Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 13: Cửa ba trạng thái và tổ chức bus (Three - State & Bus - Organization)
Bµi 13: cöa ba tr¹ng th¸i vµ tæ chøc bus
(Three - State & Bus - Organization)
A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt
1. Kho¸ ba tr¹ng th¸i :
Kho¸ ba tr¹ng th¸i ®· ®−îc triÓn khai sö dông tõ n¨m 1970. Nhê sù ra ®êi
cña kho¸ nµy mµ viÖc thiÕt kÕ vµ nèi m¹ch ®¬n gi¶n ®i rÊt nhiÒu, ®Æc biÖt cho c¸c
m¸y tÝnh theo tæ chøc Bus. D−íi ®©y lµ mét vÝ dô ®¬n gi¶n vÒ kho¸ ba tr¹ng th¸i.
+5V
E
Di
D0
100K
Di
0
1
1
x
0
1
më (hë)
C
0
1
100K
Do
B
E
100K
A
E=0
E=1
Do
Di
Di
S¬ ®å nguyªn lý
Do
Do
Di
E
Kho¸ c¬ häc t−¬ng ®−¬ng
Ký hiÖu logic
Di
: §Çu vµo sè liÖu (Data in).
: §Çu ra sè liÖu (Data out).
D0
E
x
: §Çu cho phÐp (Enable).
: Gi¸ trÞ bÊt kú, kh«ng cÇn quan t©m.
Khi E = 0, transistor A bÞ cÊm, baz¬ transistor B ë thÕ cao, transistor B b·o
hoµ, baz¬ cña transistor C nh− nèi ®Êt khiÕn cho emit¬ cña transistor C bÞ treo:
D0 th¶ næi (floating). Tr¹ng th¸i th¶ næi t−¬ng ®−¬ng víi kho¸ c¬ häc S ®Ó “ngá”.
Khi E = 1, transistor A b·o hoµ, transistor B bÞ cÊm, transistor C ho¹t ®éng
nh− mét m¹ch l¾p l¹i emit¬. Toµn m¹ch b¸n dÉn t−¬ng ®−¬ng víi kho¸ c¬ häc S
®−îc “®ãng l¹i”. Toµn m¹ch ho¹t ®éng nh− mét tÇng “®Öm” , bëi v× D0 = Di.
173
Trªn ®©y lµ kho¸ 3 tr¹ng th¸i víi ®Çu cho phÐp t¸c ®éng cao (E = 1). Ng−êi ta
còng dÔ dµng thiÕt kÕ kho¸ 3 tr¹ng th¸i víi t¸c ®éng thÊp E = 0 nh− h×nh sau
Do
Di
E
D0
E
Di
1
0
0
x
0
1
hë
0
1
E=0
E=1
Do
Di
Di
Do
Kho¸ c¬ häc t−¬ng ®−¬ng
Tr¹ng th¸i thø 3 nµy cã c¸c tªn gäi kh¸c nhau nh−ng cïng mét ý nghÜa: th¶
næi (floating), hë (open), tæng trë lín (high impedance), c« lËp (isolation).
2. Cöa logic ba tr¹ng th¸i hä TTL (TTL - tri - State Logic Gate).
H×nh sau lµ s¬ ®å logic, s¬ ®å ch©n nèi 74125, 74126, 74LS244, 74LS245 vµ
c¸c tr¹ng th¸i cña chóng kÌm theo.
74LS125
4C
74LS126
4C
4A
3C
3A
2C
2A
1C
1A
4Y
3Y
2Y
1Y
4A
3C
3A
2C
2A
1C
1A
4Y
3Y
2Y
1Y
74LS244
74LS245
OEa
CE
S/R
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4
1 E 1A1 1A2 1A3 1A4
Ia3 Ya3
Ia2 Ya2
Ia1 Ya1
Ia0 Ya0
OEb
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
0
0
1a1 1a2 1a3 1a4
1a1 1a2 1a3 1a4
1a1 1a2 1a3 1a4
---- th¶ næi ----
Ib3 Yb3
Ib2 Yb2
Ib1 Yb1
Ib0 Yb0
2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
2 E 2A1 2A2 2A3 2A4
U6
0
0
2a1 2a2 2a3 2a4
2a1 2a2 2a3 2a4
2a1 2a2 2a3 2a4
---- th¶ næi ----
I0 O0
I1 O1
I2 O2
I3 O3
OE
174
DIR
Chøc n¨ng
E
0
0
1
0
1
x
Sè liÖu B ®Õn bus A
Sè liÖu A ®Õn bus B
C« lËp gi÷a hai bus
DIR : viÕt t¾t cña ch÷ DIRECTION cã nghÜa lµ ph−¬ng h−íng.
Q4 Q3 Q2 Q1
D4 D3 D2 D1
E CLR CK LOAD
1
0
0
0
x
1
0
0
x
x
x
x
0
x
x x x x
x x x x
d4 d3 d2 d1
x x x x
Th¶ næi
0 0 0 0
d4 d3 d2 d1
kh«ng ®æi
3. M¹ch ghi víi c¸c ®Çu ra ba tr¹ng th¸i.
Vi m¹ch 74LS173 lµ mét vÝ dô vÒ m¹ch ghi lo¹i D, 4 bit víi c¸c ®Çu ra 3 tr¹ng
th¸i. S¬ ®å ch©n, b¶ng ch©n lý vµ s¬ ®å logic cho trªn h×nh d−íi ®©y:
74LS173
MR
E1
E2
CP
D3
D2
D1
D0
OE1
OE2
Q3
Q2
Q1
Q0
4. Tæ chøc bus.
Bus lµ mét nhãm ®−êng dÉn dïng ®Ó chuyÓn sè liÖu. H×nh vÏ d−íi ®©y gióp ta
hiÓu c¸ch chuyÓn sè liÖu tõ m¹ch ghi nµy ®Õn m¹ch ghi kh¸c qua bus. Nãi mét
c¸ch kh¸c, ®©y lµ c¸ch chuyÓn sè liÖu theo “tæ chøc bus”. C¸c m¹ch ghi cã ®Çu ra 3
tr¹ng th¸i.
Xung nhÞp t¸c ®éng ®ång thêi vµo c¸c thanh ghi A, B, C, D nh−ng kh«ng cã
®iÒu g× x¶y ra c¶ nÕu c¸c ®Çu vµo LOAD ( LA ) vµ Enable ( EA ) ®Æt ë møc logic “1”:
c¸c thanh ghi c« lËp víi bus.
Muèn chuyÓn mét tõ nhÞ ph©n tõ m¹ch ghi A sang m¹ch ghi D, ta ®Æt E A vµ
LD ë logic “0”. Nh− vËy sè liÖu cña m¹ch ghi A sÏ xuÊt hiÖn trªn bus vµ m¹ch ghi
D s½n sµng n¹p sè liÖu. Khi cã xung nhÞp kÝch thÝch, sè liÖu sÏ ®−îc l−u tr÷ trong
m¹ch ghi D. Gi¶ sö c¸c “tõ nhÞ ph©n “ sau ®©y ®−îc l−u tr÷ trong c¸c m¹ch ghi :
175
A = 0011
B = 0110
C = 1001
D = 1100
Muèn chuyÓn tõ A = 0011 sang m¹ch ghi D, ta ®Æt L A = 0 vµ LD = 0. Lóc nµy
c¸c kho¸ 3 tr¹ng th¸i cña m¹ch ghi A ®−îc ®ãng l¹i ®Ó chuyÓn tõ A = 0011 lªn
bus. Víi LD = 0, m¹ch ghi D ®−îc n¹p tõ nhÞ ph©n trªn. Khi cã xung nhÞp tíi
(s−ên d−¬ng), tõ A ®−îc l−u tr÷ trong m¹ch ghi D. KÕt qu¶ b©y giê lµ :
A = 0011
B = 0110
C = 1001
D = 0011
176
B. PhÇn thùc nghiÖm
1. Nghiªn cøu ho¹t ®éng cña cöa ba tr¹ng th¸i 74LS244
Vi m¹ch 74LS244 ®ãng vai trß nh− tÇng ®Öm cho bus 8 ®−êng dÉn (Octal
Bus buffer). Mçi IC 74LS244 gåm 2 bé kho¸ ba tr¹ng th¸i, mçi bé kho¸
gåm 4 bÝt vµ mét ®Çu cho phÐp E . Vai trß cña mçi bé lµ nh− nhau nªn ta
cã thÓ ghÐp 2 bé 4 bÝt ®Ó t¹o bé kho¸ ba tr¹ng th¸i 8 bit. ë bµi nµy ta chØ
cÇn kh¶o s¸t bé kho¸ thø nhÊt. IC 74LS244 cã thÓ ®−îc dïng ®Ó lµm bé
"kho¸ tõ 3 tr¹ng th¸i" (3-State word switch) hay ®Ó ph¸t tÝn hiÖu sè lªn
bus, víi vai trß nµy nã cã tªn gäi lµ "bé ph¸t bus" (transmitter For Bus or
Bus Transmitter).
S¬ ®å thÝ nghiÖm:
0V
Ya3 Ya2 Ya1
Ya1
Ea
Ia3
Ia2
Ia1
Ia0
74LS244
OEa
0V
0V
0V
0V
Ia3 Ya3
Ia2 Ya2
Ia1 Ya1
Ia0 Ya0
OEb
Ib3 Yb3
Ib2 Yb2
Ib1 Yb1
Ib0 Yb0
C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:
B−íc1:
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:
05 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch]
(s)
(9)
04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display]
01 IC 74LS244 [Digital by Number/742xx/74244]
Chó ý:
[ ]
( )
§−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn
Ký hiÖu phÝm t¾t
B−íc 3:
-
TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng ch©n lý sau:
Ia0 Ia1 Ia2 Ia3 Ya0 Ya1 Ya2 Ya3
E
177
2. Nghiªn cøu ho¹t ®éng cöa ba tr¹ng th¸i 74LS245
Vi m¹ch 74LS245 th−êng ®−îc dïng lµm tÇng ®Öm cho bus 8 ®−êng dÉn
hai chiÒu (Bidirectional octal bus buffer). Do tÝnh chÊt hai chiÒu mµ vi
m¹ch nµy ®−îc lµm m¹ch ®Öm ph¸t tÝn hiÖu lªn bus hoÆc nhËp tin tõ bus.
V× vËy nã cßn cã tªn lµ “m¹ch thu ph¸t bus” (Bus Transmister-Receiver).
S¬ ®å thÝ nghiÖm:
0V
CE
CE
0V
0V
0V
S/R
5V
0V
0V
B7
0V
A7
S/R
B6
B5
B4
B7
B6
A7
0V
0V
0V
A6
A5
A4
74LS245
74LS245
0V
0V
0V
CE
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
S/R
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
A6
A5
A4
CE
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
S/R
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
B5
B4
B3
B3
B2
B1
B0
A3
A2
0V
0V
0V
A3
A2
B2
B1
0V
0V
0V
A1
A0
B0
A1
A0
H×nh a: A -> B
H×nh b: A <- B
C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:
B−íc1:
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:
02 IC 74LS245 [Digital by Number/742xx/74254]
20 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch]
(s)
(9)
08 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display]
B−íc 2:
-
ChuyÓn sè liÖu theo chiÒu tõ A -> B. ë ®©y ta tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi
h×nh a
-
TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau:
S/R
1
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
1 0 0 1 1 0 0 1
1 0 0 1 1 0 0 1
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
CE
0
1
x
Chó ý:
178
- S/R: §Çu chän h−íng truyÒn sè liÖu. S/R = 1 sè liÖu ®−îc truyÒn tõ A sang
B, cßn S/R = 0 sè liÖu ®−îc truyÒn tõ B sang A.
B−íc 3:
-
ChuyÓn sè liÖu theo chiÒu tõ B -> A. ë ®©y ta tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi
h×nh b
-
TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau:
S/R
0
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
1 0 0 1 1 0 0 1
1 0 0 1 1 0 0 1
CE
0
1
x
3. ChuyÓn sè liÖu gi÷a c¸c m¹ch ghi theo tæ chøc bus
Hexa-
decimal
Word switch
3 state
dispay
CLR B
A
B
CLR A
Register
74LS173
Register
74LS173
E A
CK
Word switch
Ta cã s¬ ®å khèi:
Môc ®Ých cña bµi thùc tËp:
-
-
Ph¸t sè liÖu nhÞ ph©n 1010 lªn bus
Tõ bus, sè liÖu ®−îc n¹p vµ l−u tr÷ t¹i m¹ch ghi thø nhÊt (vÝ dô
m¹ch ghi A)
-
-
ChuyÓn sè liÖu tõ m¹ch ghi thø nhÊt ®Õn m¹ch ghi thø hai (vÝ dô
m¹ch ghi B) qua bus vµ l−u tr÷ l¹i.
§äc l¹i sè liÖu trªn thanh ghi B.
S¬ ®å thÝ nghiÖm:
179
0V
5V
5V
0V
5V
5V
MRB
EA
EB
MRA
LOADB
74LS173
74LS173
Q3 Q2 Q1 Q0
LOADA
CP
MR
E1
E2
CP
D3
D2
D1
D0
OE1
OE2
MR
E1
E2
CP
D3
D2
D1
D0
OE1
OE2
0V
Q3
Q2
Q1
Q0
Q3
Q2
Q1
Q0
0V
E
3210
0123
3210
0123
3
2
1
0
74LS244
OEa
0V
0V
0V
0V
3
2
1
0
Ia3 Ya3
Ia2 Ya2
Ia1 Ya1
Ia0 Ya0
OEb
I3
Thanh ghi A
Thanh ghi B
I2
I1
I0
Ib3 Yb3
Ib2 Yb2
Ib1 Yb1
Ib0 Yb0
1
C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:
B−íc1:
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:
01 IC 74LS244 [Digital by Number/742xx/74244]
12 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch]
(s)
(9)
04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display]
02 IC 74LS173 [Digital by Number/741xx/74173]
B−íc 2:
TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau:
Ph¸t sè liÖu nhÞ ph©n 1010 lªn bus
MRA MRB
CP
I3 I2 I1 I0
Q3 Q2 Q1 Q0
E
LOADA
EA
LOADB
EB
1
0
0
1
0
1
x
1
x
1
x
1
x
1
x
x
xxxx
1010
N¹p sè liÖu vµo thanh ghi A
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
xxxx
ChuyÓn sè liÖu tõ thsnh ghi A sang thanh ghi B
xxxx
Ph¸t sè liÖu thanh ghi B lªn bus ®Ó kiÓm tra
1
0
0
1
1
1
1
0
x
xxxx
180
Q3...Q0: TÝn hiÖu trªn bus
4. KiÓm tra kiÕn thøc
Cho s¬ ®å khèi cña mét tæ chøc bus nh− sau:
4
LA
LOAD
4
4
CLR
A
EA
ENABLE
LC
4
4
LOAD
CLR
C
EC
LB
ENABLE
LOAD
4
4
CLR
B
EB
ENABLE
LD
4
4
LOAD
D
CLR
ENABLE
EC
-
-
Muèn chuyÓn néi dung cña m¹ch ghi D ®Õn m¹ch ghi C th× ta ph¶i ®iÒu
khiÓn nh− thÕ nµo?
Dùa theo c©u 3 tõ s¬ ®å khèi trªn sinh viªn cã thÓ tù thiÕt kÕ s¬ ®å
m¹ch ®iÖn ®Ó tiÕn hµnh thÝ nghiÖm.
181
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. Bé ®Öm 3 tr¹ng th¸i 8 bit
(Octal Buffer/Line Driver 3-State)
Tªn IC: 74x244 (TTL)
2. Bé truyÒn/nhËn bus 8 bit
(Octal Bus Transceiver)
Tªn IC: 74x245 (TTL)
182
3. Thanh ghi D lèi ra 3 tr¹ng th¸i
(4-bit D type register with 3-state outputs)
Tªn IC: 74x173 (TTL)
183
11 trang
21960
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 13: Cửa ba trạng thái và tổ chức bus (Three - State & Bus - Organization)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thuc_tap_ky_thuat_so_bai_13_cua_ba_trang_thai_va.pdf
