Đề tài Ứng dụng vi mạch số lập trình - Nguyễn Văn Biên

nguyenvanbientbd47@gmail.com LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑEÀ TAØI: ÖÙNG DUÏNG VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH LÔØI MÔÛ ÑAÀU Vôùi söï tieán boä khoâng ngöøng cuûa khoa hoïc kyõ thuaät, ñaëc bieät laø ngaønh ñieän töû ñaõ öùng duïng raát nhieàu trong coâng nghieäp. Trong lónh vöïc ñieàu khieån, töø khi coâng ngheä cheá taïo loaïi vi maïch laäp trình phaùt trieån ñaõ ñem ñeán caùc kyõ thuaät ñieàu khieån hieän ñaïi coù nhieàu öu ñieåm so vôùi vieäc söû duïng caùc maïch ñieàu khieån ñöôïc laép raùp töø caùc linh kieän rôøi nhö kích thöôùc maïch nhoû, goïn, giaù thaønh reû, ñoä laøm vieäc tin caäy vaø coâng suaát tieâu thuï thaáp ... Ngaøy nay lónh vöïc ñieàu khieån ñaõ ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc thieát bò, saûn phaåm phuïc vuï cho nhu caàu sinh hoaït haèng ngaøy cuûa con ngöôøi nhö maùy giaët, ñoàng hoà ñieän töû ... nhaèm giuùp cho ñôøi soáng ngaøy caøng hieän ñaïi vaø tieän lôïi hôn. Ñeà taøi öùng duïng vi maïch soá laäp trình raát phong phuù ña daïng, coù nhieàu loaïi hình khaùc nhau döïa vaøo coâng duïng vaø ñoä phöùc taïp. Do taøi lieäu tham khaûo tieáng vieät haïn cheá, trình ñoä coù haïn vaø kinh nghieäm trong thöïc tieãn coøn non keùm, neân ñeà taøi chaéc chaén coøn nhieàu thieáu soùt. Raát mong ñöôïc nhaän nhöõng yù kieán ñoùng goùp, giuùp ñôõ chaân tình, quyù baùu cuûa quyù thaày coâ cuøng caùc baïn sinh vieân. Thaùng 2 naêm 1999 Tröông Phöôùc Toaøn MUÏC LUÏC nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang PHAÀN I LYÙ THUYEÁT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..1 CHÖÔNGI GIÔÙI THIEÄU CAÙC COÅNG LOGIC CÔ BAÛN . . . . . . . . . . . 2 I/ COÅNG LOGIC VAØ (AND) ,HOAËC (OR) ,KHOÂNG (NOT).. . . . . . . . . 2 1/ Coång logic VAØ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2/ Coång logic HOAËC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3/ Coång logic KHOÂNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 II/ COÅNG LOGIC KHOÂNG-VAØ (NAND) ,KHOÂNG-HOAËC (NOR). . . . . 4 1/ Coång NAND. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2/ Coång NOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .4 III/ COÅNG LOGIC EXOR ,EXNOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1/Coång EXOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2/Coång EXNOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 IV/ BIEÁN ÑOÅI CAÙC HAØM QUAN HEÄ RA HAØM LOGIC NAND, NOR . 6 CHÖÔNG II MAÏCH LOGIC TOÅ HÔÏP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . .8 I/ ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA MAÏCH TOÅ HÔÏP . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 8 II/ PHÖÔNG PHAÙP BIEÅU THÒ VAØ PHAÂN TÍCH CHÖÙC NAÊNG LOGIC..8 III/ PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ LOGIC MAÏCH TOÅ HÔÏP . . . . . . . . . . . .9 1/ Phaân tích yeâu caàu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .9 2/ Laäp baûng söï thaät . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 3/ Tieán haønh ñôn giaûn hoùa . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 CHÖÔNG III GIÔÙI THIEÄU VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH . . . . . . . . . .12 1/ LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN CUÛA VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH . . . . . . 12 2/ CAÁU TRUÙC CÔ BAÛN CUÛA CAÙC HOÏ VI MAÏCH LAÄP TRÌNH . . . .16 3/ CAÙC PHAÀN MEØM HOÅ TRÔÏ CUÛA PLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4/ GIÔÙI THIEÄU PHAÀN MEÀM SYNARYO . . . . . . . . . . . . . .... . . . . . .44 PHAÀN II THI COÂNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . 48 PHAÀN III KEÁT LUAÄN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .60 Trang 2 nguyenvanbientbd47@gmail.com PHAÀN I LYÙ THUYEÁT Trang 3 nguyenvanbientbd47@gmail.com CHÖÔNG I : GIÔÙI THIEÄU CAÙC COÅNG LOGIC CÔ BAÛN I/ HAØM LOGIC VAØ (AND) , HOAËC (OR) ,KHOÂNG (NOT). 1/ Coång logic . Goïi A laø bieán soá nhò phaân coù möùc logic laø 0 hoaëc 1, vaø Y laø moät bieán soá nhò phaân tuøy thuoäc vaøo A: Y= f(A). Trong tröôøng hôïp naøy coù hai khaû naêng xaûy ra: - Y = A, A= 0 thì Y = 0 hay A= 1 thì Y = 1 - Y = A A= 0 thì Y = 1 hay A= 1 thì Y = 0 Khi Y tuøy thuoäc vaøo hai bieán soá nhò phaân A, B  Y = f(A,B) Vì bieán soá A,B chæ coù theå laø 0 hay 1 neân A vaø B chæ coù theå taïo ra 4 toå hôïp khaùc nhau laø: A B 0 0 0 1 1 0 1 1 Baûng lieät keâ taát caû caùc toå hôïp khaû dó cuûa caùc bieán soá vaø haøm soá töông öùng goïi laø baûng söï thaät. Khi coù 3 hay nhieàu bieán soá (A,B ,C) soá löôïng haøm soá khaû dó taêng nhanh. Maïch ñieän töû thöïc hieän quan heä logic : Y = f(A ) hay Y = f(A,B). goïi laø maïch logic, trong ñoù caùc bieán soá A,B .. laø caùc ngoû vaøo vaø haøm soáY laø caùc ngoû ra. Moät maïch logic dieãn taû quan heä giöõa caùc ngoû vaøo vaø ngoû ra nghóa laø thöïc hieän ñöôïc moät haøm logic, do ñoù coù bao nhieâu haøm soá logic thì coù baáy nhieâu maïch logic . Löu yù raèng khi bieåu dieãn moái quan heä toaùn hoïc ta goïi laø haøm soá logic coøn khi bieåu dieãn moái quan heä veà maïch tín hieäu ta goïi laø coång logic. 2/ Coång logic VAØ (AND). Haøm logic VAØ ñöôïc ñònh nghóa theo baûng söï thaät sau: Baûng söï thaät: A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 Trang 4 A B Y=A.B ØMaïc h A B Y nguyenvanbientbd47@gmail.com 1 1 1 Kyù hieäu toaùn hoïc cuûa haøm soá VA.Ø Kí hieäu coång VAØ (AND) Y = A.B 3/ Coång logic HOAËC (OR). Haøm soá HOAËC cuûa hai bieán soá A,B ñöôïc ñònh nghóa ôû baûng söï thaät sau: Baûng söï thaät: A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Kí hieäu coång HOAËC Ngoû ra Y laø 1 khi coù ít nhaát moät bieán soá laø 1, do ñoù chæ baèng 0 ôû tröôøng hôïp khi caû hai bieán soá baèng 0. Kyù hieäu toaùn hoïc cuûa coång HOAËC laø: Y = A+B 4/ Coång logic KHOÂNG (NOT). Haøm VAØ vaø haøm HOAËC taùc ñoäng leân hai hay nhieàu bieán soá trong khi ñoù haøm KHOÂNG coù theå xem nhö chæ coù theå taùc ñoäng leân moät bieán soá. Baûng söï thaät : A Y 0 1 1 0 Kí hieäu coång NOT Haøm KHOÂNG coù taùc ñoäng phuû ñònh hay ñaûo .Sôû dó coù söï ñoàng hoùa naøy laø vì ta ñang lieân heä vôùisoá nhò phaân coù hai traïng thaùi 0 hay 1. Do ñoù phuû ñònh cuûa 0 laø1. Trang 5 YA Y = A A B Y nguyenvanbientbd47@gmail.com II/ COÅNG LOGIC KHOÂNG -VAØ (NAND) , KHOÂNG-HOAËC (NOR). 1/ Coång logic NAND . Xeùt tröôøng hôïp coù hai bieán soá A,B ngoû ra ôû coång VAØ Y = A.B neân ngoû ra ôû coång KHOÂNG laø ñaûo cuûa Y: Y = A.B Veà hoaït ñoäng cuûa coång NAND thì töø caùc toå hôïp cuûa A,B ta laäp baûng traïng thaùi roài laáy ñaûo ñeå coù Y ñaûo. Tuy nhieân coù theå ñi tröïc tieáp baèng caùch laäp baûng söï thaät sau: Baûng söï thaät : A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Kí hieäu coång NAND. 2/ Coång NOR. Xeùt tröôøng hôïp hai ngoû vaøo laø A,B .Ngoû ra ôû coång NOR laø : Y = A+B neân ngoû ra ôû coång ñaûo seõ laø : Y = A+B. Baûng söï thaät : A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Kí hieäu coång NOR. III/ HAØM LOGIC EXOR VAØ EXNOR. 1/ Coång logic EXOR. Haøm HOAËC ñöôïc goïi laø HOAËC bao goàm vì noù khoâng giaûi quyeát ñöôïc baøi toaùn coäng nhò phaân. Lyù do laø khi caû hai bieán soá ñeàu laø 1 thì Y = 1 thay vì laø 0. Maëc duø HOAËC nhö vaäy vaãn coù yù nghóa thöïc teá neân vaãn ñöôïc duøng, nhöng ngöôøi ta phaûi ñònh nghóa moät coång logic khaùc laø HOAËC LOAÏI TRÖØ (EXOR) coång naøy coù yù nghóa laø loaïi tröôøng hôïp khi A,B ñoàng thôøi laø 1 thì Y = 0 Kyù hieäu : Y = A B Baûng söï thaät: Trang 6 A Y A B & Y B nguyenvanbientbd47@gmail.com A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Kí hieäu coång EXOR. 2/ Coång EXNOR. Haøm EXNOR ñöôïc thöïc hieän baèng caùch theâm coång NOT sau coång EXOR, do ñoù hoaït ñoäng logic cuûa EXNOR laø ñaûo so vôùi EXOR. Kyù hieäu : Y = A  B Baûng söï thaät: B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Trang 7 A B Y A B Y nguyenvanbientbd47@gmail.com IV/ BIEÁN ÑOÅI CAÙC HAØM QUAN HEÄ RA HAØM LOGIC NAND , NOR. Moái lieân heä cô baûn giöõa ba coång AND, OR, NOT khoâng nhöõng coù theå thay baèng caùc coång NAND maø coøn coù theå bieán thaønh coång NOR vôùi cuøng moät chöùc naêng logic, vieäc laøm naøy raát thöôøng ñöôïc aùp duïng khi thöïc hieän caùc maïch logic. Trong thöïc teá vì toaøn boä sô ñoà neáu ñöôïc keát hôïp cuøng moät loaïi coång duy nhaát thì seû giaûm ñöôïc soá löôïng vi maïch caàn thieát. Quaù trình bieán ñoåi naøy döïa treân moät nguyeân taéc ñöôïc trình baøy nhö sau: + Coång NOT ñöôïc thay baèng coång NAND vaø coång NOR. - Döïa vaøo baûng söï thaät cuûa coång NAND suy ra tröôøng hôïp laø khi caû A,B ñoàng thôøi baèng 0, thì Y = 1 vaø A =1, B =1 thì Y = 1. Sô ñoà minh hoïa : Töông töï döïa vaøo baûng söï thaät cuûa coång NOR suy ra : A = 0, B = 0  Y = 1 vaø A= 1, B= 1  Y = 0 Sô ñoà minh hoïa : + Coång AND ñuôïc thay baèng coång NAND vaø coång NOR. Töông töï nhö caùc tröôøng hôïp treân, döïa vaøo baûng söï thaät: - Ngoõ ra cuûa coång AND Y= A+B coøn coång NAND Y' = A+B  ñaûo Y' = Y Sô ñoà minh hoïa: - Ngoû ra cuûa coång NOR Y = A.B . Ta coù Y = A . B = A + B Sô ñoà minh hoïa : Trang 8 A = B Y A B Y A = B Y nguyenvanbientbd47@gmail.com + Coång OR ñuôïc thay baèng coång NAND vaø coång NOR. Bieåu thöùc coång OR Y = A.B,  Y’ = A + B = A.B Sô ñoà minh hoïa : - Bieåu thöùc coång NOR Y’ = A.B  Y’ = A.B = Y Sô ñoà minh hoïa : Trang 9 A B Y Y A B A B Y nguyenvanbientbd47@gmail.com CHÖÔNG II MAÏCH LOGIC TOÅ HÔÏP I/ ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA MAÏCH TOÅ HÔÏP. Trong maïch soá, maïch toå hôïp laø maïch maø trò soá oån ñònh cuûa tín hieäu ra ôû thôøi ñieåm baát kyø chæ phuï thuoäc vaøo toå hôïp caùc giaù trò tín hieäu ngoû vaøo ôû thôøi ñieåm ñoù.Trong maïch toå hôïp, traïng thaùi maïch ñieän tröôùc thôøi ñieåm xeùt , töùc tröôùc khi coù tín hieäu ngoû vaøo, khoâng aûnh höôûng ñeán tín hieäu ñaàu ra. Ñaëc ñieåm caáu truùc maïch toå hôïp laø ñöôïc caáu truùc töø caùc coång logic . II/ PHÖÔNG PHAÙP BIEÅU THÒ VAØ PHAÂN TÍCH CHÖÙC NAÊNG LOGIC . 1/ Phöông phaùp bieåu thò chöùc naêng logic. Caùc phöông phaùp thöôøng duøng ñeå bieåu thò chöùc naêng logic cuûa maïch toå hôïp laø haøm soá logic , baûng söï thaät , sô ñoà logic , baûng Karnaugh , cuõng coù khi bieåu thò baèng ñoà thò thôøi gian daïng soùng . Ñoái vôùi vi maïch côõ nhoû (SSI) thöôøng bieåu thò baèng haøm logic. Ñoái vôùi côõ vöøa thöôøng bieåu thò baèng baûng söï thaät, hay laø baûng chöùc naêng. Baûng chöùc naêng duøng hình thöùc lieät keâ, vôùi möùc logic cao (H) vaø möùc logic thaáp (L) , ñeå moâ taû quan heä logic giöõa tín hieäu ngoû ra vôùi tín hieäu ngoû vaøo cuûa maïch ñieän ñang xeùt. Chæ caàn thay giaù trò logic cho traïng thaùi trong baûng chöùc naêng, thì ta coù baûng söï thaät töông öùng . Hình 2-1 : Sô ñoà khoái maïch toå hôïp Nhö hình 2-1 cho bieát, thöôøng coù nhieàu tín hieäu ngoû vaøo vaø nhieàu tín hieäu ngoû ra. Moät caùch toång quaùt, haøm logic cuûa tín hieäu ngoû ra coù theå vieát döôùi daïng : 1 = f1( x1, x2, …, xn) 2 = f2( x1, x2, …, xn) ………………………………………… m =fm( x1, x2, …, xn) Cuõng coù theå vieát döôùi daïng ñaïi löôïng vectô nhö sau:  = F(X). 2/ Phöông phaùp phaân tích chöùc naêng logic. Caùc böôùc phaân tích, baét ñaàu töø sô ñoà maïch logic ñaõ cho, ñeå cuoái cuøng tìm ra haøm logic hoaëc baûng söï thaät. • Vieát bieåu thöùc: tuaàn töï töø ngoû vaøo ñeán ngoõ ra (hay cuõng coù theå ngöôïc laïi), vieát ra bieåu thöùc haøm logic cuûa tín hieäu ngoû ra. • Ruùt goïn: khi caàn thieát thì ruùt goïn ñeán toái thieåu bieåu thöùc ôû treân baèng phöông phaùp ñaïi soá hay phöong phaùp hình veõ. • Keâ baûng söï thaät: khi caàn thieát thì tìm ra baûng söï thaät baèng caùch tieán haønh tính toaùn caùc giaù trò haøm logic tín hieäu ngoû ra töông öùng vôùi toå hôïp coù theå cuûa caùc giaù trò tín hieäu ngoû vaøo. Trang 10 Maïch toå hôïp X 1 X 2 . . Xn Z1 Z2 . . zm nguyenvanbientbd47@gmail.com III/ PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ LOGIC MAÏCH TOÅ HÔÏP. Phöông phaùp thieát keá logic laø caùc böôùc cô baûn tìm ra sô ñoà maïch ñieän logic töø yeâu caàu nhieäm vuï logic ñaõ cho. Hình 2-2. Caùc böôùc thieát keá maïch logic toå hôïp. Hình 2-2 laø quaù trình thieát keá noùi chung cuûa maïch toå hôïp, trong ñoù bao goàm 4 böôùc chính : 1/ Phaân tích yeâu caàu: Yeâu caàu nhieäm vuï thieát keá cuûa vaán ñeà logic thöïc coù theå laø moät ñoaïn vaên, cuõng coù theå laø baøi toaùn logic cuï theå. Nhieäm vuï phaân tích laø xaùc ñònh caùi naøo laø bieán soá ngoû vaøo, caùi naøo laø haøm soá ñaàu ra vaø moái quan heä logic giöõa chuùng vôùi nhau. Muoán phaân tích ñuùng thì phaûi tìm hieåu xem xeùt moät caùch saâu saéc yeâu caàu thieát keá, ñoù laø moät vieäc khoù nhöng quan troïng trong vaán ñeà thieát keá. 2/ Keâ baûng söï thaät : Noùi chung, ñaàu tieân chuùng ta lieät keâ thaønh baûng veà quan heä töông öùng nhau giöõa traïng thaùi tín hieäu ngoû vaøo vôùi traïng thaùi haøm soá ngoû ra. Ñoù laø baûng keâ yeâu caàu chöùc naêng logic, goïi taét laø baûng chöùc naêng. Vieäc naøy coù veû deã vaø tröïc quan. Tieáp theo, ta thay giaù trò logic cho traïng thaùi, töùc laø duøng caùc soá 0 vaø 1 bieåu thò caùc traïng thaùi töông öùng cuûa ngoû vaøo vaø ngoû ra. Keát quaû ta coù baûng giaù trò thöïc logic, goïi taét laø baûng söï thaät. Ñaáy chính laø hình thöùc ñaïi soá cuûa yeâu caàu thieát keá. Caàn löu yù raèng töø moät baûng chöùc naêng coù theå ñöôïc baûng söï thaät khaùc nhau neáu thay giaù trò logic khaùc nhau (töùc laø quan heä logic giöõa ngoû ra vôùi ngoû vaøo cuõng phuï thuoäc vieäc thay giaù trò ). Ví duï: Sô ñoà maïch nguyeân lí hình 2-3 duøng hai chuyeån maïch A,B maéc noái tieáp ñieàu khieån boùng ñeøn Y. Trang 11 Vaán ñeà Logic thöïc Baûng chaân lí Baûng Karnaugh Toái thieåu hoaù Bieåu thöùc toái thieåu Sô ñoà logic Bieåu thöùc logic Toái thieåu hoaù nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 2-3.Maïch ñieän hai chuyeån maïch noái tieáp. Baûng söï thaät A B Z 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 Baûng söï thaät treân coù ñöôïc töø xem tröïc tieáp caùc khaû naêng coù theå cuûa maïch ñiänh hình 2-3. Neáu thay theá giaù trò logic theo 4 caùch khaùc nhau thì töø caùc baûng söï thaät a, b, c, d ta ñöôïc caùc bieåu thöùc logic khaùc nhau. Baûng söï thaät trong 4 tình huoáng thay giaù trò khaùc nhau. A B Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 a) Z = A.B A B Z 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 c) Z = A.B A B Z 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 b) Z = A + B A B Z 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 Töø baûng söï thaät treân, ta thaáy raèng chuùng ta seõõ coù moái quan heä logic khaùc nhau neáu thay giaù trò theo caùch khaùc nhau. Chuùng ta phaûi caên cöù vaøo giaù trò thay theá traïng thaùi ñeå xaùc ñònh yù nghóa cuï theå cuûa 0 vaø1 (töùc laø yù nghóa cuï theå cuûa baûng söï thaät). Khi lieät keâ baûng chöùc naêng hoaëc baûng söï thaät, coù theå khoâng lieät keâ caùc toå hôïp traïng thaùi tín hieäu ngoû vaøo naøo khoâng theå coù hay bò caám. Nhöõng toå hôïp naøy cuõng coù theå ñöôïc lieät keâ, nhöng taïi ngoû ra, ôû traïng thaùi töông öùng ta ghi moät daáu cheùo "  ", thöôøng söû duïng caùc traïng thaùi ñaùnh daáu cheùo ñeå toái thieåu hoaù haøm logic. Trang 12 d) Z = A + Bd) Z = A + B nguyenvanbientbd47@gmail.com 3/ Tieán haønh toái thieåu hoaù. Neáu soá bieán soá töông ñoái ít thì coù theå duøng phöông phaùp hình veõ. Neáu soá bieán soá töông ñoái nhieàu, khi ñoù khoâng tieän duøng phöông phaùp hình veõ,thì duøng phöông phaùp ñaïi soá. CHÖÔNG III VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH I/ LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN CUÛA VI MAÏCH SOÁ LAÄP TRÌNH . Tröôùc thôøi kyø vi maïch soá laäp trình (Programmable Logic Device) ra ñôøi, thieát keá logic soá truyeàn thoáng thì bao goàm nhieàu vi maïch TTL loaïi MSI vaø SSI keát hôïp laïi ñeå taïo ra caùc haøm logic mong muoán. Nhöõng nhaø thieát keá döïa vaøo nhöõng saùch tra cöùu caùc vi maïch soá ñeå tìm hieåu caùc thoâng soá kyõ thuaät, sau ñoù môùi quyeát ñònh söû duïng caùc vi maïch soá caàn thieát cho yeâu caàu thieát keá cuûa hoï. Ñieàu baát lôïi cuûa vieäc thieát keá naøy laø trong moät board söû duïng nhieàu vi maïch, do ñoù khi söûa chöõa thì gaëp nhieàu khoù khaên. Vaøo naêm 1975,coâng ty SIGNETICS ñaõ giôùi thieäu vi maïch soá laäp trình khoâng coù boä nhôù ñaàu tieân 82S100 (hieän nay laø PLS100) goïi laø maûng logic laäp trình tröôøng (Field-Programmable Logic Array). Napoleon Cavlan, ngöôøi ñöôïc goïi laø cha ñeû cuûa maïch logic laäp trình, luùc baáy giôø laø nhaø quaûn lyù nhöõng öùng duïng PLA cuûa Signetics ñaõ thöïc söï hieåu raèng söû duïng PLA laø phöông phaùp toát hôn ñeå thieát keá vaø thay ñoåi heä thoáng soá. Trong khi ñoù, coâng ty Harris ñaõ sôùm giôùi thieäu PROM, hoï trình baøy trieån voïng cuûa PROM vaø ñaõ öùng duïng vaøo trong moät soá maïch logic. Coâng ty National Semiconductor ñaõ cheá taïo maët naï laäp trình cho PLA, caáu taïo cuûa noù goàm moät maûng AND laäp trình keøm vôùi maûng OR laäp trình, cho pheùp thöïc hieän toå hôïp toång caùc tích soá cuûa haøm logic tieâu chuaån. Baèng caùch keát hôïp coâng ngheä PROM söû duïng nguyeân taéc caàu chì vôùi khaùi nieäm PLA, Cavian ñaõ thuyeát phuïc ñöôïc caùc nhaø quaûn lyù coâng ty Signetics ñeå ñöa döï aùn PLAvaøo saûn xuaát. Vi maïch PLA ñaàu tieân 82S100, laø thaønh vieân ñaàu tieân cuûa hoï vi maïch IFL (Intergrated Fuse Logic) coù hình daïng 28 chaân. Caáu truùc cuûa PLA goàm moät maûng AND laäp trình vaø moät maûng OR laäp trình, noù cho pheùp thöïc hieän toå hôïp logic toång cuûa caùc tích soá ñôn giaûn . Kyõ sö John Martin Birkner laø moät ngöôøi quan taâm ñeán PLA, vì oâng aáy hieåu raèng nhieàu phöông phaùp thieát keá logic ñöôïc hoïc trong tröôøng thì khoâng aùp duïng ñöôïc nhieàu trong coâng vieäc hieän taïi. Do ñoù, vaøo naêm 1975 oâng aáy ñaõ rôøi thung luõng Silicon ñeå ñeán coâng ty Monolithic Memories (MMI), ñaây laø coâng ty cheá taïo PROM vaø caùc vi maïch logic tieâu chuaån. Vì vaäy, Birkner coù ñieàu kieän hôn trong vieäc tìm hieåu PLA vaø coâng nhaän nhöõng öu ñieåm cuûa maïch logic laäp trình nhöng ñoàng thôøi oâng cuõng nhaän ra khuyeát ñieåm cuûa PLA laø coù hai maûng laäp trình. Sau ñoù, Birkner ñaõ ñöa ra khaùi nieäm môùi veà vi maïch soá laäp trình, vi maïch naøy cuõng töông töï FLA nhöng thay vì coù hai maûng laäp trình thì PAL (Programmable Array Logic ) chæ coù moät maûng AND laäp trình vaø theo sau laø maûng OR ñöôïc giöõ coá ñònh (khoâng laäp trình ). Nhö vaäy moãi coång OR seõ coù moät tích soá coá ñònh ñöôïc noái vôùi ngoû vaøo cuûa noù, do vaäy seõ giaûm ñöôïc kích thöôùc cuûa vi maïch vaø cho pheùp tín hieäu ñöôïc truyeàn nhanh hôn trong khi vaãn cho pheùp thöïc hieän caùc toå hôïp logic. PAL ñöôïc ñoùng voû 20 chaân. Sau moät thôøi gian thuyeát phuïc caùc nhaø quaûn lyù cuûa coâng ty MMI thaáy roõ nhöõng lôïi ñieåm cuûa PAL vaø ñoàng yù saûn xuaát. Vi maïch ñaàu tieân thuoäc hoï PAL ñöôïc phoå bieán laø PAL 16L8, PAL 16R4, PAL 16R6, PAL 16R8. Caùc vi maïch naøy coù thôøi gian truyeàn trì hoaõn 35ns. Moãi vi maïch coù 8 ngoõ ra vaø 16 ngoõ vaøo, trong ñoù kyù töï L trong kyù hieäu cuûa vi maïch bieåu thò 8 toå hôïp ngoû ra taùc ñoäng ôû möùc thaáp, kyù töï R cho bieát coù 4, 6 hay 8 thanh ghi ôû ngoû ra töông öùng. Sau moät thôøi gian khôûi ñaàu chaäm, cuoái cuøng PAL ñaõ ñöôïc thieát keá trong heä thoáng thöïc. Nhöõng coâng ty maùy tính mini ñaõ nhaän thaáy ñöôïc öu ñieåm cuûa PAL laø cho pheùp hoï giaûm soá board caàn thieát Trang 13 nguyenvanbientbd47@gmail.com ñeå thöïc hieän toát nhöõng yeâu caàu thieát keá, coâng ty MMI ñaõ choïn phöông phaùp saûn xuaát PAL coâng ñoaïn maët naï cheá taïo theo yeâu caàu khaùch haøng. Vaøo luùc naøy MMI laïi giôùi thieäu moät hoï vi maïch môùi HAL (Hard Array Logic) vaø ñeå saûn xuaát nhöõng chi tieát naøy cho haõng Data General and Digital Equipment. MMI ñaõ thay ñoåi caùch saép xeáp coâng ñoaïn maët naï caàu chì vaø thay vaøo ñoù laø lôùp lieân keát kim loaïi phuø hôïp yeâu caàu thieát keá cuûa khaùch haøng. Nhöõng chi tieát naøy coù nhieàu lôïi ích goàm mang laïi nhöõng keát quaû toát vaø kieåm tra deã daøng hôn. Ñoàng thôøi khaùch haøng cuõng ñöôïc lôïi hôn bôûi khoâng phaûi quan taâm ñeán laäp trình vaø kieåm tra caùc chi tieát. Ñieàu naøy ñaõ mang laïi söï caûi tieán veà phöông phaùp cheá taïo PAL, vaø ñöôïc söï chaáp nhaän cuûa thò tröôøng. Vaøo naêm 1978, MMI ñaõ xuaát baûn saùch höôùng daãn PAL ñaàu tieân. Ñoù laø moät böôùc khôûi ñaàu ñeå PAL môû roäng theá giôùi cuûa nhöõng ngöôøi thieát keá maïch logic. Ngoaøi ra trong saùch höôùng daãn coøn trình baøy danh saùch chöông trình goác cuûa ngoân ngöõ laäp trình FORTRAN cho PALASM (PAL Assembler) ñoù laø phaàn meàm daønh cho vieäc thieát keá maïch logic PAL. PALASM coù theå bieân soaïn, ñònh nghóa logic cho moät khuoân thöùc. Ngoaøi ra PALASM cuõng coù khaû naêng moâ phoûng söï vaän haønh treân phöông trình maïch logic theo nguyeân taéc PAL. Trong vieäc lieân keát vôùi nhöõng nhaø thieát keá ñeå ñònh roõ nhöõng “vector kieåm tra”, PALASM coù theå laø moät söï thaät phuø hôïp. Taát caû nhöõng ñaëc ñieåm cuûa PAL bao goàm vieäc khaéc phuïc nhöõng khuyeát ñieåm cuûa PLA keát hôïp vôùi vieäc thuùc ñaåy söû duïng PAL ñaõ mang ñeán keát quaû toát ñeïp. PAL ñaõ nhanh choùng vöôït qua hoï vi maïch IFL cuûa coâng ty Signetics vaø ñöôïc phoå bieán treân thò tröôøng, thuaät ngöõ PAL ñaõ trôû neân ñoàng nghóa vôùi PLD. Trong luùc aáy, coâng ty Signetics tieáp tuïc phaùt trieån hoï IFL, vaø vaøo naêm 1977 Signetics giôùi thieäu hoï vi maïch FPGA (Field Programmable Gate Array) 82S103, vaøo naêm 1979 laø hoï FPLS (Field Programmable Logic Sequencer). Hoï FPGA coù caáu taïo moät maûng AND ôû möùc ñôn vôùi ngoû vaøo laäp trình ñöôïc vaø cöïc tính ngoõ ra cuõng vaäy cho pheùp thöïc hieän caùc haøm logic cô baûn (AND, OR, NAND, NOR, INVERT), caáu truùc cuûa hoï FPLS coù chöùc caùc FlipFlop ñeå thöïc hieän caùc traïng thaùi cuûa haøm tuaàn töï. Ñoàng thôøi Signetics cuõng giôùi thieäu AMAZE (Automated Map and Zap Equations) laø chöông trình bieân dòch ñeå hoå trôï cho nhöõng vi maïch cuûa hoï. Töông töï, nhöõng coâng ty cheá taïo PLD khaùc ñaõ laàn löôïc giôùi thieäu nhöõng phaàn meàm hoã trôï cuûa hoï. Caû 2 coâng ty Signetics vaø MMI tieáp tuïc giôùi thieäu nhöõng PLD môùi ñeå ñaùp öùng tính ña daïng theo caùc yeâu caàu thieát keá. Vaøo giöõa naêm 1980, maïch logic laäp trình ñaõ ñöôïc thöøa nhaän cuøng vôùi söï phaùt trieån tính ña daïng cuûa IFL vaø PAL ñaõ coù nhieàu giaù trò cho nhöõng ngöôøi thieát keá. Maëc duø söï khôûi ñaàu thaønh coâng cuûa PLD, tuy nhieân chæ moät soá ít caùc nhaø thieát keá quen vôùi vieäc duøng PLD, moät soá tröôøng ñaïi hoïc ñaõ ñöa vi maïch logic laäp trình vaøo nhöõng khoùa hoïc thieát keá cuûa hoï. Tuy theá, kó thuaät logic laäp trình tieáp tuïc caûi tieán vaø nhöõng vi maïch phaùt trieån ôû giai ñoaïn thöù hai ñöôïc giôùi thieäu vaøo naêm 1983. Coâng ty Advance Micro Devices ( AMD) ñaõ giôùi thieäu PAL22V10 vôùi nhöõng ñaëc ñieåm ñaëc bieät laø söï linh ñoäng cuûa nhöõng coång PLD ôû 10 ngoû vaøo. Moãi coång PLD coù khaû naêng toå hôïp hoaëc vôùi thanh ghi ôû ngoû ra hoaëc moät ngoû vaøo. Coång ñeäm ngoõ ra ba traïng thaùi ñöôïc ñieàu khieån bôûi moät tích soá rieâng cho pheùp vaän haønh hai chieàu. Taát caû thanh ghi ñeàu ñöôïc reset töï ñoäng trong quaù trình taét hay môû vaø moãi thanh ghi coù khaû naêng “ñaët tröôùc”, ñoù laø ñaëc ñieåm ñaëc bieät cho vieäc kieåm tra sau naøy. Vôùi nhöõng vi maïch môùi, ñöôïc giôùi thieäu thöôøng xuyeân treân thò tröôøng ñaõ daãn ñeán vieäc caàn thieát phaûi coù moät phaàn meàm hoã trôï trong quaù trình söû duïng PLD ñeå ñaït hieäu quaû cao. Bob Osann ñaõ nhaän thaáy ñöôïc söï caàn thieát cuûa moät chöông trình bieân dòch PLD vaïn naêng duøng cho taát caû PLD cuûa nhöõng coâng ty cheá taïo khaùc nhau. Vaøo thaùng 9/1983, Coâng ty Assisted Technology ñaõ ñöa ra phieân baûn 1.01a cuûa chöông trình bieân dòch PLD coù teân laø CUPL( Universal Compiler for Programmable). Chöông trình naøy hoã trôï cho 29 loaïi vi maïch, söï ra ñôøi cuûa CUPL ñaõ gaây ñöôïc söï chuù yù cuûa nhieàu coâng ty cheá taïo. Coâng ty Data I/O, nhaø cheá taïo caùc vi maïch laäp trình lôùn nhaát treân theá giôùi (EPROM, PROM, PLD), ñaõ quyeát ñònh phaùt trieån phaàn meàm hoã trôï cho rieâng hoï. Naêm 1984, Data I/O giôùi thieäu ABEL (Advanced Boolean Trang 14 nguyenvanbientbd47@gmail.com Expression Language), ñoù laø chöông trình bieân dòch PLD coù ñaëc ñieåm töông töï nhö CUPL nhöng noù ñöôïc ñaàu tö tieáp thò neân ñöôïc caùc nhaø thieát keá chaáp nhaän. Vì vaäy, ABEL ñaõ sôùm theo kòp CUPL treân thò tröôøng. Söï ra ñôøi cuûa chöông trình bieân dòch vaïn naêng cho PLD ñaõ thuùc ñaåy neàn coâng nghieäp thieát keá soá saün saøng cho vieäc aùp duïng PLD cho nhöõng thieát keá môùi. Nhöõng chöông trình bieân dòch vaïn naêng naøy ñaõ ñöôïc caûi tieán hôn so vôùi caùc chöông trình bieân dòch PALASM vaø AMAZE, noù ñöôïc cung caáp cho caùc nhaø thieát keá ñeå thöïc hieän caùc maïch logic vaø moâ phoûng nhöõng thieát bò. Ñoù laø nhöõng ñaëc ñieåm tieâu chuaån cuûa hai boä bieân dòch vaïn naêng CUPL vaø ABAL. JEDEC ( the Joint Electron Device Engineering Council) döï ñònh saûn xuaát moät boä bieân dòch PLD taïo ra moät tieâu chuaån ñeå söû duïng cho taát caû caùc coâng ty cheá taïo PLD hieän nay vaø töông lai. Vaøo 10/1983, the JEDEC Solid State Products Engineering Council ñöa ra tieâu chuaån JEDEC thöù 3“. Tieâu chuaån khuoân thöùc chuyeån ñoåi giöõa heä thoáng taïo döõ lieäu vaø thieát bò laäp trình cho PLD”. Thaùng 5/1986, JEDEC tieáp tuïc ñöa ra tieâu chuaån 3-A, tieâu chuaån naøy trôû thaønh tieâu chuaån chung cho coâng nghieäp PLD. Thaùng 7/1984, coâng ty Altera giôùi thieäu EP300. Ñoù laø vi maïch söû duïng coâng ngheä CMOS cuûa EPROM, noù coù ñaëc tính laø coâng suaát tieâu thuï thaáp, coù theå xoùa ñöôïc (duøng tia cöïc tím) cuøng moät soá ñaëc tính môû roäng khaùc.Naêm 1985, moät hoï PLD môùi ñöôïc coâng ty Lattice Semiconductor giôùi thieäu laø GAL (Generic Array Logic). Lattice duøng coâng ngheä CMOS cuûa EEPROM, coù caùc ñaëc tính kyõ thuaät nhö coâng suaát thaáp, coù theå laäp trình nhieàu laàn ( xoùa baèng ñieän aùp vôùi thôøi gian xoùa khoaûng vaøi giaây). Vi maïch ñaàu tieân cuûa hoï GAL ñöôïc kí hieäu laø GAL16V8 coù khaû naêng thay theá hoaït ñoäng cuûa PAL (ñoái vôùi vi maïch cuøng loaïi). Ngaøy caøng nhieàu coâng ty tham gia vaøo thò tröôøng PLD ñeå taïo ra nhöõng vi maïch ñaëc bieät vaø söû duïng nhieàu coâng ngheä cheá taïo khaùc nhau. Vaøo naêm 1985, coâng ty Xilen taïo ra moät hoï môùi laø LCA (Logic Call Array). Caáu truùc cuûa LCA coù 3 ñoaïn: moät ma traän cuûa khoái logic ñöôïc bao quanh laø khoái vaøo ra vaø moät maïng ñöôøng döõ lieäu noái giaùn tieáp. Ñaëc bieät cuûa LCA laø PLD ñaàu tieân söû duïng teá baøo RAM ñoäng cho chöùc naêng logic. Öu ñieåm cuûa caáu truùc naøy laø khaùch haøng coù theå kieåm tra ñöôïc chöông trình cuûa vi maïch, do baûn chaát deã xoùa cuûa LCA, neân caàn phaûi löu tröõ caáu hình cuûa LCA ôû boä nhôù ngoaøi. Vì vaäy, LCA khoâng ñöôïc söû duïng ôû nhöõng tröôøng hôïp ñoøi hoûi söï hoaït ñoäng ngay laäp töùc khi khôûi ñoäng maùy. Ñi keøm vôùi LCA laø chöông trình soaïn thaûo XACT vaø boä moâ phoûng giuùp cho vieäc söûa loãi cho nhöõng thieát keá treân LCA ñöôïc thuaän tieän. Naêm 1985, coâng ty Signetics vôùi moät khaùi nieäm môùi laø PML (Programmable Macro Logic). Vi maïch PML ñaàu tieân cuûa Signetics PMLS 501, vi maïch naøy söû duïng coâng ngheä löôõng cöïc, vaø ñöôïc ñoùng voû 52 chaân . Vaøo naêm 1986, coâng ty ExMicroelectronic giôùi thieäu hoï ERASIC (Erasable Application Specific 7C) söû duïng coâng ngheä EEPROM CMOS. Vi maïch ñaàu tieân laø XL78C00 coù daïng 24 chaân vaø ñieàu ñaëc bieät laø XL78C00 coù theå thay theá chöùc naêng cho PAL vaø EPLA cuøng loaïi (khoâng tính ñeán toác ñoä), ñi keøm laø moät phaàn meàm hoã trôï ERASIC. Vaøo naêm 1986, coâng ty Signetics quyeát ñònh thay ñoåi hoï IFL thaønh hoï PLS (Programmable Logic From Signetics). Ví duï nhö töø 82S100 thaønh PLS100, töø 82S157 thaønh PLS157. Sau ñoù 2 naêm, coâng ty Actel ñaõ caûi tieán khuyeát ñieåm hoï LCA laø vi maïch coù theå hoaït ñoäng khoâng nhaát thieát phaûi coù boä nhôù ngoaøi. Ñoàng thôøi coâng ty Gazelle Microcircuit ñaõ coâng boá phaùt minh coâng ngheä GaAs (Gallium Arsenide). Ñaëc ñieåm cuûa coâng ngheä naøy laø caûi tieán toác ñoä , coâng suaát cuûa caùc vi maïch treân neàn taûng laø coâng ngheä silicon, cho pheùp vi maïch laøm vieäc vôùi toác ñoä nhanh hôn coâng suaát tieâu taùn khi ôû möùc trung bình. Öùng duïng ñaàu tieân cuûa coâng ngheä GaAs ñöôïc coâng ty Gazelle ñöa ra laø phieân baûn cuûa PAL 22V10. Öu ñieåm cuûa maïch naøy laø cho pheùp vi maïch GaAs coù theå töông hôïp vôùi caùc vi maïchTTL, do ñoù coâng ngheä GaAS ñaõ ñöôïc öùng duïng roäng raõi. Sau moät thôøi gian caûi tieán khoâng ngöøng, nhöõng PLD theá heä sau ñaõ ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong kyõ thuaät phaàn cöùng, noù trôû thaønh coâng cuï caàn thieát cho nhöõng kyõ sö thieát keá. Trang 15 nguyenvanbientbd47@gmail.com Söï phaùt trieån trong coâng nghieäp PLD noùi rieâng vaø vôùi coâng nghieäp baùn daãn noùi chung ñaõ taïo neân söï caïnh tranh cuûa caùc coâng ty cheá taïo PLD treân theá giôùi. Do ñoù, ñaõ coù nhieàu xung ñoät xaûy ra giöõa caùc coâng ty trong vieäc caïnh tranh thò tröôøng. Vaøo naêm 1986 coâng ty MMI ñaõ kieän hai coâng tyAltera vaø Lattic vì ñaõ vi phaïm baûn quyeàn PAL. Keát quaû laø hai coâng ty naøy ñaõ chaáp nhaän thua kieän vaø phaûi mua baûn quyeàn. Sau ñoù coâng ty MMI mua coå phaàn trong coâng ty Xilin vaø sôû höõu baûn quyeàn hoï LCA. Sau ñoù 1 naêm coâng ty MMI hôïp vôùi AMD trôû thaønh moät taäp ñoaøn saûn xuaát caùc linh kieän baùn daãn haøng ñaàu treân theá giôùi. Tuy ñaõ hôïp nhaát hai coâng ty nhöng hoï vaãn tieáp tuïc phaùt trieån caùc hoï vi maïch hieän coù vì nhöõng hoï PLD naøy ñaõ trôû neân phoå bieán treân thò tröôøng. Vaøo naêm 1987, coâng ty National Semiconductor ñaõ mua laïi coâng ty Fairchild vaø tieáp tuïc phaùt trieån hoï PAL FASTPLA treân thò tröôøng . II/ CAÁU TRUÙC CÔ BAÛN CUÛA CAÙC HOÏ VI MAÏCH LAÄP TRÌNH (PLD). Vi maïch soá laäp trình traûi qua thôøi gian daøi phaùt trieån vaø caûi tieán ñaõ thöïc söï môû ra moät höôùng ñi môùi cho nhöõng nhaø thieát keá. Öu ñieåm cuûa PLD laø giaûi quyeát ñöôïc voâ soá nhöõng vaán ñeà thieát keá nhôø vaøo nhieàu hoï PLD khaùc nhau. Nhöõng hoï vi maïch naøy coù caáu truùc vaø coâng ngheä cheá taïo khaùc nhau, do ñoù chuùng coù nhöõng ñaëc ñieåm rieâng ñeå öùng duïng vaøo nhieàu lónh vöïc trong coâng ngieäp. Maëc khaùc ngöôøi thieát keá coøn quan taâm ñeán caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa vi maïch nhö toác ñoä, coâng suaát tieâu thuï, nguoàn cung caáp vaø coâng cuï hoã trôï ñeå laäp trình. 1. Hoï vi maïch PROM (Progammable Read Only Memory). PROM goïi laø boä nhôù chæ ñoïc laäp trình ñöôïc. Ñaây laø hoï vi maïch ñaàu tieân ñöôïc söû duïng nhö laø nhöõng vi maïch soá laäp trình theo quan ñieåm cuûa vi maïch soá. Caáu truùc cuûa PROM raát ñôn giaûn bao goàm moät maûng teá baøo nhôù vôùi nhöõng ñöôøng ñiaï chæ ngoû vaøo vaø nhuõng ñöôøng döõ lieäu ngoû ra. Soá ñöôøng ñiaï chæ vaø döõ lieäu cho bieát ma traän nhôù cuûa PROM. Moät PROM ñôn giaûn ñöôïc trình baøy ôû hình 3.1 Ngoû vaøo Ngoû ra Hình 3.1. Trình baøy moät PROM ñôn giaûn PROM coù 5 ñöôøng ñieàu khieån ngoû vaøo cho pheùp taïo ra 32 toå hôïp logic vaø 8 ñöôøng döõ lieäu ra taïo thaønh moät ma traän nhôù 32x8, vì vaäy coù toång coäng 256 teá baøo nhôù. Caáu truùc cuûa PROM goàm moät maûng AND coá ñònh theo sau laø maûng OR laäp trình, ñöôïc minh hoïa ôû hình 3.2. Trang 16 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3-7 Sô ñoà logic cuûa PROM Chuù thích: - Daáu X trong hình bieåu hieän nhöõng ñieåm laäp trình (ñöôïc keát noái thoâng qua ì) . - Daáu chaám troøn bieåu thò nôi ñoù ñöôïc noái coá ñònh. ÔÛ maûng AND coá ñònh coù 16 bieán ñöôïc choïn vaø lieân keát vôùi 4 tín hieäu ngoõ vaøo maûng OR. Do ñoù baát kì moät lieân keát naøo bò loaïi boû (nghóa laø caàu chì ôû ñoù bò ñöùt, thì bieán ñoù seõ khoâng coù maët ôû bieåu thöùc ngoõ ra). Caùc haøm ôû ngoû ra thay ñoåi tuøy thuoäc vaøo söï keát noái cuûa caùc bieán ôû ngoõ vaøo. PROM thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå giaûi maõ ñiaï chæ vaø öùng duïng ñeå löu tröõ döõ lieäu. Khi thieát keá caùc PROM, nguôøi thieát keá phaûi chuù yù ñeán söï thay ñoåi möùc logic ngoû vaøo (xaûy ra trong thôøi gian ngaén) khi Trang 17 Hình 3.2 Sô ñoà logic cuûa PROM nguyenvanbientbd47@gmail.com ñòa chæ ngoõ vaøo thay ñoåi. Phöông thöùc ghi cuûa PROM laø khi coù moät tín xung clock ñoàng boä thì maïch ngoõ ra chuyeån sang traïng thaùi khaùc. Ñaëc ñieåm naøy seõ giuùp khaéc phuïc ñöôïc vaán ñeà taïp nhieãm ôû PROM. Khi khaûo saùt PROM, ngöôøi ta thöôøng quan taâm ñeán toác ñoä truy xuaát döõ lieäu. Thoâng thöôøng caùc loaïi PROM coù thôøi gian truy xuaát döôùi 60 ns. Caùc loaïi PROM thöôøng söû duïng coâng ngheä löôõng cöïc laø nguyeân taéc cô baûn ñeå cheá taïo. Tuy nhieân, khoa hoïc tieán boä ñaõ phaùt minh ra coâng ngheä CMOS cho pheùp ruùt ngaén thôøi gian truy xuaát. Coâng ngheä CMOS ñöôïc duøng ñeå cheá taïo EPROM, ñoù laø moät daïng PROM coù theå xoùa ñöôïc baèng tia cöïc tím. Noù ñaõ taïo ra moät böôùc tieán ñaùng keå nhö: EPROM WS57C256F cuûa coâng ty WaferScale Integration coù dung löôïng 32Kx8 vôùi thôøi gian truy xuaát laø 55 ns, coâng ty Cypress Semicondutor giôùi thieäu PROM CY7C245 coù dung löôïng laø 2048x8 vôùi thôøi gian truy xuaát laø 25 ns. Treân ñaây laø moät vaøi ví duï cho thaáy coâng ngheä CMOS ñöôïc chaáp nhaän cho nhöõng öùng duïng thieát keá maïch. 2. Hoï vi maïch FPLA ( Field Progammable Logic Array) Hoï vi maïch FPLA ñaàu tieân ñöôïc coâng ty Signetics giôùi thieäu vaøo naêm 1975. Caáu truùc cuûa FPLA laø moät maûng AND – OR ñôn giaûn, ñöôïc trình baøy ôû hình 3. 3. Maûng AND – OR coù theå laäp trình ñeå thöïc hieän 4 haøm logic baát kì vôùi hai bieán ngoõ vaøo. Moãi bieán ngoõ vaøo ñöôïc ñöa qua coång ñeäm ñeå taïo hai möùc logic 0 vaø 1. Moãi möùc logic naøy ñöôïc noái vôùi ngoõ vaøo coång AND thoâng qua moät caàu chì laäp trình. Taát caû 4 caàu chì ñöôïc giöõ nguyeân. Neáu taát caû caàu chì ñeàu thoâng, ví duï nhö coång ANDK thì bieåu thöùc ngoõ ra cho coång seõ laø: K=A AND A AND B AND B = AABB Töø keát quaû treân cho thaáy ngoû ra cuûa coång AND luoân ôû möùc thaáp, ñieàu naøy khoâng coù lôïi. Tuy nhieân neáu ta laäp trình cho 4 caàu chì treân, ví duï ta choïn A x B, luùc naøy giaù trò cuûa 2 bieán naøy seõ khoâng coù trong bieåu thöùc. Bieåu thöùc ngoû ra coång AND K laø: K= A.B Nguyeân taéc ôû ñaây laø löïa choïn nhöõng giaù trò ñeå laäp trình, khi moät caàu chì ñöôïc choïn nghóa laø giaù trò cuûa noù seõ khoâng coù maët trong bieåu thöùc. Trang 18 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.3 . Sô ñoà bieåu thöùc ngoû ra cuûa FPLA Löu yù maûng OR trong maïch ôû hình3.4. Moãi ngoû ra coång AND ñöôïc noái tôùi 1 ngoû vaøo coång OR thoâng qua moät caàu chì vaø moät Diode. Xeùt bieåu thöùc F1 giaû söû caùc caàu chì ñeàu thoâng, ta coù : F1= K + L+ M + N Vôùi K,L,M,N laø nhöõng tích soá cuûa AXB, F1 laø toång caùc tích so ácuûa hai bieán A vaø B. Baây giôø ta seõ laäp trình baèng caùch laøm ñöùt caùc caàu chì thì caùc soá haïng öùng vôùi nhöõng caàu chì bò ñöùt seõ khoâng coù maët trong bieåu thöùc. Baèng caùch laäp trình caùc caàu chì ôû maûng AND – OR (nghóa laø loaïi boû giaù trò giaù trò cuûa noù trong bieåu thöùc) FPLA coù theå taïo ra caùc haøm logic khaùc nhau theo maïch thieát keá chæ vôùi hai bieán ngoû vaøo. Löu yù nhöõng Diode trong maûng OR ñöôïc duøng ñeå baûo veä ngaén maïch. Sô ñoà maïch trong hình 3.4 laø moät ví döï ñôn giaûn cuûa hoï vi maïch maûng logic laäp trình tröôøng. Neáu vi maïch do coâng ty cheá taïo ñaõ ñöôïc laäp trình baèng coâng ñoaïn maët naï vôùi coâng ngheä löôõng cöïc thì chöông trtình coá ñònh khoâng thay ñoåi ñöôïc. Do ñoù vi maïch naøy ñöôïc goïi laø PLA. Neáu vi maïch ñöôïc saûn xuaát ñeå ngöôøi söû duïng coù theå laäp trình thì goïi laø FPLA. Trang 19 C B A O3 O2 O1 O0 B 9 B 8 B 7 B 6 B 5 B 4 B 3 B 2 B 1 B 0 nguyenvanbientbd47@gmail.com 3. Hoï vi maïch FPLS ( Field Programable Logic Sequencer) Hoï FPLS ñöôïc giôùi thieäu vaøo naêm 1979, FPLS coù caáu truùc moâ phoûng theo caáu truùc cuûa FPLA nhöng ñöôïc boå sung theâm nhöõng thanh ghi cho pheùp “preloading” traïng thaùi cuûa thieát bò. Moät vaøi thanh ghi ôû ngoû ra ñöôïc ñöa hoài tieáp veà maûng AND laäp trình vaø moät soá khaùc coù nhöõng thanh ghi ngaàm (nhöõng thanh ghi ñöôïc boå sung treân chíp vaø khoâng noái vôùi chaân cuûa ngoû vaøo hay ngoõ ra) boå sung vôùi thanh ghi ngoû ra, noù coù theå hoài tieáp hoaëc khoâng hoài tieáp. Hình 3.5 . Sô ñoà logic FPLS PLS157 Trang 20 nguyenvanbientbd47@gmail.com Sô ñoà logic cuûa vi maïch PLS157 ñöôïc coâng ty Signetics giôùi thieäu ñöôïc trình baøy ôû hình 3.5, coù hình daùng beân ngoaøi 20 chaân, coù caáu truùc16x45x12. PLS157 coù 6 thanh ghi vaø 6 toå hôïp ôû ngoõ ra. Caùc toå hôïp ôû ngoõ ra coù chöùc naêng nhaát, nhöõng thanh ghi ñöôïc caáu taïo baèng nhöõng coång ñaûo M(M0-M5). Caáu truùc môùi cuûa PLS157 coù nhöõng ñaëc ñieåm ñaùng löu yù laø nhöõng thanh ghi cho pheùp choát nhöõng tín hieäu ôû ngoõ vaøo vaø nhöõng tín hieäu naøy ñöôïc ñöa tôùi maûng AND. Ngoaøi ra vi maïch coøn ñöôïc thieát keá moät maûng boå sung (maûng buø). Ñaây laø toång soá haïng buø vaø ñöôïc thöïc hieän nhö moät ngoû vaøo cuûa maûng AND, noù cho pheùp boå sung theâm nhieàu toå hôïp. 4. HoÏ vi maïch FPGA ( Field Progammable Gate Array). Hoï FPGA ñöôïc Signetics giôùi thieäu vaøo naêm 1977 ñöôïc söû duïng ñeå thay theá cho nhöõng coång nhieàu ngoõ vaøo tieâu chuaån, caáu truùc cuûa noù bao goàm moät maûng AND laäp trình, vôùi laäp trình cöïc tính ôû ngoõ ra. Chæ vôùi moät coång AND coù theå bieán ñoåi thaønh coång NAND, NOR hay coång OR. Moãi coång AND trong FPGA coù theå bieán ñoåi thaønh caùc coång logic khaùc nhau. FPGA cuõng ñöôïc boå sung linh ñoäng hôn nhöõng coång tieâu chuaån khaùc. Vi maïch ñaïi dieän cho hoï FPGA laø PLS151, coù hình daùng 20 chaân ñöôïc trình baøy ôû hình 3.6. PLS151 coù 6 ngoû vaøo, 12 ngoõ ra vaø coù tín hieäu hoài tieáp ñöa veà maûng AND ñöôïc söû duïng nhö nhöõng ngoõ vaøo. Coù theâm 3 tích soá ñöôïc taïo ra bôûi 3 ñöôøng ñieàu khieån, caùc tín hieäu naøy ñieàu khieån nhöõng coång ñeäm ngoû ra 3 traïng thaùi. FPGA thích hôïp trong caùc thieát keá ñeå giaûi maõ ñòa chæ vaø ñöôïc theâm vaøo caùc chöùc naêng khaùc. 5. HoÏ vi maïch PAL ( Programmable Array Logic). PAL laø moät hoï phoå bieán nhaát trong hoï PLD ñöôïc MONOLITHIC MEMORIES INC giôùi thieäu vaøo naêm 1978. PAL ñöôïc ñaêng kyù baûn quyeàn veà caáu truùc cuûa coâng ty MMI. Caáu truùc cuûa PAL bao goàm moät maûng AND laäp trình theo sau laø moät maûng OR coá ñònh, caáu truùc naøy ñöôïc caûi tieán töø nhöõng khuyeát ñieåm cuûa hoï FPLA. Hình 3.7 minh hoïa cho caáu truùc ñôn giaûn cuûa PAL. Do loaïi boû vieäc söû duïng caàu chì ôû maûng OR, do ñoù soá löôïng tinh theå Silicon ñöôïc söû duïng giaûm, daãn ñeán giaù thaønh cuûa PAL thaáp hôn so vôùi FPLA. Maët khaùc thôøi gian trì hoaõn cuûa PAL ngaén hôn so vôùi FPLA do giaûm ñöôïc söï trì hoaõn khi truyeàn qua maûng OR. Khaûo saùt PAL16L8 coù hình daùng 20 chaân sô ñoà logic ñöôïc trình baøy ôû hình 3.8. Vi maïch naøy coù 8 toå hôïp ngoõ ra, moãi ngoõ ra ñöôïc ñaûo vôùi 7 tích soá cuûa ngoõ vaøo, 6 trong 8 ngoõ ra ñöôïc hoài tieáp veà maûng AND, cho pheùp nhöõng chaân naøy ñöôïc söû duïng vôùi chöùc naêng I/O. Do PAL16L8 coù ngoõ ra taùc ñoäng ôû möùc thaáp neân noù coù theå keát hôïp vôùi caùc IC khaùc cuøng moät möùc taùc ñoäng. Trang 21 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.6 . Sô ñoà logic cuûa FPGA PLS151 Trang 22 nguyenvanbientbd47@gmail.com I3 I2 I1 I0 O3 O2 O1 O0 Hình 3.7 . Sô ñoà logic cuûa PAL Trang 23 Maûng OR Maûng AND nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.8. Sô ñoà logic cuûa PAL16L8 Trang 24 19 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 16 15 14 13 12 11 nguyenvanbientbd47@gmail.com PAL16L8 ñöôïc öùng duïng trong lónh vöïc giaûi maõ ñòa chæ, noù thuaän tieän trong vieäc keát hôïp vôùi caùc boä vi xöû lyù vaø thieát bò ngoaïi vi vì cuøng moät möùc taùc ñoäng. Vôùi nhöõng ñaëc tính nhö toác ñoä töông ñoái cao, giaù thaønh thaáp, thôøi gian truyeàn trì hoaõn khoaûng 7,5ns neân PAL16L8 raát phoå bieán trong coâng nghieäp PLD. Ngoaøi ra PAL16L8 coù moät ñaëc ñieåm môùi so vôùi caùc hoï tröôùc laø coù caàu chì baûo veä, noù duøng ñeå choáng söï sao cheùp, giuùp baûo veä noäi dung beân trong. Ngoaøi PAL16L8 coâng ty MMI coøn giôùi thieäu caùc loaïi vi maïch khaùc nhö PAL16R4, PAL16R6, PAL16R8. Caùc vi maïch naøy coù caáu taïo gioáng nhö PAL16L8 nhöng ôû ngoõ ra söû duïng theâm caùc FF D ñeå choát tín hieäu ngoû ra. Moät theá heä vi maïch PAL ñöôïc coâng ty AMD giôùi thieäu laø PAL22V10 vôùi hình daùng 24 chaân ñöôïc cheá taïo baèng coâng ngheä CMOS thay theá cho coâng ngheä löôõng cöïc. Ñaëc tröng cuûa vi maïch naøy laø ôû ngoû ra ñöôïc cho qua coång PLD. Ngoaøi vieäc taêng soá bieán ngoû vaøo vi maïch naøy coøn coù moät soá ñaëc ñieåm nöõa laø trong haøm logic caùc thaønh phaàn tích soá coù theå thay ñoåi töø 8 ñeán 16 bieán. Ñieàu naøy seõ giuùp cho vi maïch thöïc hieän nhieàu phöông trình phöùc taïp. Nhôø vaøo caáu taïo ôû ngoû ra caùc coång PLD neân caùc ngoû ra hoaëc vaøo cuûa vi maïch coù ñaëc tính giao tieáp 2 chieàu, ñieàu naøy laøm taêng khaû naêng xöû lyù cuûa vi maïch vaø taïo söï thuaän lôïi cho vieäc thieát keá. Do nhöõng ñaëc ñieåm ñaõ ñöôïc caûi tieán neân caùc theá heä vi maïch PAL ñöôïc phoå bieán roäng raõi (ñaëc bieät laø nhoùm vi maïch 20 chaân) vaø PAL ñöôïc xem laø hoï vi maïch ñaïi dieän cho hoï vi maïch soá laäp trình. Ngoaøi ra caùc coâng ty cheá taïo PAL coù choïn löïa trong vieäc kyù hieäu caùc soá treân moät vi maïch. Ñieàu naøy cung caáp cho ngöôøi söû duïng nhöõng thoâng tin caàn thieát coù lieân quan ñeán öùng duïng cuûa vi maïch. Caùc kyù hieäu trong vieäc ñaùnh soá cuûa hoï PAL noùi chung bao goàm 2 soá ñeám ñöôïc taùch rôøi nhau bôûi 1 hay 2 kyù töï. Soá ñaàn tieân trong teân vi maïch cho bieát soá ngoõ vaøo cuûa vi maïch (ñaây chính laø soá bieán ngoõ vaøo cuûa maûng AND). Soá thöù hai bieåu thò soá ngoû ra cuûa vi maïch. Kyù töï naèm giöõa 2 soá chæ ra yù nghóa caùc thuoäc tính cuûa ngoû ra. Moät soá maõ kyù töï coù yù nghóa laø: H taùc ñoäng möùc thaáp. L taùc ñoäng möùc cao. P taùc ñoäng ngoû ra coù theå laäp trình. C phaàn boå sung caùc ngoû ra. S boä tuaàn töï. Caùc kyù hieäu cuûa vi maïch hoï PAL ñöôïc xem laø nhöõng höôùng daãn cô baûn cuûa vi maïch. Ngoaøi ra caùc coâng ty cheá taïo coøn cung caáp baûn thoâng soá kyõ thuaät vaø sô ñoà logic cuûa vi maïch keøm theo ñeå laøm taøi lieäu tham khaûo cho caùc nhaø thieát keá. 6. Hoï vi maïch GAL ( Generic Array Logic). GAL laø moät nhoùm cuûa coâng ngheä EEPLD, noù ñöôïc giôùi thieäu vaø phaùt trieån bôûi coâng ty Lattice Semiconductor Comp. Coâng ty naøy ñaõ ñöa ra moät khaùi nieäm veà coång PLD coù kyù hieäu laø OLMCs (Output Logic Macrocells). Trang 25 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.9 . Sô ñoà logic cuûa GAL16V8 Vi maïch naøy cuõng coù nhöõng ñaëc ñieåm laø coù theå xoùa baèng ñieän vaø laäp trình laïi baèng caùc phaàn meàm vaø coâng cuï hoã trôï. Khaûo saùt caáu truùc cuûa vi maïch GAL16V8 ñöôïc trình baøy ôû hình 3.10, GAL16V8 coù hình daïng 20 chaân laø moät vi maïch phoå bieán trong hoï GAL. Trang 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19 18 17 16 15 14 13 12 11 nguyenvanbientbd47@gmail.com Moãi moät OLMC coù 8 ngoû vaøo töông ñöông vôùi 8 tích soá trong moät bieåu thöùc. Ngoaøi ra OLMC cuõng coù tín hieäu hoài tieáp ñöa veà ñeå ñieàu khieån, tín hieäu xung ñoàng hoà, tín hieäu hoài tieáp veà maûng AND. Caùc vi maïch GAL ñeàu coù hoã trôï nhöõng thanh ghi “Preload”, ñieàu naøy coù ích trong vieäc kieåm tra vi maïch. Maët khaùc moät theá heä vi maïch môùi ñöôïc phaùt trieån laø vi maïch laäp trình heä thoáng kyù hieäu laø ispEELD (In-system Progammable). Vi maïch ñaàu tieân laø ispGAL16Z8, caáu truùc cuûa noù gaàn gioáng vôùi GAL16V8 nhöng ñöôïc theâm vaøo 4 chaân ñeå ñieàu khieån laäp trình. Trong heä thoáng ispGAL16Z8 cho pheùp chu kyø laäp trình laø 10000 laàn vaø döõ lieäu ñöôïc giöõ coá ñònh trong khoaûng thôøi gian 20 naêm. Ñoù cuõng laø quy ñònh cuûa nhöõng vi maïch theo nguyeân taéc EPROM. Caáu truùc cuûa hoï GAL laø söï laëp laïi caáu truùc cuûa hoï PAL vaø nhöõng ñaëc ñieåm cuûa hoï GAL ñöoïc thieát keá ñeå keát hôïp vôùi nhöõng vi maïch hoï PAL. Ñieàu naøy ñöôïc theå hieän qua vieäc kyù hieäu caùc vi maïch hoï GAL vaø caáu truùc teá baøo baûo veä cuûa noù. 7. Hoï vi maïch PEEL (Progammable Electrially Erasable Logic). Hoï PEEL ñöôïc coâng ty International Cmos Technology INC giôùi thieäu. Noù ñöôïc cheá taïo vôùi coâng ngheä EEPROM. Caáu truùc cuûa PEEL cuõng töông töï nhö PAL vaø GAL, noù ñöôïc xoùa baèng ñieän vaø laäp trình cuõng nhôø vaøo phaàn meàm hoã trôï. Khaûo saùt vi maïch PEEL18CV8 ñöôïc trình baøy ôû hình 3.10. Vi maïch coù 20 chaân vôùi 8 ngoû ra ñöôïc caáu taïo bôûi coång PLD, moãi ngoõ ra coù 8 tích soá trong moät haøm cuûa bieåu thöùc vaø coù moät tích soá rieâng ñeå ñieàu khieån coång ñeäm ngoû ra. Cöïc tính ngoû ra cuõng ñöôïc laäp trình caùc thanh ghi ôû ngoû ra cuûa vi maïch ñöôïc Reset khoâng ñoàng boä, ngoaøi ra caùc thanh ghi coù theå ñöôïc choát beân trong khi ngoû ra ñöôïc ñieàu khieån bôûi moät bieåu thöùc cuûa toång caùc soá haïng cuûa ngoû vaøo. Ñaëc ñieåm naøy ñöôïc caûi tieán hôn soá vôùi caùc vi maïch PAL16V10 hay GAL16V8. Trang 27 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.10 . Sô ñoà logic cuûa PEEL18CV8 8. Hoï vi maïch EPLD (Erasable PLD). Coâng ty Altera laàn ñaàu tieân giôùi thieäu thuaät ngöõ xoùa caùc PLD baèng tia cöïc tím Trang 28 Vaøo/Clk Ngoû vaøo Ngoû vaøo Ngoû vaøo Ngoû vaøo Ngoû vaøo Ngoû vaøo Ngoû vaøo Ngoû vaøo Vaøo/ra Vaøo/ra Vaøo/ra Vaøo/ra Vaøo/ra Vaøo/ra Vaøo/ra Vaøo/ra nguyenvanbientbd47@gmail.com Töø khi khôûi ñaàu, coâng ty Altera thay ñoåi coâng ngheä cheá taïo PLD töø coâng ngheä löôõng cöïc sang coâng ngheä CMOS vì coâng ngheä CMOS ñaït ñöôïc hieäu suaát cao veà khoâng gian (maät ñoä tích hôïp cao hôn). Nhö PAL16L8 coù maät ñoä tích hôïp töø 100 leân 150 coång, PAL22V10 coù 500 ñeán 600 coång vaø EP310 (laø vi maïch ñaïi dieän cho hoï EPLD) coù treân 1000 coång. Hình 3.12 trình baøy sô ñoà khoái cuûa EP310 coù 20 chaân caáu truùc goàm 8 coång PLD, xung xoùa khoâng ñoàng boä vaø coù theå ñaët tröôùc caùc tích soá. Caáu truùc cuûa coång PLD bao goàm caû khoái ñieàu khieån caáu truùc I/O. Caáu hình cuûa ACB gioáng nhö caáu truùc cuûa coång PLD cuûa vi maïch PAL vaø GAL nhöng coù chöùc naêng hoaït ñoäng ñôn giaûn hôn. Trong ñoù moãi coång coù 8 bieán ngoû vaøo cuøng vôùi moät bieán ñeå ñieàu khieån coång ñeäm ngoû ra. Nhôø vaøo caáu truùc ACB I/O maø EP310 coù caùc tín hieäu toå hôïp ngoû ra taùc ñoäng ôû möùc cao hoaëc thaáp hay caùc tín hieäu ñöôïc ghi cuõng taùc ñoäng ôû möùc cao hoaëc thaáp. Ñoái vôùi tín hieäu hoài tieáp veà maûng AND ñöôïc ñöa veà töø thanh ghi ôû ngoû ra. Caùc coång ñeäm ngoû ra ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc bieán rieâng cho pheùp caùc chaân cuûa vi maïch coù theå hoaït ñoäng hai chieàu. Ngoaøi ra EP310 cuõng coù caàu chì baûo veä choáng sao cheùp vaø giôø ñaây caàu chì baûo veä trôû thaønh moät tieâu chuaån cho caùc theá heä PLD môùi. Moät soá vi maïch tieâu bieåu cho hoï EPLD laø EP900, coù caáu taïo 40 chaân, beân trong coù 24 khoái ACB, maät ñoä tích hôïp hôn 1000 coång vôùi caùc toå hôïp ngoû ra coù löïa choïn. Nhöng trong töông lai kyõ thuaät ngaøy caøng phaùt trieån thì maät ñoä tích hôïp coù theå leân ñeán hôn 10000 coång logic trong moät chip. Ngoaøi vi maïch EP900 thì coâng ty Altera coøn giôùi thieäu vi maïch EP1800 coù 68 chaân vôùi caùc chöùc naêng ñöôïc môû roäng hôn so vôùi EP900 vì soá coång logic trong IC ñöôïc taêng gaáp ñoâi vaø soá ngoû vaøo cuõng vaäy. Vi maïch EP1800 coù theå thöïc hieän ñoàng thôøi 4 chöùc naêng khaùc nhau, coù theå xem nhö ñoù laø 4 vi maïch rôøi. Nhöõng vi maïch soá laäp trình ñang höôùng ñeán maät ñoä tích hôïp treân 1000 coång logic trong moät chip thì ñang gaây aûnh höôûng ñeán caùc PLD coù maät ñoä tích hôïp thaáp. Coâng ty Cypress Semicondutor ñang saûn xuaát caùc saûn phaåm öùng duïng coâng ngheä CMOS coù toác ñoä cao. Saûn phaåm caïnh tranh cuûa hoï chuû yeáu laø caùc hoï PAL thoâng thöôøng vaø PAL 22V10 ñaõ taïo ra theá heä PAL coù coâng suaát thaáp, toác ñoä cao neân ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaøo caùc lónh vöïc coâng nghieäp khaùc nhau. Nhöõng vi maïch phoå bieán cuûa coâng ty Cypress Semicondutor nhö CY7C330, CY7C331 vaø CY7C332. Trang 29 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình3.11. Sô ñoà logic coång laäp trình cuûa EPLD EP310 Trang 30 0 1 2 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 9 13 8 14 7 15 6 16 5 17 4 18 3 19 2 11 1 Clk Löïa choïn Ngoû ra Vaøo/ra nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.12 . Sô ñoà logic khoái caáu truùc ñieàu khieån EPLD EP900 Trang 31 OE/ CLK Caáu truùc ñieàu khieån Vaøo/ra Clock ñoàng boä 39 38 37 36 35 34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 5 4 3 2 71 70 69 68 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 CLEAR nguyenvanbientbd47@gmail.com 9. Hoï vi maïch PML ( Programmable Macro Logic). Hoï vi maïch ñöôïc coâng ty Signetics söû duïng caáu truùc môùi goïi laø “foldback” (gaáp veà). Maïch logic “foldback” söû duïng moät coång NAND ñôn hay maûng NOR keát hôïp vôùi moät caáu truùc lieân keát laäp trình trung taâm cho pheùp thöïc hieän nhieàu möùc logic khaùc nhau ñeå lieân keát vôùi macro ngoû vaøo vaø ngoû ra. Nhö trong hoï vi maïch PML, moät maûng NAND ñöôïc söû duïng vì coång NAND coù toác ñoä truyeàn nhanh nhaát trong coâng ngheä löôõng cöïc. Töø khoùa macro ñeå tham khaûo moät khoái chöùc naêng vaø coù theå xaùc ñònh moät tín hieäu ngoû vaøo, moät coång ñeäm ngoû ra hay baát cöù moät haøm logic naøo nhö FF, maïch ñeám hay maïch toå hôïp. Coâng ty Signetics phaân loaïi caùc macro nhö sau: ngoû vaøo laø macro ngoû vaøo, macro ngoû ra vaø nhöõng khoái chöùc naêng khaùc nhö thanh ghi hay maïch toå hôïp thì goïi laø macro chöùc naêng. Macro cuûa hoï ML moâ taû ôû hình 3.13. So vôùi caáu truùc maûng AND – OR cuûa caùc hoï IC PAL vaø FPLA thì caáu truùc maûng NAND phöùc taïp hôn. Ñeå ñôn giaûn cho vieäc tìm hieåu, xeùt ví duï sau: Hình 3.14 a trình baøy moät maïch logic ñôn giaûn söû duïng caáu truùc AND – OR cuûa hoï vi maïch PAL vaø hình 3.14 b söû duïng caáu truùc NAND – NAND vôùi chöùc naêng töông töï nhöng coù öu ñieåm laø khoâng bò giôùi haïn vôùi caùc haøm coù hôn 2 caáp logic. Maëc khaùc, caáu truùc cuûa PML taän duïng toái ña caùc coång logic vaø caùc khaû naêng hoaït ñoäng cuûa vi maïch. Ví duï nhö ôû hoï PAL vaø FPLA khi caàn theâm moät bieán ôû ngoû vaøo seõ choïn ñöôøng tín hieäu ngoû ra xem nhö moät ñöôøng tín hieäu ngoû vaøo, do ñoù seõ laøm taêng thôøi gian truyeàn vaø laõng phí moät ngoû ra. Ñoái vôùi hoï PML thì taát caû caùc ngoû vaøo cuûa coång NAND ñöôïc söû duïng nhö laø ngoû vaøo cuûa tín hieäu vaø caùc haøm logic ñöôïc thöïc hieän vôùi caáu truùc 3 caáp logic. Vi maïch ñaïi dieän cho hoï PML laø PLHS 501 coù caáu taïo goàm 72 coång NAND trong ñoù coù 44 coång NAND ñöôïc duøng ñeå hoã trôï cho macro ngoû ra. Vi maïch coù 24 ngoû vaøo, 8 coång ñeäm XOR ôû ngoû ra vôùi 4 coång taùc ñoäng ôû möùc thaáp , coù 4 coång taùc ñoäng ôû möùc cao vaø coù 8 ñöôøng döõ lieäu 2 chieàu. Vi maïch coù 52 chaân vôùi kieåu chaân theo daïng PLCC. Hình 3.15 trình baøy caáu truùc cuûa PLHS 501 . Caùc coång ñeäm ngoû ra 3 traïng thaùi ñöôïc ñieàu khieån baèng töøng coång NAND rieâng ñeå taïo neân tính linh hoaït trong thieát keá. Trang 32 nguyenvanbientbd47@gmail.com Maûng NAND MxN Hình 3.13 . Sô ñoà logic laäp trình macro a) b) Hình 3.14. Maïch logic söû duïng caáu truùc “ flodback” Trang 33 Ngoû vaøo macro 1 Ngoû ra macro 0 Ngoû ra macro 0 Haøm macro nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 34 Hình 3.15 . Maïch laät RS vaø D söû duïng caáu truùc PML b) Maïch laät D a) Maïch laät RS I 23 . . I 0 71 70 . . . . . 0 1 0 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.16. Sô ñoà chöùc naêng PLS 501 10. Hoï vi maïch ERASIC(Erasable Programmable Application Specific IC). Hoï vi maïch ERASIC ñöôïc giôùi thieäu bôûi coâng ty Exel Microeletronics coù caáu truùc töông töï nhö hoï PML nhöng ñöôïc cheá taïo baèng coâng ngheä CMOS EEPROM khaùc vôùi hoï PML duøng coâng ngheä löôõng cöïc . Moät ñaëc ñieåm khaùc bieät nöõa laø hoï ERASIS söû duïng caáu truùc maûng NOR Trang 35 nguyenvanbientbd47@gmail.com , vì trong coâng ngheä CMOS coång NOR coù thôøi gian truyeàn nhanh nhaát. Vi maïch ñaàu tieân cuûa hoï naøy laø XL 78C800 coù 24 chaân vôùi maät ñoä thích hôïp khoaûng 800 coång. XL78C800 coù 12 ngoû vaøo vaø 10 chaân I/O ñöôïc lieân keát vôùi caùc coång laäp trình. Chaân soá 1 laø ñöôøng cung caáp tín hieäu xung clock cho FF JK, chaân 13 duøng ñeå ñieàu khieån caùc coång ñeäm ngoû ra cho caùc coång laäp trình, 8 ngoû vaøo ñöôïc ñöa vaøo maûng NOR thoâng qua caùc maïch laät, 2 coång NOR ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu khieån maïch laät. Ngoû ra cuûa coång NOR ñöôïc caáu taïo baèng caùc khoái PCE (Polarity Control Element ) ñeå taêng tính ling hoaït. XL78C800 coù 32 bieán ôû ngoû vaøo coång NOR, hai bieán duøng ñeå ñieàu khieån maïch laät vaø coù 30 bieán duøng cho coång laäp trình. Hình 3.17 trình baøy sô ñoà logic cuûa coång laäp trìnhtrong vi maïch XL78C800.Coù ba ngoû vaøo cuûa tín hieäu J,K,O ñöôïc ñöa vaøo coång laäp trình.Vôùi hai bieán J,K ñeå ñieàu khieån FF JK. Töø coång laäp trình cuõng coù 4 ñöôøng tín hieäu ñöôïc ñöa veà maûng NOR. Chaân cuûa vi maïch keát hôïp vôùi caùc coång laäp trình ñöôïc keát noáùi vôùi ngoû vaøo cuûa boä ña hôïp (IN-MUX) vaø noái vôùi coång ñeäm ngoû ra. Ngoaøi ra coøn coù caùc ñöôøng tín hieäu xung clock vaø xung xoùa khoâng ñoàng boä cho FF JK, moät ñöôøng tín hieäu OE ñeå ñieàu khieån coång ñeäm ngoû ra. Boä ña hôïp ngoû ra seõ löïa choïn caùc tín hieäu töø bieán O hay töø ngoû ra cuûa FF JK. ÔÛ IN- MUX cho pheùp tín hieäu vaøo ñi môùi maûng NOR töø chaân IC hay töø bieán O cuûa maûng NOR. Chaân ñieàu khieån cuûa boä ña hôïp ngoû ra OE-MUX duøng ñeå ñieàu khieån coång ñeäm ngoû ra hoaït ñoäng 1 chieàu hay 2 chieàu hay ôû trang thaùi toång trôû cao. Sô ñoà coång laäp trình ôû hình 3.17 Sô ñoà coång laäp trình treân trình baøy 3 cheá ñoä laøm vieäc cuûa vi maïch. Thôøi gian truyeàn cuûa vi maïch hoï ERASIC laø 35 ns coäng vôùi thôøi gian truyeàn qua maûng NOR laø 20 ns do ñoù thôøi gian truyeàn cuûa vi maïch laø 55 ns, doøng tieâu thuï 35 mA, so vôùi doøng tieâu thuï cuûa PLHS 501 laø 250 mA. Qua söï so saùnh treân cho thaáy coâng suaát tieâu thuï cuûa hoï ERASIC thaáp hôn hoï PML, ñoù laø öu ñieåm cuûa coâng ngheä CMOS. Trang 36 J Q K 3 2 1 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.17 . Sô ñoà khoái coång laäp trình ERASIC XL78C800. 11. Hoï vi maïch LCA ( Logic Cell Array). Hoï LCA ñöôïc coâng ty Xillinx giôùi thieäu döïa theo caùc caáu truùc cuûa coâng ty MMI, ñaõ trình baøy moät caáu truùc ñoäc ñaùo trong caùc hoï cuûa PLD. Caáu truùc truyeàn thoáng cuûa caùc hoï vi maïch PAL vaø FPLA laø caùc maûng AND – OR. Caùc coång laäp trình coù caáu truùc cuûa hoï LCA goïi laø caáu truùc laäp trình cho ngöôøi söû duïng. Ñaëc bieät laø trong caáu taïo cuûa LCA, hoï duøng RAM ñoäng ñeå taïo ra caùc chöùc naêng logic theo yeâu caàu thieát keá. Nhöôïc ñieåm cuûa caùc teá baøo RAM ñoäng thöôøng khoâng oån ñònh. Do ñoù caùc chöùc naêng seõ trôû laïi traïng thaùi ban ñaàu khi maát ñieän. Ñeå hoã trôï cho vaán ñeà naøy hoï söû duïng theâm phöông phaùp löu tröõ môùi coù chöùc naêng töông töï nhö ROM. Caáu truùc cuûa LCA ñöôïc moâ taû ôû hình 3.18, bao goàm moät khoái IOB bao quanh ma traän cuûa khoái LCB. Trang 37 nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.18. Caáu truùc LCA Lieân keát caùc ñöôøng tín hieäu doïc vaø ngang giöõa 2 khoái giuùp cho vieäc keát noái giöõa 2 khoái theâm thuaän tieän. Vi maïch ñaàu tieân cuûa hoï LCA laø XC 2064, coù maät ñoä thích hôïp khaù phöùc taïp khoaûng 1200 coång logic, 58 khoái IOB cuøng moät ma traän 8x8 haøng vaø coät taïo ra 64 khoái CLB. Taïo ra moät vi maïch khaùc laø XC 2018 coù maät ñoä tích hôïp khoaûng 1800 coång, coù 74 khoái IOB cuøng moät ma traän 10x10 taïo ra 100 khoái CLB. Vi maïch coù caùc ñöôøng tín hieäu xung clock, tín hieäu reset ñaëc bieät vaø maïch taïo dao ñoäng thaïch anh beân trong IC duøng ñeå keát noái vôùi caùc phaàn töû dao ñoäng baèng thaïch anh beân ngoaøi. Trang 38 INTERCONNECT AREA CONFIGURATE LOGIC BLOCK I/O BLOCK D Q PIN = PROGRAM CONTROLLED MULTIPLEXER TS Ngoû ra Ngoû vaøo Clk nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 3.19. Caáu hình khoái vaøo / ra ( IOB) cuûa LCA Hình 3.19 trình baøy sô ñoà cuûa khoái IOB, bao goàm 1 coång ñeäm ngoû vaøo, boä ña hôïp IN – MUX vaø FFD. Möùc ñieän aùp ngöôõng ôû ngoû vaøo coång ñeäm thích hôïp cho caû hai hoï TTL vaø CMOS. Ngoû ra cuûa FFD ñöôïc noái vôùi ngoû vaøo cuûa boä ña hôïp vaø ôû ngoû ra cuûa boä ña hôïp coù theå noái 1 hay nhieàu khoái CLB. Ngoû ra cuûa khoái IOB goàm 1 coång ñeäm 3 traïng thaùi ñöôïc noái thaúng tôùi chaân IC. III/ CAÙC PHAÀN MEÀM HOÃ TRÔÏ CUÛA PLD. Caùc phaàn meàm hoã trôï cho caùc vi maïch laäp trình ñöôïc caùc coâng ty phaùt trieån lieân tuïc, ngaøy caøng coù nhieàu tính ña daïng, coù theå hoã trôï cho nhieàu loaïi vi maïch khaùc nhau neân coù tính caïnh tranh maïnh meõ trong thò tröôøng vi maïch laäp trình. 1. Phaàn meàm PALASM 2 (PAL Assembler) PALASM 2 cuûa coâng ty MMI laø phaàn meàm tieâu chuaån cho caùc vi maïch laäp trình. Ñaây laø boä bieân dòch theá heä thöù 2 hoã trôï cho caùc vi maïch hoaït ñoäng khoâng ñoàng boä, nhö caùc vi maïch hoï PAL cuûa coâng ty MMI, vi maïch hoï PLA vaø caùc vi maïch cuûa coâng ty AMD. 2. Phaàn meàm AMAZE. Phaàn meàm AMAZE ñöôïc coâng ty Signetics phaùt trieån vaø noù ñöôïc cung caáp cho caùc khaùch haøng söû duïng vi maïch laäp trình cuûa coâng ty. Module chính cuûa phaàn meàm AMAZE laø BLAST ( Boolean logic & State Transfer) duøng ñeå bieân dòch caùc thoâng tin ngoû vaøo chuyeån ñoåi sang caùc file chöông trình chuaån cuûa Signetics (caùc file coù phaàn môû roäng laø ‘ STD ’). AMAZE hoã trôï ñeå moâ phoûng caùc vectô kieåm tra ñeå thieát keá theo yeâu caàu cuûa ngöôøi söû duïng. 3. Phaàn meàm PLAN ( Programmable Logic Analysis). Trang 39 nguyenvanbientbd47@gmail.com Phaàn meàm PLAN ñöôïc coâng ty National Semiconductor giôùi thieäu hoã trôï cho caùc vi maïch laäp trình côû vöøa vaø nhoû. PLAN laø moät ngoân ngöõ ñôn giaûn, duøng ñeå thöïc hieän caùc bieåu thöùc cuûa ñaïi soá Boolean vaø coù khaû naêng giao tieáp vôùi caùc coâng cuï laäp trình ñeå laäp trình cho vi maïch. 4. Phaàn meàm HELD (Harris Enhanced Language for Programmable Logic). Coâng ty Harris phaùt trieån phaàn meàm HELD ñeå hoã trôï cho caùc khaùch haøng söû duïng vi maïch laäp trình cuûa hoï. HELD söû duïng giao dieän töông töï nhö phaàn meàm PLAN nhöng cuõng coù nhöõng ñieåm khaùc bieät. HELD khoâng coù khaû naêng löïa choïn caùc vi maïch laäp trình nhöng coù khaû naêng kieåm tra loãi toång quaùt. Ngoaøi ra HELD coøn yeâu caàu caùc phöông trình ngoõ vaøo ôû daïng toång caùc tích ( SOP). 5. Phaàn meàm PLPL (Programmable Logic Programming Language). PLPL ñöôïc coâng ty Avanced Micro Devices giôùi thieäu vaøo naêm 1984. Ñaây laø phaàn meàm tieán boä nhaát so vôùi caùc phaán meàm tröôùc, coù nhöõng ñaëc ñieåm môùi vaø khaû naêng caøi ñaët ñöôïc môû roäng hôn so vôùi phaàn meàm AMAZE. Nhöõng ñaëc ñieåm môùi nhö cho pheùp ñònh nghóa vaø söû duïng caùc chaân cuûa vi maïch cho moät nhoùm tín hieäu cuõng nhö söû duïng caùc phöông trình cuûa ñaïi soá Boolean. PLPL cuõng hoã trôï caùc phöông trình phöùc taïp coù nhieàu caáp logic khaùc nhau. Ngoaøi ra boä bieân dòch naøy cuõng ñeå öùng duïng nguyeân lí Demorgan, caùc haøm cuûa ñaïi soá Boolean nhöng khoâng baét ñöôïc ôû daïng toång cuûa caùc tích do ñoù cho pheùp cuù phaùp linh hoaït hôn. 6. Phaàn meàm APEEL (Assembler for Programmable Electrically Erasable Logic). Vaøo naêm 1987, Coâng ty International Cmos Technology giôùi thieäu trình bieân dòch APEEL. APEEL laø moät trình bieân dòch ñôn giaûn phuø hôïp vôùi caùc yeâu caàu thieát keá vöøa vaø nhoû vaø coù chöùc naêng moâ phoûng. APEEL goàm moät chöông trình soaïn thaûo toaøn maøn hình vaø ôû ngoû ra theo tieâu chuaån cuûa JEDEC. Nhöng khuyeát ñieåm cuûa boä bieân dòch naøy laø khoâng hoã trôï ñeå toái giaûn caùc bieåu thöùc logic. Phaàn meàm APEEL caøi ñaët treân caùc maùy tính caù nhaân cuûa coâng ty IBM vaø caùc coâng ty khaùc thích hôïp vôùi noù. 7. Phaàn meàm IPLDS II (Intel Programmable Logic Devolopment System II). Phaàn meàm IPLDS II ñöôïc coâng ty Intel giôùi thieäu ñeå hoã trôï cho caùc vi maïch hoï EPLD. Ñieàu cô baûn cuûa phaàn meàm naøy laø cho pheùp thieát keá theo 2 phöông phaùp laø phöông phaùp duøng phöông trình ñaïi soá Boolean vaø phöông phaùp lieät keâ caùc leänh. Ñeå toái giaûng caùc bieåu thöùc logic IPLDS II söû duïng thuaät giaûi ñôn giaûn ESPRESSO II – MV. Ñoù laø thuaät giaûi ñöôïc phaùt trieån bôûi ñaïi hoïc California, noù ñöôïc duøng ñeå thöïc hieän vieäc ruùt goïn caùc tích soá trong caùc haøm logic cuûa caùc vi maïch do coâng ty Intel saûn xuaát. Töông töï nhö caùc phaàn meàm tröôùc, IPLDS II caøi ñaët ñöôïc trong caùc maùy tính cuûa coâng ty IBM vaø caùc maùy tính khaùc coù caáu hình thích hôïp, ñöôïc söû duïng keøm vôùi coâng cuï laäp trình cho vi maïch. 8. Phaàn meàm CUPL ( Universal Compiler for Programmable Logic ). CUPL ñöôïc coâng tyAssited Technology giôùi thieäu vaøo naêm 1983. Ñaây laø boä bieân dòch vaïn naêng ñöôïc hoã trôï cho 29 loaïi vi maïch caùc loaïi keå caû PROM vaø caùc coâng ty cheá taïo vi maïch laäp trình khaùc. CUPL laø moät ngoân ngöõ maïnh hoã trôï cho caùc phöông trình cuûa ñaïi soá Boolean , baûng söï thaät vaø thieát keá sô ñoà traïng thaùi, CUPL ñöôïc söû duïng haàu heát caùc maùy vi tính caù nhaân treân caùc heä ñieàu haønh khaùc nhau nhö treân maùy vi tính cuûa coâng ty IBM hay CP/M, VAX/ UNIX vaø VAX/ VMS. Trang 40 nguyenvanbientbd47@gmail.com 9. Phaàn meàm ABEL (Advanced Boolean Expression Language). ABEL laø phaàn meàm cuûa coâng ty Data I/0, noù ñöôïc söû duïng haàu heát caùc loaïi vi maïch laäp trình khaùc nhau keå caû EPROM. Ñaây laø boä bieân dòch vaïn naêng coù nhieàu chöùc naêng hoã trôï töông töï nhö CUPL. Treân ñaây laø giôùi thieäu sô löôïc caùc phaàn meàm hoã trôï cho vi maïch laäp trình ñeå soaïn thaûo laø laäp trình cho caùc vi maïch. Ngoaøi ra coøn nhieàu phaàn meàm cuûa caùc coâng ty khaùc ñöôïc saûn xuaát ñeå hoã trôï cho caùc vi maïch laäp trình cuûa hoï. Sau ñaây laø baûng toùm taét caùc ngoân ngöõ thieát keá cho caùc vi maïch laäp trình Phaàn meàm Hoã trôï cho caùc vi maïch Phöông trình ñaïi soá Boolean Baûng söï thaät Sô ñoà nguyeân lyù Daïng soùng Ruùt goïn bieåu thöùc logic PALASM 2 (MMI) AMAZE (Signetics) PLAN (National) HELP (Harris) PLPL (AMD) APEEL (ICT) A+PLUS (Altera) iPLDS II (Intel) ERASIC (Exel) CUPL (Logical Dev) ABEL (Data I/O) ELDS (Pistohl) LOG/IC (Elan) PLDesigner (Minc) X X X X X X X X X X X X X X X X X XX * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Trang 41 nguyenvanbientbd47@gmail.com Giaûi thích: X : Chæ hoã trôï cho vi maïch do chính coâng ty saûn xuaát. XX : Hoã trôï cho nhieàu loaïi vi maïch laäp trình. Trang 42 COM B LOGI C D S Q K R ANY FUNCTI ON OF 3 VARIABLE ANY FUNCTI ON OF 3 VARIABLE nguyenvanbientbd47@gmail.com IV/ GIÔÙI THIEÄU PHAÀN MEÀM SYNARIO. Phaàn meàm Synario cuûa coâng ty Lattice cho pheùp laäp trình caùc vi maïch PLD ñeán 14.000 coång, chöông trình coù theå ñöôïc soaïn thaûo döôùi daïng sô ñoà maïch logic hoaëc baèng ngoân ngöõ AHDL. Goïi chöông trình baúng caùch kích ñuùp vaøo bieåu töôïng ISP Synario, maøn hình chính cuûa Synario xuaát hieän nhö hình döôùi ñaây Trang 43 nguyenvanbientbd47@gmail.com Baét ñaàu soaïn thaûo baèng caùch choïn source - new nhö maøn hình döôùi ñaây. Choïn caùch soaïn thaûo baèng sô ñoà baèng caùch choïn Schematic hay laäp trình ngoân ngöõ AHDL choïn ABEL-HDL Module. Trang 44 nguyenvanbientbd47@gmail.com Maøn hình soaïn thaûo ngoân ngöõ AHDL. Choïn teân module, teân file, title. Trang 45 nguyenvanbientbd47@gmail.com Maøn hình soaïn thaûo sô ñoà maïch logic Treân maøn hình chính coù chöùa sô ñoà teân ”donghoso”.Beân phaûi maøn hình coù 3 ñeà muïc leänh nhaèm muïc ñích kieåm tra, ñôn giaûn vaø thieát laäp sô ñoà logic trong vi maïch. Trang 46 nguyenvanbientbd47@gmail.com PHAÀN II THI COÂNG Trang 47 nguyenvanbientbd47@gmail.com I/ PHAÀN CÖÙNG ÖÙng duïng cuûa vi maïch soá laäp trình hieän nay raát phoå bieán trong caùc saûn phaåm coâng nghieäp cuõng nhö caùc saûn phaåm trong sinh hoaït gia ñình nhö: maùy giaët, beáp ñieän töï ñoäng,… do trình ñoä coøn haïn cheá neân em chæ aùp duïng moät öùng duïng nhoû cuûa vi maïch soá laäp trình laø thi coâng maïch ñoàng hoà hieån thò soá ñeå thaáy roõ nhöõng öu ñieåm cuûa PLD. Sau ñaây em xin trình baøy sô ñoà nguyeân lyù, sô ñoà maïch in vaø sô ñoà boá trí linh kieän cuûa maïch doàng hoà soá. Sô ñoà nguyeân lyù Trang 48 nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 49 Sô ñoà boá trí linh kieän nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 50 Sô ñoà maïch in nguyenvanbientbd47@gmail.com Giôùi thieäu vi maïch laäp trình cuûa coâng ty lattice. Vi maïch iSP LSI 1016 laø vi maïch ñöôïc söû duïng ñeå laäp trình maïch ñoàng hoà hieån thò soá: Vi maïch iSP LSI 1016 laø vi maïch coù caáu taïo töø caùc coång logic laäp trình vôùi maät ñoä tích hôïp khoaûng 2.000 coång: Thôøi gian trì hoaõn Tpd = 7,5 ns Taàn soá hoaït ñoäng fmax = 125MHz Vi maïch coù 44 chaân vôùi kieåu voû PLCC Vi maïch coù 32 ngoõ vaøo/ra do ñoù coù theå ñöôïc duøng vôùi nhieàu öùng duïng khaùc nhau trong cuøng moät board. Trang 51 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6 5 4 3 2 1 44 43 42 41 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 IspLSI 1016 PLCC44 nguyenvanbientbd47@gmail.com Chöùc naêng caùc chaân cuûa IC isp LSI 1016 Soá thöù töï chaân Chöùc naêng Soá thöù töï chaân Chöùc naêng 1 GND 23 GND 2 IN3 24 SOD/ IN 1 3 I/O 24 25 I/O 8 4 I/O 25 26 I/O 9 5 I/O 26 27 I/O 10 6 I/O 27 28 I/O 11 7 I/O 28 29 I/O 12 8 I/O 29 30 I/O 13 9 I/O 30 31 I/O 14 10 I/O 31 32 I/O 15 11 YO 33 Y2/ SCLK 12 Vcc (5V) 34 Vcc 13 IspEN/NC 35 Y1/ RESET 14 SDI/INO 36 IN2/ MODE 15 I/O 0 37 I/O 18 16 I/O 1 38 I/O 17 17 I/O 2 39 I/O 16 18 I/O 3 40 I/O 19 19 I/O 4 41 I/O 20 20 I/O 5 42 I/O 21 21 I/O 6 43 I/O 22 22 I/O 7 44 I/O 23 Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch. Maïch ñieän goàm coù IC 4060 keát hôïp vôùi thaïch anh 4MHz, ñieän trôû R2,R3 vaø tuï C8,C9 taïo thaønh maïch dao ñoäng cung caáp hai tín hieäu 500ms vaø 1ms cho vi maïch laäp trình ñeå thöïc hieän caùc chöùc naêng ñeám, giaûi maõ, vaø hieån thò led 7 ñoaïn baèng phöông phaùp queùt. Maïch ñoàng hoà hieän soá coù 4 led: 2 led hieån thò giôø vaø 2 led hieån thò phuùt. IC74240 coù chöùc naêng ñeäm ñaûo keát hôïp vôùi ñieän trôû R5.. R12 laøm maïch ñeäm ñeå hieån thò. Boán BJT coù chöùc naêng ñieàu khieån queùt. Hai nuùt nhaán S1 vaø S2 duøng ñeå ñieàu chænh giôø vaø phuùt. Öu ñieåm cuûa maïch ñieän naøy laø: - Coù ít linh kieän trong moät board do ñoù maïch ñieän ñôn giaûn thuaän lôïi trong vieäc kieåm tra khi coù söï coá hö hoûng . - Coâng suaát tieâu thuï cuûa maïch giaûm ñaùng keå do duøng phöông phaùp queùt led. Khuyeát ñieåm: - Chöa taän duïng heát khaû naêng hoaït ñoäng cuûa vi maïch do chæ söû duïng coù 13 ñöôøng vaøo ra. - Do vi maïch laäp trình khan hieám treân thò tröôøng neân giaù thaønh cao. II/ PHAÀN MEÀM Trang 52 nguyenvanbientbd47@gmail.com Sô ñoà maïch logic cuûa maïch ñoàng hoà hieän soá. Trang 53 nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 54 nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 55 nguyenvanbientbd47@gmail.com module giai ma title ‘giai ma’ ‘’inputs a,b,c,d pin 1,2,3,4; ‘’outputs aa,bb,cc,dd,ee,ff,gg pin 5,6,7,8,9,10,11istype’com’; equations aa= !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # ! d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&!c&! b& bb = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a ; cc = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&! c&!b& dd = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a ; ee = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&! c&!b& ff = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a ; gg = !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b& d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # !d&!c&!b&!a # d&! c&!b& end Trang 56 nguyenvanbientbd47@gmail.com module count 4 title ‘dem mode 4’ ‘’constants c,x,p = . c . , c. , . p . ; ‘’inputs takt , up ,dn ,r , 19 pin 1, 2, 3, 4, 5 ; ‘’outputs q0 ,q1 ,q2 ,q3 pin 6, 7, 8, 9 istype ‘reg’ ; equations (q0 . c , q1 . c , q2 . c , q3 . c ) =takt ; ‘’ count up count down load 9 reset q0 := ( ( ( up # dn )$q0 # 19 )&!r; q1 := ( ( ( up&q0) # (dn $! q0) )$q1 &!19 )&!r ; q2 := ( ( (up&q0&q1) # (dn $!q0$!q1) )$q2 &!19 )&!r; q3 := ( ( (up&q0&q1&q2) # (dn $!q0$!q1$!q2) )$q3 # !19 )&!r; end Trang 57 nguyenvanbientbd47@gmail.com PHAÀN III KEÁT LUAÄN Trang 58 nguyenvanbientbd47@gmail.com Keát luaän Qua 8 tuaàn nhaän ñeà taøi, maëc duø kieán thöùc vaø taøi lieäu coù haïn cheá nhöng em ñaõ coá gaéng hoaøn thaønh taäp luaän vaên ñuùng thôøi haïn ñeà ra. Qua thöïc teá kieåm nghieäm, Em coù nhaän xeùt veà öu khuyeát ñieåm cuûa ñeà taøi. Öu ñieåm cuûa maïch laø: - Maïch ñieän ñôn giaûn (chæ vôùi 3 IC soá trong maïch), deã thöïc hieän, deã kieåm tra caùc linh kieän khi gaëp söï coá. - Vi maïch laäp trình coù theå öùng duïng vaøo nhieàu coâng vieäc khaùc nhau baèng caùch laäp trình cho vi maïch. - Coâng cuï ñeå laäp trình ñôn giaûn, deã thöïc hieän. - Laøm giaûm ñaùng keå soá löôïng IC trong moät board. - Hoaït ñoäng cuûa vi maïch ñaûm baûo ñoä tin caäy, chính xaùc. Khuyeát ñieåm: Do vi maïch laäp trình treân thò tröôøng coøn khan hieám neân giaù thaønh khaù cao. Höôùng phaùt trieån ñeà taøi. Ñeå thaáy roõ nhöõng öu ñieåm cuûa vi maïch laäp trình, vôùi ñeà taøi treân coù theå thöïc hieän caùc öùng duïng thieát thöïc trong caùc yeâu caàu cuûa thöïc teá nhö thi coâng moät maïch ñieän coù nhieàu chöùc naêng vöøa hieån thò giôø, coù chuoâng baùo giôø heïn tröôùc, ñieàu khieån ñoùng ngaét caùc thieát bò töø xa... Moät laàn nöõa em xin caûm ôn thaày TRAÀN VAÊN TROÏNG ñaõ taän tình höôùng daãn cho em. Xin caûm ôn quí thaày coâ trong khoa ñaõ daïy doã em vaø caùc baïn cuøng khoùa ñaõ giuùp ñôõ em trong thôøi gian qua. Trang 59 nguyenvanbientbd47@gmail.com TAØI LIEÄU THAM KHAÛO - Giaùo trình vi maïch soá laäp trình cuûa taùc giaû: Thaày Traàn Vaên Troïng. - Cô sôû kó thuaät ñieän töû soá Vuõ Ñöùc Thoï dòch. - Tra cöùu vi maïch soá TTL vaø CMOS. - Vi maïch soá taäp 1 Nguyeãn Höõu Phöông. - Programmable Logic Designer' s Guide Roger C. Alford Trang 60