Tài liệu Bài 3 hợp kênh và phân kênh giáo trình thực tập kỹ thuật số

Bµi 3: hîp kªnh vµ ph©n kªnh (Multiplexer and Demultiplexer) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt C¸c m¹ch logic ®−îc ph©n lµm hai lo¹i : M¹ch tæ hîp (Combinational logic circuits) vµ m¹ch kÕ tiÕp hay cßn gäi lµ m¹ch d·y (Sequential logic circuits). M¹ch logic tæ hîp lµ nh÷ng m¹ch cã gi¸ trÞ lèi ra t¹i mét thêi ®iÓm lµ x¸c ®Þnh chØ phô thuéc vµo c¸c gi¸ trÞ lèi vµo ë thêi ®iÓm ®ã. Kh«ng phô thuéc gi¸ trÞ lèi ra ë thêi ®iÓm qu¸ khø. M¹ch tæ hîp ®−îc x©y dùng tõ c¸c cöa logic c¬ b¶n. C¨n cø vµo c¸c thuËt to¸n logic ta sÏ thiÕt kÕ ®−îc m¹ch ®iÖn tö vÝ dô nh− hîp kªnh, ph©n kªnh, gi¶i m· (decoder), céng (adder), trõ (subtractor), ®¬n vÞ logic sè häc (Arithmetic logic Unit) ... M¹ch d·y lµ nh÷ng m¹ch cã gi¸ trÞ lèi ra ë mét thêi ®iÓm nµo ®ã kh«ng chØ phô thuéc vµo c¸c gi¸ trÞ lèi vµo ë thêi ®iÓm ®ã mµ cßn phô thuéc vµo gi¸ trÞ lèi ra cña nã ë thêi ®iÓm tr−íc ®ã. Nh− vËy m¹ch d·y ®−îc x©y dùng tõ c¸c phÇn tö nhí ®ã lµ c¸c trig¬ hay cßn gäi lµ Flip - Flop. Gi¸ trÞ ®Æc biÖt cña m¹ch d·y ë tÝnh chÊt “nhí” cña chóng. Bé ghi dÞch, bé ®Õm... thuéc vÒ m¹ch d·y. 1. Hîp kªnh (MUX). Hîp kªnh lµ mét m¹ch tæ hîp cã nhiÒu ®Çu vµo nh−ng chØ cã mét ®Çu ra. Hîp kªnh lµm nhiÖm vô nh− mét kho¸ chuyÓn m¹ch. Nã chuyÓn sè liÖu (data) tõ mét trong sè ®Çu vµo D0, D1, D2 ... ®Õn ®Çu ra Y . ViÖc lùa chän cho d÷ liÖu nµo ®−îc chuyÓn ra ®Çu ra Y nhê tÝn hiÖu logic t¸c dông vµo ®Çu “chän läc” (Selection) S0, S1, S2 ... vµ cæng cho phÐp G (gate). VÝ dô víi hîp kªnh 4 ®−êng vµo, 1 ®−êng ra (mét nöa IC 74LS153) cã s¬ ®å vµ ho¹t ®éng theo b¶ng ch©n lý sau: D3 D2 D1 D0 d3 d3 d3 d3 d3 d2 d2 d2 d2 d2 d1 d1 d1 d1 d1 d0 d0 d0 d0 d0 S0 x 0 0 1 1 G 1 0 0 0 0 25 S1 x 0 1 0 1 Y 1 d0 d1 d2 d3 G D0 D1 D2 D3 S0 S1 C¸c ký hiÖu d0, d1, d2, d3 chØ c¸c th«ng tin logic t−¬ng øng víi c¸c ®Çu vµo D0, D1, D2, D3. C¸ch viÕt nh− vËy mang tÝnh chÊt tæng qu¸t h¬n. Bé hîp kªnh nÕu cã n ®Çu vµo d÷ liÖu th× sè ®Çu chän läc S ph¶i tháa m·n: S = log2n Hîp kªnh lµm nhiÖm vô chän läc cho nªn cßn cã tªn lµ bé chän (Selector). Vi m¹ch 74LS153 chøa 2 bé hîp kªnh vµo 4 ra 1. 74LS153 74LS153 I3a I2a I1a I0a S1 S0 I3b I2b I1b I0b Ea Ya Yb Eb 26 2. Ph©n kªnh (DMUX) Ph©n kªnh lµ mét m¹ch tæ hîp cã mét ®Çu vµo nh−ng cã nhiÒu ®Çu ra. Nh− vËy ph©n kªnh ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c ng−îc l¹i víi hîp kªnh. NhiÖm vô cña ph©n kªnh gièng nh− c¸c kho¸ chuyÓn m¹ch, nã chuyÓn sè liÖu (data) tõ mét ®Çu vµo vµ ph©n ph¸t ®Õn mét trong sè c¸c ®Çu ra. D−íi ®©y lµ s ®å logic cña mét ph©n kªnh vµo 1 ra 4. §Çu vµo sè liÖu D, hai ®Çu chän lµ S0 vµ S1, ®Çu ra Y0, Y1, Y2, Y3. NÕu gäi n lµ sè ®Çu ra, S lµ sè ®Çu chän th× gi÷a n vµ S cã mèi quan hÖ gièng nh− hîp kªnh: S = log2n D Y0 Y1 Y2 Y3 S0 S1 D S1 S0 Y3 Y2 Y1 Y0 d d d d 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 d 1 1 d 1 1 d 1 1 d 1 1 1 27 ë ®©y d lµ th«ng tin logic cña ®Çu vµo d÷ liÖu D. S¬ ®å logic trªn ®©y gièng hÖt mét nöa s¬ ®å logic cña IC 74LS139. 74LS139 A1a A0a Ea A1b A0b Eb Q3a Q2a Q1a Q0a Q3b Q2b Q1b Q0b CÇn l−u ý r»ng mét sè ph©n kªnh ®−îc dïng lµm bé gi¶i m· (chuyÓn tÝn hiÖu ®Çu vµo theo m· nµy ®Õn ®Çu ra theo m· kh¸c). Do ®ã trong mét sè s¸ch cÈm nang 74LS139 ®−îc xÕp vµo lo¹i gi¶i m·/ph©n kªnh (DECODER / DEMULTIPLEXER). 28 B. PhÇn thùc nghiÖm 1. Nghiªn cøu sù ho¹t ®éng cña ph©n kªnh 74LS139 vµo 1 ra 4 vµ kiÓm tra b¶ng ch©n lý cña nã. ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm: §Çu vµo 5V S1 L3 L2 L1 L0 5V S0 74LS139 D Q3a Q2a Q1a Q0a Q3b Q2b Q1b Q0b A1a A0a Ea 0V A1b A0b Eb ƒ D S1 S0 1 x x 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 §Çu ra L3 L2 L1 L0 C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 Ph©n kªnh vµo 1 ra 4 [Digital by Function/Decoder/74LS139] 03 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Chó ý: [] §−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn () Ký hiÖu phÝm t¾t B−íc 2: Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n nhÊp lªn nót “Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo c¸c logic switch ®Ó lÇn l−ît thay ®æi c¸c møc logic cña c¸c logic switch. H·y quan s¸t sù thay ®æi c¸c tr¹ng th¸i ë lèi ra L0, L1, L2, L3. B−íc 3: - Thay ®æi c¸c gi¸ trÞ logic lèi vµo D, S0, S1 th«ng qua c¸c logic switch, quan s¸t gi¸ trÞ logic lèi ra L0, L1, L2, L3 vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng ch©n lý. - So s¸nh víi b¶ng ch©n lý ë phÇn lý thuyÕt 2. X©y dùng ph©n kªnh vµo 1 ra 8 b»ng 74LS139 ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm 29 C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 Ph©n kªnh vµo 1 ra 4[Digital by Function/Decoder/74LS139] 03 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) B−íc 2: Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n nhÊp lªn nót “Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo c¸c logic switch ®Ó lÇn l−ît thay ®æi c¸c møc logic cña c¸c logic switch. H·y quan s¸t sù thay ®æi c¸c tr¹ng th¸i ë lèi ra. B−íc 3: - Thay ®æi c¸c gi¸ trÞ logic lèi vµo G, S0, S1, S2 th«ng qua c¸c logic switch, quan s¸t gi¸ trÞ logic lèi ra L0, ... L7 vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng ch©n lý. - So s¸nh víi b¶ng ch©n lý ë phÇn lý thuyÕt §Çu vµo §Çu ra D S2 S1 S0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 1 1 1 1 x 0 0 1 1 0 0 1 1 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 x 0 1 0 1 0 1 0 1 30 3. X©y dùng ph©n kªnh vµo 1 ra 8 b»ng 74LS139 vµ Kh«ng Vµ 74LS00 ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm ƒ C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 Ph©n kªnh vµo 1 ra 4 [Digital by Function/Decoder/74LS139] 03 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) B−íc 2: Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n nhÊp lªn nót “Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo c¸c logic switch ®Ó lÇn l−ît thay ®æi c¸c møc logic cña c¸c logic switch. H·y quan s¸t sù thay ®æi c¸c tr¹ng th¸i ë lèi ra L. B−íc 3: - Thay ®æi c¸c gi¸ trÞ logic lèi vµo D, S0, S1, S2 th«ng qua c¸c logic switch, quan s¸t gi¸ trÞ logic lèi ra L vµ ®iÒn ®Çy ®ñ b¶ng ch©n lý. - So s¸nh víi b¶ng ch©n lý ë phÇn lý thuyÕt 31 §Çu vµo §Çu ra D S2 S1 S0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 1 1 1 1 x 0 0 1 1 0 0 1 1 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 x 0 1 0 1 0 1 0 1 4. KiÓm tra kiÕn thøc a) H·y thiÕt kÕ hîp kªnh vµo 2 ra 1 b»ng c¸c cöa kh«ng vµ (74LS00) - VÏ s¬ ®å khèi. - LËp b¶ng ch©n lý - ViÕt hµm logic - VÏ m¹ch b) Cho tr−íc s¬ ®å logic h×nh d−íi ®©y - §iÒn ®Çy ®ñ vµo chç trèng cña b¶ng ch©n lý. - ViÕt hµm logic - KÕt luËn ®©y lµ m¹ch g× G D0 D1 Y D2 D3 S0 S1 32 C. Phô lôc Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng dông sö dông trong bµi thùc hµnh. 1. Ph©n kªnh hä 74LS139 (MUX) Tªn IC: 74LS139 33 2. Hîp kªnh vµo 4 ra 1 Tªn IC: 74x153 (TTL) 34