñaàu quaù trình ghi dòch thì phaûi qua coång AND 2 ngoõ vaøo naøy. Clk: chaân nhaän xung clock (taùc ñoäng caïnh leân). Döõ lieäu ôû hai ngoõ vaøo A, B ñöôïc ñöa ñeán ngoõ ra (ñoàng thôøi döõ lieäu ôû caùc ngoõ ra coøn laïi dòch phaûi moät bit) ñoàng boä vôùi xung ñöa vaøo chaân naøy. Ñieàu naøy coù nghóa laø IC seõ thöïc hieän vieäc ghi dòch moãi khi coù caïnh leân xung clock taùc ñoäng. Clr: chaân reset IC, chaân naøy taùc ñoäng ôû möùc thaáp. Khi chaân Clr ôû möùc logic cao thì IC ñöôïc pheùp hoaït ñoäng bình thöôøng (ghi dòch), nhöng khi chaân naøy ñöôïc ñöa xuoáng möùc logic thaáp thì IC bò reset ngay laäp töùc: taát caû caùc ngoõ ra cuûa noù ñeàu bò keùo xuoáng möùc logic thaáp. Vieäc reset naøy khoâng ñoàng boä vôùi xung clock ñöa vaøo IC, nghóa laø ôû baát kyø traïng thaùi naøo cuûa xung clock (duø ñang ôû möùc logic cao hay thaáp hoaëc ñang chuyeån traïng thaùi) ta ñeàu thöïc hieän ñöôïc vieäc reset IC baèng caùch haï chaân Clr naøy xuoáng möùc thaáp. QA ~ QH : caùc ngoõ ra song song cuûa IC. Caùc ngoõ naøy coù theå ñöôïc laáy ra cuøng luùc hoaëc töøng ngoõ tuyø vaøo yeâu caàu cuûa ngöôøi söû duïng. Sô ñoà noäi boä cuûa IC 74164 nhö sau: A B Clk Clr D Q CD QA D Q CD CD D Q QB QH SÔ ÑOÀ MOÂ TAÛ HOAÏT ÑOÄNG BEÂN TRONG CUÛA IC 74164 IC 74164 coù baûng caùc traïng thaùi hoaït ñoäng nhö sau: OPERATING MODE INPUTS OUTPUTS Clr A B QA QB – QH Reset (Clear) L x x L L – L Shift H H H H l l l h h l h h L L L H qA - qG qA - qG qA - qG qA - qG L (l): LOW Voltage Levels. H(h): HIGH Voltage Levels. x: Don’t Care. qn: bieåu thò cho traïng thaùi logic taïi ngoõ ra thöù n cuûa IC (n: A ~ H). * Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa IC 74164: Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa IC ñöôïc giaûi thích nhö sau: khi coù caïnh leân xung Ck ñaàu tieân taùc ñoäng vaøo chaân Clk thì döõ lieäu ôû ngoõ vaøo (A, B) seõ ñöôïc dòch ñeán ngoõ ra ñaàu tieân QA, traïng thaùi logic cuûa taát caû caùc ngoõ ra khaùc khoâng thay ñoåi. Khi xung Ck thöù hai taùc ñoäng thì döõ lieäu töø ngoõ ra ñaàu tieân QA seõ dòch ñeán ngoõ ra thöù hai QB, döõ lieäu töø ngoõ vaøo ñöôïc dòch ñeán ngoõ ra ñaàu tieân, traïng thaùi logic cuûa taát caû caùc ngoõ ra coøn laïi khoâng ñoåi. Cöù töông töï nhö theá cho ñeán khi xung thöù 8 taùc ñoäng thì döõ lieäu ñaàu tieân ñaõ ñöôïc dòch ñeán ngoõ ra cuoái cuøng QH. Döõ lieäu ôû ngoõ vaøo dòch ñeán ngoõ ra QA, döõ lieäu töø QA dòch sang QB,… Nhö vaäy döõ lieäu ñöa vaøo noái tieáp ñaõ ñöôïc laáy ra song song ôû caû 8 ngoõ ra sau 8 xung Ck taùc ñoäng. Khi coù xung thöù 9 taùc ñoäng thì döõ lieäu töø ngoõ vaøo seõ ñöôïc chuyeån ñeán ngoõ ra ñaàu tieân, traïng thaùi logic ôû caùc ngoõ ra khaùc seõ ñöôïc dòch phaûi moät bit (nhö hình veõ), traïng thaùi logic ôû ngoõ ra cuoái cuøng seõ töï ñoäng bieán maát. IV. IC 74138: * Giôùi thieäu IC 74138: IC 74138 laø loaïi IC duøng giaûi maõ/giaûi ña hôïp (Decoder/Demultiplexer) laøm vieäc ñöôïc vôùi taàn soá cao, noù ñaëc bieät thích hôïp khi duøng laøm boä giaûi maõ ñòa chæ taùc ñoäng vaøo chaân choïn IC (Chip Select) cuûa caùc IC nhôù löôõng cöïc. IC 74138 coù sô ñoà chaân nhö sau: 16 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 9 10 VCC GND A0 E1\ A2 A1 E2\ E3 O7\ O0\ O1\ O2\ O3\ O4\ O5\ O6\ 74138 SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 74138 Chöùc naêng caùc chaân cuûa IC 74138: VCC, GND: duøng caáp nguoàn cho IC hoaït ñoäng. VCC ñöôïc noái ñeán cöïc döông cuûa nguoàn (+5V do laø IC hoï TTL), GND ñöôïc noái ñeán cöïc aâm cuûa nguoàn (0V). A0, A1, A2: caùc ngoõ vaøo choïn traïng thaùi ngoõ ra (coù theå coi nhö ñaây laø caùc ñöôøng ñòa chæ cuûa IC 74138). Toå hôïp traïng thaùi logic cuûa 3 ngoõ vaøo naøy ta seõ ñöôïc 8 traïng thaùi logic khaùc nhau ôû 8 ngoõ ra cuûa IC (23 = 8). E1, E2, E3: 3 ngoõ vaøo ñieàu khieån IC. IC chæ ñöôïc pheùp hoaït ñoäng bình thöôøng khi caû 3 chaân naøy ñeàu ôû möùc logic cho pheùp IC hoaït ñoäng (cuï theå laø E1, E2 ôû möùc logic thaáp, E3 ôû möùc logic cao). Chæ caàn 1 trong 3 chaân naøy ôû möùc logic khoâng phuø hôïp thì IC seõ bò caám ngay laäp töùc (taát caû caùc ngoõ ra ñeàu ôû möùc logic cao) baát chaáp traïng thaùi ôû caùc ngoõ vaøo coøn laïi. O0 – O7: caùc ngoõ ra cuûa IC. Tuøy thuoäc vaøo traïng thaùi cuûa caùc ñöôøng ñòa chæ maø ta coù traïng thaùi ôû ngoõ ra töông öùng. Khi IC ñang hoaït ñoäng bình thöôøng (caû 3 chaân ñieàu khieån ñeàu ôû möùc logic cho pheùp) thì taïi moät thôøi ñieåm nhaát ñònh chæ coù moät ngoõ ra duy nhaát ñöôïc ôû möùc logic thaáp, taát caû caùc ngoõ coøn laïi ñeàu phaûi ôû möùc logic cao. IC 74138 coù sô ñoà moâ taû hoaït ñoäng beân trong nhö sau: A0 A1 A2 E1\ E2\ E3 O6 O7 O5 O4 O3 O2 O1 O0 Baûng traïng thaùi cuûa IC 74138: INPUTS OUTPUTS E1\ E2\ E3 A0 A1 A2 O0\ O1\ O2\ O3\ O4\ O5\ O6\ O7\ H X X L L L L L L L L x H x L L L L L L L L X x L H H H H H H H H x x x L H L H L H L H x x x L L H H L L H H x x x L L L L H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H: HIGH Voltage Level. L: LOW Voltage Level. x: Don’t care. * Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa IC 74138: Döïa vaøo baûng traïng thaùi ta thaáy: chæ caàn 1 trong 3 chaân cho pheùp (E1, E2, E3) ôû traïng thaùi caám (khoâng cho pheùp IC hoaït ñoäng) thì taát caû caùc ngoõ ra cuûa IC 74138 ñeàu ôû möùc logic cao baát chaáp traïng thaùi logic cuûa caùc chaân ñòa chæ (A0, A1, A2). Chaúng haïn nhö khi chaân E1 ôû möùc logic cao thì taát caû caùc ngoõ ra cuûa IC ñeàu ôû möùc logic cao, baát chaáp traïng thaùi cuûa caùc chaân coøn laïi nhö: E2, E3, A0, A1, A2. Ta nhaän thaáy khi caû 3 ñöôøng ñòa chæ ñeàu ôû möùc logic thaáp 00h (vôùi ñieàu kieän laø caùc ngoõ vaøo ñieàu khieån ñeàu phaûi ôû möùc logic thích hôïp ñeå IC hoaït ñoäng) thì chæ coù duy nhaát moät ngoõ ra ñaàu tieân laø ôû möùc logic thaáp, taát caû caùc ngoõ ra coøn laïi ñeàu ôû möùc logic cao. Khi ñòa chæ ñöa vaøo IC taêng leân moät (01h) thì möùc logic thaáp naøy ñöôïc chuyeån ñeán ngoõ ra thöù hai vaø cuõng chæ coù duy nhaát ngoõ ra naøy ôû möùc logic thaáp. Khi ñòa chæ ñöa vaøo IC laø 08h thì möùc logic thaáp seõ ôû ngoõ ra cuoái cuøng (O7). Nhö vaäy, möùc logic thaáp ôû ngoõ ra seõ di chuyeån töông öùng vôùi ñòa chæ ñöa vaøo IC. V. IC 74373: * Giôùi thieäu IC 74373: IC 74373 goàm 8 maïch choát laø caùc Flip-Flop cuøng vôùi 8 boä ñeäm ngoõ ra 3 traïng thaùi. IC naøy coù hai chaân ñieàu khieån: moät chaân cho pheùp nhaäp döõ lieäu vaøo IC, chaân coøn laïi quyeát ñònh vieäc xuaát döõ lieäu cuûa IC, caû hai chaân naøy laøm vieäc ñoäc laäp vôùi nhau. Traïng thaùi logic ôû ngoõ vaøo vaø ngoõ ra cuûa IC khoâng ñaûo nhau. IC 74373 coù sô ñoà chaân nhö sau: 16 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 9 10 VCC GND OE\ D2 D1 O1 O2 O3 D3 O8 D8 D7 O7 O6 D6 D5 74373 20 19 17 18 D4 O4 O5 LE SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 74373 Chöùc naêng caùc chaân cuûa IC nhö sau: VCC, GND: töông töï nhö caùc IC treân, hai chaân naøy cuõng duøng ñeå caáp nguoàn nuoâi cho IC, VCC cuõng noái vôùi +5V, GND ñöôïc noái mass. LE: latch enable, chaân cho pheùp choát döõ lieäu. Khi chaân naøy ôû möùc logic cao thì döõ lieäu môùi ñöôïc pheùp nhaäp vaøo IC, khi noù ôû möùc logic thaáp thì döõ lieäu môùi khoâng ñöôïc pheùp nhaäp vaøo vaø döõ lieäu cuõ (ñaõ ñöôïc ñöa vaøo tröôùc ñoù) vaãn coøn ôû ngoõ ra cuûa noù. OE: output enable, chaân cho pheùp xuaát döõ lieäu. Khi chaân naøy ôû möùc logic thaáp thì döõ lieäu ôû ngoõ ra cuûa Flip-Flop (beân trong IC) ñöôïc ñöa ra ngoaøi. Ngöôïc laïi, khi chaân naøy ôû möùc logic cao thì döõ lieäu khoâng ñöôïc pheùp ñöa ra ngoaøi vaø taát caû caù ngoõ ra ñeàu ôû traïng thaùi toång trôû cao. D1 – D8: data inputs, caùc ngoõ vaøo cuûa IC. Döõ lieäu ñöôïc ñöa vaøo IC thoâng qua caùc ngoõ naøy. O1 – O8: outputs, caùc ngoõ ra töông öùng vôùi caùc ngoõ vaøo treân. Cuï theå laø ngoõ ra O1 töông öùng vôùi ngoõ vaøo D1, O2 töông öùng vôùi D2,… O8 töông öùng vôùi D8. IC 74373 coù sô ñoà noäi boä nhö sau: SÔ ÑOÀ MOÂ TAÛ HOAÏT ÑOÄNG BEÂN TRONG CUÛA IC 74373 LATCH ENABLE LE D G D D1 D G G O O O D2 D8 O1 O2 O8 OUTPUT ENABLE OE Baûng caùc traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa IC 74373: OUTPUT ENABLE (OE) LATCH ENABLE (LE) Dn On L L L H H H L X H L X X H L Q0 Z H: HIGH Voltage Level. L: LOW Voltage Level. Z: High Impedence (toång trôû cao). X: Immaterial (khoâng quan troïng). Dn: ngoõ vaøo thöù n cuûa IC. On: ngoõ ra thöù n (töông öùng ngoõ vaøo thöù n) . * Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa IC 74373: Döïa vaøo baûng traïng thaùi ta nhaän thaáy döõ lieäu môùi chæ ñöôïc pheùp truyeàn qua IC khi caû hai chaân ñieàu khieån (LE vaø OE) ôû möùc logic thích hôïp: LE ôû möùc logic cao, OE ôû möùc logic thaáp. Khi caû hai chaân ñieàu khieån ôû traïng thaùi naøy thì döõ lieäu ôû ngoõ vaøo seõ ñöôïc ñöa vaøo beân trong IC (truyeàn qua caùc Flip-Flop) vaø ñöa thaúng ra ngoaøi thoâng qua caùc coång ñeäm ngoõ ra 3 traïng thaùi. Khi chaân OE ôû möùc logic thaáp (cho pheùp) maø chaân LE cuõng ôû möùc logic thaáp (caám) thì döõ lieäu ôû ngoõ ra cuûa IC laø döõ lieäu cuõ (vöøa môùi ñöôïc truyeàn qua IC). Luùc naøy döõ lieäu môùi ôû ngoõ vaøo seõ khoâng ñöôïc pheùp nhaäp vaøo IC. Ngöôïc laïi, khi chaân OE ôû möùc logic cao thì ngoõ ra cuûa IC seõ ôû traïng thaùi toång trôû cao, baát chaáp traïng thaùi logic cuûa caùc ngoõ vaøo coøn laïi. Maëc duø ngoõ ra ôû traïng thaùi toång trôû cao nhöng döõ lieäu ôû ngoõ vaøo (neáu coù) vaãn ñöôïc pheùp ñöa vaøo IC (ñöa ñeán ngoõ ra cuûa caùc Flip-Flop ôû beân trong IC). Döõ lieäu naøy seõ ñöôïc pheùp truyeàn ñeán ngoõ ra khi chaân OE veà laïi möùc logic thaáp. Khi caû hai chaân ñieàu khieån ñeàu ôû traïng thaùi caám (chaân OE ôû möùc logic cao, chaân LE ôû möùc logic thaáp) thì ngoõ ra seõ ôû traïng thaùi toång trôû cao vaø ngoõ vaøo seõ khoâng ñöôïc pheùp nhaäp döõ lieäu môùi vaøo. Nhö vaäy, ôû traïng thaùi naøy thì IC hoaøn toaøn khoâng giao tieáp vôùi baát kyø linh kieän naøo khaùc ôû caû ngoõ vaøo vaø ngoõ ra. VI. IC 74573: IC 74573 cuõng laø moät boä choát döõ lieäu 8 bit gioáng nhö IC 74373. Noù cuõng coù hai chaân ñieàu khieån vieäc choát vaø xuaát döõ lieäu, möùc logic cho pheùp cuûa caùc chaân ñieàu khieån naøy cuõng gioáng nhö ôû IC 74373. Ngoaøi ra, IC 74573 coøn coù chöùc naêng caùc chaân, baûng traïng thaùi, nguyeân lyù hoaït ñoäng ñeàu gioáng vôùi IC 74373, chæ coù sô ñoà chaân laø khaùc. Vieäc thieát keá caùc IC nhö vaäy nhaèm ñaùp öùng ñöôïc caùc nhu caàu raát ña daïng cuûa ngöôøi tieâu duøng, giuùp vieäc söû duïng caùc IC ñöôïc linh hoaït hôn trong nhieàu öùng duïng khaùc nhau. IC 74573 coù sô ñoà chaân nhö sau: 16 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 9 10 VCC GND OE\ D2 D1 O1 O2 O3 D3 O8 D8 D7 O7 O6 D6 D5 74573 20 19 17 18 D4 O4 O5 LE SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 74573 VII. IC 74241: * Giôùi thieäu veà IC 74241: IC 74241 goàm 8 boä ñeäm/thuùc döõ lieäu ôû beân trong vôùi ngoõ ra 3 traïng thaùi. Caùc ñöôøng naøy ñöôïc chia laøm hai nhoùm, moãi nhoùm coù moät chaân ñieàu khieån rieâng. Hai nhoùm naøy laøm vieäc ñoäc laäp vôùi nhau, caùc chaân ñieàu khieån cuõng khoâng gaây aûnh höôûng gì ñeán nhau. Noùi roõ hôn laø khi moät nhoùm coù chaân ñieàu khieån ñang ôû traïng thaùi cho pheùp truyeàn döõ lieäu, nhoùm coøn laïi coù chaân ñieàu khieån ôû traïng thaùi caám (khoâng cho pheùp truyeàn döõ lieäu) thì chæ coù nhoùm thöù hai laø khoâng ñöôïc pheùp truyeàn döõ lieäu, coøn nhoùm thöù nhaát ñöôïc pheùp truyeàn töï do. Hai chaân ñieàu khieån naøy coù traïng thaùi logic luùc cho pheùp ñaûo nhau neân khi hai chaân coù cuøng traïng thaùi logic thì chæ coù duy nhaát moät nhoùm laø ñöôïc pheùp truyeàn döõ lieäu, nhoùm coøn laïi seõ coù ngoõ ra toång trôû cao. IC 74241 coù sô ñoà chaân nhö sau: 16 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 9 10 VCC GND 2Y4 1A1 1Y1 1Y2 1Y3 1A2 1Y4 2Y1 1A4 2A2 2A1 2Y2 1A3 74241 20 19 17 18 2Y3 2A4 2A3 2G 1G SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 74241 Chöùc naêng caùc chaân: VCC, GND: ñaây laø hai chaân caáp nguoàn cho IC. VCC noái ñeán +5V, GND noái vôùi mass (0V). Do laø IC soá thuoäc hoï TTL neân nguoàn cung caáp caàn phaûi coù ñoä oån ñònh toát thì IC môùi laøm vieäc toát ñöôïc (VCC ± 5%). 1G: chaân ñieàu khieån cuûa nhoùm 1. Nhö ñaõ giôùi thieäu ôû treân thì IC naøy ñöôïc chia laøm hai nhoùm, ñaây laø moät nhoùm cuûa noù. Chaân naøy seõ cho pheùp caùc phaàn töû trong nhoùm cuûa noù (nhoùm 1) ñöôïc pheùp hay khoâng ñöôïc pheùp truyeàn döõ lieäu. Noù taùc ñoäng ôû möùc logic thaáp, coù nghóa laø khi chaân naøy ôû möùc logic thaáp thì döõ lieäu môùi ñöôïc pheùp truyeàn qua, ngöô._.ïc laïi khi noù ôû möùc logic cao thì döõ lieäu khoâng ñöôïc pheùp truyeàn qua vaø ngoõ ra seõ ôû traïng thaùi toång trôû cao. 2G: chaân ñieàu khieån cuûa nhoùm 2. Cuõng töông töï nhö chaân 1G, chaân naøy ñieàu khieån vieäc truyeàn döõ lieäu cuûa caùc phaàn töû thuoäc nhoùm 2. Möùc logic cho pheùp truyeàn döõ lieäu cuûa chaân naøy khaùc vôùi chaân treân, noù taùc ñoäng ôû möùc logic cao: döõ lieäu chæ ñöôïc pheùp truyeàn qua khi noù ôû möùc logic cao, ngoõ ra seõ ôû traïng thaùi toång trôû cao khi noù ôû möùc logic thaáp. 1A1 – 1A4: caùc ngoõ vaøo cuûa nhoùm 1. 2A1 – 2A4: caùc ngoõ vaøo cuûa nhoùm 2. 1Y1 – 1Y4: caùc ngoõ ra cuûa nhoùm 1. 2Y1 – 2Y4: caùc ngoõ ra cuûa nhoùm 2. IC 74241 coù sô ñoà noäi boä nhö sau: SÔ ÑOÀ MOÂ TAÛ HOAÏT ÑOÄNG BEÂN TRONG CUÛA IC 74241 2G 1A1 1A2 1A3 1G 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1Y1 2Y1 1Y2 2Y2 1Y3 2Y3 1Y4 2Y4 Baûng caùc traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa IC 74241: INPUTS OUTPUTS INPUTS OUTPUTS 1G D 2G D L L H L H X L H Z H H L L H X L H Z H: HIGH Voltage Level. L: LOW Voltage Level. X: Immaterial. Z: HIGH Impedence. * Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa IC 74241: Döïa vaøo baûng caùc traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa IC ta nhaän thaáy traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa noù ñöôïc chia laøm hai nhoùm rieâng bieät, moãi nhoùm ñöôïc ñieàu khieån bôûi moät chaân ñieàu khieån cuûa rieâng noù. Do hai chaân ñieàu khieån coù traïng thaùi logic khi cho pheùp laø ñaûo nhau neân ôû ñaây chæ xeùt nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa moät nhoùm, caùch hoaït ñoäng cuûa nhoùm coøn laïi cuõng ñöôïc giaûi thích töông töï. Xeùt nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa nhoùm 1, nhoùm naøy ñöôïc ñieàu khieån bôûi chaân 1G. Chaân ñieàu khieån cuûa nhoùm naøy taùc ñoäng ôû möùc logic thaáp, nghóa laø döõ lieäu chæ ñöôïc pheùp truyeàn qua khi noù ñang ôû möùc logic thaáp. Khi chaân ñieàu khieån ôû möùc logic cao thì noù seõ laøm cho caû 4 ngoõ ra cuûa nhoùm 1 ôû traïng thaùi toång trôû cao, baát chaáp traïng thaùi logic ôû caùc ngoõ vaøo. VIII. IC 7404: 7404 laø loaïi IC coång thuoäc hoï TTL, beân trong noù goàm 6 coång ñaûo. Khi soá löôïng coång ñöôïc söû duïng ít hôn 6 thì ôû caùc coång khoâng söû duïng ta neân noái noù leân +VCC hay noái xuoáng mass qua moät ñieän trôû khoaûng vaøi traêm W ñeán 1KW ñeå caùc coång khoâng söû duïng naøy khoâng gaây nhieãu ñeán quaù trình laøm vieäc cuûa caùc coång khaùc. IC 7404 caàn nguoàn nuoâi chuaån 5V (± 10%). IC 7404 coù sô ñoà chaân nhö sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 14 13 12 11 9 10 VCC GND 7404 SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 7404 Ñeå vieäc söû duïng IC ñöôïc toát hôn thì ta neân xem baûng caùc thoâng soá cuûa IC 7404 do nhaø saûn xuaát cung caáp. KYÙ HIEÄU THAÁP NHAÁT ÑIEÅN HÌNH CAO NHAÁT ÑÔN VÒ ÑO VCC 4.5 5.0 5.5 V TA 0 25 70 oC IOH -1.0 mA IOL 20 mA Giaûi thích caùc chöõ vieát taét ôû baûng treân VCC: nguoàn cung caáp cho IC. TA: giôùi haïn nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng laøm vieäc cho IC (IC coøn hoaït ñoäng ñöôïc khi nhieät ñoä moâi tröôøng laøm vieäc coøn trong giôùi haïn cho pheùp, cuï theå laø töø 0oC – 70oC). IOH: doøng ngoõ ra cuûa IC khi ngoõ ra ôû möùc logic cao. Khi ngoõ ra cuûa IC ôû möùc logic cao thì coù doøng ñieän töø IC ñoå ra ñeå cung caáp cho taûi, doøng naøy coù giaù trò thaáp. IOL: doøng ngoõ ra cuûa IC khi ngoõ ra ôû möùc logic thaáp. Khi ngoõ ra cuûa IC ôû möùc logic thaáp thì coù doøng ñieän töø ngoaøi ñoå vaøo IC (töø taûi hoaëc +VCC ñeán ngoõ vaøo IC roài xuoáng mass), doøng naøy coù giaù trò cao. CHÖÔNG 3: GIÔÙI THIEÄU VEÀ EPROM I. GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAÙT VEÀ CAÙC IC NHÔÙ: EPROM laø moät loaïi trong hoï caùc IC nhôù. Noù coù theå laäp trình ñöôïc vaø xoùa ñöôïc raát nhieàu laàn. Tröôùc khi bieát caùch söû duïng EPROM thì ta cuõng neân xem qua moät chuùt veà yù nghóa cuûa teân goïi cuõng nhö quaù trình phaùt trieån cuûa noù. MAÕ SOÁ VAØO MAÕ SOÁ RA ROM CAÙC NGOÕ VAØO ÑIEÀU KHIEÅN Boä nhôù baùn daãn ñöôïc cheá taïo ñaàu tieân coù teân goïi laø ROM (ROM: Read Only Memory coù nghóa laø boä nhôù chæ ñoïc). Vôùi ROM, ta chæ coù theå ñoïc döõ lieäu ra chöù khoâng theå vieát döõ lieäu môùi vaøo noù baát cöù khi naøo ta muoán. ROM coù caùch truy xuaát döõ lieäu nhö sau: ROM nhaän maõ soá vaøo (caùc ñöôøng ñòa chæ) vaø cho maõ soá ra töông öùng (döõ lieäu caàn truy xuaát) khi ñöôïc caùc ngoõ vaøo ñieàu khieån cho pheùp. Do khoâng theå ghi döõ kieän môùi vaøo neân ROM chæ ñöôïc saûn xuaát haøng loaït ôû soá löôïng lôùn vaø ghi cuøng moät chöông trình coù ñoä phoå duïng cao (chöông trình ñöôïc söû duïng trong nhieàu öùng duïng thöïc teá vôùi soá löôïng lôùn). Ñeå ñaùp öùng cho caùc nhu caàu rieâng bieät hay caùc yeâu caàu coù ñoä phoå duïng khoâng cao (söû duïng vôùi soá löôïng ít), ROM thaûo chöông ñöôïc ñaõ ñöôïc cheá taïo (PROM: Programable ROM nghóa laø ROM coù theå laäp trình ñöôïc). Tuy nhieân, vôùi PROM thì ngöôøi söû duïng chæ ghi chöông trình ñöôïc coù moät laàn, neáu ghi sai hay muoán ñoåi chöông trình khaùc thì phaûi thay PROM môùi. Ñeå khaéc phuïc thieáu soùt naøy, EPROM ñaõ ñöôïc cheá taïo. EPROM (Erasable PROM: ROM coù theå laäp trình ñöôïc vaø xoùa ñöôïc). EPROM coù hai loaïi laø UV-EPROM (Ultra Violet EPROM: EPROM xoùa baèng tia cöïc tím) vaø E-EPROM (Electrically EPROM: EPROM xoùa baèng xung ñieän). Do UV-EPROM ñöôïc söû duïng roäng raõi hôn E-EPROM neân khi noùi ñeán EPROM thì thöôøng laø noùi ñeán UV-EPROM. EPROM ñöôïc xoùa baèng caùch roïi tia cöïc tím vôùi böôùc soùng vaø cöôøng ñoä thích hôïp trong khoaûng thôøi gian maø nhaø saûn xuaát quy ñònh vaøo cöûa soå xoùa treân löng EPROM. Vieäc xoùa E-EPROM ñöôïc thöïc hieän baèng caùc xung ñieän neân seõ deã daøng, nhanh choùng vaø chính xaùc hôn khi xoùa EPROM. Tuy nhieân, ñeå xoùa ñöôïc E-EPROM thì caàn phaûi coù caùc maïch xoùa rieâng bieät cho töøng loaïi E-EPROM, vaø maïch xoùa naøy phaûi hoaït ñoäng toát, neáu khoâng seõ laøm cho E-EPROM hoaït ñoäng khoâng bình thöôøng (khoâng nhö maïch xoùa EPROM, coù theå xoùa ñöôïc nhieàu loaïi EPROM trong cuøng moät luùc vaø chæ caàn söû duïng cuøng moät maïch xoùa vaø neáu maïch xoùa coù bò hoûng thì ta chæ khoâng xoùa ñöôïc EPROM chöù khoâng aûnh höôûng gì tôùi söï hoaït ñoäng cuûa noù sau naøy). Thôøi gian gaàn ñaây coù xuaát hieän theâm loaïi IC nhôù môùi: boä nhôù Flash (coù ngöôøi goïi laø Flash ROM). Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa boä nhôù Flash cuõng gioáng nhö E-EPROM, chæ coù ñieän theá xoùa thaáp hôn vaø toác ñoä laøm vieäc cuûa noù nhanh hôn so vôùi E-EPROM. Boä nhôù Flash naøy thöôøng ñöôïc söû duïng thay theá cho caùc oå ñóa meàm vaø cöùng trong caùc maùy tính xaùch tay (Notebook). Boä nhôù Flash coù theå hoaït ñoäng gaàn meàm deûo nhö RAM nhöng laïi khoâng bò maát döõ lieäu khi bò maát ñieän. Caùc EPROM thöôøng ñöôïc kyù hieäu baét ñaàu baèng 27xxx, vôùi x laø caùc soá chæ dung löôïng cuûa EPROM vaø tính baèng Kbit. Chaúng haïn nhö EPROM 2708 coù dung löôïng boä nhôù laø 8 Kbit (töông ñöông 1 Kbyte do EPROM 2708 coù bus döõ lieäu daøi 8 bit), EPROM 2764 coù dung löôïng laø 64 Kbit (8 Kbyte), EPROM 27256 coù dung löôïng laø 256 Kbit (32 Kbyte)… II. CAÙCH TRUY XUAÁT DÖÕ LIEÄU CUÛA EPROM: Caùc EPROM ñeàu coù caùch truy xuaát döõ lieäu nhö sau: OUTPUT CONTROL Y DECODER X DECODER OUTPUT BUFFER Y GATING MATRIX MEMORY ADDRESS INPUTS DATA OUTPUTS OE\ CE\ PGM\ Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa EPROM khi ôû cheá ñoä ñoïc döõ lieäu nhö sau (giaûi thích döïa vaøo hình veõ treân): ñòa chæ ñaët vaøo EPROM seõ ñöôïc giaûi maõ thaønh caùc ñòa chæ haøng vaø ñòa chæ coät rieâng bieät beân trong noù (do ma traän nhôù ñöôïc toå chöùc theo caùch choïn truøng phuøng) nhôø caùc maïch X DECODER vaø Y DECODER. Döõ lieäu öùng vôùi ñòa chæ naøy seõ ñöôïc ñöa ñeán boä ñeäm ngoõ ra (OUTPUT BUFFER) vaø chæ ñöôïc pheùp xuaát ra khi ñöôïc söï cho pheùp cuûa boä ñieàu khieån xuaát döõ lieäu (OUTPUT CONTROL). Do ñoù caùc chaân OE, CE phaûi ôû möùc logic thaáp (0V); caùc chaân PGM, VPP phaûi ôû möùc logic cao (VCC) khi EPROM ñang ôû cheá ñoä ñoïc döõ lieäu. Toå chöùc ma traän nhôù theo caùch choïn truøng phuøng: ñòa chæ cuûa moät teá baøo nhôù ñöôïc quy ñònh bôûi ñòa chæ haøng vaø ñòa chæ coät, chæ coù nhöõng teá baøo nhôù maø ñòa chæ haøng vaø ñòa chæ coät ñeàu ôû möùc logic cao thì môùi ñöôïc choïn ñeå ñöa döõ lieäu ra ngoaøi. Ñeå hieåu roõ hôn veà caùch toå chöùc ma traän nhôù theo caùch choïn truøng phuøng, ta haõy xem hình veõ sau: GIAÛI MAÕ Y ( GIAÛI MAÕ COÄT ) 1 TRONG N GIAÛI MAÕ X (GIAÛI MAÕ HAØNG) 1 TRONG M ÑEÄM NGOÕ RA Caùc ñöôøng töø Y (coät) Caùc ñöôøng töø X (haøng) Teá baøo nhôù (1 bit) Ñöôøng bit Döõ lieäu ra TOÅ CHÖÙC MA TRAÄN NHÔÙ THEO CAÙCH CHOÏN TRUØNG PHUØNG Ta nhaän thaáy trong hình veõ treân thì teá baøo nhôù chæ coù moät bit. Khi muoán soá löôïng bit ôû ngoõ ra taêng leân thì soá löôïng bit trong moät teá baøo nhôù phaûi taêng leân theo, vaø luùc naøy soá löôïng ñöôøng bit cuõng phaûi taêng leân töông öùng, keùo theo soá coång ñeäm ngoõ ra cuõng phaûi taêng leân theo. Chaúng haïn nhö EPROM 2764 coù 8 bit ôû ngoõ ra thì teá baøo nhôù cuûa noù phaûi laø 8 bit, 8 bit naøy ñöôïc ñöa ñeán 8 ñöôøng bit rieâng bieät, moãi ñöôøng bit cuõng ñöôïc noái ñeán moät boä ñeäm ngoõ ra rieâng bieät. III. KHAÛO SAÙT VAØI EPROM THOÂNG DUÏNG: 1. EPROM 2732: EPROM 2732 laø moät IC nhôù coù dung löôïng 4 Kbyte, goàm 12 ñöôøng ñòa chæ, 24 chaân. Caùc chaân ñöôïc saép xeáp nhö sau: 1 2 3 5 16 4 6 7 8 15 14 13 12 21 9 10 VCC GND D2 D1 A1 A2 A3 D3 A8 D0 D7 A7 A6 D6 D5 2732 20 19 17 18 D4 A4 A5 3 2 1 5 11 23 24 22 A9 A11 A10 A0 OE/VPP CE SÔ ÑOÀ CHAÂN EPROM 2732 EPROM 2732 coù baûng traïng thaùi hoaït ñoäng nhö sau: Pins MODE CE (18) OE/VPP (20) VCC (24) Outputs (9 ~11, 13 ~17) Read VIL VIL +5V Dout Standby VIH Don’t Care +5V High Z Program VIL VPP +5V Din Program Verify VIL VIL +5V Dout Program Inhibit VIH VPP +5V High Z Chöùc naêng caùc chaân: VCC, GND: laø hai chaân caáp nguoàn cho EPROM, VCC noái vôùi +5V, GND noái mass (0V). Nguoàn nuoâi cho EPROM caàn coù ñoä oån ñònh cao. Khi caáp nguoàn thì phaûi luoân luoân ñuùng cöïc tính, khoâng ñöôïc pheùp sai. CE: chip enable, chaân choïn IC. Chæ ôû traïng thaùi chôø vaø caám naïp trình thì chaân naøy môùi ôû möùc logic cao, caùc traïng thaùi coøn laïi thì noù phaûi ôû möùc logic thaáp. Khi CE ñöôïc ñöa leân möùc logic cao thì caùc ngoõ ra cuûa EPROM seõ ôû traïng thaùi toång trôû cao, baát chaáp traïng thaùi logic ôû caùc ngoõ vaøo coøn laïi. OE/VPP: chaân naøy coù hai chöùc naêng laø cho pheùp xuaát döõ lieäu vaø ñieàu khieån naïp trình. Khi EPROM ñang ñoïc döõ lieäu thì chaân naøy phaûi ôû möùc logic thaáp, coøn khi naïp chöông trình thì chaân naøy phaûi ôû möùc logic cao (VPP, giaù trò VPP naøy ñöôïc nhaø saûn xuaát quy ñònh). A0 ~ A11: caùc ñöôøng ñòa chæ cuûa EPROM, khi naïp chöông trình hoaëc truy xuaát döõ lieäu thì ñeàu caàn caùc ñöôøng ñòa chæ naøy. Khi aùp ñòa chæ oâ nhôù caàn truy xuaát hoaëc caàn naïp chöông trình vaøo thì caùc boä giaûi maõ haøng vaø giaûi maõ coät beân trong EPROM seõ choïn laáy teá baøo nhôù ôû ñuùng ñòa chæ caàn truy xuaát hoaëc naïp trình ñeå töø ñoù döõ lieäu ñöôïc laáy ra (luùc truy xuaát) hoaëc naïp vaøo (khi naïp trình). D0 ~ D7: caùc ñöôøng döõ lieäu cuûa EPROM. Khi EPROM ñang naïp trình thì noù coù nhieäm vuï ñöa döõ lieäu vaøo beân trong EPROM, coøn khi ñang ñoïc thì noù laïi laáy döõ lieäu töø beân trong EPROM ñöa ra ngoaøi. Do khi ôû traïng thaùi chôø thì caùc ñöôøng döõ lieäu naøy seõ ôû traïng thaùi toång trôû cao neân ta coù theå maéc song song caùc ngoõ ra cuûa nhieàu EPROM laïi vôùi nhau ñöôïc, ñieàu naøy raát thieát thöïc vôùi nhöõng öùng duïng caàn nhieàu boä nhôù. 2. EPROM 2764: EPROM 2764 coù dung löôïng nhôù lôùn gaáp ñoâi EPROM 2732 (8 Kbyte), noù coù taát caû laø 28 chaân. Trong ñoù coù 13 chaân ñöôïc duøng laøm ñöôøng ñòa chæ, 8 chaân laøm ñöôøng döõ lieäu, caùc chaân coøn laïi duøng caáp nguoàn vaø ñieàu khieån. EPROM 2764 coù sô ñoà chaân nhö sau: 1 2 3 5 16 4 6 7 8 15 14 13 12 21 9 10 VCC GND D2 D1 A1 A2 A3 D3 A8 D0 D7 A7 A6 D6 D5 2764 20 19 17 18 D4 A4 A5 PGM\ 3 2 1 5 11 23 26 27 24 28 22 25 VPP NC A12 A9 A11 A10 A0 OE CE SÔ ÑOÀ CHAÂN EPROM 2764 EPROM 2764 coù baûng traïng thaùi nhö sau: Mode Pins CE (20) OE (22) PGM (27) VPP (11) VCC (28) Outputs (11~13, 15~19) Read Standby Program Program Verify Program Inhibit VIL VIH VIL VIL VIH VIL X X VIL X VIH X VIL VIH X VCC VCC VPP VPP VPP VCC VCC VCC VCC VCC Dout High Z Din Dout High Z Chöùc naêng caùc chaân cuûa EPROM: VCC, GND: caáp nguoàn cho EPROM, +5V cho VCC, GND noái mass. CE: chaân choïn IC. Cuõng gioáng nhö EPROM 2732, chaân naøy chæ ôû möùc logic cao khi ôû traïng thaùi chôø hoaëc caám naïp trình. Khi EPROM ôû caùc traïng thaùi coøn laïi thì chaân naøy ôû möùc logic thaáp. OE: chaân cho pheùp xuaát döõ lieäu ra ngoaøi. Khi ôû traïng thaùi ñoïc hoaëc kieåm chöông trình (ôû caû hai traïng thaùi naøy EPROM ñeàu xuaát döõ lieäu) thì chaân OE phaûi ôû möùc logic thaáp. ÔÛ caùc traïng thaùi coøn laïi cuûa EPROM thì möùc logic cuûa chaân naøy khoâng quan troïng (möùc logic thaáp hay cao ñeàu khoâng aûnh höôûng ñeán quaù trình laøm vieäc cuûa EPROM). PGM: chaân ñieàu khieån vieäc naïp trình cuûa EPROM. Khi EPROM ñang ñoïc döõ lieäu thì PGM ôû möùc logic cao (VCC). Khi ñang naïp chöông trình thì PGM ñöôïc haï xuoáng möùc thaáp trong khoaûng thôøi gian 50 ms. Moãi laàn coù xung naøy thì döõ lieäu ñöôïc ñöa vaøo oâ nhôù coù ñòa chæ töông öùng vôùi ñòa chæ ñang ñaët vaøo EPROM. VPP: ôû traïng thaùi ñoïc (Read) hoaëc chôø (Standby) thì VPP = VCC, khi ôû traïng thaùi naïp chöông trình (Program), kieåm chöông trình (Program Verify) hoaëc caám naïp chöông trình (Program Inhibit) thì VPP = VPP, giaù trò VPP naøy tuøy thuoäc töøng loaïi EPROM vaø ñöôïc nhaø saûn xuaát cung caáp. A0 ~ A12: caùc ñöôøng ñòa chæ cuûa EPROM. Luùc naïp trình cuõng nhö truy xuaát döõ lieäu ñeàu caàn ñòa chæ cho EPROM. Chính nhôø caùc ñöôøng ñòa chæ naøy maø döõ lieäu beân trong EPROM ñöôïc toå chöùc moät caùch coù traät töï, giuùp cho vieäc truy xuaát döõ lieäu naøy ñöôïc thöïc hieän moät caùch deã daøng. D0 ~ D7: caùc ñöôøng döõ lieäu cuûa EPROM, nhaän döõ lieäu ñöa vaøo EPROM khi naïp chöông trình vaø ñöa döõ lieäu ra khi EPROM ôû traïng thaùi ñoïc. NC: No internal Conection, chaân naøy ñöôïc ñeå troáng (khoâng noái vôùi baát kyø chaân naøo khaùc). 3. EPROM 27128: EPROM 27128 coù dung löôïng nhôù laø 16 Kbyte, soá löôïng chaân cuõng nhö caùch boá trí caùc chaân gioáng heät nhö EPROM 2764, chæ coù chaân NC cuûa EPROM 2764 ñöôïc thay baèng chaân A13 (ñöôøng ñòa chæ cuoái cuøng) cuûa EPROM 27128. 1 2 3 5 16 4 6 7 8 15 14 13 12 21 9 10 VCC GND OE\ D2 D1 A1 A2 A3 D3 A8 D0 D7 A7 A6 D6 D5 27128 20 19 17 18 D4 A4 A5 PGM\ 3 2 1 5 11 23 26 27 24 28 22 25 VPP CE\ A12 A9 A11 A10 A0 A13 EPROM 27128 coù sô ñoà chaân nhö sau: SÔ ÑOÀ CHAÂN EPROM 27128 Baûng traïng thaùi, chöùc naêng caùc chaân, caùch truy xuaát döõ lieäu cuõng nhö naïp trình cuûa EPROM 27128 ñeàu gioáng vôùi EPROM 2764. CHÖÔNG 4: GIÔÙI THIEÄU CAÙC LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ ÑIEÀU KHIEÅN COÂNG SUAÁT LÔÙN Do ñeà taøi naøy laø maïch quang baùo neân caùc öùng duïng cuûa nhöõng linh kieän ñieän töû coâng suaát lôùn treân ñöôïc giôùi thieäu ôû ñaây chæ xoay quanh vaán ñeà hieån thò caùc baûng ñeøn. Ñeå ñaùp öùng cho caùc yeâu caàu veà hieån thò lôùn nhö caùc baûng quang baùo ñaët ôû quaûng tröôøng thì caàn phaûi duøng ñeán caùc thieát bò ñieän töû coâng suaát lôùn. Coù nhieàu loaïi linh kieän coù theå duøng ñöôïc nhö : SCR, caùc loaïi opto (boä gheùp quang), Solid State Relay… I. DIODE CHÆNH LÖU COÙ ÑIEÀU KHIEÅN SCR: SCR (Silicon Control Rectifier) coù caáu truùc 4 lôùp P-N-P-N ñöôïc cheá taïo töø Silic. SCR coù 3 cöïc ñöôïc kyù hieäu nhö sau: A (Anode), K (Cathode), G (Gate: coång). SCR thöôøng ñöôïc duøng trong maïch khoáng cheá ñieàu khieån, chòu ñöôïc coâng suaát lôùn, doøng ñieän lôùn cuõng nhö laøm vieäc ñöôïc ôû nhieät ñoä cao. A K G P P N N A G K VAK IAK IH > Ig1 Ig= 0 Ig2 VAK0 Ñaëc tuyeán Volt-Ampe cuûa SCR VAK0: ñieän aùp caét thuaän. IH: doøng ñieän duy trì. IAK: doøng ñieän qua SCR. VAK: ñieän aùp ñaët treân hai cöïc SCR. Thoâng qua cöïc G ñeå ñieàu khieån taùc duïng chænh löu cuûa SCR. Cheá ñoä laøm vieäc cuûa SCR coù theå phaân ra 3 tröôøng hôïp sau: 1. Phaân cöïc ngöôïc: Anode aâm so vôùi Cathode, SCR ngaét ñieän theo chieàu ngöôïc vaø chæ coù doøng ñieän raø raát nhoû chaïy qua vì coù hai maët tieáp giaùp ñeàu bò phaân cöïc ngöôïc. 2. Phaân cöïc thuaän: Anode döông so vôùi Cathode nhöng khoâng coù tín hieäu ñieàu khieån ôû cöïc G, SCR ngaét ñieän theo chieàu thuaän vaø coù taùc duïng nhö moät ñieän trôû lôùn, vaø chæ coù doøng ñieän roø raát nhoû chaïy qua vì coù moät maët tieáp giaùp bò phaân cöïc ngöôïc. Tuy nhieân, khi ñieän aùp ñaët treân SCR ñaït ñeán giaù trò ñieän aùp caét thuaän (VAK0) thì SCR seõ töï ñoäng daãn ñieän maëc duø khoâng coù doøng ñieän kích Ig. 3. Phaân cöïc thuaän ñoàng thôøi coù tín hieäu ñieàu khieån ôû cöïc G: Neáu coù moät xung phaân cöïc thuaän taùc ñoäng vaøo giöõa cöïc G vaø Cathode trong khi Anode döông so vôùi Cathode thì SCR daãn ñieän. Thôøi gian chuyeån töø ngaét sang daãn nhanh (côõ micro giaây). Doøng ñieän chaïy qua SCR chæ bò haïn cheá bôûi ñieän trôû maïch ngoaøi do ñieän trôû trong cuûa SCR raát nhoû (suït aùp treân A – K chæ khoaûng 1V). Xung doøng ñieän taùc duïng vaøo cöïc G (Ig) caøng lôùn thì ñieän aùp phaân cöïc döông cho A-K caàn thieát ñeå môû thoâng SCR caøng nhoû, töùc SCR caøng deã môû thoâng. Ñieàu quan troïng laø khi tín hieäu kích treân cöïc G ñaõ maát thì SCR vaãn coøn daãn ñieän baèng doøng duy trì. SCR chæ bò ngaét hoaøn toaøn khi doøng qua SCR (IAK) thaáp hôn giaù trò doøng duy trì (thöôøng coù giaù trò khoaûng vaøi % giaù trò cuûa doøng thuaän cöïc ñaïi). Trong nhöõng maïch cung caáp baèng ñieän xoay chieàu (AC) thì SCR seõ töï ngaét ôû thôøi ñieåm ñieän aùp = 0V, keùo daøi suoát baùn kyø aâm vaø chæ coù khaû naêng daãn laïi ôû baùn kyø döông neáu coù tín hieäu ñieàu khieån ñoàng boä ñöa vaøo cöïc G. Nhö vaäy noù coù taùc duïng nhö moät Diode chænh löu. II. BOÄ GHEÙP QUANG (Opto-Couplers): Ñeå giöõa maïch ñieàu khieån vaø taûi ñöôïc caùch li hoaøn toaøn veà ñieän thì ngöôøi ta thöôøng duøng boä gheùp quang ñeå thuùc coâng suaát do boä gheùp quang coù ñieän theá caùch li giöõa sô caáp vaø thöù caáp raát lôùn (haøng KV). Coù raát nhieàu loaïi linh kieän gheùp quang nhö: opto-transistor (phaàn töû ñieàu khieån coâng suaát laø Transistor), opto-triac, opto-SCR… Tuøy theo yeâu caàu vaø chöùc naêng cuûa maïch maø ta coù theå löïa choïn boä gheùp quang thích hôïp. Ôû ñaây chæ giôùi thieäu cô baûn veà cô cheá hoaït ñoäng cuûa loaïi opto-transistor, caùc loaïi khaùc cuõng coù caùch hoaït ñoäng töông töï. Phaàn phaùt ôû ñaây laø moät LED phaùt hoàng ngoaïi, phaàn thu laø moät Phototransistor. Ñaàu tieân, tín hieäu ñieän ñieàu khieån ñöa ñeán ñöôïc phaàn phaùt trong boä gheùp quang vaø bieán thaønh tín hieäu aùnh saùng, sau ñoù tín hieäu aùnh saùng naøy ñöôïc phaàn nhaän bieán laïi thaønh tín hieäu ñieän ñeå ñieàu khieån taûi. Tín hieäu aùnh saùng naøy thay theá cho doøng ñieàu khieån Transistor (IB). III. SOLID STATE RELAY (RÔ-LE BAÙN DAÃN): Rô-le baùn daãn laø loaïi linh kieän baùn daãn hoaït ñoäng ñöôïc vôùi tín hieäu ñieän xoay chieàu. Loaïi linh kieän naøy thöôøng ñöôïc cheá taïo vôùi coâng suaát lôùn (doøng taûi coù theå chòu ñöôïc leân ñeán haøng chuïc Ampe hoaëc coù theå lôùn hôn). Linh kieän naøy döôïc keát noái nhö sau ñeå laøm maïch ñieàu khieån: + - ~ Ñieàu khieån Taûi xoay chieàu Solid State Relay Ta nhaän thaáy raèng ôû maïch treân, taûi xoay chieàu ñöôïc ñieàu khieån baèng nguoàn moät chieàu (hoaëc tín hieäu moät chieàu) thoâng qua linh kieän Solid State Relay. Loaïi Rô-le naøy laøm vieäc ôû taàn soá cao toát hôn raát nhieàu so vôùi loaïi Rô-le duøng cuoän daây ñieàu khieån. Ta coù theå söû duïng loaïi Rô-le baùn daãn naøy thay theá caùc opto ñeå thuùc cho caùc baûng ñeøn coù coâng suaát lôùn. PHAÀN III: THIEÁT KEÁ VAØ THI COÂNG CHÖÔNG 1: BOÄ NGUOÀN VAØ MAÏCH AUTO RESET I. BOÄ NGUOÀN: Trong moät maïch ñieän töû thì boä nguoàn laø quan troïng nhaát, noù quyeát ñònh söï hoaït ñoäng hay ngöng hoaït ñoäng cuûa maïch. Moät boä nguoàn khoâng toát seõ laøm cho maïch hoaït ñoäng khoâng oån ñònh vaø seõ laøm hoûng linh kieän moät caùch nhanh choùng (ñieàu naøy raát thöôøng xaûy ra ñoái vôùi nhöõng maïch ñieän töû khoâng ñöôïc oån aùp toát maø phaûi hoaït ñoäng ôû nhöõng vuøng coù löôùi ñieän khoâng oån ñònh). Ñoái vôùi caùc IC soá thuoäc hoï TTL thì ñieàu naøy luoân luoân ñuùng. Vì vaäy moät boä nguoàn oån aùp toát thì raát caàn thieát cho caùc maïch ñieän töû (thöôøng laø caùc maïch duøng IC soá). Nhöng tröôùc khi ñi vaøo thieát keá boä nguoàn oån aùp, ta haõy tìm hieåu sô boä veà chöùc naêng cuõng nhö nguyeân taéc hoaït ñoäng chung cuûa caùc maïch nguoàn oån aùp DC. Chöùc naêng cuûa moïi oån aùp DC laø bieán ñoåi ñieän aùp vaøo DC chöa oån ñònh thaønh ñieän aùp ra DC oån ñònh vaø giaù trò ñieän aùp naøy phaûi ñuùng vôùi giaù trò khi tính toaùn lyù thuyeát. Ñieän aùp ra naøy phaûi ñöôïc duy trì lieân tuïc vaø khoâng ñöôïc thay ñoåi khi ñieän aùp ngoõ vaøo hoaëc doøng taûi thay ñoåi (ôû moät giôùi haïn cho pheùp cuûa maïch). Ñeå thöïc hieän ñöôïc vieäc naøy thì moät maïch oån aùp thöôøng goàm coù caùc phaàn sau ñaây: PHAÀN TÖÛ ÑIEÀU KHIEÅN COÂNG SUAÁT PHAÀN TÖÛ LAÁY MAÃU R E F KHUEÁCH ÑAÏI SAI BIEÄT Ñieän aùp hoài tieáp Ñieän aùp vaøo Ñieän aùp ra PHAÀN TÖÛ CHUAÅN VREF SÔ ÑOÀ KHOÁI CUÛA MOÄT OÅN AÙP CÔ BAÛN - Phaàn töû chuaån (REF: Reference): cung caáp moät möùc ñieän aùp oån ñònh bieát tröôùc (VREF). Phaàn töû laáy maãu:laáy ñieän aùp ngoõ ra ñeå laøm maãu. Phaàn töû khueách ñaïi sai bieät: so saùnh maãu ñieän aùp ra vôùi möùc chuaån vaø taïo ra tín hieäu sai bieät. Phaàn töû ñieàu khieån coâng suaát:bieán ñoåi ñieän aùp vaøo thaøn muùc ñieän aùp ra mong muoán khi ñieàu kieän taûi thay ñoåi. Khoái naøy ñöôïc ñieàu khieån baèng tín hieäu sai bieät töø boä khueách ñaïi sai bieät ñöa ñeán. Coù 2 loaïi oån aùp cô baûn laø: oån aùp lieân tuïc vaø oån aùp xung. OÅn aùp lieân tuïc ñöôïc chia ra laøm hai loaïi nöõa laø oån aùp noái tieáp vaø oån aùp song song. Tuy maïch ñieän thaät söï cuûa caùc loaïi oån aùp naøy khaùc nhau nhöng veà cô baûn ñeàu phaûi coù ñuû caû boán thaønh phaàn trong sô ñoà khoái treân. Sau ñaây laø caùc sô ñoà khoái cuûa caùc loaïi oån aùp cô baûn treân. REF RS VI R1 R2 VO * Sô ñoà khoái cuûa maïch oån aùp noái tieáp: Teân goïi oån aùp noái tieáp laø do phaàn töû ñieàu khieån maéc noái tieáp vôùi taûi (phaàn töû ñieàu khieån thöôøng laø moät Transistor coù chöùc naêng nhö moät bieán trôû, ôû ñaây kyù hieäu laø RS). Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch nhö sau: giaû söû ñieän aùp ngoõ vaøo bò suït aùp thì taïi thôøi ñieåm töùc thôøi (ngay luùc vöøa suït aùp) ñieän aùp ngoõ ra cuõng bò suït theo. Ñieän aùp suït naøy (ñieän aùp maãu) ñöôïc phaûn aùnh ñeán boä khueách ñaïi sai bieät nhôø caëp ñieän trôû laáy maãu R1, R2. Khoái khueách ñaïi sai bieät seõ so saùnh ñieän aùp maãu naøy vôùi ñieän aùp chuaån töø khoái REF (Reference) ñöa ñeán vaø seõ ñöa ra tín hieäu ñieàu khieån ñeán cöïc B cuûa Transistor, ñieàu chænh laïi ñieän aùp phaân cöïc cuûa noù (cuï theå laø laøm Transistor daãn maïnh hôn). Giaûi thích töông töï cho tröôøng hôïp taêng aùp ôû ngoõ vaøo. * Sô ñoà khoái cuûa maïch oån aùp song song: VI RS VO R1 R2 RSHUNT REF Teân goïi oån aùp song song cuõng do phaàn töû ñieàu khieån maéc song song vôùi taûi. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch cuõng ñöôïc giaûi thích töông töï nhö maïch oån aùp noái tieáp. Söï thay ñoåi ñieän aùp vaøo seõ laøm ñieän aùp ngoõ ra cuõng thay ñoåi theo taïi thôøi ñieåm töùc thôøi, caëp ñieän trôû laáy maãu R1, R2 seõ truyeàn söï thay ñoåi naøy veà boä khueách ñaïi sai bieät. Boä khueách ñaïi sai bieät cuõng so saùnh ñieän aùp chuaån vôùi ñieän aùp maãu naøy vaø seõ ñöa ra tín hieäu ñieàu khieån töông öùng laøm cho ñieän aùp ra oån ñònh trôû laïi. * Sô ñoà khoái cuûa maïch oån aùp xung: REF OSC VI VO R1 R2 OÅn aùp xung duøng moät khoùa tích cöïc ñeå laøm phaàn töû ñieàu khieån. Khoùa naøy ñöôïc duøng ñeå ngaét ñieän aùp vaøo theo moät chu kyø laøm vieäc thay ñoåi theo caùc yeâu caàu cuûa taûi. Moät boä loïc (thöôøng laø loïc LC) duøng laáy trung bình ñieän aùp hieän dieän ôû ngoõ vaøo cuûa noù vaø ñöa ñieän aùp ñoù ñeán taûi ra. Do Transistor ñieàu khieån hoaëc môû (daãn baõo hoøa) hoaëc taét neân coâng suaát tieâu taùn ôû phaàn töû ñieàu khieån seõ toái thieåu. Vì leõ ñoù, oån aùp xung höuõ hieäu hôn oån aùp noái tieáp hoaëc song song. Do nguyeân nhaân naøy, oån aùp xung ñaëc bieät thích hôïp cho caùc öùng duïng coù sai bieät ñieän aùp vaøo ra lôùn hay caùc yeâu caàu doøng taûi lôùn. Söï bieán ñoåi chu kyø nhieäm vuï thöôøng ñaït ñöôïc baèng caùch duy trì moät taàn soákhoâng ñoåi vaø thay ñoåi thôøi gian taét môû. Phöông phaùp naøy ñöôïc goïi laø bieán ñieäu ñoä roäng xung (PWM: Pulse Width Modulation). Moät kyõ thuaät khaùc laø duy trì thôøi gian môû khoâng ñoåi vaø thay ñoåi thôøi gian taét (thay ñoåi taàn soá). Taát caû caùc loaïi oån aùp treân ñeàu coù theå raùp ñöôïc töø caùc linh kieän rôøi nhö Transistor, Op-Amp,… hoaëc töø caùc maïch tích hôïp saün. Tuy nhieân, ñeå maïch ñieän ñôn giaûn neân ôû ñaây duøng IC oån aùp (caùc maïch oån aùp ñöôïc tích hôïp saün). Coù nhieàu loaïi IC oån aùp, trong ñoù loaïi IC oån aùp 3 chaân thöôøng ñöôïc söû duïng roäng raõi vì chuùng nhoû vaø chæ caàn moät soá ít linh kieän beân ngoaøi. IC oån aùp 3 chaân ñaëc bieät coù lôïi cho vieäc thieát keá caùc boä nguoàn nhoû oån ñònh hay caùc oån aùp treân caùc card. IC oån aùp 3 chaân loaïi coù ñieän aùp ra coá ñònh (khoâng ñieàu chænh ñöôïc) coù hai loaïi laø oån aùp döông vaø oån aùp aâm. Coù nhieàu hoï IC oån aùp nhöng ôû ñaây ta chæ xeùt ñeán hoï 78xx töông öùng vôùi IC oån aùp döông, hai soá sau chæ ñieän aùp ra coá ñònh cuûa noù, cuï theå laø 7805: oån aùp döông coù ñieän aùp ngoõ ra laø 5V, 7812: coù ñieän aùp ra laø 12V…. Tuøy theo doøng ñieän ôû ngoõ ra, ngöôøi ta theâm chöõ ñeå chæ, thí duï: 78Lxx: doøng ñieän ra danh ñònh laø 100mA. 78xx: doøng ñieän ra danh ñònh laø 1A. 78Hxx: doøng ñieän ra danh ñònh laø 5A. Chuù yù: 78L62: oån aùp 6,2V. Sau ñaây laø moät maïch oån aùp coù ñieän aùp ngoõ ra coá ñònh 5V söû duïng IC oån aùp 7805 (oån aùp döông coù ñieän aùp ngoõ ra laø 5V, doøng ñieän ngoõ ra ñeán 1A). VI 0,33µ F 0,1µF 7805 VO 1 2 3 7805 1 3 2 SÔ ÑOÀ CHAÂN IC 7805 Caùc tuï 0,33 µF vaø 0,1 µF duøng choáng nhieãu vaø caûi thieän ñaùp öùng quaù ñoä cuûa oån aùp. Caùc tuï naøy ñaët caøng gaàn chaân IC caøng toát. Phaàn töû tieâu thuï coâng suaát chuû yeáu cuûa maïch naøy laø baûng ñeøn (caùc IC soá cuõng tieâu thuï coâng suaát nhöng khoâng ñaùng keå), do duøng phöông phaùp queùt neân taïi moãi thôøi ñieåm chæ coù moät coät LED ñöôïc pheùp saùng. Theo tính toaùn, neáu caû 7 LED trong coät cuøng saùng thì doøng ñieän töùc thôøi khoaûng 2,7A nhöng doøng trung bình chæ khoaûng hôn 80mA. (theo nhö keát quaû tính toaùn cuûa phaàn thieát keá maïch thuùc coâng suaát). IC oån aùp 7805 chòu ñöôïc doøng ngoõ ra ñeán 1A neân baûo ñaûm cung caáp ñuû doøng cho toaøn maïch maø baûn thaân noù khoâng bò quaù doøng. Tuy nhieân, ta cuõng caàn gaén taûn nhieät cho IC ñeå noù hoaït ñoäng ôû ñieàu kieän toát nhaát. II. MAÏCH AUTO RESET: Maïch Auto Reset thöôøng duøng ñeå xaùc ñònh traïng thaùi ñaàu tieân cuûa maïch ngay khi vöøa caáp nguoàn ñeå maïch luoân hoaït ñoäng ñuùng nhö yeâu caàu thieát keá. Coù hai loaïi maïch Auto Reset laø reset ôû möùc cao vaø ôû möùc thaáp (tuøy vaøo möùc logic ôû chaân reset cuûa caùc IC. IC 4060 vaø 4040 söû duïng trong maïch ñeàu coù chaân reset taùc ñoäng ôû möùc logic cao neân ôû ñaây chæ giaûi thích nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa maïch Auto Reset ôû möùc cao. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa maïch Auto Reset möùc thaáp cuõng töông töï neân khoâng caàn thieát phaûi giaûi thích laïi. Sau ñaây laø hai daïng maïch Auto Reset thöôøng gaëp (moät maïch taùc ñoäng ôû möùc cao, maïch coøn laïi taùc ñoäng möùc thaáp): S C R D Maïch Auto Reset taùc ñoäng ôû möùc cao Ñöa ñeán chaân Reset cuûa IC S Maïch Auto Reset taùc ñoäng ôû möùc thaáp C D R Ñöa ñeán chaân Reset cuûa IC Giaûi thích vaø tính toaùn caùc thoâng soá (chæ vôùi maïch Auto Reset taùc ñoäng ôû möùc cao): khi vöøa caáp nguoàn, ñieän aùp treân tuï = 0V neân ngoõ ra ñöa ñeán chaân reset ôû möùc cao, taùc ñoäng laøm caùc IC khoâng hoaït ñoäng ñöôïc. Sau ñoù ñieän aùp treân tuï taêng leân vaø chaân reset cuûa IC ñöôïc ñöa xuoáng möùc thaáp, IC ñöôïc pheùp hoaït ñoäng. Hoaëc khi maïch ñang hoaït ñoäng, ta nhaán nuùt S laøm tuï phoùng heát ñieän (do bò noái taét), luùc naøy aùp treân tuï = 0V neân ngoõ ra cuûa noù taùc ñoäng tieáp laøm IC ngöng hoaït ñoäng. IC chæ hoaït ñoäng trôû laïi khi nuùt nhaán S ñöôïc thaû ra vaø tuï naïp ñeán moät giaù trò naøo ñoù ñeå chaân reset cuûa IC khoâng coøn bò taùc ñoäng. Tính toaùn caùc thoâng soá cuûa maïch: do nguoàn cung caáp cho toaøn maïch laø 5V neân caùc IC thuoäc hoï CMOS seõ hieåu möùc logic cao khi ñieän aùp ôû caùc chaân ngoõ vaøo laø 3,5V, möùc thaáp laø 1V. Do ñoù, ñeå IC thoaùt khoûi traïng thaùi reset (möùc cao) thì ñieän aùp ôû chaân reset (ñieän aùp treân R) phaûi ≤ 1V. Ta coù: VCC = 5V = VC + VR = VC + 1V Þ VC = 4V. maët khaùc ta coù phöông trình naïp cuûa tuï laø: VC = VCC(1-e-t/t ) = 4V. vôùi t: thôøi gian ñeå tuï naïp ñaày (ñaït ñeán giaù trò VC ³ 4V). t = RC: thôøi haèng naïp cuûa tuï. e-t/t =1 – 4/5 = 0,2 Þ t/t = 1,6 choïn t = 10 ms Þ t = 6,25 ms choïn C = 4,7 mF Þ R = 1,33KW , choïn R = 1,2KW Tính laïi thôøi gian naïp ñaày cuûa tuï vôùi R =1,2KW t = RC = 1,2.103.4,7.10-6 = 5,64 ms Þ t = 1,6.5,64 » 9 ms. Vaäy sau khi vöøa caáp ñieän hoaëc nuùt nhaán S vöøa thoâi taùc ñoäng trong moät khoaûng thôøi gian laø 9 ms thì IC môùi ñö._.