Ứng dụng vi mạch số lập trình

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN - ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑEÀ TAØI: ÖÙNG DUÏNG VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH SINH VIEÂN THÖÏC HIEÄN : TRÖÔNG PHÖÔÙC TOAØN LÔÙP : 95KÑÑ GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN : TRAÀN VAÊN TROÏNG TP HOÀ CHÍ MINH THAÙNG 3- 2000 BOÄ GIAÙO DUÏC & ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA T/P HCM Ñoäc laäp – Töï do – haïnh phuùc TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP HCM KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ NHIEÄM VUÏ ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP Hoï vaø teân sinh vieân : Tröông Phöôùc Toaøn Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : Kyõ thuaät Ñieän – Ñieän töû 1 . Teân ñeà taøi : ÖÙNG DUÏNG VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH 2 . Caùc soá lieäu ban ñaàu : ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3 . Noäi dung phaàn thuyeát minh tính toaùn: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………  4 . Caùc baûn veõ: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5 . Giaùo vieân höôùng daãn : TRAÀN VAÊN TROÏNG. 6 . Ngaøy giao nhieäm vuï : 13/12/1999 7 . Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï: 28/2/2000 Giaùo vieân höôùng daãn Thoâng qua boä moân Ngaøy thaùng naêm 2000 Traàn Vaên Troïng BAÛN NHAÄN XEÙT ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP Hoï vaø teân sinh vieân : Tröông Phöôùc Toaøn Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : Kyõ thuaät Ñieän – Ñieän töû Teân ñeà taøi : ÖÙNG DUÏNG VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH Noäi dung ñoà aùn : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Giaùo vieân höôùng daãn Traàn Vaên Troïng NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN PHAÛN BIEÄN ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Giaùo vieân phaûn bieän LÔØI MÔÛ ÑAÀU Vôùi söï tieán boä khoâng ngöøng cuûa khoa hoïc kyõ thuaät, ñaëc bieät laø ngaønh ñieän töû ñaõ öùng duïng raát nhieàu trong coâng nghieäp. Trong lónh vöïc ñieàu khieån, töø khi coâng ngheä cheá taïo loaïi vi maïch laäp trình phaùt trieån ñaõ ñem ñeán caùc kyõ thuaät ñieàu khieån hieän ñaïi coù nhieàu öu ñieåm so vôùi vieäc söû duïng caùc maïch ñieàu khieån ñöôïc laép raùp töø caùc linh kieän rôøi nhö kích thöôùc maïch nhoû, goïn, giaù thaønh reû, ñoä laøm vieäc tin caäy vaø coâng suaát tieâu thuï thaáp ... Ngaøy nay lónh vöïc ñieàu khieån ñaõ ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc thieát bò, saûn phaåm phuïc vuï cho nhu caàu sinh hoaït haèng ngaøy cuûa con ngöôøi nhö maùy giaët, ñoàng hoà ñieän töû ... nhaèm giuùp cho ñôøi soáng ngaøy caøng hieän ñaïi vaø tieän lôïi hôn. Ñeà taøi öùng duïng vi maïch soá laäp trình raát phong phuù ña daïng, coù nhieàu loaïi hình khaùc nhau döïa vaøo coâng duïng vaø ñoä phöùc taïp. Do taøi lieäu tham khaûo tieáng vieät haïn cheá, trình ñoä coù haïn vaø kinh nghieäm trong thöïc tieãn coøn non keùm, neân ñeà taøi chaéc chaén coøn nhieàu thieáu soùt. Raát mong ñöôïc nhaän nhöõng yù kieán ñoùng goùp, giuùp ñôõ chaân tình, quyù baùu cuûa quyù thaày coâ cuøng caùc baïn sinh vieân. Thaùng 2 naêm 1999 Tröông Phöôùc Toaøn MUÏC LUÏC Trang PHAÀN I LYÙ THUYEÁT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..1 CHÖÔNGI GIÔÙI THIEÄU CAÙC COÅNG LOGIC CÔ BAÛN . . . . . . . . . . . 2 I/ COÅNG LOGIC VAØ (AND) ,HOAËC (OR) ,KHOÂNG (NOT).. . . . . . . . . 2 1/ Coång logic VAØ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2/ Coång logic HOAËC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3/ Coång logic KHOÂNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 II/ COÅNG LOGIC KHOÂNG-VAØ (NAND) ,KHOÂNG-HOAËC (NOR). . . . . 4 1/ Coång NAND. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2/ Coång NOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .4 III/ COÅNG LOGIC EXOR ,EXNOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1/Coång EXOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2/Coång EXNOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 IV/ BIEÁN ÑOÅI CAÙC HAØM QUAN HEÄ RA HAØM LOGIC NAND, NOR . 6 CHÖÔNG II MAÏCH LOGIC TOÅ HÔÏP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . .8 I/ ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA MAÏCH TOÅ HÔÏP . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 8 II/ PHÖÔNG PHAÙP BIEÅU THÒ VAØ PHAÂN TÍCH CHÖÙC NAÊNG LOGIC..8 III/ PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ LOGIC MAÏCH TOÅ HÔÏP . . . . . . . . . . . .9 1/ Phaân tích yeâu caàu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .9 2/ Laäp baûng söï thaät . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 3/ Tieán haønh ñôn giaûn hoùa . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 CHÖÔNG III GIÔÙI THIEÄU VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH . . . . . . . . . .12 1/ LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN CUÛA VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH . . . . . . 12 2/ CAÁU TRUÙC CÔ BAÛN CUÛA CAÙC HOÏ VI MAÏCH LAÄP TRÌNH . . . .16 3/ CAÙC PHAÀN MEØM HOÅ TRÔÏ CUÛA PLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4/ GIÔÙI THIEÄU PHAÀN MEÀM SYNARYO . . . . . . . . . . . . . .... . . . . . .44 PHAÀN II THI COÂNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . 48 PHAÀN III KEÁT LUAÄN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .60 PHAÀN I LYÙ THUYEÁT CHÖÔNG I : GIÔÙI THIEÄU CAÙC COÅNG LOGIC CÔ BAÛN I/ HAØM LOGIC VAØ (AND) , HOAËC (OR) ,KHOÂNG (NOT). 1/ Coång logic . Goïi A laø bieán soá nhò phaân coù möùc logic laø 0 hoaëc 1, vaø Y laø moät bieán soá nhò phaân tuøy thuoäc vaøo A: Y= f(A). Trong tröôøng hôïp naøy coù hai khaû naêng xaûy ra: - Y = A, A= 0 thì Y = 0 hay A= 1 thì Y = 1 - Y = AÞ A= 0 thì Y = 1 hay A= 1 thì Y = 0 Khi Y tuøy thuoäc vaøo hai bieán soá nhò phaân A, B Þ Y = f(A,B) Vì bieán soá A,B chæ coù theå laø 0 hay 1 neân A vaø B chæ coù theå taïo ra 4 toå hôïp khaùc nhau laø: ØMaïch A B Y A B 0 0 0 1 1 0 1 1 Baûng lieät keâ taát caû caùc toå hôïp khaû dó cuûa caùc bieán soá vaø haøm soá töông öùng goïi laø baûng söï thaät. Khi coù 3 hay nhieàu bieán soá (A,B ,C) soá löôïng haøm soá khaû dó taêng nhanh. Maïch ñieän töû thöïc hieän quan heä logic : Y = f(A ) hay Y = f(A,B). goïi laø maïch logic, trong ñoù caùc bieán soá A,B .. laø caùc ngoû vaøo vaø haøm soáY laø caùc ngoû ra. Moät maïch logic dieãn taû quan heä giöõa caùc ngoû vaøo vaø ngoû ra nghóa laø thöïc hieän ñöôïc moät haøm logic, do ñoù coù bao nhieâu haøm soá logic thì coù baáy nhieâu maïch logic . Löu yù raèng khi bieåu dieãn moái quan heä toaùn hoïc ta goïi laø haøm soá logic coøn khi bieåu dieãn moái quan heä veà maïch tín hieäu ta goïi laø coång logic. 2/ Coång logic VAØ (AND). Haøm logic VAØ ñöôïc ñònh nghóa theo baûng söï thaät sau: Baûng söï thaät: A B Y A B Y=A.B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Kyù hieäu toaùn hoïc cuûa haøm soá VA.Ø Kí hieäu coång VAØ (AND) Y = A.B 3/ Coång logic HOAËC (OR). Haøm soá HOAËC cuûa hai bieán soá A,B ñöôïc ñònh nghóa ôû baûng söï thaät sau: Baûng söï thaät: A B Y Y A 0 0 0 B 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Kí hieäu coång HOAËC Ngoû ra Y laø 1 khi coù ít nhaát moät bieán soá laø 1, do ñoù chæ baèng 0 ôû tröôøng hôïp khi caû hai bieán soá baèng 0. Kyù hieäu toaùn hoïc cuûa coång HOAËC laø: Y = A+B 4/ Coång logic KHOÂNG (NOT). Haøm VAØ vaø haøm HOAËC taùc ñoäng leân hai hay nhieàu bieán soá trong khi ñoù haøm KHOÂNG coù theå xem nhö chæ coù theå taùc ñoäng leân moät bieán soá. Baûng söï thaät : A Y = A Y A Y 0 1 1 0 Kí hieäu coång NOT Haøm KHOÂNG coù taùc ñoäng phuû ñònh hay ñaûo .Sôû dó coù söï ñoàng hoùa naøy laø vì ta ñang lieân heä vôùisoá nhò phaân coù hai traïng thaùi 0 hay 1. Do ñoù phuû ñònh cuûa 0 laø1. II/ COÅNG LOGIC KHOÂNG -VAØ (NAND) , KHOÂNG-HOAËC (NOR). 1/ Coång logic NAND . Xeùt tröôøng hôïp coù hai bieán soá A,B ngoû ra ôû coång VAØ Y = A.B neân ngoû ra ôû coång KHOÂNG laø ñaûo cuûa Y: Y = A.B Veà hoaït ñoäng cuûa coång NAND thì töø caùc toå hôïp cuûa A,B ta laäp baûng traïng thaùi roài laáy ñaûo ñeå coù Y ñaûo. Tuy nhieân coù theå ñi tröïc tieáp baèng caùch laäp baûng söï thaät sau: Baûng söï thaät : A B & Y A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Kí hieäu coång NAND. 2/ Coång NOR. Xeùt tröôøng hôïp hai ngoû vaøo laø A,B .Ngoû ra ôû coång NOR laø : Y = A+B neân ngoû ra ôû coång ñaûo seõ laø : Y = A+B. Baûng söï thaät : B A A B Y Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Kí hieäu coång NOR. III/ HAØM LOGIC EXOR VAØ EXNOR. 1/ Coång logic EXOR. Haøm HOAËC ñöôïc goïi laø HOAËC bao goàm vì noù khoâng giaûi quyeát ñöôïc baøi toaùn coäng nhò phaân. Lyù do laø khi caû hai bieán soá ñeàu laø 1 thì Y = 1 thay vì laø 0. Maëc duø HOAËC nhö vaäy vaãn coù yù nghóa thöïc teá neân vaãn ñöôïc duøng, nhöng ngöôøi ta phaûi ñònh nghóa moät coång logic khaùc laø HOAËC LOAÏI TRÖØ (EXOR) coång naøy coù yù nghóa laø loaïi tröôøng hôïp khi A,B ñoàng thôøi laø 1 thì Y = 0 Kyù hieäu : Y = AÅ B Baûng söï thaät: A A B Y Y 0 0 0 B 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Kí hieäu coång EXOR. 2/ Coång EXNOR. Haøm EXNOR ñöôïc thöïc hieän baèng caùch theâm coång NOT sau coång EXOR, do ñoù hoaït ñoäng logic cuûa EXNOR laø ñaûo so vôùi EXOR. Kyù hieäu : Y = A Å B Baûng söï thaät: A A B Y Y 0 0 1 B 0 1 0 1 0 0 1 1 1 IV/ BIEÁN ÑOÅI CAÙC HAØM QUAN HEÄ RA HAØM LOGIC NAND , NOR. Moái lieân heä cô baûn giöõa ba coång AND, OR, NOT khoâng nhöõng coù theå thay baèng caùc coång NAND maø coøn coù theå bieán thaønh coång NOR vôùi cuøng moät chöùc naêng logic, vieäc laøm naøy raát thöôøng ñöôïc aùp duïng khi thöïc hieän caùc maïch logic. Trong thöïc teá vì toaøn boä sô ñoà neáu ñöôïc keát hôïp cuøng moät loaïi coång duy nhaát thì seû giaûm ñöôïc soá löôïng vi maïch caàn thieát. Quaù trình bieán ñoåi naøy döïa treân moät nguyeân taéc ñöôïc trình baøy nhö sau: + Coång NOT ñöôïc thay baèng coång NAND vaø coång NOR. - Döïa vaøo baûng söï thaät cuûa coång NAND suy ra tröôøng hôïp laø khi caû A,B ñoàng thôøi baèng 0, thì Y = 1 vaø A =1, B =1 thì Y = 1. Sô ñoà minh hoïa : A = B Y Töông töï döïa vaøo baûng söï thaät cuûa coång NOR suy ra : A = 0, B = 0 Þ Y = 1 vaø A= 1, B= 1 Þ Y = 0 Sô ñoà minh hoïa : A = B Y + Coång AND ñuôïc thay baèng coång NAND vaø coång NOR. Töông töï nhö caùc tröôøng hôïp treân, döïa vaøo baûng söï thaät: - Ngoõ ra cuûa coång AND Y= A+B coøn coång NAND Y' = A+B Þ ñaûo Y' = Y Sô ñoà minh hoïa: A B Y - Ngoû ra cuûa coång NOR Y = A.B . Ta coù Y = A . B = A + B Sô ñoà minh hoïa : Y A B + Coång OR ñuôïc thay baèng coång NAND vaø coång NOR. Bieåu thöùc coång OR Y = A.B, Þ Y’ = A + B = A.B Sô ñoà minh hoïa : A B Y Bieåu thöùc coång NOR Y’ = A.B Þ Y’ = A.B = Y Sô ñoà minh hoïa : A B Y CHÖÔNG II MAÏCH LOGIC TOÅ HÔÏP I/ ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA MAÏCH TOÅ HÔÏP. Trong maïch soá, maïch toå hôïp laø maïch maø trò soá oån ñònh cuûa tín hieäu ra ôû thôøi ñieåm baát kyø chæ phuï thuoäc vaøo toå hôïp caùc giaù trò tín hieäu ngoû vaøo ôû thôøi ñieåm ñoù.Trong maïch toå hôïp, traïng thaùi maïch ñieän tröôùc thôøi ñieåm xeùt , töùc tröôùc khi coù tín hieäu ngoû vaøo, khoâng aûnh höôûng ñeán tín hieäu ñaàu ra. Ñaëc ñieåm caáu truùc maïch toå hôïp laø ñöôïc caáu truùc töø caùc coång logic . II/ PHÖÔNG PHAÙP BIEÅU THÒ VAØ PHAÂN TÍCH CHÖÙC NAÊNG LOGIC . 1/ Phöông phaùp bieåu thò chöùc naêng logic. Caùc phöông phaùp thöôøng duøng ñeå bieåu thò chöùc naêng logic cuûa maïch toå hôïp laø haøm soá logic , baûng söï thaät , sô ñoà logic , baûng Karnaugh , cuõng coù khi bieåu thò baèng ñoà thò thôøi gian daïng soùng . Ñoái vôùi vi maïch côõ nhoû (SSI) thöôøng bieåu thò baèng haøm logic. Ñoái vôùi côõ vöøa thöôøng bieåu thò baèng baûng söï thaät, hay laø baûng chöùc naêng. Baûng chöùc naêng duøng hình thöùc lieät keâ, vôùi möùc logic cao (H) vaø möùc logic thaáp (L) , ñeå moâ taû quan heä logic giöõa tín hieäu ngoû ra vôùi tín hieäu ngoû vaøo cuûa maïch ñieän ñang xeùt. Chæ caàn thay giaù trò logic cho traïng thaùi trong baûng chöùc naêng, thì ta coù baûng söï thaät töông öùng . Maïch toå hôïp X1 X2 . . Xn Z1 Z2 . . zm Hình 2-1 : Sô ñoà khoái maïch toå hôïp Nhö hình 2-1 cho bieát, thöôøng coù nhieàu tín hieäu ngoû vaøo vaø nhieàu tín hieäu ngoû ra. Moät caùch toång quaùt, haøm logic cuûa tín hieäu ngoû ra coù theå vieát döôùi daïng : Z1 = f1( x1, x2, …, xn) Z2 = f2( x1, x2, …, xn) ………………………………………… Zm =fm( x1, x2, …, xn) Cuõng coù theå vieát döôùi daïng ñaïi löôïng vectô nhö sau: Z = F(X). 2/ Phöông phaùp phaân tích chöùc naêng logic. Caùc böôùc phaân tích, baét ñaàu töø sô ñoà maïch logic ñaõ cho, ñeå cuoái cuøng tìm ra haøm logic hoaëc baûng söï thaät. Vieát bieåu thöùc: tuaàn töï töø ngoû vaøo ñeán ngoõ ra (hay cuõng coù theå ngöôïc laïi), vieát ra bieåu thöùc haøm logic cuûa tín hieäu ngoû ra. Ruùt goïn: khi caàn thieát thì ruùt goïn ñeán toái thieåu bieåu thöùc ôû treân baèng phöông phaùp ñaïi soá hay phöong phaùp hình veõ. Keâ baûng söï thaät: khi caàn thieát thì tìm ra baûng söï thaät baèng caùch tieán haønh tính toaùn caùc giaù trò haøm logic tín hieäu ngoû ra töông öùng vôùi toå hôïp coù theå cuûa caùc giaù trò tín hieäu ngoû vaøo. III/ PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ LOGIC MAÏCH TOÅ HÔÏP. Phöông phaùp thieát keá logic laø caùc böôùc cô baûn tìm ra sô ñoà maïch ñieän logic töø yeâu caàu nhieäm vuï logic ñaõ cho. Vaán ñeà Logic thöïc Baûng chaân lí Baûng Karnaugh Toái thieåu hoaù Bieåu thöùc toái thieåu Sô ñoà logic Bieåu thöùc logic Toái thieåu hoaù Hình 2-2. Caùc böôùc thieát keá maïch logic toå hôïp. Hình 2-2 laø quaù trình thieát keá noùi chung cuûa maïch toå hôïp, trong ñoù bao goàm 4 böôùc chính : 1/ Phaân tích yeâu caàu: Yeâu caàu nhieäm vuï thieát keá cuûa vaán ñeà logic thöïc coù theå laø moät ñoaïn vaên, cuõng coù theå laø baøi toaùn logic cuï theå. Nhieäm vuï phaân tích laø xaùc ñònh caùi naøo laø bieán soá ngoû vaøo, caùi naøo laø haøm soá ñaàu ra vaø moái quan heä logic giöõa chuùng vôùi nhau. Muoán phaân tích ñuùng thì phaûi tìm hieåu xem xeùt moät caùch saâu saéc yeâu caàu thieát keá, ñoù laø moät vieäc khoù nhöng quan troïng trong vaán ñeà thieát keá. 2/ Keâ baûng söï thaät : Noùi chung, ñaàu tieân chuùng ta lieät keâ thaønh baûng veà quan heä töông öùng nhau giöõa traïng thaùi tín hieäu ngoû vaøo vôùi traïng thaùi haøm soá ngoû ra. Ñoù laø baûng keâ yeâu caàu chöùc naêng logic, goïi taét laø baûng chöùc naêng. Vieäc naøy coù veû deã vaø tröïc quan. Tieáp theo, ta thay giaù trò logic cho traïng thaùi, töùc laø duøng caùc soá 0 vaø 1 bieåu thò caùc traïng thaùi töông öùng cuûa ngoû vaøo vaø ngoû ra. Keát quaû ta coù baûng giaù trò thöïc logic, goïi taét laø baûng söï thaät. Ñaáy chính laø hình thöùc ñaïi soá cuûa yeâu caàu thieát keá. Caàn löu yù raèng töø moät baûng chöùc naêng coù theå ñöôïc baûng söï thaät khaùc nhau neáu thay giaù trò logic khaùc nhau (töùc laø quan heä logic giöõa ngoû ra vôùi ngoû vaøo cuõng phuï thuoäc vieäc thay giaù trò ). Ví duï: Sô ñoà maïch nguyeân lí hình 2-3 duøng hai chuyeån maïch A,B maéc noái tieáp ñieàu khieån boùng ñeøn Y. Hình 2-3.Maïch ñieän hai chuyeån maïch noái tieáp. Baûng söï thaät A B Z 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 Baûng söï thaät treân coù ñöôïc töø xem tröïc tieáp caùc khaû naêng coù theå cuûa maïch ñiänh hình 2-3. Neáu thay theá giaù trò logic theo 4 caùch khaùc nhau thì töø caùc baûng söï thaät a, b, c, d ta ñöôïc caùc bieåu thöùc logic khaùc nhau. Baûng söï thaät trong 4 tình huoáng thay giaù trò khaùc nhau. A B Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Z = A.B A B Z 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 d) Z = A + B c) Z = A.B A B Z 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 b) Z = A + B A B Z 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 d) Z = A + B Töø baûng söï thaät treân, ta thaáy raèng chuùng ta seõõ coù moái quan heä logic khaùc nhau neáu thay giaù trò theo caùch khaùc nhau. Chuùng ta phaûi caên cöù vaøo giaù trò thay theá traïng thaùi ñeå xaùc ñònh yù nghóa cuï theå cuûa 0 vaø1 (töùc laø yù nghóa cuï theå cuûa baûng söï thaät). Khi lieät keâ baûng chöùc naêng hoaëc baûng söï thaät, coù theå khoâng lieät keâ caùc toå hôïp traïng thaùi tín hieäu ngoû vaøo naøo khoâng theå coù hay bò caám. Nhöõng toå hôïp naøy cuõng coù theå ñöôïc lieät keâ, nhöng taïi ngoû ra, ôû traïng thaùi töông öùng ta ghi moät daáu cheùo " C ", thöôøng söû duïng caùc traïng thaùi ñaùnh daáu cheùo ñeå toái thieåu hoaù haøm logic. 3/ Tieán haønh toái thieåu hoaù. Neáu soá bieán soá töông ñoái ít thì coù theå duøng phöông phaùp hình veõ. Neáu soá bieán soá töông ñoái nhieàu, khi ñoù khoâng tieän duøng phöông phaùp hình veõ,thì duøng phöông phaùp ñaïi soá. CHÖÔNG III VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH I/ LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN CUÛA VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH . Tröôùc thôøi kyø vi maïch soá laäp trình (Programmable Logic Device) ra ñôøi, thieát keá logic soá truyeàn thoáng thì bao goàm nhieàu vi maïch TTL loaïi MSI vaø SSI keát hôïp laïi ñeå taïo ra caùc haøm logic mong muoán. Nhöõng nhaø thieát keá döïa vaøo nhöõng saùch tra cöùu caùc vi maïch soá ñeå tìm hieåu caùc thoâng soá kyõ thuaät, sau ñoù môùi quyeát ñònh söû duïng caùc vi maïch soá caàn thieát cho yeâu caàu thieát keá cuûa hoï. Ñieàu baát lôïi cuûa vieäc thieát keá naøy laø trong moät board söû duïng nhieàu vi maïch, do ñoù khi söûa chöõa thì gaëp nhieàu khoù khaên. Vaøo naêm 1975,coâng ty SIGNETICS ñaõ giôùi thieäu vi maïch soá laäp trình khoâng coù boä nhôù ñaàu tieân 82S100 (hieän nay laø PLS100) goïi laø maûng logic laäp trình tröôøng (Field-Programmable Logic Array). Napoleon Cavlan, ngöôøi ñöôïc goïi laø cha ñeû cuûa maïch logic laäp trình, luùc baáy giôø laø nhaø quaûn lyù nhöõng öùng duïng PLA cuûa Signetics ñaõ thöïc söï hieåu raèng söû duïng PLA laø phöông phaùp toát hôn ñeå thieát keá vaø thay ñoåi heä thoáng soá. Trong khi ñoù, coâng ty Harris ñaõ sôùm giôùi thieäu PROM, hoï trình baøy trieån voïng cuûa PROM vaø ñaõ öùng duïng vaøo trong moät soá maïch logic. Coâng ty National Semiconductor ñaõ cheá taïo maët naï laäp trình cho PLA, caáu taïo cuûa noù goàm moät maûng AND laäp trình keøm vôùi maûng OR laäp trình, cho pheùp thöïc hieän toå hôïp toång caùc tích soá cuûa haøm logic tieâu chuaån. Baèng caùch keát hôïp coâng ngheä PROM söû duïng nguyeân taéc caàu chì vôùi khaùi nieäm PLA, Cavian ñaõ thuyeát phuïc ñöôïc caùc nhaø quaûn lyù coâng ty Signetics ñeå ñöa döï aùn PLAvaøo saûn xuaát. Vi maïch PLA ñaàu tieân 82S100, laø thaønh vieân ñaàu tieân cuûa hoï vi maïch IFL (Intergrated Fuse Logic) coù hình daïng 28 chaân. Caáu truùc cuûa PLA goàm moät maûng AND laäp trình vaø moät maûng OR laäp trình, noù cho pheùp thöïc hieän toå hôïp logic toång cuûa caùc tích soá ñôn giaûn . Kyõ sö John Martin Birkner laø moät ngöôøi quan taâm ñeán PLA, vì oâng aáy hieåu raèng nhieàu phöông phaùp thieát keá logic ñöôïc hoïc trong tröôøng thì khoâng aùp duïng ñöôïc nhieàu trong coâng vieäc hieän taïi. Do ñoù, vaøo naêm 1975 oâng aáy ñaõ rôøi thung luõng Silicon ñeå ñeán coâng ty Monolithic Memories (MMI), ñaây laø coâng ty cheá taïo PROM vaø caùc vi maïch logic tieâu chuaån. Vì vaäy, Birkner coù ñieàu kieän hôn trong vieäc tìm hieåu PLA vaø coâng nhaän nhöõng öu ñieåm cuûa maïch logic laäp trình nhöng ñoàng thôøi oâng cuõng nhaän ra khuyeát ñieåm cuûa PLA laø coù hai maûng laäp trình. Sau ñoù, Birkner ñaõ ñöa ra khaùi nieäm môùi veà vi maïch soá laäp trình, vi maïch naøy cuõng töông töï FLA nhöng thay vì coù hai maûng laäp trình thì PAL (Programmable Array Logic ) chæ coù moät maûng AND laäp trình vaø theo sau laø maûng OR ñöôïc giöõ coá ñònh (khoâng laäp trình ). Nhö vaäy moãi coång OR seõ coù moät tích soá coá ñònh ñöôïc noái vôùi ngoû vaøo cuûa noù, do vaäy seõ giaûm ñöôïc kích thöôùc cuûa vi maïch vaø cho pheùp tín hieäu ñöôïc truyeàn nhanh hôn trong khi vaãn cho pheùp thöïc hieän caùc toå hôïp logic. PAL ñöôïc ñoùng voû 20 chaân. Sau moät thôøi gian thuyeát phuïc caùc nhaø quaûn lyù cuûa coâng ty MMI thaáy roõ nhöõng lôïi ñieåm cuûa PAL vaø ñoàng yù saûn xuaát. Vi maïch ñaàu tieân thuoäc hoï PAL ñöôïc phoå bieán laø PAL 16L8, PAL 16R4, PAL 16R6, PAL 16R8. Caùc vi maïch naøy coù thôøi gian truyeàn trì hoaõn 35ns. Moãi vi maïch coù 8 ngoõ ra vaø 16 ngoõ vaøo, trong ñoù kyù töï L trong kyù hieäu cuûa vi maïch bieåu thò 8 toå hôïp ngoû ra taùc ñoäng ôû möùc thaáp, kyù töï R cho bieát coù 4, 6 hay 8 thanh ghi ôû ngoû ra töông öùng. Sau moät thôøi gian khôûi ñaàu chaäm, cuoái cuøng PAL ñaõ ñöôïc thieát keá trong heä thoáng thöïc. Nhöõng coâng ty maùy tính mini ñaõ nhaän thaáy ñöôïc öu ñieåm cuûa PAL laø cho pheùp hoï giaûm soá board caàn thieát ñeå thöïc hieän toát nhöõng yeâu caàu thieát keá, coâng ty MMI ñaõ choïn phöông phaùp saûn xuaát PAL coâng ñoaïn maët naï cheá taïo theo yeâu caàu khaùch haøng. Vaøo luùc naøy MMI laïi giôùi thieäu moät hoï vi maïch môùi HAL (Hard Array Logic) vaø ñeå saûn xuaát nhöõng chi tieát naøy cho haõng Data General and Digital Equipment. MMI ñaõ thay ñoåi caùch saép xeáp coâng ñoaïn maët naï caàu chì vaø thay vaøo ñoù laø lôùp lieân keát kim loaïi phuø hôïp yeâu caàu thieát keá cuûa khaùch haøng. Nhöõng chi tieát naøy coù nhieàu lôïi ích goàm mang laïi nhöõng keát quaû toát vaø kieåm tra deã daøng hôn. Ñoàng thôøi khaùch haøng cuõng ñöôïc lôïi hôn bôûi khoâng phaûi quan taâm ñeán laäp trình vaø kieåm tra caùc chi tieát. Ñieàu naøy ñaõ mang laïi söï caûi tieán veà phöông phaùp cheá taïo PAL, vaø ñöôïc söï chaáp nhaän cuûa thò tröôøng. Vaøo naêm 1978, MMI ñaõ xuaát baûn saùch höôùng daãn PAL ñaàu tieân. Ñoù laø moät böôùc khôûi ñaàu ñeå PAL môû roäng theá giôùi cuûa nhöõng ngöôøi thieát keá maïch logic. Ngoaøi ra trong saùch höôùng daãn coøn trình baøy danh saùch chöông trình goác cuûa ngoân ngöõ laäp trình FORTRAN cho PALASM (PAL Assembler) ñoù laø phaàn meàm daønh cho vieäc thieát keá maïch logic PAL. PALASM coù theå bieân soaïn, ñònh nghóa logic cho moät khuoân thöùc. Ngoaøi ra PALASM cuõng coù khaû naêng moâ phoûng söï vaän haønh treân phöông trình maïch logic theo nguyeân taéc PAL. Trong vieäc lieân keát vôùi nhöõng nhaø thieát keá ñeå ñònh roõ nhöõng “vector kieåm tra”, PALASM coù theå laø moät söï thaät phuø hôïp. Taát caû nhöõng ñaëc ñieåm cuûa PAL bao goàm vieäc khaéc phuïc nhöõng khuyeát ñieåm cuûa PLA keát hôïp vôùi vieäc thuùc ñaåy söû duïng PAL ñaõ mang ñeán keát quaû toát ñeïp. PAL ñaõ nhanh choùng vöôït qua hoï vi maïch IFL cuûa coâng ty Signetics vaø ñöôïc phoå bieán treân thò tröôøng, thuaät ngöõ PAL ñaõ trôû neân ñoàng nghóa vôùi PLD. Trong luùc aáy, coâng ty Signetics tieáp tuïc phaùt trieån hoï IFL, vaø vaøo naêm 1977 Signetics giôùi thieäu hoï vi maïch FPGA (Field Programmable Gate Array) 82S103, vaøo naêm 1979 laø hoï FPLS (Field Programmable Logic Sequencer). Hoï FPGA coù caáu taïo moät maûng AND ôû möùc ñôn vôùi ngoû vaøo laäp trình ñöôïc vaø cöïc tính ngoõ ra cuõng vaäy cho pheùp thöïc hieän caùc haøm logic cô baûn (AND, OR, NAND, NOR, INVERT), caáu truùc cuûa hoï FPLS coù chöùc caùc FlipFlop ñeå thöïc hieän caùc traïng thaùi cuûa haøm tuaàn töï. Ñoàng thôøi Signetics cuõng giôùi thieäu AMAZE (Automated Map and Zap Equations) laø chöông trình bieân dòch ñeå hoå trôï cho nhöõng vi maïch cuûa hoï. Töông töï, nhöõng coâng ty cheá taïo PLD khaùc ñaõ laàn löôïc giôùi thieäu nhöõng phaàn meàm hoã trôï cuûa hoï. Caû 2 coâng ty Signetics vaø MMI tieáp tuïc giôùi thieäu nhöõng PLD môùi ñeå ñaùp öùng tính ña daïng theo caùc yeâu caàu thieát keá. Vaøo giöõa naêm 1980, maïch logic laäp trình ñaõ ñöôïc thöøa nhaän cuøng vôùi söï phaùt trieån tính ña daïng cuûa IFL vaø PAL ñaõ coù nhieàu giaù trò cho nhöõng ngöôøi thieát keá. Maëc duø söï khôûi ñaàu thaønh coâng cuûa PLD, tuy nhieân chæ moät soá ít caùc nhaø thieát keá quen vôùi vieäc duøng PLD, moät soá tröôøng ñaïi hoïc ñaõ ñöa vi maïch logic._.