THIẾT kế CHIP có CHỨC NĂNG GHÉP KÊNH 16 SANG 1 (có code và layout)

THIẾT kế CHIP có CHỨC NĂNG GHÉP KÊNH 16 SANG 1 (có code và layout) .... THIẾT kế CHIP có CHỨC NĂNG GHÉP KÊNH 16 SANG 1 (có code và layout) .... THIẾT kế CHIP có CHỨC NĂNG GHÉP KÊNH 16 SANG 1 (có code và layout) .... THIẾT kế CHIP có CHỨC NĂNG GHÉP KÊNH 16 SANG 1 (có code và layout) ....

THI T K CHIP CÓ CH C NĂNG GHÉP Ế Ế Ứ

KÊNH 16 SANG 1

DANH M C HÌNH VẼ Ụ iii

DANH M C CÁC T VI T T T Ụ Ừ Ế Ắ iv

CH ƯƠ NG 1 C S LÝ LU N Ơ Ở Ậ 1

1.1 M c tiêu c a đ tài: ụ ủ ề 1

1.2 Lý thuy t v m ch ghép kênh 16 sang 1: ế ề ạ 1

CH ƯƠ NG 2 THI T K M CH Ế Ế Ạ 2

2.1 L u đ gi i thu t: ư ồ ả ậ 2

2.2 Nguyên lý ho t đ ng c a m ch và ch c năng: ạ ộ ủ ạ ứ 3

CH ƯƠ NG 3 K T QU TH C THI Ế Ả Ự 7

3.1 Ph n m m: ầ ề 7

3.2 Layout 11

3.3 Ph n c ng: ầ ứ 14

3.4 Đánh giá DRC, delay, power, tài nguyên s d ng c a m ch: ử ụ ủ ạ 15

CH ƯƠ NG 4 K T LU N, NG D NG VÀ H Ế Ậ Ứ Ụ ƯỚ NG PHÁT TRI N Ể 18

4.1 K t lu n: ế ậ 18

4.2 Ứ ng d ng: ụ 18

4.3 H ướ ng phát tri n: ể 20

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 21

PH L C Ụ Ụ 22

Hình 2-2: B MUX 4 SANG 1.Ộ 3

Hình 2-3: BẢNG TRẠNG THÁI MUX 4 SANG 1 3

Hình 2-4: BỘ MUX 16 SANG 1 TỔNG QUÁT 4

Hình 2-5: BỘ MUX 16 SANG 1 GHÉP TỪ 4 BỘ MUX 4 SANG 1 6

Hình 3-1: CỔNG LOGIC MUX 4 SANG 1 7

Hình 3-2: MÔ PH NG RTL C A M CHỎ Ủ Ạ 8

Hình 3-3: C NG LOGIC MUX 16 SANG 1Ổ 9

Hình 3-4: B NG TR NG THÁI MUX 16 SANG 1 M C TÍCH C C CAOẢ Ạ Ở Ứ Ự 10

Hình 3-5: K T QU MÔ PH NG SÓNGẾ Ả Ỏ 10

Hình 3-6: LAYOUT C NG NOTỔ 11

Hình 3-7: LAYOUT CỔNG NAND3 12

Hình 3-8: LAYOUT CỔNG NAND 12

Hình 3-9: Layout Mux 4 sang 1 13

Hình 3-10: Layout Mux 16 sang 1 13

Hình 3-11: N I CHÂN KIT DE2Ố 14

Hình 3-12: KẾT QỦA NẠP KIT 15

Hình 3-13: Đánh giá delay của mạch 16

Hình 3-14: KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ POWER 16

Hình 3-15: KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN SỬ DỤNG CỦA MẠCH 17

Hình 4-1: MẠCH CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TỪ SONG SONG SANG NỐI TIẾP19 Hình 4-2: THI T K T H P DÙNG MUX 16 SANG 1Ế Ế Ổ Ợ 19

Hình 4-3: TẠO MUX 16 SANG 1 TỪ 2 IC 74LS151 20

ADC Analog to Digital Converter

CH ƯƠ NG 1 C S LÝ LU N Ơ Ở Ậ

1.1 M c tiêu c a đ tài: ụ ủ ề

Mạch ghép kênh 16 sang 1 giúp ghép các đường tín hiệu lại với nhau đểgiảm bớt số đường truyền trong quá trình truyền tín hiệu, để không lẫn lộn giữa cácđường tín hiệu ghép lại thì cần đặt cho mỗi đường một mã riêng

Ghép kênh được sử dụng chủ yếu để tăng lượng dữ liệu có thể được gửi quamạng trong phạm vi thời gian và băng thông nhất định

1.2 Lý thuy t v m ch ghép kênh 16 sang 1: ế ề ạ

Mạch dồn kênh hay còn gọi là mạch ghép kênh, đa hợp (Multiplexer-Mux)

là một dạng mạch tổ hợp cho phép chọn 1 trong nhiều đường ngõ vào song song(các kênh vào) để đưa tới 1 ngõ ra (gọi là kênh truyền nối tiếp) Việc chọn đườngnào trong các đường ngõ vào do các ngõ chọn quyết định Ta thấy MUX hoạt độngnhư 1 công tắc nhiều vị trí được điều khiển bởi mã số Mã số này là dạng số nhịphân, tùy tổ hợp này mà ở bất kì thời điểm nào chỉ có 1 ngõ vào được chọ và chophép đưa tới ngõ ra

Một Multiplexer cho 2N kênh thì chỉ cần 1 đường truyền dữ liệu và N đườngđịa chỉ Tức là Multiplexer làm cho nhiều tín hiệu có thể chia sẻ một thiết bị hoặctài nguyên, ví dụ mạch chuyển đổi ADC hoặc một thiết bị xử lý thông tin, thay vì bốtrí mỗi thiết bị cho mỗi tín hiệu đầu vào

CH ƯƠ NG 2 THI T K M CH Ế Ế Ạ

2.1 L u đ gi i thu t: ư ồ ả ậ

S3S2S1S0=1111 Ngõ ra a[15] đ ượ c ch n ọ

Ngõ ra a[15] đ ượ c ch n ọ

Đ

S

S3S2S1S0=0000 Ngõ ra a[0] đ ượ c ch n ọ

Ngõ ra a[2] đ ượ c ch n ọ

S

S3S2S1S0=0011 Ngõ ra a[3] đ ượ c ch n ọ

Ngõ ra a[5] đ ượ c ch n ọ

S

Báo l i ỗ Báo l i ỗ

.

Hình 2-1: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT MUX 16 SANG 1

Hình 2-3: BẢNG TRẠNG THÁI MUX 4 SANG 1.

- Nguyên lí hoạt động Mux 4 sang 1:

Mạch trên có 2 ngõ điều khiển S0 và S1 nên chúng tạo ra 4 trạng tháilogic

Mỗi một trạng thái tại 1 thời điểm sẽ cho phép 1 ngõ nào đó qua đểtruyền tới ngõ ra Y

Ngoài những ngõ trên thì mạch thường có thêm ngõ G: được gọi làngõ vào cho phép( enable) hay xung đánh dấu( strobe) Mạch tổ hợp có thêm

1 hay nhiều ngõ vào cho phép và nó có thể tác động mức cao hay mức thấp.Như vậy mạch dồn kênh ở trên nếu có thêm 1 ngõ cho phép G tác động ở

Q

Hình 2-2: B MUX 4 SANG 1 Ộ

mức thấp ( G=0) thì hoạt động dồn kênh mới xảy ra Còn khi G=1 thì bấtchấp ngõ vào song song và các ngõ chọn ,ngõ ra vẫn giữ cố định mức thấp( có thể mức cao tùy dạng mạch).

Như vậy khi G=”0”:

+ S0S1=”00”, dữ liệu ở A sẽ đưa ra ở Y

+ S0S1=”01”, dữ liệu ở B sẽ đưa ra ở Y

+ S0S1=”10”, dữ liệu ở C sẽ đưa ra ở Y

+ S0S1=”11”, dữ liệu ở D sẽ đưa ra ở Y

- Từ cơ sở trên xây dựng bộ Mux 16 sang 1:

Hình 2-4: BỘ MUX 16 SANG 1 TỔNG QUÁT

MUX 16 TO

1

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16

S0 S1 S2 S3

Z

- Tương tự cho cổng Mux 16 sang 1:

+ Khi “S0S1S2S3”=”0000” , dữ liệu ở A0 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”0001” , dữ liệu ở A1 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”0010” , dữ liệu ở A2 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”0011” , dữ liệu ở A3 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”0100” , dữ liệu ở A4 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”0101” , dữ liệu ở A5 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”0110” , dữ liệu ở A6 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”0111” , dữ liệu ở A7 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”1000” , dữ liệu ở A8 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”1001” , dữ liệu ở A9 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”1010” , dữ liệu ở A10 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”1011” , dữ liệu ở A11 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”1100” , dữ liệu ở A12 sẽ đưa ra Z + Khi “S0S1S2S3”=”1101” , dữ liệu ở A13 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”1110” , dữ liệu ở A14 sẽ đưa ra Z.+ Khi “S0S1S2S3”=”1111” , dữ liệu ở A15 sẽ đưa ra Z

4 TO 1

Q1 Q2 Q3 Q 4

S2 S3

Z

S0 S1

Hình 2-5: BỘ MUX 16 SANG 1 GHÉP TỪ 4 BỘ MUX 4 SANG 1

Bảng trạng thái Mux 4 sang 1:

Hình 3-8: C NG LOGIC MUX 16 SANG 1 Ổ

B ng tr ng thái Mux 16 sang 1:ả ạ

Hình 3-9: B NG TR NG THÁI MUX 16 SANG 1 M C TÍCH C C CAO Ả Ạ Ở Ứ Ự

Phương trình logic tối giản:

+ Y[0]= + Y[6]= + Y[12]=

+ Y[1]= + Y[7]= + Y[13]=

+ Y[2]= + Y[8]= + Y[14]=

+ Y[3]= + Y[9]= + Y[15]=

+ Y[4]= + Y[10]=

+ Y[5]= + Y[11]=

Kết quả mô phỏng waveform:

Hình 3-10: K T QU MÔ PH NG SÓNG Ế Ả Ỏ

Kết quả trên ta thấy khi ta cho giá trị ngõ vào a[12]=”1” và các ngõ còn lạibằng “0”, ngõ vào chọn S3S2S1S0=”1100” thì tại thời điểm trên ngõ ra Z sẽ chọn ngõvào a[12]=1 và đưa đến ngõ ra nên Z=”1” Tại thời điểm ngõ vào chọnS3S2S1S0=”0010 “ thì ngõ ra sẽ chọn ngõ vào a[2]=”0” và đưa đến ngõ ra nên Z tạithời điểm này bằng “0”.

Hình 3-14: Layout Mux 4 sang 1

− Layout Mux 16 sang 1 ghép t 4 b Mux 4 sang 1:ừ ộ

Hình 3-15: Layout Mux 16 sang 1

− Di n tích thi t k theo công ngh CMOS 0.5um:ệ ế ế ệ

− Lí thuy t v DRC và LVS:ế ề

+ DRC là công cụ kiểm tra lỗi về các qui định thiết kế của bản vẽ Nếu

vẽ sai qui tắc thì phần mềm sẽ báo lỗi cụ thể bằng các ký hiệu Như vậy giúp cho người dùng dễ dàng phát hiện và sữa lỗi

+ LVS là công cụ kiểm tra thiết kế layout có đúng với thiết kế schematic hay không

+ Có 2 kỹ thuật vẽ layout là theo qui định tỉ lệ có sẵn và dựa vào lamda

3.3 Ph n c ng: ầ ứ

Nạp kit DE2:

Hình 3-16: N I CHÂN KIT DE2 Ố

Hình 3-17: KẾT QỦA NẠP KIT

Khi ta cho ngõ vào a[0]=”1” tương ứng cho nút “SW[0]” trên kit bật lên “1”

và các ngõ vào còn lại bằng 0 Ta nhấn nút 4 “key” trên kit là kích nó bằng “0000”thì ngõ vào a[0] được chọn đưa đến ngõ ra nên đèn đỏ “ Ledr[0]” sáng lên Vàtương tự cho các trường hợp khác đều đúng

3.4 Đánh giá DRC, delay, power, tài nguyên s d ng c a m ch: ử ụ ủ ạ

- Đánh giá delay:

Hình 3-18: Đánh giá delay của mạch

Dựa vào kết quả trên ta thấy thời gian “ delay” của mạch là không đáng kể chậm nhất là 15,442 ns ở ngõ vào a[13] và thấp nhất là 9,291 ns ở ngõ ra a[12] tuy nhiên thời gian thực thi mạch nhanh

- Đánh giá power:

Hình 3-19: KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ POWER

Tổng năng lượng sử dụng cho toàn mạch là 112.41 mw Trong đó năng lượngdùng cho mối nối dây là 79.93 mw và dùng cho các ngõ vào và ra là 32.48 mw.Đánh giá mức năng lượng dùng cho mạch thấp.

- Đánh giá tài nguyên sử dụng:

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN SỬ DỤNG CỦA MẠCH

T ng c ng logic s d ng toàn m ch là 13 trên t ng s 32.216 c ng cóổ ổ ử ụ ạ ổ ố ổ

c a chip chi m <1% T ng các hàm t h p là 13/33.216 chi p <1% Không cóủ ế ổ ổ ợ ế

s d ng thanh ghi và b nh bits nào (0%) S chân s d ng cho chip là 21ử ụ ộ ớ ố ử ụtrên 475 chân chi m 4% => Tài nguyên s d ng cho m ch là không đáng k ế ử ụ ạ ể

CH ƯƠ NG 4 K T LU N, NG D NG VÀ H Ế Ậ Ứ Ụ ƯỚ NG PHÁT TRI N Ể

+ Tiết kệm được năng lượng

+ Tiết kiệm chi phí

- Nhược điểm:

+ Diện tích mạch chưa được tối thiểu

+ Chưa khai thác hết chức năng của mạch

- Chuyển đổi song song sang nối tiếp:

+ Các dữ liệu nhiều bit thường được xử lí song song tức là tất cảchúng được thực hiện cùng 1 lúc Khi dữ liệu được truyền đi qua khoảngcách dài hàng chục mét thì cách truyền song song không còn thích hợp vì tốnnhiều đường dây, rỗi nhiều Lúc này mạch dồn kênh có thể dùng như mạchchuyển đổi song song sang nối tiếp tương tự như mạch ghi dịch mã

Hình 4-21: MẠCH CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TỪ SONG SONG SANG NỐI

Hình 4-22: THI T K T H P DÙNG MUX 16 SANG 1 Ế Ế Ổ Ợ

Hình 4-23: TẠO MUX 16 SANG 1 TỪ 2 IC 74LS151

If S0 ='0' and S1 ='0' then Q <= A;

Elsif S0 ='1' and S1 ='0' then Q <= B;

elsif S0 ='0' and S1='1' then Q<= C;

end mux16;