Mạch ghi dich trong điện tử số

Phần tóm tắt lý thuyết Mạch ghi dịch bao gồm các phần tử “nhớ” làm nhiệm vụ ghi và dịch chuyển các bit của từ nhị phân về phía phải hoặc về phía trái khi có xung nhịp tác dụng.. Việc ph

Bài 8: mạch ghi dịch

(Shift Register)

A Phần tóm tắt lý thuyết

Mạch ghi dịch bao gồm các phần tử “nhớ” làm nhiệm vụ ghi và dịch chuyển các bit của từ nhị phân về phía phải hoặc về phía trái khi có xung nhịp tác dụng Máy tính bỏ túi là một ví dụ điển hình về ứng dụng tính chất ghi dịch Thực vậy, người sử dụng muốn nhập số 246 vào máy tính chẳng hạn Đầu tiên ấn phím số 2 rồi rời tay ra Trên mặt chỉ thị hiện số 2 bây giờ ta ấn tiếp số 4 rồi rời tay ra, trên mặt chỉ thị hiện số 24 Cần lưu ý một chút ta thấy số 4 chiếm đúng vị trí số 2, con

số 2 dịch sang trái Cuối cùng ta ấn phím số 6 rồi rời tay ra, trên mặt chỉ thị xuất hiện số 246 Ta nhận thấy số 6 chiếm đúng vị trí số 4, số 4 chiếm vị trí số 2, còn số

2 dịch về trái Máy tính bỏ túi hoạt động giống tính chất của mạch ghi dịch trái

(Shift Left Register)

Việc phân loại các mạch ghi - dịch thường căn cứ vào chiều dịch chuyển số

liệu (data) thì có các tên là ghi dịch trái, ghi dịch phải (SLB, SRR) Nếu căn cứ

vào cách “nhập số liệu “ (data loading) thì có tên là :

Ghi dịch vào nối tiếp - ra nối tiếp (siso)

Ghi dịch vào nối tiếp - ra song song (sipo)

Ghi dịch vào song song - ra nối tiếp (piso)

Ghi dịch vào song song - ra song song (pipo)

S = Serial , P = Parallel, I = In, O = Out

Những phần tử cơ bản trong mạch ghi dịch là các trigơ Ngoài ra còn có các cửa logic cơ bản khác hỗ trợ cho đúng với tính chất hoạt động của nó (ví dụ và, hoặc )

1 Mạch ghi dịch phải, mạch ghi dịch trái (SRR - SLR)

ở đây ta dùng trigơ D để đơn giản các hình vẽ Các trigơ chuyển trạng thái ở phía “sườn dương” của xung nhịp Đặt D1 = 1, cấu trúc của mạch ghi dịch phải và giản đồ thời gian như sau:

Qua bốn xung nhịp, thông tin D = “1” dịch theo chiều từ trái qua phải (từ trigơ A đến trigơ D) Ta cũng dễ thấy trên giản đồ thời gian trường hợp D = “0” Người đọc cũng có thể tự giải thích được tại sao mạch điện dưới đây là cấu trúc của mạch ghi dịch trái xây dựng từ trigơ D

"1"

"1"

D

Ck

S D CP R Q _ Q

S D CP R Q _ Q

S D CP R Q _ Q

S D CP R Q _ Q

Ck

CLR

QA

QB

QC

QD

“1”

D

“0”

"1"

"1"

D

Ck

S D CP R Q _ Q

S D CP R Q _ Q

S D CP R Q _ Q

S D CP R Q _ Q

3 Nhập tin nối tiếp và nhập tin song song

a) Nhập tin nối tiếp (Serial Data Loading)

Nhập tin nối tiếp là việc ghi một từ nhị phân vào mạch ghi dịch bằng cách nhập lần lượt từng bit một sau mỗi xung nhịp

Như vậy muốn ghi một từ 4 bit, ta cần 4 xung nhịp Hình sau cho sơ đồ của mạch ghi dịch phải - nhập tin nối tiếp và thông tin có thể lưu trữ

M = 1 : sơ đồ ghi nối tiếp dịch phải

M = 0 : thông tin giữ không đổi khi vẫn có Ck

b) Nhập tin song song (Parallel Data Loading)

Nhập tin song song là sự lưu trữ một từ nhị phân trong mạch ghi dịch bằng cách nhập đồng thời mọi bit của từ nhị phân sau một xung nhịp Như vậy tốc độ nhập tin nhanh hơn nhiều so với nhập tin nối tiếp

Cấu trúc của mạch ghi dịch nhập tin song song 4-bit được vẽ trên hình dưới

đây Lưu ý rằng từ 4 bit cần nhập được ký hiệu là A, B, C, D, đầu M quy định mode hoạt động

Cách ghi từ nhị phân ABCD như sau:

- Xoá tất cả các trigơ : CLR= 0

- Đặt M = 0 :

- Các bit từ nhị phân được dẫn đến các đầu vào trigơ :

"1"

"1"

QD QC

QB QA

M

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

Ck

D

DA = A ; DB = B ; DC = C ; DD = D

Ngay xung nhịp đầu tiên tác dụng, từ nhị phân đã đ−ợc ghi vào mạch đồng thời qua 4 trigơ

QA = A ; QB = B ; QC = C ; QD = D

ở lối ra song song có đủ 4 bit thông tin

- Các xung nhịp tiếp theo không làm thay đổi trạng thái của hệ

Muốn lấy thông tin ở lối ra nối tiếp ta làm nh− sau :

Đặt M = 1 : lối vào Di đ−ợc nối DA , QA nối DB , QB nối DC , QC nối DD Nh− vậy sơ đồ chính là mạch ghi nối tiếp dịch phải Lúc này ở lối ra nối tiếp QD

có bit QD , cần 3 xung nhịp Ck nữa để lấy ra nốt QC , QB , QA

"1"

"1"

D C

B A

QD QC

QB QA

M

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

Ck

D

B Phần thực nghiệm

1 Mạch ghi dịch phải nhập tin 4 bit nối tiếp

ƒ Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch ghi dịch phải nhập tin nối tiếp

được xây dựng từ trigơ D

ƒ Sơ đồ thí nghiệm:

CLR

5V CK

0V

Di 5V

Qd Qc

Qb Qa

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

ƒ Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước1:

Thực hiện vẽ mạch như các hình trên bằng cách sử dụng:

04 Trigơ D [Digital Basic/Flip - Flops/D SRN]

04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)

04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Chú ý:

[ ] Đường dẫn để lấy linh kiện trong thư viện ( ) Ký hiệu phím tắt

Bước 2:

- Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ

- Xoá mạch bằng CLR = 0

- Sau đó đặt CLR = 1 và PR = 1

Bước 3:

- Tiến hành theo bảng số liệu để nhập tin Q = QAQBQCQD = 0101

- Điền đầy đủ vào bảng số liệu sau:

Ck Di QA QB QC QD

- Nếu kết quả đúng thì Q ở dòng Ck4 phải là 0101

2 Mạch ghi dịch trái nhập tin 4 bit nối tiếp

ƒ Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch ghi dịch trái nhập tin 4 bit nối tiếp được xây dựng từ trigơ D

ƒ Sơ đồ thí nghiệm:

CLR

5V CK

0V

Di

0V

Qd Qc

Qb Qa

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

ƒ Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước1:

Thực hiện vẽ mạch như các hình trên bằng cách sử dụng:

04 Trigơ D [Digital Basic/Flip - Flops/D SRN]

04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)

04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bước 2:

- Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ

- Xoá mạch bằng CLR = 0

- Sau đó đặt CLR = 1 và PR = 1

Bước 3:

- Tiến hành theo bảng số liệu để nhập tin Q = QAQBQCQD = 0101

- Điền đầy đủ vào bảng số liệu sau:

Ck Di QA QB QC QD

Nếu kết quả đúng thì Q ở dòng Ck4 phải là 0101

3 Mạch ghi dịch phải nhập tin song song

ƒ Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch ghi dịch phải nhập tin 4 bit song song được xây dựng từ trigơ D

ƒ Sơ đồ thí nghiệm:

A 0V

B 5V

C 0V

D 5V

M

5V

Ck

0V

CLR

5V

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

S D CP R Q _

+V 5V

ƒ Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước1:

Thực hiện vẽ mạch như các hình trên bằng cách sử dụng:

04 Trigơ D [Digital Basic/Flip - Flops/D SRN]

07 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)

04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9)

12 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5)

01 Cửa đảo [Digital basics/Buferr,Inverters/Inverter]

Bước 2:

- Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ

- Xoá mạch bằng CLR = 0

- Sau đó đặt CLR = 1 và PR = 1

Bước 3:

- Tiến hành theo bảng số liệu để nhập tin Q = QAQBQCQD = 0101

- Điền đầy đủ vào bảng số liệu sau:

Mốt hoạt động CLR Ck A B C D QA QB QC QD

0 0 1 1 1 1 0 0 0 0

M = 0 - Nhập tin

song song

1 Ck 0 1 0 1 0 1 0 1

M = 1

Dịch phải tuần

hoàn

Nếu kết quả đúng thì sau 4 xung nhịp Ck, Q sẽ nhận lại giá trị ban đầu

4 Nghiên cứu sự hoạt động của ghi dịch vạn năng 74LS194

ƒ IC 74LS194 là mạch ghi dịch vạn năng hai chiều 4 bit (4-bit Bidirectional Universal Shift Register) Nó có thể nhập tin nối tiếp, nhập tin song song, dịch trái, dịch phải Mốt hoạt động của nó được điều khiển bởi S0 và S1 Sơ

đồ và bảng chân lý được trình bày ở phần phụ lục

ƒ Sơ đồ thí nghiệm:

Q0 Q1 Q2 Q3

D0 0V D1 0V D2 0V D3 0V

MR 0V DSL 0V DSR 0V S2 0V S1 0V Ck 0V

74LS194 CP S1

DSR DSL MR

D3 D1

Q3 Q2 Q0

Trong đó

+ DSR (Data Input Shift Right ): Lối vào dữ liệu dịch phải + DSL (Data Input Shift Left ) : Lối vào dữ liệu dịch trái

+ D0–D3 :Lối vào dữ liệu song song

+ Q0–Q3 :Lối ra dữ liệu song song

+ MR : (Mater Reset): Clear tác động thấp

+ S0–S1: Lối vào điều khiển mốt hoạt động

ƒ Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước1:

Thực hiện vẽ mạch như hình trên bằng cách sử dụng:

10 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)

04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9)

01 IC 74LS194 [Digital by Number/741xx/74194]

Bước 2:

a Ghi dịch phải và ghi dịch trái

- Tiến hành thí nghiệm theo các số liệu đầu vào ở bảng chân lý sau và điền đầy

đủ kết quả vào bảng:

Ck MR S0 S1 DSR DSL QA QB QC QD

x 0 x x x x

b Ghi dịch phải nhập tin 4 bit nối tiếp

- Yêu cầu nhập tin Q = QAQB QC QD = 0101

- Các bước tiến hành:

+ Đặt S0, S1 để chọn mode hoạt động

+ Đặt giá trị cho DSR thích hợp để nhập được tin theo yêu cầu

+ Tác động CK để nhập tin

- Tiến hành thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau:

Ck MR S0 S1 DSR DSL QA QB QC QD

c Ghi dịch trái nhập tin 4 bit nối tiếp

- Yêu cầu nhập tin Q = QAQB QC QD = 0101

- Các bước tiến hành:

+ Đặt S0, S1 để chọn mode hoạt động

+ Đặt giá trị cho DSL thích hợp để nhập được tin theo yêu cầu

+ Tác động Ck để nhập tin

- Tiến hành thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau:

CK MR S0 S1 DSR DSL QA QB QC QD

d Nhập tin 4 bit song song

- Yêu cầu nhập tin Q = QAQB QC QD = 1001

- Các bước tiến hành:

+ Đặt S0, S1 để chọn mode hoạt động

+ Đặt giá trị tin QAQBQCQD cần nhập vào các lối vào dữ liệu song song

+ Tác động CK để nhập tin

- Tiến hành thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau

CK MR S0 S1 DSR DSL A B C D QA QB QC QD

CK1 1

CK2 1

CK3 1

CK4 1

5 Kiểm tra kiến thức

Sử dụng hai ghi dịch vạn năng 74LS194 và các linh kiện cần thiết khác để thực hiện các yêu cầu sau:

+ Mạch ghi dịch phải nhập tin 8 bit nối tiếp

Tiến hành thí nghiệm để nhập tin Q = 10110010

+ Mạch nhập tin 8 bit song song

Tiến hành thí nghiệm để nhập tin Q = 10110010

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 ghi dÞch v¹n n¨ng hai chiÒu 4 bit

(4 bit Bidirectional Universal Shift Register)

Tªn IC: 74x194 (TTL)