Tìm hiểu về bộ ghi dịch và IC có chức năng liên quan

PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển hiện đại. Hệ thống thiết bị điện tử, mạch điện tử, kỹ thuật điện tử-số ra đời đã làm thay đổi sâu sắc toàn bộ hoạt động sản xuất của con người. Kỹ thuật điện tử-số đã và đang được thay thế dần kỹ thuật tương tự, và nó đóng một vai trò then chốt trong cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ. Song song với sự phát triển thần kì cuộc cách mạng khoa học-công nghệ, kỹ thuật số đã dần dần có mặt ở hầu hết tất cả các thiết bị từ thiết bị dân dụng đến thiết bị công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực thông tin liên lạc, phát thanh truyền hình, tự động điều khiển… Nó giải quyết được khối lượng công việc lớn, giảm kích thước của các mạch điện tử đồng thời chúng có nhiều tính năng hơn và độ chính xác cao hơn nhiều. Có thể nói rằng kỹ thuật số ra đời là cuộc cách mạng trong ngành kỹ thuật điện tử. Thế kỷ 21 chứng hiến sự phát triển với tốc độ chóng mặt của khoa học-công nghệ, nó đóng vai trò then chốt trên tất cả các lĩnh vực của cuộc sống vì vậy mỗi một chúng ta, đặc biệt là thế hệ trẻ, sinh viên ngành kỹ thuật khi sống trong thế kỷ mới này, cần phải hiểu rõ và có kiến thức về kỹ thuật số. Do đó tôi chọn đề tài “Tìm hiểu về bộ ghi dịch và IC có chức năng liên quan” làm đề tài bài tập lớn. 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Sinh viên bước đầu tìm hiểu về nghiên cứu khoa học. - Hiểu được mạch logic tổ hợp. - Nắm vững kiến thức về bộ ghi dịch. - Phân tích được IC có chức năng tương tự. 3. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI - Trình bày về flipflop. - Tìm hiểu về bộ ghi dịch. - Nghiên cứu về IC có chức năng liên quan. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp lý thuyết : + Sưu tầm tài liệu, sách tham khảo, internet... + Tìm kiếm các IC có chức năng như mạch được giao. 5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI - Nghiên cứu vấn đề trên cơ sở lý thuyết. - Flip flop và bộ ghi dịch. - IC 74HC595A 6. BỐ CỤC BÀI TẬP LỚN - Chương 1: Tìm hiểu về Flip Flop - Chương 2: Giới thiệu về bộ ghi dịch - Chương 3: Tìm hiểu về IC có chức năng liên quan “IC 74HC595A”. PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ FLIP FLOP 1.1 ĐỊNH NGHĨA Trigơ trong tiếng anh gọi là Flip-Flop viết tắt là FF. Nó là một phần tử nhớ có 2 trạng thái cân bằng ổn định tương ứng với 2 mức logic 0 và 1. Dưới tác dụng của các tín hiệu điều khiển ở lối vào, trigơ có thể chuyển về một trong hai trạng thái cân bằng, và giữ nguyên trạng thái đó chừng nào chưa có tín hiệu điều khiển làm thay đổi trạng thái của nó. 1.2 PHÂN LOẠI - Theo chức năng + RS-FF + D-FF + T-FF - Theo cách làm việc + Không đồng bộ + Đồng bộ · Bình thường · Chủ-tớ Q Flip Fop CLR CLK Đầu vào Pr Đầu ra 1.3 KÝ HIỆU Hình 1.1: Ký hiệu của flip flop Vi mạch có thể có 1, 2 hoặc nhiều lối vào điều khiển Chân CLK có thể có hoặc không Pr (preset) có thể có hoặc không Q và có 2 lối ra và luôn luôn có giá trị ngược nhau Tùy từng loại FF do chế tạo có thể còn có đầu vào xóa (thiết lập 0), đầu vào thiết lập (thiết lập 1), đầu vào đồng bộ (CLK). 1.4 CHỨC NĂNG Flip-flop và chốt được sử dụng như các yếu tố lưu trữ dữ liệu - Có thể lưu trữ 2 trạng thái 0 hoặc 1 (nhớ). - Có khả năng tiếp nhận (ghi vào), lưu trữ trong một thời gian tùy theo yêu cầu và xuất ra (đọc ra) một trạng thái (1 bit) nhị phân đang được lưu trữ trong FF. - Việc mở rộng các chức năng của FF sẽ được thực hiện nhờ có các đầu vào điều khiển hành vi của FF ngoài các đầu vào tín hiệu đã nói tới (xóa tín hiệu đang lưu, cho phép ghi hay đọc ...). 1.5. CÁC LOẠI FLIP FLOP 1.5.1. Flip Flop RS 1.5.1.1 Sơ đồ khối RS-FF Q S R Hình 1.2: Ký hiệu RS-FF Flip Flop RS (RS-FF) là một phần tử nhớ cơ bản có 2 trạng thái cân bằng bền vững, nó có 2 lối vào R, S và 2 lối ra Q và .Q và luôn ngược nhau Q, là 2 lối ra của FF. 1.5.1.2 . Bảng sự thật Sn Rn Qn+1 Mốt hoạt động 0 0 Qn Nhớ 1 0 1 Xác lập 0 1 0 Xóa 1 1 Không cho phép Cấm dùng Bảng 1.1: Bảng sự thật của RS-FF Q R S I II 1.5.1.3 Sơ đồ logic Hình 1.3: Sơ đồ logic của RS-FF 1.5.1.4 Nguyên tắc hoạt động - Khi S = 0, R = 0: Lối ra vẫn giữ trạng thái cũ Qn : Trạng thái nhớ. Nếu trạng thái ban đầu Qn = 0, cả 2 lối vào của cửa logic NOR I đều bằng 0 nên lối ra của nó là = 1 và lối ra của NOR II là Q = 0 trùng với trạng thái ban đầu trước đó. Tức là đã nhớ trạng thái Q = 0. Nếu trạng thái ban đầu Qn = 1 thì lối ra = 0 và lối ra của NOR II là Q = 1 trùng với trạng thái ban đầu trước đó. Tức Q = 1. - Khi S = 0, R = 0: Lối ra Qn = 1: Trạng thái xác lập. Nếu lúc khởi đầu Sn = 1, Rn = 0 lối ra NOR I là = 0, cả 2 lối vào của NOR II đều bằng 0 nên lối ra Q của nó ở trạng thái kết thúc Qn+1 = 1: Trạng thái xác lập. - Khi S = 0, R = 1: Lối ra Qn+1 = 0: Trạng thái xóa. Nếu lúc khởi đầu Sn = 0, Rn = 1, mạch logic NOR II có một lối vào Rn = 1 nên lối ra của nó Q = 0, cả hai lối vào của NOR I đều bằng 0 nên lối ra = 1, vậy trạng thái kết thúc của FF Qn+1 = 0 ứng với trạng thái xóa của FF. - Khi S = 1, R = 1 : Trạng thái không được dùng. Nếu lúc khởi đầu Sn = 1, Rn = 1, cả 2 lối ra của FF, Q và đều bằng 0, không thể có vì vậy không thể để S và R đồng thời ở mức 1 được. 1.5.2 Flip Flop T T-FF Q S R CLK 1.5.2.1 Sơ đồ khối Hình 1.4: Sơ đồ khối của T-FF 1.5.2.2 Bảng sự thật tn tn+1 Sn Rn Qn+1 0 0 Qn 1 0 1 0 1 0 1 1 Không cho phép Bảng 1.2: Bảng sự thật của T-FF 1.5.2.3 Sơ đồ logic Q CLK R S Được tạo ra từ JK-FF bằng cách nối J, K với nhau J = K = T. Hình 1.5: Sơ đồ logic T-FF 1.5.2.4 Nguyên tắc hoạt động Flip Flop T (T-FF) chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ Từ bảng trạng thái, ta thấy T-FF chỉ thay đổi trạng thái đầu ra khi T = 1, K = 1. Giả sử ban đầu Qn= 0, khi T = 1 và CLK = 1, đầu ra của T-FF sẽ trở thành ‘1’. Đầu ra của FF sẽ duy trì trạng thái ‘1’ cho đến khi T = 1 và CLK = 1 lần nữa. Nói cách khác đầu ra của T-FF sẽ thay đổi giữa giá trị ‘0’ và ‘1’ khi T = 1 và CLK = 1. 1.5.4. Flip Flop JK Q SD CD K CLK J JK-FF 1.5.4.1. Sơ đồ khối Hình 1.6: Sơ đồ khối của JK-FF 1.5.4.2. Bảng sự thật tn tn+1 Jn Kn Qn+1 0 1 0 0 0 1 Qn 1 0 1 1 n+1 Bảng 1.3. Bảng sự thật của JK-FF K J Q CLK 1.5.4.3. Sơ đồ logic Hình 1.7: Sơ đồ logic của JK-FF 1.5.4.4. Nguyên tắc hoạt động Các JK Flip Flop (JK-FF) trong thực tế ngoài các lối vào J, K hoạt động đồng bộ với lối vào xung nhịp CLK. FF còn có lối vào không đồng bộ là lối vào xóa CD (Clear data) và lối vào đặt SD (set data). Hai lối vào này hoạt động độc lập không phụ thuộc vào các xung nhịp và các lối vào J, K.trạng thái ra của JK-FF phụ thuộc vào mức điện áp của lối vào không đồng bộ như RS-FF. Để FF hoạt động được ở chế độ đồng bộ, hai lối vào không đồng bộ đặt, xóa phải để đúng mức điện áp . Khi J, K để ở mức cao, cứ mỗi lần có xung nhịp tác dụng FF lại chuyển trạng thái một lần, sau hai nhip tác dụng FF lại chuyển về trạng thái cũ. 1.5.3 . Flip Flop D D-FF Q CLK D SD CD 1.5.3.1. Sơ đồ khối Hình 1.8: Sơ đồ khối D-FF 1.5.3.2. Bảng sự thật tn tn+1 CLK Dn Qn+1 0 X Qn 1 0 0 1 1 1 Bảng 1.4: Bảng sự thật của D-FF 1.5.3.4. Nguyên tắc hoạt động Số liệu ở lối vào D sẽ được chuyển đến lối ra Q của Flip Flop D (D-FF) sau một xung nhịp, tức là số liệu được chuyển đến lối ra chậm mất một khoảng thời gian bằng độ rộng xung nhịp. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ GHI DỊCH 2.1 ĐỊNH NGHĨA Bộ ghi dịch (còn gọi là thanh ghi dịch) có cấu tạo bao gồm nhiều FF kết nối với nhau thực hiện chức năng ghi nhận dữ liệu và tùy theo tín hiệu điều khiển, có thể dịch chuyển dữ liệu ghi sang phải hoặc sang trái, theo tác động của xung nhịp. 2.2 PHÂN LOẠI 2.2.1 Phân loại Thông thường người ta hay dùng các trigơ D hoặc các flip flop (FF) khác nhưng mắc theo kiểu D để tạo thành đĩa ghi. Có 2 cách ghi: + Ghi song song: Các bit của từ nhị phân được ghi đồng thời một lúc vào ổ ghi. + Ghi nối tiếp: Các bit của từ nhị phân được đưa vào bộ ghi dịch một cách tuần tự theo thứ tự của nhị phân. 2.2.2 Ứng dụng của bộ ghi dịch Bộ ghi dịch được sử dụng rộng rãi để nhớ số liệu, chuyển số liệu song song thành nối tiếp, nối tiếp thành song song. Bộ ghi dịch là thành phần không thể thiếu được trong CPU của các hệ thống xử lý, trong các cổng vào ra có khả năng lập trình. Bộ ghi dịch còn được dùng để thiết kế bộ đếm, tạo dãy tín hiệu nhị phân tuần hoàn theo yêu cầu cho trước. 2.3 CẤU TẠO Bộ ghi dịch gồm một dãy các phần tử nhớ đơn bit (FF) được mắc liên tiếp và đóng trong cùng một vỏ. Các FF sử dụng trong bộ ghi thường là D-FF hoặc là các loại khác nhưng mắc Theo kiểu D. Để ghi n bit thông tin người sử dụng n FF, đầu ra của FF này được mắc vào đầu vào của FF tiếp theo. JA A KA JB B KB JC C KC JD D KD Đầu vào Xung Clock Hình 2.1: Bộ ghi dịch 4 bit dùng JK-FF Thông tin được nạp vào bộ ghi dịch từng bit một và được đồng bộ với xung nhip Ck: bit đầu tiên, các bit thông tin khác đã được ghi trong thanh ghi sẽ được dịch phải 1 bit, nghĩa là bit lưu trữ trong FF-A sẽ chuyển sang FF-B, bit lưu trữ trong FF-B sẽ chuyển sang FF-C… và cứ như vậy cho đến FF cuối cùng. 2.4 CÁC BỘ GHI DỊCH 2.4.1 Bộ ghi song song Q2 Q1 Q3 Q4 Điều khiển ra Xóa Ghi D1 D2 D3 SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q D4 Sơ đồ Hình 2.2: Sơ đồ bộ ghi song song 4 bit. Nguyên tắc hoạt động Trước tiên dùng xung CD để xóa, lối ra Q1Q2Q3Q4=0000. Các số liệu càn ghi đưa vào lối vào D1D2D3D4. Khi có xung điều khiển CLK, dữ liệu được nạp vào bộ nhớ song song và cho lối ra song song Q1Q2Q3Q4=D1D2D3D4. Mỗi lối ra Q được đưa vào 1 lối vào của các cửa VÀ. Muốn cho dữ liệu ra thẳng lối ra thì lối vào “điều khiển ra” phải bằng 1. Nếu chưa muốn cho dữ liệu ra lối ra thì để “điều khiển ra” bằng 0. 2.4.2 Bộ ghi dịch nối tiếp 2.4.2.1 Bộ ghi dịch nối tiếp dịch phải có lối ra song song và ra nối tiếp Sơ đồ Điều khiển ra Vào nối tiếp Q2 Q1 Q3 Q4 Xóa Ghi SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q Ra nối tiếp Hình 2.3: Bộ ghi nối tiếp dịch phải Bảng trạng thái CK Q1 Q2 Q3 Q4 0 0 0 0 0 1 D4 0 0 0 2 D3 D4 0 0 3 D2 D3 D4 0 4 D1 D2 D3 D4 Bảng 2.1: Bảng trạng thái của Bộ ghi nối tiếp dịch phải Nguyên tắc hoạt động Khi cho một xung kim âm tác động vào lối vào xóa, các lối ra Q của cả 4 FF trong bộ ghi đều ở trạng thái 0. Muốn ghi ta phải đưa các bit thông tin nối tiếp về thời gian truyền lần lượt vào lối vào nối tiếp theo sự điều khiển đồng bộ của các xung nhịp. Cứ sau mỗi xung nhịp, trạng thái của các trigơ lại được xác lập theo thông tin ở lối vào D của nó. Sau khi kết thúc quá trinh ghi muốn đưa dữ liệu ra ở các lối ra song song ta đặt mức 1 ở lối điều khiển ra, lối ra của các cửa AND ở lối ra song song sẽ được xác lập theo trạng thái Q1, Q2, Q3, Q4 của các trigơ trong bộ ghi. Trong cách điều khiển dữ liệu ra song song này thông tin trong bộ ghi vẫn được duy trì. Để điều khiển dữ liệu ra nối tiếp, ta phải tác động một 4 nhóm xung nhịp cũng ở lối vào điều khiển ghi. Sau 4 xung nhịp tác động 4 bit dữ liệu được đưa ra khỏi bộ ghi. 2.4.2.2 Bộ ghi nối tiếp dịch trái có các lối ra song song và lối ra nối tiếp Sơ đồ Vào dịch trái Ra song song Xóa Ghi Ra nối tiếp Q2 Q1 Q3 Q4 _ SD D CLK CD Q Q Điều khiển ra SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q SD D CLK CD Q Q Hình 2.4: Ghi nối tiếp dịch trái có các lối ra song song và ra nối tiếp. Bảng sự thật CK Q1 Q2 Q3 Q4 0 0 0 0 0 1 0 0 0 D1 2 0 0 D1 D2 3 0 D1 D2 D3 4 D1 D2 D3 D4 Bảng 2.2: Bảng sự thật Nguyên tắc hoạt động Cấu trúc của bộ ghi này cũng tương tự như bộ ghi dịch phải nó chỉ khác trật tự sắp xếp các FF trong bộ ghi. Quá trình điều khiển xóa, điều khiển ghi vào và đưa dữ liệu ra hoàn toàn tương tự như bộ ghi dịch phải. 2.4.2.3 Mạch vừa ghi nối tiếp dịch phải, vừa ghi song song a. Sơ đồ Q4 Điều khiển ra Xóa Ghi A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 A1 1 2 3 4 Q1 Q2 Q3 M D1 D2 D3 D4 Ra nối tiếp SD D CLK CD Q Q Q SD D CLK CD Q _ Q SD D CLK CD Q _ Q SD D CLK CD Q _ Q Vào song song Vào nối tiếp Hình 2.5. ghi nối tiếp dịch phải và ghi song song. Nguyên tắc hoạt động Sơ đồ thêm lối vào M: Mốt điều khiển ghi song song hoặc ghi dịch nối tiếp. Khi M = 1, các lối ra các cửa AND B1, B2, B3, B4 đều ở mức 0, lối ra của FF trước được nối vào lối vào D của FF sau, lối vào nối tiếp được nối vào lối vào D của FF 1. Thông tin từ các lối vào song song không được truyền vào trong mạch. Như vậy, khi M = 1 mạch lúc này trở thành bộ ghi nối tiếp dịch phải. Muốn ghi đủ 4 bit vào thanh ghi ta phải có 4 xung đưa vào Ck điều khiển ghi. Khi quá trình ghi kết thúc, muốn đưa ra ở các lối ra song song ta cần chỉ đặt mức logic 1 ở chân điều khiển cho phép ra của cửa 3 trạng thái. Muốn lấy ra ở lối ra nối tiếp ta cần phải tác động vào lối vào xung nhịp một nhóm gồm 4 xung thì toàn bộ 4 bit được đẩy ra khỏi bộ ghi dịch 4 bit. Cứ mỗi lần ghi 4 bit mới vào bộ ghi thì đồng thời có 4 bit cũ được đưa ra khỏi thanh ghi. Khi M = 0, các lối ra của các cửa AND A1, A2, A3, A4 ở mức 0. Thông tin không được truyền vào lối vào D của FF 1, thông tin từ lối ra Q của FF trước không được truyền vào lối vào D của FF sau. Thông tin từ các lối vào song song được truyền trực tiếp vào các lối vào D của các FF. Mạch trở thành bộ ghi song song ra song song. Muốn ghi chỉ cần 1 xung nhịp điều khiển ghi là dữ liệu từ các lối vào song song được nạp vào bộ ghi. Muốn đưa số liệu ra lối ra song song đặt tại chân điều khiển cho phép ra cửa 3 trạng thái bằng 1. 2.4.2.4 Bộ ghi nối tiếp dịch phải, vừa dịch trái a. Sơ đồ X3 X5 X4 Q4 Y1 X2 X1 Y2 Điều khiển ra Xóa Ghi A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 A1 1 2 3 4 Q1 Q2 Q3 M SD D Clk CD Q Q SD D Clk CD Q _ Q SD D Clk CD Q _ Q SD D Clk CD Q _ Q Hình 2.6: Bộ ghi nối tiếp dịch phải, vừa dịch trái. b. Nguyên tắc hoạt động Khi M = 1: các lối ra của các cửa AND B1, B2, B3, B4 đều ở mức 0, đường truyền thông tin từ lối vào ra Y2 bị ngắt. Đường truyền thong tin theo chiều từ X1 ra Y1 được thiết lập. Khi M = 0, mạch trở thành bộ ghi dịch trái nối tiếp có đường vào X2 ra nối tiếp Y2 hoặc ra song song. Chương 3 TÌM HIỂU IC 74HC595A 3.1 MÔ TẢ CHUNG IC 74HC595Ađược sản xuất bởi công ty “ON semiconductor” vào tháng 3 năm 2000 theo công nghệ LLC (SCILLC). IC 74HC595A là IC ghi dịch 8 bit kết hợp chốt dữ liệu, đầu vào nối tiếp, đầu ra song song. Chấp nhận tín hiệu ghi thay đổi nối tiếp và cung cấp một đầu ra nối tiếp. Ngoài ra thay đổi ghi cũng cung cấp dữ liệu song song với chốt 8 bit. Ghi thay đổi và chốt có đầu vào xung nhịp độc lập, điều này gây ra thiết lập lại không đồng bộ cho chuyển đổi cách ghi. HC595A giao diện trực tiếp với SPI chuỗi dữ liệu trên cổng CMOS, MPUs và MCUs. Khả năng đầu ra của ổ đĩa: 15 TSTTL rất nhiều. Đầu ra trực tiếp cho giao diện CMOS, NMOS và TTL. Phạm vi hoạt động điện áp: 2.0 đến 6.0V. Đầu vào hiện tại thấp: 1.0 A Khả năng chống tiếng ồn cao của thiết bị CMOS. Phù hợp với các yêu cầu xác định tiêu chuẩn Con chip có cấu tạo phức tạp Cải tiến HC595 F Cải tiến sự truyền chậm F 50% tĩnh điện thấp F Cải thiện truyền tín hiệu đầu vào Chức năng: Thường dùng trong các mạch quét Led 7, Led matrix… 3.2 SƠ ĐỒ CHÂN LINH KIỆN Hình 3.1: Sơ đồ chân IC 74HC595A 3.3 GIẢI THÍCH MỘT SỐ CHÂN QUAN TRỌNG Đầu vào: Chân 14: Dãy dữ liệu vào. Dữ liệu trên chân thay đổi thành 8 bit thay đổi theo thứ tự ghi. Đầu vào dữ liệu nối tiếp. Tại một thời điểm xung clock chỉ dựa vào 1 bit. Chân 11:Thay đổi ghi xung Clock vào. Quá trình chuyển đổi từ thấp đến cao đầu vào dữ liệu và đầu vào nối tiếpđể chuyển tới 8 bit thay đổi. Thiết lập lại (Chân 10) Hoạt động thấp, thay đổi cách ghi ghi không đồng bộ thiết lập đầu vào. Trên chân này thiết lập lại sự thay đổi ghi tỉ lệ của thiết bị này thấp. Chốt 8 bit là không bị ảnh hưởng. Khi chân này ở mức thấp (mức 0) thì dữ liệu sẽ bị xóa trên chip. Chốt Clock (chân 12) Chốt vào xung nhịp lưu trữ. Chuyển tiếp vào đầu vào nhỏ, chốt dữ liệu ghi thay đổi. Khi có xung clock tích cực ở sườn dương thì cho phép xuất dữ liệu trên các chân. Chân 13, Đầu ra cho phép: Cho phép hoạt động ở mức thấp. Đầu vào ở mức thấp cho phép các dữ liệu ở các chốt được đưa ra tại các đầu ra, mức cao nhất trên đầu vào ảnh hưởng đến kết quả đầu ra (QA-QH) vào tình trạng trở kháng cao, đầu ra nối tiếp không bị bộ phận này điều khiển. Khi ở mức cao, tất cả các đầu ra trở về trạng thái cao trở, không có đầu ra nào được cho phép. Đầu ra QA - QH (Chân 15, 1,, 2, 3, 4, 5, 6, 7) Không liên quan, 3 trạng thái, Chốt đầu ra. Xuất dữ liệu khi chân 13 tích cực ở mức thấp và có một xung tích cực ra sườn âm . SQH (Chân 9) Không liên quan, dãy dữ liệu đầu ra. Đây là đầu ra của giai đoạn thứ 8 của sự thay đổi ghi 8 bit. Đầu này không có khả năng ở 3 trạng thái. Chân dữ liệu nối tiếp nhau thì chân này đưa đầu vào của con tiếp theo khi đã dịch đủ 8 bit. 3.4 SƠ ĐỒ LÔGIC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, BẢNG GIÁ TRỊ, SƠ ĐỒ LOGIC MỞ RỘNG A 14 11 10 12 13 9 7 6 5 4 3 2 1 15 QA QB QC QD QE QF QG QH Thay đổi cách ghi Chốt Dãy dữ liệu vào Thay đổi xung clock Bắt đầu lại Chốt clock Cho phép đầu ra Dãy dữ liệu đầu ra Dữ liệu ra song song SQH VCC = PIN 16 GND = PIN 18 3.4.1 Sơ đồ lôgic Hình 3.2: Sơ đồ logic IC 74HC595A. 3.4.2 Nguyên lý hoạt động IC 74HC595A hoạt động theo nguyên tắc của bộ ghi dịch nối tiếp phải có lối ra song song và nối tiếp . Khi cho một xung kim âm tác động vào lối vào xóa, các lối ra Q của cả 8 FF trong IC đều ở trạng thái 0. Muốn ghi ta phải đưa các bit thông tin nối tiếp về thời gian truyền lần lượt vào lối vào nối tiếp theo sự điều khiển đồng bộ của các xung nhịp. Cứ sau mỗi xung nhịp, trạng thái của các FF lại được xác lập theo thông tin ở lối vào D của nó. Sau khi kết thúc quá trinh ghi muốn đưa dữ liệu ra ở các lối ra song song ta đặt mức 1 ở lối điều khiển ra, lối ra của các cửa AND ở lối ra song song sẽ được xác lập theo trạng thái Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8 của các FF trong IC. Trong cách điều khiển dữ liệu ra song song này thông tin trong bộ ghi vẫn được duy trì. Để điều khiển dữ liệu ra nối tiếp, ta tác động một 8 nhóm xung nhịp cũng ở lối vào điều khiển ghi. Sau 8 xung nhịp tác động 8 bit dữ liệu lần lượt được đưa ra khỏi IC. 3.4.3 Bảng giá trị Quá trình hoạt động Đầu vào Nguyên lý hoạt động Đặt lại Chuổi A vào Thay đổi clock Chốt clock Cho phép đầu ra Khoản thay đổi ghi Lượng chốt ghi Dãy dữ liệu ra Dữ liệu ra song song Luân phiên ghi lại L X X L, H, L L U L U Thay đổi dữ liệu thành thay đổi ghi H D L, H, L D, SRA; SRN SRN+1 U SRG SRH U Thanh ghi lại không thay đổi H X L, H, L, H, L U U U U Chuyển nội dung thay đổi ghi đến chốt ghi H X L, H, L U SRN LRN U U Chốt ghi còn lại không thay đổi X X X L, H, L * U * SRN Cho phép đầu ra song song X X X X L * ** * Cho phép ảnh hưởng của đầu ra đến trạng thái điện trở cao X X X X H * ** * Z Bảng 3.1: Bảng giá trị IC 74HC595A Chú thích: SR = Nội dung thay đổi ghi LR = Chốt nội dung ghi D = Dữ liệu ( L, H ) mức độ logic U = Còn lại không thay đổi = Chuyển từ thấp lên cao = Chuyển từ cao xuống thấp * = Phụ thuộc thay đổi clock vào ** = phụ thuộc chốt clock vào 3.4.4 Sơ đồ logic mở rộng. MC74HC595A Hình 3.3: Sơ đồ lôgic mở rộng IC 74HC595A. 3.5 BẢNG XẾP HẠNG TUYỆT ĐỐI Ký hiệu Tham số Giới hạn Đơn vị VCC Điện áp cung cấp( liên quan đến GND) - 0.5 đến + 7.0 V VIN Điện áp đầu vào - 0.5 đến VCC + 0.5 V VOUT Điện áp đầu ra - 0.5 đến VCC + 0.5 V IIN Dòng vào, theo chân + 20,- 20 mA IOUT Dòng ra, theo chân + 35, - 35 mA ICC Dòng diện áp cung cấp, Chân VCC và GND + 75, - 75 mA PD Khả năng tiêu hao năng lượng trong không gian tĩnh 750 500 450 mW TSTG Nhiệt độ lưu trữ - 60 đến + 150 0C TL Dẫn nhiệt 1mm từ các trường hợp trong 10s 260 0C Bảng 3.2: Bảng xếp hạng tuyệt đối của IC 74HC595A.. Thiết bị này có chứa các mạch bảo vệ để chống lại thiệt hại do điện áp cao hoặc các lĩnh vực điện. Tuy nhiên biện pháp phòng ngừa phải được thực hiện để tránh các tác hại của điện áp. Thay thế thích hợp cho hoạt động V1 và Vout nên hạn chế dãy GDN £ (V1 và Vout) £ VCC. Phải sử dụng thích hợp điện áp đầu vào. Kết quả đầu ra chưa sử dụng phải để mở. 3.6 ĐIỀU KIỆN HOẠT ĐỘNG Ký hiệu Tham số Tối thiểu Tối đa Đơn vị VCC Điện áp cung cấp 2.0 6.0 V VIN, VOUT Điện áp đầu vào, đầu ra 0 VCC V TA Nhiệt độ hoạt động, tất cả các loại - 55 0C Tr, tf Thời gian đầu vào tăng và giảm VCC = 2.0V VCC = 4.5V VCC = 6.0V 0 0 0 1000 500 400 ns Bảng 3.3: Điều kiện hoạt động của IC 74HC595A. 3.7 KIỄM TRA MẠCH VÀ GIẢN ĐỒ XUNG 3.7.1 Kiễm tra mạch Kiễm tra mạch Dùng phương pháp kiểm tra Dùng phương pháp kiểm tra Đầu vào Đầu kiễm tra Đầu vào CL* 1kw Đầu kiễm tra Kết nối đến VCC khi kiễm tra tPLZ và tPZL Kết nối đến GND khi kiễm tra tPLZ và tPZL CL* * Bao gồm tất cả sự thăm dò và lắp điện dung. Hình 3.4: Kiễm tra mạch IC 74HC595A. Thay đổi xung clock Dãy dữ liệu vào A Thiết lập lại Chốt Clock Đầu ra cho phép Dữ liệu đầu ra cho phép SHQ QB QC QD QE QF QG QH QA 3.7.2 giản đồ xung Hình 3.5: Giản đồ xung của IC 74HC595A.. 3.8 ĐẶC ĐIỂM DÒNG ĐIỆN 3.8.1 Đặc điểm dòng điện một chiều (Điện áp giới thiệu gây ra đến GNP) Kí hiệu Thông số Điều kiện kiểm tra VCC (V) Giới hạn đảm bảo Đơn vị -55 Đến 250C £ 850C £ 1250C VIH Đầu vào điện áp cao VOUT = 0.1V OR VCC - 0.1V Iout £ 20 mA 2.0 3.0 4.5 6.0 1.5 2.1 3.15 4.2 1.5 2.1 3.15 4.2 1.5 2.1 3.15 4.2 V VIL Đầu vào điện áp thấp VOUT = 0.1V OR VCC - 0.1V Iout £ 20 mA 2.0 3.0 4.5 6.0 0.5 0.9 1.35 1.8 0.5 0.9 1.35 1.8 0.5 0.9 1.35 1.8 V VOH Đầu ra điện áp cao Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 20 mA 2.0 4.5 6.0 1.9 4.4 5.9 1.9 4.4 5.9 1.9 4.4 5.9 V Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 2.4mA Iout £ 6.0mA Iout £ 7.8mA 3.0 4.5 6.0 2.48 3.98 5.48 2.34 3.84 5.34 2.2 3.7 5.2 VOL Đầu ra điện áp thấp Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 20 mA 2.0 4.5 6.0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 V Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 2.4mA Iout £ 6.0mA Iout £ 7.8mA 3.0 4.5 6.0 0.26 0.26 0.26 0.33 0.33 0.33 0.4 0.4 0.4 V Bảng 3.4: Đặc điểm dòng điện một chiều của IC 74HC595A.. 3.8.2 Đặc điểm dòng điện một chiều (điện áp chuyển đến GND) Kí hiệu Thông số Điều kiện kiểm tra VCC (V) Giới hạn đảm bảo Đơn vị -55 Đến 250C £ 850C £ 1250C VOH Đầu ra điện áp cao, cấp độ tối thiểu cao. Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 20 mA 2.0 4.5 6.0 1.9 4.4 5.9 1.9 4.4 5.9 1.9 4.4 5.9 V Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 2.4mA Iout £ 4.0mA Iout £ 5.2mA 3.0 4.5 6.0 2.48 3.98 5.48 2.34 3.84 5.34 2.2 3.7 5.2 VOL Đầu ra điện áp thấp, vị trí tối đa thấp. SQH Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 20 mA 2.0 4.5 6.0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 V Vin = VIH hoặc VIL Iout £ 2.4mA Iout £ 6.0mA Iout £ 7.8mA 3.0 4.5 6.0 0.26 0.26 0.26 0.33 0.33 0.33 0.4 0.4 0.4 Iin Dòng thoát ra tối đa Vin = VCC hoặc GND 6.0 ± 0.1 ± 0.1 ± 0.1 mA IOZ Tối đa 3 trạng thái hở dòng QA - QH Trạng thái điện trở đầu ra cao Vin = VIH hoặc VIL 6.0 ± 0.5 ± 5.0 ± 10 mA ICC Cung cấp dòng tối thiểu không hoạt động Vin = VCC hoặc GND Iout = 0 mA 6.0 4.0 40 160 mA Bảng 3.5: Đặc điểm dòng điện một chiều của IC 74HC595A.. 3.8.3 Đặc điểm dòng điện xoay chiều (CL = 50 Pf, đầu vào tr = tf = 6.0 ns) Kí hiệu Thông số VCC (V) Giới hạn đảm bảo Đơn vị -55 Đến 250C £ 850C £ 1250C fmax Tần số clock tối đa (50% nhiệm vụ chu kỳ) 2.0 3.0 4.5 6.0 6.0 15 30 35 4.8 10 24 28 4.0 8.0 20 24 MHZ tpLH, tpHL Truyền tối đa sự trễ, thay đổi xung clock 2.0 3.0 4.5 6.0 140 100 28 24 175 125 35 30 210 150 42 36 ns tpLH Truyền tối đa sự trễ, thiết lập lại SQH 2.0 3.0 4.5 6.0 145 100 29 25 180 125 36 31 220 150 44 38 ns tpLH, tpHL Truyền tối đa sự trễ, Chốt clock từ QA-QH 2.0 3.0 4.5 6.0 140 100 28 24 175 125 35 30 210 150 42 36 ns tpLZ, tpHZ Truyền tối đa sự trễ,Cho phép đầu ra từ QA-QH 2.0 3.0 4.5 6.0 150 100 30 26 190 125 38 33 225 150 45 38 ns tpZL, tpZH Truyền tối đa sự trễ,Cho phép đầu ra từ QA-QH 2.0 3.0 4.5 6.0 135 90 27 23 170 110 34 29 205 130 41 35 ns tTLH, tTHL Thời điểm chuyển đổi trạng thái tối đa từ QA-QH 2.0 3.0 4.5 6.0 60 23 12 10 75 27 15 13 90 31 18 15 ns Bảng 3.6: Đặc điểm dòng điện xoay chiều của IC 74HC595A. 3.8.4 Đặc điểm dòng điện xoay chiều (CL = 50 Pf, đầu vào tr = tf = 6.0 ns) Kí hiệu Thông số VCC (V) Giới hạn đảm bảo Đơn vị -55 Đến 250C £ 850C £ 1250C tTLH, tTHL Thời gian chuyển tiếp đầu ra cực đại 2.0 3.0 4.5 6.0 75 27 15 13 95 32 19 16 110 36 22 19 ns Cin Điện dung đầu ra cực đại __ 10 10 10 pF Cout Ba trạng thái cực đại của điện dung đầu ra (trạng thái điện trở đầu ra cao) __ 15 15 15 pF Bảng 3.7: Đặc điểm dòng điện xoay chiều của IC 74HC595A. Chú ý Về những chậm truyền phổ biến với tải trọng khác hơn 50 pF, và các thông tin trên các giá trị tham số tiêu biểu, có thể tìm thấy trong chương 2 ở ON bán dẫn, cuốn sách dữ liệu tốc độ cao của CMOS (DL129/D). CPD Khả năng tiêu hao điện dung (mỗi gói) Đặc trưng @ 250C, VCC = 5.0V pF 300 * Được sử dụng để xác định điện năng tiêu thụ không tải: PD = CPDVCC2f + ICCVCC. Xem chương 2 ở ON bán dẫn, cuốn sách dữ liệu tốc độ cao của CMOS (DL129/D). KẾT LUẬN Bộ ghi dịch có cấu tạo gồm nhiều FF kết nối với nhau, nó có khả năng ghi giữ và dịch thông tin (sang phải hoặc sang trái).Trong cuộc sống, bộ ghi dịch được sử dụng rộng rãi để nhớ số liệu, chuyển số liệu song song thành nối tiếp, nối tiếp thành song song, đó là thành phần không thể thiếu được trong CPU của các hệ thống xử lý, trong các cổng vào ra có khả năng lập trình, hoặc được dùng để thiết kế bộ đếm, tạo dãy tín hiệu nhị phân tuần hoàn theo yêu cầu cho trước. Đề tài nghiên cứu về bộ ghi dịch đã giới thiệu về bộ ghi dịch, hiểu được nguyên lý hoạt động của bộ ghi dich cũng như đã tìm hiểu và phân tích được IC có chức năng tương tự. Việc nghiên cứu đề tài này bản thân em là một sinh viên ngành Sư phạm kỹ thuật công nghiệp đã thu thập được rất nhiều thông tin và kiến thức bổ ích phục vụ nghiên cứu cũng như bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên đề tài chỉ dừng ở mức độ tổng hợp tài liệu, do hạn chế về thời gian, năng lực và bước đầu làm bài tập lớn nên nên sẽ không tránh khỏi sai sót và những sắp xếp không hợp lí, mong quý thầy cô giáo chỉ bảo để em rút ra những bài học để vận dụng trong nghiên cứu sau này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Thúy Vân, Giáo trình kỹ thuật số, NXB Khoa học-công nghệ, 2000. [2]. Nguyễn Kim Giao, Kỹ thuật điện tử số, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2000. [3]. Lê Phi Yến-Lưu Phú-Nguyễn Như Anh, Kỹ thuật điện tử, NXB Khoa học và kỹ thuật, 1995. [4]. [5].