Bài giảng kỹ thuật số P6

Chia sẻ: Tran Thach | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

0
101
lượt xem
52
download

Bài giảng kỹ thuật số P6

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ tuần tự - Mạch logic tuần tự là mạch có các ngõ ra tùy thuộc không chỉ vào trạng thái hiện tại của các ngõ vào mà còn tùy thuộc vào một chuỗi các ngõ vào trước đó

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng kỹ thuật số P6

  1. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 CHÖÔNG 4. HEÄ TUAÀN TÖÏ 4.1. TOÅNG QUAN Maïch logic tuaàn töï laø maïch coù caùc ngoõ ra tuøy thuoäc khoâng chæ vaøo traïng thaùi hieän taïi cuûa caùc ngoõ vaøo maø coøn tuøy thuoäc vaøo moät chuoãi caùc ngoõ vaøo tröôùc ñoù. Vieäc moâ taû moät maïch tuaàn töï baèng caùch laäp baûng quan heä ngoõ ra laø moät haøm cuûa chuoãi caùc ngoõ vaøo töø caùc traïng thaùi tröôùc ñoù ñeán traïng thaùi hieän taïi thöôøng thì khoâng thuaän tieän hay khoâng theå thöïc hieän ñöôïc. Traïng thaùi cuûa moät maïch tuaàn töï laø moät söï taäp hôïp caùc bieán traïng thaùi maø giaù trò cuûa noù taïi baát cöù moät thôøi ñieåm naøo ñeàu chöùa ñöïng taát caû caùc thoâng tin veà caùc traïng thaùi tröôùc ñoù ñeå giaûi thích caùc taùc ñoäng sau ñoù cuûa maïch Caùc bieán traïng thaùi khoâng caàn phaûi coù yù nghóa vaät lyù tröïc tieáp, vaø thöôøng coù nhieàu caùch choïn chuùng ñeå moâ taû moät maïch tuaàn töï ñaõ cho. Trong caùc maïch logic soá, caùc bieán traïng thaùi coù giaù trò nhò phaân töông öùng vôùi tín hieäu logic naøo ñoù trong maïch. Moät maïch vôùi n bieán traïng thaùi nhò phaân seõ coù 2n traïng thaùi xaûy ra, vaø 2n luoân laø giaù trò giôùi haïn, vì vaäy maïch tuaàn töï cuõng thöôøng goïi laø maùy traïng thaùi giôùi haïn (finite-state machines) Thôøi ñieåm ñeå caùc traïng thaùi cuûa haàu heát caùc maïch tuaàn töï thay ñoåi ñöôïc quyeát ñònh bôûi xung clock. Hình sau minh hoïa caùc sô ñoà thôøi gian vaø caùc thuaät ngöõ cho caùc xung clock thoâng duïng. Theo quy öôùc, moät xung clock tích cöïc möùc cao neáu caùc thay ñoåi traïng thaùi trong maïch xuaát hieän taïi caïnh leân cuûa xung clock hay taïi möùc cao cuûa xung clock, vaø tích cöïc möùc thaáp cho tröôøng hôïp coøn laïi. Chu kyø boån phaän laø phaàn traêm thôøi gian xung clock tích cöïc treân moät chu kyø. Thoâng thöôøng trong moät heä thoáng soá ngöôøi ta söû duïng dao ñoäng thaïnh anh ñeå taïo caùc xung clock. Taàn soá xung clock khoaûng 32768 khz (cho ñoàng hoà) ñeán 400 Mhz (cho supercomputer). Caùc heä thoáng thoâng thöôøng söû duïng caùc phaàn töû CMOS vaø TTL coù taàn soá xung clock vaøo khaûng töø 1 ñeán 25Mhz. CLK CLK tH tL tH tL Tper Tper Chu kyø boån phaän=tH/Tper Chu kyø boån phaän=tL/Tper Hai loaïi maïch tuaàn töï thöôøng aùp duïng chính trong caùc thieát keá thöïc teá: GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 74
  2. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Maïch tuaàn töï coù hoài tieáp: söû duïng caùc coång thoâng thöôøng vaø caùc voøng hoài tieáp ñeå taïo khaû naêng nhôù trong maïch logic, baèng caùch ñoù taïo ra caùc khoái maïch tuaàn töï nhö flip-flop vaø maïch choát ñeå thieát keá caùc maïch ôû möùc cao hôn Maùy traïng thaùi vôùi xung clock ñöôïc ñoàng boä: söû duïng caùc phaàn töû nhôù, ñaëc bieät laø D flipflop, ñeå taïo ra nhöõng maïch maø ngoõ ra seõ thay ñoåi ñoàng thôøi vôùi xung Clock Caùc daïng maïch tuaàn töï khaùc nhö daïng ña xung, ña phase thöôøng öùng duïng trong caùc heä thoáng coù tính naêng cao vaø VLSI 4.2. CAÙC PHAÀN TÖÛ HAI TRAÏNG THAÙI BEÀN 4.2.1. Maïch Ñaûo Moät transistor coù theå laøm chöùc naêng maïch ñaûo nhö sô ñoà hình sau +12V 4K 2.2K 2.2K -12V Khi VI ôû möùc ñieän aùp cao thì BJT chaïy baõo hoøa vaø doøng IC qua RC taïo suït aùp neân V0 ≈ 0.2V (VCESAT) öùng vôùi möùc ñieän aùp thaáp Khi VI ôû möùc ñieän aùp thaáp thì BJT phaân cöïc ngöôïc ôû ngoõ vaøo neân ngöng daãn, doøng IC =0 neân khoâng giaûm aùp qua RC neân V0 ≈ VCC öùng vôùi möùc ñieän aùp cao 4.2.2. Maïch Hai Traïng Thaùi Beàn Moät maïch tuaàn töï ñôn giaûn nhaát bao goàm hai coång ñaûo vôùi voøng hoài tieáp. Noù khoâng coù ngoõ vaøo vaø coù 2 ngoõ ra nhö sau: Vcc Vcc Vin1 Vout1 Q Rc1 Rc2 R2 R1 Rb2 Rb1 Vin2 Vout2 Q -VBB -VBB GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 75
  3. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Maïch ñöôïc veõ laïi nhö sau +VCC RC1 RC2 R2 R1 T1 T2 RB1 RB2 -VBB Giaû thieát coù maïch ñoái xöùng (T1 vaø T2 cuøng teân, caùc ñieän trô phaân cöïc cho 2 transistor cuøng trò soá) nhöng do 2 transistor khoâng theå caân baèng moät caùch tuyeät ñoái neân seõ coù moät transistor chaïy maïnh hôn vaø moät transistor chaïy yeáu hôn Giaû thieát T1 chaïy maïnh hôn T2 neân IC1 lôùn hôn neân VRC1 lôùn laøm ñieän aùp VC1 giaûm. VC1 qua ñieän trôû R2 phaân cöïc cho T2 giaûm laøm T2 chaïy caøng yeáu hôn laøm IC2 nhoû hôn daãn ñeán VC2 taêng, ñieän aùp VC2 taêng qua R1 laøm taêng phaân cöïc cho T1 daãn ñeán T1 chaïy maïnh hôn nöõa, cuoái cuøng T1 seõ tieán ñeán traïng thaùi baõo hoøa, T2 tieán ñeán traïng thaùi ngöng daãn. Neáu khoâng coù moät taùc ñoäng naøo khaùc thì maïch ñieän seõ ôû maõi traïng thaùi naøy. Ñaây laø moät traïng thaùi cuûa maïch Flip Flop Ngöôïc laïi, neáu giaû thieát T2 chaïy maïnh hôn T1 lyù luaän töông töï cuoái cuøng T2 seõ tieán ñeán traïng thaùi baõo hoøa, T1 tieán ñeán traïng thaùi ngöng daãn. Neáu khoâng coù moät taùc ñoäng naøo khaùc thì maïch ñieän seõ ôû maõi traïng thaùi naøy. Ñaây laø traïng thaùi thöù hai cuûa maïch Flip Flop Maïch FF seõ ôû moät trong hai traïng thaùi treân neân ñöôïc goïi laø maïch löôõng oån 4.3. FLIPFLOP Phaàn töû nhôù quan troïng nhaát laø FlipFlop, noù ñöôïc taïo töø caùc coång Logic. Caùc coång logic thì töï noù khoâng coù tính naêng nhôù, nhöng ta coù theå keát noái chuùng vôùi nhau ñeå taïo neân khaû naêng nhôù Sô ñoà khoái cho moät FF nhö sau: Q Ngõ ra nhớ Các FlipFlop ngõ vào Q Ngõ ra đảo Thaáy raèng FF coù 2 ngoõ ra vaø 1 hay nhieàu ngoõ vaøo. Caùc ngoõ vaøo thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå chuyeån ñoåi giöõa caùc khaû naêng ngoõ ra, ta seõ thaáy raèng khi moät ngoõ vaøo nhaän xung laøm thay ñoåi traïng thaùi ngoõ ra vaø traïng thaùi ngoõ ra naøy seõ vaãn giöõ GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 76
  4. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 nguyeân khoâng thay ñoåi khi ngoõ vaøo naøy khoâng coøn xung nöõa, vì vaäy ta goïi FF coù ñaëc tính nhôù FlipFlop coøn coù caùc teân goïi khaùc laø choát (latch) vaø maïch hai traïng thaùi beàn (bistable multivibrator) 4.3.1. RS-FF duøng Coång NOR RESET Q Q S FF R Q Q SET Baûng söï thaät SET RESET Output 0 0 Khoâng thay ñoåi 1 0 Q=1 0 1 Q=0 1 1 Khoâng söû duïng Khi SET = RESET= 0. Ñaây laø traïng thaùi nhôù vaø khoâng laøm thay ñoåi caùc traïng thaùi ngoõ ra. Vì ñaây laø maïch hai traïng thaùi beàn neân seõ coù hai tröông hôïp ban ñaàu xaûy ra, tröông hôïp Q =0, Q =1 vaø tröôøng hôïp Q =1, Q =0. Tröôøng hôïp Q=0, Q =1 Q=0 daãn ñeán ngoõ ra coång NOR1 =1, Q =1 naøy ñöa veà ngoõ vaøo coång NOR2, ngoõ ra coång NOR2=0, nhö vaäy maïch vaãn giöõ nguyeân traïng thaùi Q=0, Q =1 Tröôøng hôïp Q=1, Q =0 Q=1 daãn ñeán ngoõ ra coång NOR1 =0, Q =0 naøy ñöa veà ngoõ vaøo coång NOR2, ngoõ ra coång NOR2=1, nhö vaäy maïch vaãn giöõ nguyeân traïng thaùi Q=1, Q =0 Nhö vaäy vôùi hai tröôøng hôïp, ngoõ ra seõ phuï thuoäc vaøo traïng thaùi tröôùc cuûa maïch khi SET = RESET =0 RESET Thieát laäp caùc thay ñoåi cho FF Q • Khi SET = 1, RESET = 0. Ngoõ ra Q luoân = 0, Q luoân baèng 1 vaø vaãn giöõ nguyeân traïng thaùi Q=1 khi Q SET ñöôïc ñaët trôû laïi 0 (LATCH) SET GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 77
  5. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 • Khi SET = 0, RESET = 1. Ngoõ ra Q luoân = 0 vaø vaãn giöõ nguyeân traïng thaùi Q=0 khi CLEAR ñöôïc ñaët trôû laïi 0 (LATCH) • Khi SET = CLEAR = 1: ñieàu kieän naøy laøm cho ngoõ ra Q = Q = 0, roõ raøng ñaây laø ñieàu kieän khoâng mong muoán hôn nöõa neáu caùc ngoõ vaøo trôû laïi möùc 0 ñoàng thôøi, keát quaû ngoõ ra seõ khoâng theå ñoaùn ñöôùc ñöôïc. Traïng thaùi naøy khoâng ñöôïc duøng vaø goïi laø traïng thaùi caám. IC 4044 - 4 NOR RS-FF S R E Q X X 0 HiZ 0 0 1 Khoâng thay ñoåi 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 Caám 4.3.2. RS FlipFlop duøng coång NAND RS – FF duøng coång NAND (töông töï, chæ löu yù söï hoaùn chuyeån ngoõ ra Q vaø Q vaø caùc ñieàu kieän ngoõ vaøo) SET RESET Output SET Q 1 1 Khoâng thay ñoåi 0 1 Q=1 1 0 Q=0 RESET Q 0 0 Caám • Bieán ñoåi caùch bieåu thò khaùc cuûa coång NAND Ta ñöôïc maïch nhö sau SET Q Q S FF R Q RESET Q GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 78
  6. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Ví dụ. Caáp daïng soùng sau vaøo ngoõ SR cuûa maïch choát duøng NAND, veõ daïng soùng ngoõ ra Q, giaû söû ban ñaàu Q=0 SET RESET Q Vì duï treân chæ ra raèng ngoõ ra maïch choát “nhôù traïng thaùi ngoõ vaøo tích cöïc tröôùc ñoù” vaø seõ khoâng thay ñoåi traïng thaùi cho ñeán khi ngoõ vaøo coøn laïi tích cöïc. Noù ñöôïc öùng duïng vaøo caùc coâng taéc choáng doäi (debounce switch). So saùnh tröôøng hôïp söû duïng coâng taéc bình thöôøng vaø tröôøng hôïp söû duïng coâng taéc choáng doäi nhö sau Vcc R Vcc 1 S Q Vout Vout 0 R Q R Vcc IC 74279 4 RS-FF 4.4. FLIPFLOP DUØNG XUNG CK Caùc heä thoáng soá coù theå hoaït ñoäng ñoàng boä hay khoâng ñoàng boä. Moät heä thoáng khoâng ñoàng boä, ngoõ ra cuûa maïch logic coù theå thay ñoåi traïng thaùi baát cöù luùc naøo khi moät hay nhieàu ngoõ vaøo thay ñoåi Moät heä thoáng ñoàng boä, söï thay ñoåi ôû ngoõ ra ñöôïc ñoàng thôøi vôùi tín hieäu goïi laø xung clock Haàu heát caùc heä thoáng soá ñeàu döïa vaøo nguyeân lyù ñoàng boä vì maïch ñoàng boä deã thieát keá Q Q input input FF FF CK Q CK Q CK tích cöïc caïnh leân CK tích cöïc caïnh xuoáng GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 79
  7. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.4.1. Clock RS – FlipFlop S Q S R CK Q 0 0 ↑ Q0 (khoâng ñoåi) CLK 1 0 ↑ 1 0 1 ↑ 0 R Q 1 1 ↑ Caám • Sô ñoà beân trong cuûa clock SR- FlipFlop SET Q Phát CK hiện cạnh 1 Q RESET Maïch phaùt hieän söôøn xung leân hay xuoáng seõ taïo moät xung heïp ôû ngoõ ra (CK*). Xung naøy seõ xuaát hieän taïi caïnh leân hay caïnh xuoáng cuûa CK vaø taùc ñoäng môû coång cho 2 coång NAND, maïch phaùt hieän söôøn xung nhö sau CK CK CK CK* CK CK* CK CK CK CK CK* CK* 4.4.2. Caùc bieán theå cuûa RS – FF Ñeå söû duïng ñöôïc caû toå hôïp R=S=1, thöôøng söû duïng caùc bieán theå cuûa RS-FF. Bao goàm: R-FF, S-FF, E-FF. R-FF öùng vôùi toå hôïp caám S=R=1 thì Q=0 vaø Q=1 , sô ñoà cuûa R-FF nhö sau SET Q Phát CK hiện cạnh 1 Q RESET GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 80
  8. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 S-FF öùng vôùi toå hôïp caám S=R=1 thì Q=1 vaø Q=0 , sô ñoà cuûa S-FF nhö sau SET Q Phát CK hiện cạnh 1 Q RESET E-FF öùng vôùi toå hôïp caám S=R=1 thì Q vaø Q giöõ nguyeân traïng thaùi (gioáng toå hôïp R=S=0), sô ñoà cuûa E-FF nhö sau SET Q Phát CK hiện cạnh 1 Q RESET 4.4.3. Clock JK – FlipFlop J Q J K CK Q 0 0 ↑ Q0 (khoâng ñoåi) CK 1 0 ↑ 1 0 1 ↑ 0 K Q 1 1 ↑ Q0 • Sô ñoà beân trong cuûa clock JK – FF J Q Phát CK hiện cạnh Q K GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 81
  9. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.4.4. D FlipFlop D Q D Q CK Q Phát CK hiện cạnh D CK Q 1 Q 0 ↑ 0 1 ↑ 1 Ví dụ, taïo D-FF töø RS-FF 4.4.5. Bieán theå cuûa D – FF Trong thực tế coøn söû duïng moät bieán theå cuûa D-FF laø DV-FF, kyù hieäu vaø baûng söï thaät nhö sau D Q V D CK Q 0 0 ↑ Q0 (khoâng ñoåi) CK 0 1 ↑ Q0 (khoâng ñoåi) 1 0 ↑ 0 V Q 1 1 ↑ 1 Vaäy V gioáng nhö chaân ñieàu khieån: khi V=1, FF hoaït ñoäng gioáng D-FF, khi V=0 FF seõ khoâng ñoåi traïng thaùi 4.4.6. T FlipFlop Q CK T Q T Khoâng coù CK x Q0 CK ↓ 0 Q0 ↓ 1 Q0 Q 4.4.7. Caùc ngoõ vaøo khoâng ñoàng boä Vôùi caùc FF ôû treân, caùc ngoõ vaøo S-R, J-K, D xem nhö caùc ngoõ ñieàu khieån, vaø ñöôïc goïi laø caùc ngoõ vaøo ñoàng boä (synchronous input) vì taùc ñoäng cuûa chuùng ñoái vôùi ngoõ ra thì ñoàng boä vôùi CK Ngoaøi ra haàu heát caùc FF cuõng coù 1 hay nhieàu ngoõ vaøo khoâng ñoàng boä (asynchronous input) hoaït ñoäng ñoäc laäp vôùi ngoõ vaøo ñoàng boä vaø xung clock. Caùc ngoõ vaøo khoâng ñoàng boä naøy ñöôïc söû duïng ñeå ñaët ngoõ ra cuûa FF leân 1 (PRESET) hay xoùa ngoõ ra cuûa FF veà 0 (CLR) baát chaáp caùc ñieàu kieän cuûa ngoõ vaøo GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 82
  10. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 PR PR PR CLR Ngoõ ra D Q J Q 1 1 hoaït ñoäng theo CK CK CK 0 1 Q=1 CLR Q K CLR Q 1 0 Q=0 7474 7476 0 0 khoâng söû duïng D-FF JK-FF 4.5. CAÙC ÖÙNG DUÏNG CUÛA FLIPFLOP 4.5.1. Ñoàng boä hoùa duøng FF Haàu heát caùc heä thoáng soá ñeàu döïa treân nguyeân lyù ñoàng boä trong hoaït ñoäng cuûa chuùng (traïng thaùi tín hieäu thay ñoåi ñoàng boä vôùi xung clock). Trong moät soá tröôøng hôïp seõ coù moät soá tín hieäu khoâng ñöôïc ñoàng boä vôù xung clock, noùi caùch khaùc laø baát ñoàng boä. Caùc tín hieäu naøy thöôøng xuaát hieän ôû tröôøng hôïp nhaán moät phím taïi moät thôøi ñieåm ngaãu nhieân so vôùi xung clock, söï ngaãu nhieân naøy coù theå ñöa ñeán moät keát quaû khoâng mong muoán. Ñeå khaéc phuïc ñieàu naøy ta seõ xeùt ví duï sau: Ví dụ, A Clock Khóa chống dội X A Clock X Xung khoâng mong muoán Clock Khóa chống PR D Q dội X CLK A CLR Q Clock Q X Xung ñoàng boä 4.5.2. Maïch phaùt hieän moät chuoãi ngoõ vaøo tuaàn töï Trong moät soá öùng duïng, caàn nhaän bieát chuoãi xung naøo ñeán tröôùc trong hai chuoãi xung, giaû söõ ngoõ ra seõ ôû möùc cao neáu ngoõ vaøo A ôû möùc cao tröôùc ngoõ vaøo B A A X A J PR Q B B B CLK K CLR Q X X Ta choïn B laøm xung CK kích caïnh leân cho maïch FF GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 83
  11. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.5.3. Thanh ghi dòch Caùc daïng cuûa thanh ghi dòch goàm • Vaøo song song/ ra song song • Vaøo noái tieáp/ra noái tieáp 1D 1Q • Vaøo song song/ra noái tieáp 2D 2Q 3D 3Q 4D 4Q 74LS174 • Vaøo noái tieáp/ ra song song 5D 5Q 6D 6Q a. Vaøo song song/ ra song song (74174, 74374) CLK CLR • 74174. Sô ñoà beân trong cuûa 74174 (6bit ghi dòch, ngoõ vaøo töø D0 ñeán D5 ngoõ ra töø Q0 ñeán Q5) MR CK D5 D4 D1 D0 D PR Q D PR Q D PR Q D PR Q CLK CLK CLK CLK CL CL CL CL Q Q Q Q Q5 Q4 Q1 Q0 • 74374. thanh ghi dòch 8 bit vaøo song song/ 8 bit ra song song D0 D1 Q0 Q1 OC CLK D Output D2 Q2 D3 Q3 0 ↑ 1 1 D4 Q4 D5 D6 Q5 Q6 0 ↑ 0 0 D7 Q7 0 0 X QO OC CLK 1 X X HiZ 74LS374 b. Vaøo noái tieáp/ ra noái tieáp Ñeå caát n döõ lieäu vaøo thanh ghi ta caàn n xung CK, thôøi gian ghi chaäm. Töông töï, ñeå xuaát döõ lieäu caàn n-1 xung, thôøi gian xuaát chaäm. Lôïi ñieåm: ít sai Ds D PR Q D PR Q D PR Q D PR Q Os CK CLK CLK CLK CLK CL CL CL CL Q Q Q Q GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 84
  12. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4731. CMOS thanh ghi dòch 256bit (4 boä ghi dòch 64bit noái tieáp) DS Q DS Q DS Q DS Q 64bit 64bit 64bit 64bit CP CP CP CP c. Vaøo song song/ ra noái tieáp • 74LS166 laø loaïi IC naïp döõ lieäu vaøo song song (8bit), 74LS166 xuaát döõ lieäu ra noái tieáp (Döõ lieäu ñöôïc naïp vaøo töø chaân CLR A,…,H vaø xuaát ra tuaàn töï ôû chaân SER OUT. Ngoaøi ra SH/LD INH 74166 coøn coù 1 ngoõ vaøo data noái tieáp SER CLK H QH CKI laø chaân cho pheùp xung CK, CKI=[0]: cho pheùp G F xung CK, CKI=[1] : caám xung CK. E D C SH/LD=[0]: naïp döõ lieäu, SH/LD=[1]: dòch döõ lieäu. B A Sau khi dòch 1 bit ra khoûi haøng döõ lieäu (veà höôùng bit SER H), bit A seõ troáng vaø bit SR (Serial in) seõ dòch vaøo thanh choát cuûa bit A. d. Vaøo noái tieáp / ra song song 74164 74164. thanh ghi dòch 8bit, A vaø B laø ngoõ vaøo data cho D-FF QA QB A QC A D PR Q QD B QE B CLK QF CL CLK QG Q QH CLR 74LS164 Ví dụ. Giaû söû raèng ban ñaàu traïng thaùi thanh ghi 74164 laø 00000000, xaùc ñònh chuoãi traïng thaùi keá tieáp cuûa maïch sau CK 1 1 CLK B A CLR 74LS164 H GFE D CB A GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 85
  13. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.5.4. Öùng duïng Trong microcomputer D Q X3 A15 A14 CLK A13 A12 D Q X2 A11 A10 CLK A9 MPU A8 D Q X1 CP CLK D3 D2 D Q X0 D1 D0 CLK Hình treân laø moät ñôn vò vi xöû lyù (MPU) vôùi caùc ngoõ ra duøng ñeå truyeàn data nhò phaân ñeán thanh ghi X (4 D-FF). Haàu heát caùc MPU coù ít nhaát 16 ñöôøng ñòa chæ, nhöng thöôøng seõ khoâng söû duïng heát. ÖÙng duïng MPU ñeå truyeàn soá nhò phaân töø thanh ghi trong MPU ñeán thanh ghi ngoaøi X. Ñeå thöïc hieän ñieàu naøy, MPU thöïc hieän caùc böôùc sau: • Ñaët soá nhò phaân ra ngoõ ra D3D2D1D0 • Ñaët maõ ñòa chæ ñuùng töø A15 ñeán A8 ñeå choïn thanh ghi X • Khi data vaø ñòa chæ ngoõ ra ñaõ oån ñònh, MPU seõ taïo xung clock caáp cho thanh ghi X ñeå hoaøn taát quaù trình truyeàn song song töø MPU ñeán thanh ghi X Caùc FF trong thanh ghi X coù theå söû duïng cho nhieàu nuïc ñích khaùc nhau. Ví duï, sau khi MPU thöïc hieän caùc pheùp tính vaø hieån thò keát quaû, moãi FF seõ ñöôïc noái vôùi 1 LED vaø data keát quaû naøy coù theå thaáy ñöôïc. Ví duï khaùc, moãi FF thaønh phaàn coù theå ñieàu khieån taét/môû caùc thieát bò khaùc nhö motor hay role döïa treân cô sôû maõ nhò phaân truyeàn töø MPU ra 4.5.5. Boä Chia Taàn Soá Số MOD: laø soá traïng thaùi ngoõ ra cuûa moät maïch ñeám Ví dụ: moät maïch ñeám coù chuoãi traïng thaùi ngoõ ra sau laø maïch ñeám MOD 4 000 010 101 111 MOD 4 Ví dụ: xeùt maïch sau 1 A LSB 1 B 1 C MSB 2 J PR Q J PR Q J PR Q 1 1 1 CLK CLK CLK CL CL CL K Q K Q K Q 1 1 1 1 1 1 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 86
  14. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Clock A B C 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 QA seõ thay ñoåi traïng thaùi baèng Q tröôùc ñoù taïi caïng xuoáng cuûa xung CK 1 => TQA=2TCK => f QA = f CK 2 QB seõ thay ñoåi traïng thaùi baèng Q tröôùc ñoù taïi caïng xuoáng cuûa QA 1 => TQB=2TQA => f QB = f QA 2 QC seõ thay ñoåi traïng thaùi baèng Q tröôùc ñoù taïi caïng xuoáng cuûa QB 1 => TQC=2TQB => f QC = f QB 2 Nhö vaäy moãi FF chia taàn soá ngoõ vaøo CK cuûa noù 2 laàn. Toång quaùt vôùi n FF thì 1 f Qout = n f CK 2 ÖÙùng duïng boä chia taàn laøm boä ñeám nhò phaân. Döïa vaøo giaûn ñoà xung treân, ñöa ra ñöôïc baûng söï thaät sau. Giaû söû ban ñaàu CBA =000 C B A CK 000 0 0 0 Ban ñaàu 111 001 0 0 1 Sau xung CK1 0 1 0 Sau xung CK2 0 1 1 Sau xung CK3 010 1 0 0 Sau xung CK4 110 1 0 1 Sau xung CK5 1 1 0 Sau xung CK6 011 101 1 1 1 Sau xung CK7 0 0 0 Sau xung CK8 100 0 0 1 Sau xung CK9 • Boä ñeám ôû treân coù 23 traïng thaùi khaùc nhau töø 000 ñeán 111, noù ñöôïc goïi laø boä ñeám MOD 8 • Vôùi n FF coù 2n traïng thaùi khaùc nhau, soá MOD toái ña laø MOD 2n GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 87
  15. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 4.5.6. MAÏCH ÑEÁM a. Ñeám khoâng ñoàng boä vôùi MOD 2n • Moâ hình ñeám leân Q0 LSB Q1 Qn MSB Q Q Q CK CK CK Q Q Q Q0 LSB Q1 Qn MSB Q Q Q CK CK CK Q Q Q • Moâ hình ñeám xuoáng Q0 LSB Q1 Qn MSB Q Q Q CK CK CK Q Q Q Q0 LSB Q1 Qn MSB Q Q Q CK CK CK Q Q Q • Ñieàu kieän Q+ = Q0 1 J PR Q 1 T PR Q D PR Q CK CK CK 1 K CL Q CL Q CL Q Ví dụ, boä ñeám leân nhò phaân 4 bit duøng JK-FF vôùi CK kích caïnh xuoáng nhö sau 1 A 1 B 1 C 1 D 1 J PR Q 1 J PR Q 1 J PR Q 1 J PR Q CK CK CK CK 1 K CL Q 1 K CL Q 1 K CL Q 1 K CL Q 1 1 1 1 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 88
  16. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 • Xung clock ñöôïc ñöa vaøo ngoõ CK cuûa FF -A, vì vaäy FF-A seõ thay ñoåi traïng thaùi sau moãi xung clock (löu yù laø taát caû caùc ngoõ vaøo J=K=1) • Ngoõ ra cuûa FF-A ñöôïc ñöa vaøo ngoõ vaøo CLK cuûa FF-B, vì vaäy FF-B thay ñoåi traïng thaùi khi ngoõ ra QA thay ñoåi töø 1 xuoáng 0. Töông töï cho FF-C vaø FF-D • Baûng sau moâ taû caùc ngoõ ra cuûa caùc FF sau moãi xung CK, sau xung clock thöù 16 caùc ngoõ ra seõ trôû veà 0000 vaø laëp laïi trang thaùi ban ñaàu D C B A Xung CK 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 10 1 0 1 1 11 1 1 0 0 12 1 1 0 1 13 1 1 1 0 14 1 1 1 1 15 0 0 0 0 16 (laëp laïi) Daïng maïch ñeám maø ngoõ ra FF ñöôïc söû duïng nhö CK cho taàng sau ñöôïc goïi laø maïch ñeám khoâng ñoàng boä, vì taát caû caùc FF khoâng thay ñoåi traïng thaùi ñoàng boä vôùi xung clock, chæ coù FF-A thay ñoåi töông öùng vôùi xung clock CK QA QB QC QD 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 Ví dụ, thiết kế boä ñeám leân nhò phaân 4 bit duøng FF nhö sau (a) (b) D PR Q T PR Q CLK CLK CL CL Q Q GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 89
  17. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Ví dụ, thiết kế boä ñeám xuoáng nhò phaân 4 bit duøng FF nhö sau (a) (b) (c) PR Q PR Q J PR Q D T CLK CLK CLK CL CL K CL Q Q Q Ví dụ, xaây döïng maïch taïo xung 1Hz töø ñieän löôùi 50Hz nhö sau: 50Hz 1Hz 50Hz Schmitt MOD 50 Trigger counter Ñieän aùp löôùi ac coù taàn soá 50hz qua boä bieán ñoåi sin sang soùng vuoâng, sau ñoù cho qua boä chia 50 (MOD 50 counter) ñöôïc xung 1hz Vaán ñeà ñaët ra laø caàn bao nhieâu FF cho boä chia 50. Vôùi 6 FF ta ñöôïc maïch chia 26=64. Nhö vaäy söû duïng giaûi phaùp ñeám MOD 2n laø khoâng thích hôïp. b. Ñeám khoâng ñoàng boä vôùi MOD < 2n Các bước thiết kế Bước 1. Thöïc hieän choïn daïng maïch Bước 2. Xaùc ñònh soá FF caàn toái thieåu Goïi n laø soá FF caàn Choïn n sao cho 2n-1 < MOD < 2n Bước 3. Aùp duïng tính chaát cuûa caùc ngoõ vaøo baát ñoàng boä (Pr, Cl) ñeå xaùc ñònh traïng thaùi xoùa theo trình töï sau: Laäp baûng traïng thaùi cho caùc ngoõ ra vaø caùc ngoõ vaøo baát ñoàng boä Vieát haøm cho caùc ngoõ Pr vaø Cl Ruùt goïn haøm Pr vaø Cl (duøng bìa K, ñaïi soá Boolean) Veõ maïch hoaøn chænh Ví dụ, Thieát keá maïch ñeám leân nhò phaân MOD6 duøng JK-FF nhö sau J PR Q CLK K CL Q Xaùc ñònh soá FF toái thieåu: 22 < 6 < 23 ⇒ soá FF caàn laø 3 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 90
  18. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 Baûng traïng thaùi ñeám QC QB QA Cl Pr Cl QA 0 0 0 1 1 0 1 QCQB 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 00 1 1 0 1 1 1 1 01 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 11 0 X 0 0 0 0 1 10 1 1 Vaäy Cl = Q B + Q C = Q B Q C , Pr = 1 Daïng maïch ñeám leân MOD 6 1 A 1 B 1 C PR PR PR 1 J Q 1 J Q 1 J Q CLK CLK CLK CL CL CL 1 K Q 1 K Q 1 K Q Sinh viên vẽ dạng sóng ABC để kiểm chứng Ví dụ, Thieát keá maïch ñeám xuoáng MOD 12 duøng FF sau (a) (b) (c) PR Q PR Q J PR Q D T CLK CLK CLK CL CL K CL Q Q Q c. Treã trong maïch ñeám khoâng ñoàng boä Maïch ñeám khoâng ñoàng boä laø daïng ñôn giaûn nhaát cuûa caùc boä ñeám nhò phaân vì caùc thaønh phaàn ñeå taïo ra maïch ñeám laø ít nhaát. Tuy nhieân cuõng coù moät soá vaán ñeà lieân quan ñeán maïch. FF sau seõ thay ñoåi traïng thaùi öùng vôùi söï thay ñoåi traïng thaùi ngoõ ra cuûa FF tröôùc. Do moãi FF coù thôøi gian treã truyeàn ñaït (tpd), nghóa laø FF thöù 2 seõ khoâng ñaùp öùng trong khoaûng thôøi gian tpd khi FF ñaàu tieân nhaän ñöôïc xung clock, töông töï FF thöù 3 seõ khoâng ñaùp öùng trong khoaûng thôøi gian 2tpd khi FF ñaàu tieân nhaän ñöôïc xung clock, cuoái cuøng FF thöù N seõ khoâng ñaùp öùng trong khoaûng thôøi gian Ntpd khi FF ñaàu tieân nhaän ñöôïc xung clock GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 91
  19. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 CK QA QB tpd 2tpd 3tpd QC Xeùt tröôøng hôïp sau T 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 tpd tpd tpd Neáu chu kyø xung clock T= 2tpd. Nhö ñaõ thaáy treân hình veõ, traïng thaùi ñeám seõ töø 000, 001 roài xuoáng 000, 010, 011, 010, 000, 101, … Thaáy raèng caùc traïng thaùi ñeám khoâng coøn tuaân thuû ñeám leân, vaø khoâng bao giôø coù traïng thaùi 100 Ñeå khaéc phuïc, chu kyø xung clock phaûi lôùn hôn thôøi gian treã lôùn nhaát cuûa maïch ñeám nghóa laø Tclock ≥ Ntpd 1 hoaëc fmax = (taàn soá cöïc ñaïi cho pheùp) Ntpd Vôùi maïch ñeám khoâng ñoàng boä 4 bit 1 cho thôøi gian treã cuûa JK-FF (tpd = 24ns) => fmax = =10.4Mhz 4.24ns Khi soá FF taêng thì taàn soá cöïc ñaïi cuûa maïch giaûm xuoáng d. Caùc vi maïch ñeám khoâng ñoàng boä • 7493, 74293 74LS93 coù 2 boä ñeám beân trong: moät boä ñeám 2 vôùi ngoõ CKA QA vaøo xung CKA, moät boä ñeám 8 vôùi ngoõ vaøo xung CKB CKB QB Sinh vieân tra baûng söï thaät cuûa 7493 vaø lieät keâ chuoãi R01 QC ñeám khi noái QA veà CKB vaø chuoãi ñeám khi noái QD veà R02 QD CKA 74LS93 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 92
  20. Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 4 • 74LS90 R91 R92 QA 74LS90 coù 2 boä ñeám beân trong: moät boä ñeám 2 vôùi ngoõ CKA QB vaøo CKA, moät boä ñeám 5 vôùi ngoõ vaøo CKB CKB QC Sinh vieân tra baûng söï thaät cuûa 7493 vaø lieät keâ chuoãi ñeám R01 QD khi noái QA veà CKB vaø chuoãi ñeám khi noái QD veà CKA R02 74LS90 • CD4024, CD4040 4024 laø boä ñeám nhò phaân 7bit (MOD128), 4040 laø boä ñeám nhò phaân 12bit (MOD4096) e. Ñeám ñoàng boä vaø maïng tuaàn töï Ñeå khaéc phuï nhöôïc ñieåm thôøi gian treã cuûa xung CK, ôû maïng ñoàng boä, taát caû caùc FF ñeàu söû duïng chung xung CK. Vì vaäy, caùc ngoõ ra seõ thay ñoåi ñoàng thôøi theo xung CK Phương pháp thiết kế Bước 1, thieát laäp baûng moâ taû moái quan heä giöõa ngoõ ra hieän taïi (Q) vaø ngoõ ra keá tieáp (Q+) Bước 2, Thieát laäp caùc traïng thaùi ngoõ vaøo cho FF ñeå thoûa maõn caùc thay ñoåi ngoõ ra töø baûng treân Bước 3, Ruùt goïn caùc phöông trình ngoõ vaøo cho FF Bước 4, Thöïc hieän maïch ÔÛ böôùc 2, ñeå thieát laäp traïng thaùi ngoõ vaøo theo ngoõ ra, caùc baûng söï thaät tröôùc cuûa FF phaûi thay ñoåi. Ví dụ, baûng söï thaät cho SR-FF S R Q Q+ 0 0 0 0 Q Q+ S R 0 0 1 1 0 0 0 0 Q Q+ S R 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 x 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 - 1 1 x 0 1 1 1 0 1 1 1 - Ví dụ, Töông töï, baûng söï thaät cho JK-FF, D-FF, T-FF Q Q+ T Q Q+ J K Q Q+ D 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 1 1 0 1 1 x 0 1 1 1 0 1 1 0 x 1 1 0 0 1 1 0 1 1 x 0 1 1 1 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 93

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản