Bài giảng Kỹ thuật số: Chương 4 - Lê Thị Kim Anh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật số Chương 4 Hệ tuần tự, cung cấp cho người học những kiến thức như: khái niệm về hệ tuần tự; các phần tử nhớ - chốt(latch), flipflop; bộ đếm - thanh ghi dịch; phân tích và thiết kế hệ tuần tự tổng quát; máy trạng thái - hệ tuần tự dùng máy trạng thái. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật số: Chương 4 - Lê Thị Kim Anh

Chương 4: HỆ TUẦN TỰ I. KHÁI NIỆM VỀ HỆ TUẦN TỰ II. CÁC PHẦN TỬ NHỚ - CHỐT(Latch) , FLIPFLOP. III. BỘ ĐẾM - THANH GHI DỊCH IV. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ TUẦN TỰ TỔNG QUÁT V. MÁY TRẠNG THÁI - TK HỆ TUẦN TỰ DÙNG MÁY TRẠNG THÁI Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 1 GV: Lê Thị Kim Anh
I. KHÁI NIỆM - Các ngõ ra của một hệ tuần tự không chỉ phụ thuộc trạng thái các ngõ vào mà còn phụ thuộc trạng thái ngõ ra trước đó của hệ (được lưu giữ bởi các phần tử nhớ là chốt (Latch) hoặc FlipFlop (FF)). - Mạch tuần tự được chia ra 2 loại: Đồng bộ (Synchronous) và Bất đồng bộ (Asynchronous). - Hệ tuần tự đồng bộ (hay còn gọi là song song), trong hệ này các phần tử nhớ được đồng bộ bằng xung nhịp hay còn gọi là xung đồng hồ CK(Clock). - Hệ tuần tự không đồng bô (hay nối tiếp̣) hoạt động không có xung nhịp đồng bộ, các phần tử nhớ chỉ hoạt động theo hàm chức năng, có thể tác động ở bất kỳ thời điểm nào. 2 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số GV: Lê Thị Kim Anh
II. CÁC PHẦN TỬ NHỚ - Các phần tử nhớ được chia làm 2 loại: Chốt (Latch) và FlipFlop (FF). - Chốt là phần tử nhớ hoạt động có ngõ ra thay đổi theo sự thay đổi ở các ngõ vào thông tin. Ngõ ra của các FlipFlop chỉ thay đổi tại vị trí tác động của xung CK (cạnh lên hoặc cạnh xuống) theo các ngõ vào thông tin. t/h cho phép Cạnh lên Cạnh xuống D Latch D Flip-Flop 3 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số GV: Lê Thị Kim Anh
Các mạch chốt a. Chốt SR (Set-Reset Latch): S R Q Q+ S R Q+ S R Q Q+ 0 0 0 0 0 0 Q 0 0 0 1 TT cấm sử dụng 0 0 1 1  0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 X 0 1 1 1 S R Q+ 1 0 0 1 Phương trình đặc tính 1 0 0 0 0 0 X 1 0 1 1 Q+ = S + R’Q 1 0 1 0  0 1 1 1 1 0 0 SR=0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 TT cấm sử dụng 1 1 1 1 1 1 Q 4 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số GV: Lê Thị Kim Anh
b. Chốt SR có ngõ vào cho phép: S (set) Q G (enable) Q’ R (reset) Ký hiệu Bảng hoạt động TTKT Q+ (NS – Next State) G S R Q+ TTHT G=0 G=1 (PS:Present State) 0 X X Q Q SR SR SR SR SR SR SR SR 1 0 0 Q  00 01 11 10 00 01 11 10 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 X 5 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số GV: Lê Thị Kim Anh
Khảo sát giản đồ xung của SR có ngõ vào cho phép tích cực cao Bảng hoạt động G S R Q+ 0 X X Q 1 0 0 Q 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 X 6 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số GV: Lê Thị Kim Anh
c. Chốt D Bảng hoạt động Ký hiệu G D Q+ 0 X Q 1 0 0 1 1 1 Phương trình đặc tính : Q+ = D Khảo sát giản đồ xung 7 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số GV: Lê Thị Kim Anh
2. Flip_Flop (FF): a. Flip_Flop D (D-FF): Bảng hoạt động CK D Q+ D Q 0,1, X Q  0 0 CK Q’  1 1 Bảng hoạt động CK D Q+ D Q 0,1, X Q  0 0 CK Q’  1 1 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 8 GV: Lê Thị Kim Anh
* Khảo sát giản đồ xung CK D Q (Cho Q ban ban đầu là 0) * Bảng đặc tính và * Bảng kích thích phương trình đặc tính D Q Q+ Q Q+ D 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 Q+ = D D = Q+ Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 9 GV: Lê Thị Kim Anh
* So sánh sự khác nhau giữa Chốt D và FlipFlop - D D Q D Q Latch Flip-Flop C Q’ CK Q’ C = CK D QLatch QFF Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 10 GV: Lê Thị Kim Anh
Ví dụ : Vẽ giản đồ xung tại ngõ ra Q khi có giản đồ xung CK của một D-FF (CK có cạnh xuống) như sau. Gỉa sử ban đầu Q=0. D Q CK Q’ CK Q Nhận xét gì về hoạt động của FF trên? Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 11 GV: Lê Thị Kim Anh
b. Flip_Flop T (T-FF): Bảng hoạt động T Q T Q T Q+ 0 Q CK Q’ CK Q’ 1 Q’ * Bảng đặc tính và * Bảng kích thích phương trình đặc tính Q Q+ T T Q Q+ 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 T = QQ+ Q+ = TQ Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 12 GV: Lê Thị Kim Anh
Ví dụ : Vẽ giản đồ xung tại ngõ ra Q khi có giản đồ xung CK và ngõ dữ liệu T của một T-FF (CK có cạnh xuống) như sau. Gỉa sử ban đầu Q=0. CK T Q Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 13 GV: Lê Thị Kim Anh
c. Flip_Flop SR (SR-FF): Bảng hoạt động: S Q S R Q+ S Q 0 0 Q CK CK 0 1 0 1 0 1 R Q’ R Q’ 1 1 X * Bảng đặc tính và phương trình đặc tính S R Q Q+ * Bảng kích thích 0 0 0 0 Q Q+ S R 0 0 1 1 0 0 0 X 0 1 0 0 Q+ = S + R’Q 0 1 1 0 0 1 1 0 SR=0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 X 0 1 0 1 1 1 1 0 X 1 1 1 X Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 14 GV: Lê Thị Kim Anh
d. Flip_Flop JK (JK-FF) J Q J K Q+ J Q 0 0 Q CK CK 0 1 0 1 0 1 K Q’ K Q’ 1 1 Q’ * Bảng đặc tính và phương trình đặc tính J K Q Q+ * Bảng kích thích 0 0 0 0 Q Q+ J K 0 0 1 1 0 0 0 X 0 1 0 0 Q+ = JQ’ + K’Q 0 1 1 X 0 1 1 0 1 0 X 1 1 0 0 1 1 1 X O 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 15 GV: Lê Thị Kim Anh
e. Các ngõ vào bất đồng bộ: - Các ngõ vào này sẽ làm thay đổi giá trị ngõ ra tức thời, bất chấp xung clock. - Có 2 ngõ vào bất đồng bộ: Preset (Pr) và Clear (Cl). + Khi ngõ vào Preset tích cực thì ngõ ra Q được set lên 1. + Khi ngõ vào Clear tích cực thì ngõ ra Q được xóa về 0. J Pr J Pr Q Q CK CK K Cl Q’ K Cl Q’ + Khi ngõ vào Preset và Clear không tích cực thì FF mới hoạt động. Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 16 GV: Lê Thị Kim Anh
Chuyển đổi qua lại giữa các FF - Lập bảng kích thích giữa 2 loại FF nguồn và đích. - Xem các ngõ vào thông tin của các FF nguồn là hàm, biến là các ngõ vào thông tin và trạng thái hiện tại của các FF đích. - Thực hiện rút gọn hàm. - Vẽ sơ đồ thực hiện. VD: Chuyển T-FF sang D-FF Q Q+ T D 0 0 0 0 T Q D 0 1 1 1 CK 1 0 1 0 Q’ 1 1 0 1 T = QD Nếu chuyển từ D-FF sang T-FF? Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 17 GV: Lê Thị Kim Anh
III. BỘ ĐẾM & THANH GHI DỊCH BỘ ĐẾM - Bộ đếm là một mạch thực hiện đếm số xung ở ngõ vào bằng cách thay đổi các trạng thái ở ngõ ra của nó. - Mỗi bộ đếm được cấu tạo bởi nhiều FF và mỗi FF giữ vai trò là một phần tử nhớ nhị phân. Tổ hợp các trạng thái của FF tạo nên các trạng thái khác nhau của bộ đếm. - Giản đồ trạng thái (Graph) biểu diễn sự chuyển đổi của các trạng thái trong bộ đếm. - Mod đếm (Modulo) là tổng số trạng thái có trong một bộ đếm. - Tùy theo chiều biến thiên của nội dung bộ đếm mà ta có bộ đếm thuận (đếm lên), đếm nghịch (đếm xuống) hay bộ đếm thuận/nghịch. - Bộ đếm được chia làm 2 loại: tuần tự (hay không đồng bộ hoặc nối tiếp) và song song (hay đồng bộ), tùy thuộc vào việc tác động của tín hiệu xung Clock vào các FF. Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 18 GV: Lê Thị Kim Anh
* NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NỐI TIẾP a. Bộ đếm nối tiếp đầy đủ (m = mod 2n). - Dùng n FF, tương đương với loại T-FF có ngõ T = 1. 1 T Q 1 J Q CK CK Q’ 1 K Q’ S Q D Q CK CK Q’ R Q’ Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 19 GV: Lê Thị Kim Anh
- Các FF được kết nối với nhau theo nguyên tắc sau: Đếm lên Q → CK Cạnh xuống Đếm xuống Q’→ CK CK Đếm lên Q’→ CK Cạnh lên Đếm xuống Q → CK Bài giảng môn Kỹ Thuật Số 20 GV: Lê Thị Kim Anh