Giáo trình kỹ thuật số - Phần 3 Mạch dãy - Chương 10

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

162
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thanh ghi dịch I, Khái quát 1. Định nghĩa: Thanh ghi dịch là một mạch dãy, có khả năng ghi giữ và dịch bit thông tin(dịch phải huặc trái) Thanh ghi dịch đ-ợc dùng: + Để nhớ số liệu + Để chuyển số liệu song song thành nối tiếp, và ng-ợc lại + Thiết kế bộ đếm, tạo dãy tín hiệu nhị phân tuần hoàn theo yêu cầu cho tr-ớc …… 2. Cấu tạo Thanh ghi dịch gồm dãy các phần tử nhớ đơn bit(FF) đ-ợc mắc liên tiếp và đóng trong cùng một vỏ. Các FF sử dụng...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kỹ thuật số - Phần 3 Mạch dãy - Chương 10

PTH-DTT Ch−¬ng 10 Thanh ghi dÞch I, Kh¸i qu¸t 1. §Þnh nghÜa: Thanh ghi dÞch lµ mét m¹ch d·y, cã kh¶ n¨ng ghi gi÷ vµ dÞch bit th«ng tin(dÞch ph¶i huÆc tr¸i) Thanh ghi dÞch ®−îc dïng: + §Ó nhí sè liÖu + §Ó chuyÓn sè liÖu song song thµnh nèi tiÕp, vµ ng−îc l¹i + ThiÕt kÕ bé ®Õm, t¹o d·y tÝn hiÖu nhÞ ph©n tuÇn hoµn theo yªu cÇu cho tr−íc …… 2. CÊu t¹o Thanh ghi dÞch gåm d·y c¸c phÇn tö nhí ®¬n bit(FF) ®−îc m¾c liªn tiÕp vµ ®ãng trong cïng mét vá. C¸c FF sö dông trong thanh ghi dÞch th−êng lµ D-FF huÆc FF m¾c theo kiÓu D-FF, sè FF chÝnh lµ sè bÝt mµ thanh ghi dÞch l−u tr÷ ®−îc. B1B2B3B4 B2 B3 B1 B4 Input JA A JB B JC C JD D KA KB KC KD Clock Thanh ghi dÞch 4 bit dïng JK-FF Th«ng tin ®−îc n¹p vµo thanh ghi dÞch theo nguyªn t¾c tõng bit ®ång bé víi xung nhÞp, bit ®Çu tiªn ®−îc n¹p vµo FF ®Çu tiªn, c¸c bit th«ng tin ®· ®−îc l−u tr÷ dÞch ph¶i 1 bit(bit l−u trong FF-A chuyÓn sang FF-B, FF-B chuyÓn sang FF-C…) 3. Ph©n lo¹i a, Ph©n lo¹i theo c¸ch ®−a th«ng tin vµo, lÊy th«ng tin ra - Vµo nèi tiÕp, ra song song: th«ng tin ®−îc ®−a vµo thanh ghi dÞch tuÇn tù tõng bit mét, sè liÖu ®−îc ®−a ra ®ång thêi - Vµo song, ra song song: th«ng tin ®−îc ®−a vµo vµ lÊy ra ®ång thêi - Vµo nèi tiÕp, ra nèi tiÕp: th«ng tin ®−îc ®−a vµ lÊy ra tuÇn tù tõng bit mét - Vµo song song, ra nèi tiÕp: th«ng tin ®−îc ®−a vµo thanh ghi dÞch ®ång thêi, sè liÖu ®−îc ®−a ra tuÇn tù tõng bÝt mét. b, Ph©n lo¹i theo ®Çu vµo: - §Çu ra ®¬n: mçi FF trong thanh ghi dÞch chØ cã mét ®Çu ra Qi(huÆc ®Çu ®¶o), ®−îc ®−a ra ch©n cña vi m¹ch. - §Çu ra ®¬n: C¶ hai ®Çu ra cña FF ®−îc ®−a ra ch©n cña vi m¹ch 100
BomonKTDT-§HGTVT II. §å h×nh tæng qu¸t §å h×nh tæng qu¸t cña thanh ghi dÞch theo m« h×nh De Bruijn nh− sau: - Thanh ghi dÞch 2 bit: 00 0 1 00 01 1 0 10 11 0 0 1 1 00 10 01 11 B¶ng chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i 01 S1 1 1 S3 0 10 0 1 00 1 S0 0 0 11 S2 §å h×nh tæng qu¸t Tõ ®å h×nh ta nhËn thÊy thanh ghi dÞch sÏ bÞ kho¸ ë tr¹ng th¸i 00 nÕu hµm håi tiÕp lµ 0 vµ kho¸ ë tr¹ng th¸i 11 nÕu hµm håi tiÕp lµ 1. 101
PTH-DTT - Thanh ghi dÞch 3 bit: S3 S1 1 001 011 S2 0 1 1 1 010 S7 1 0 0 0 1 1 111 000 101 0 S0 1 S5 0 0 110 100 0 S6 S4 §å h×nh tæng qu¸t thanh ghi dÞch 3 bit - Thanh ghi dÞch 4 bit: S1 S3 S7 1 1 000 001 011 010 001 101 1 1 0 S15 0 1 000 011 100 1 111 S0 101 0 010 110 0 100 110 111 0 0 S8 S12 S14 §å h×nh tæng qu¸t thanh ghi dÞch 4 bit 102
BomonKTDT-§HGTVT III. ThiÕt kÕ bé ®Õm dïng thanh ghi dÞch 1. S¬ ®å khèi: Tõ ®å h×nh tr¹ng th¸i cña thanh ghi dÞch ta thÊy r»ng: XuÊt ph¸t tõ mét tr¹ng th¸i ban ®Çu bÊt kú, øng víi d·y tÝn hiÖu håi tiÕp fht=DA=JA x¸c ®Þnh, sÏ cã d·y x¸c ®Þnh c¸c tr¹ng th¸i sÏ chuyÓn tíi, nÕu d·y tÝn hiÖu cña fht ®−îc chän thÝch hîp sao cho d·y chuyÓn biÕn tr¹ng th¸i t¹o thµnh mét chu tr×nh kÝn th× ®å h×nh tr¹ng th¸i cña m¹ch chÝnh lµ ®å h×nh tr¹ng th¸i cña bé ®Õm. Nh− vËy bµi to¸n thiÕt kÕ bé ®Õm dïng thµnh ghi dÞch chuyÓn thµnh bµi to¸n thiÕt kÕ hµm håi tiÕp cung cÊp cho ®Çu vµo cña bé ghi dÞch, sao cho øng víi hµm nµy c¸c tr¹ng th¸i cña m¹ch sÏ chuyÓn biÕn theo mét chu tr×nh kÝn, sè tr¹ng th¸i trong cña chu tr×nh b»ng K® S¬ ®å cña bé ®Õm dïng thanh ghi dÞch nh− h×nh d−íi ®©y, c¸c FF ®−îc m¾c víi nhau thµnh thanh ghi dÞch n bit, ®Çu ra cña c¸c FF gåm c¶ Q vµ Q ®−îc dïng ®Ó t¹o hµm håi tiÕp, ®−a tíi ®iÒu khiÓn ®Çu vµo cña thµnh ghi. Gi÷a ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña FF cã mèi quan hÖ: A'=fht(A, B, C, D,…,N) B'=A; C'=B;…; N'=M M¹ch håi tiÕp cã gi¸ trÞ 0 hay 1 vµ ®−îc ®−a vµo ®Çu vµo cña FF-A, khi cã xung nhÞp sÏ thiÕt lËp tr¹ng th¸i cña FF- A t−¬ng øng. M¹ch håi tiÕp JA A JB B JN N KA A B KN N KB A A A Clock Bé ®Õm dïng thanh ghi dÞch 103
PTH-DTT 2. C¸c b−íc thiÕt kÕ X¸c ®Þnh sè bÝt n cña thµnh ghi dÞch n≥log2K® Chän chu tr×nh chuyÓn tr¹ng th¸i cña bé ®Õm theo ®å h×nh De Bruijn X¸c ®Þnh fht vµ tèi thiÓu ho¸ hµm nµy X©y dùng s¬ ®å VÝ dô: ThiÕt kÕ bé ®Õm K®=8 - B−íc 1, X¸c ®Þnh sè bÝt n=log28=3 - B−íc 2: Chän chu tr×nh chuyÓn tr¹ng th¸i, c¨n cø vµo ®å h×nh tr¹ng th¸i cña thanh ghi dÞch chän mét chu tr×nh cã 8 tr¹ng th¸i: S3 S1 1 00 01 S2 0 1 1 1 01 S7 1 0 0 0 1 1 11 00 10 0 S0 1 S5 0 0 11 10 0 S6 S2 104
BomonKTDT-§HGTVT Gi¶ sö chän: S0->S1->S3->S7->S6->S5-> S2->S4->S0 - B−íc 3: X¸c ®Þnh hµm håi tiÕp, ký hiÖu c¸c FF lÇn l−ît lµ CBA, ta cã b¶ng m· ho¸ tr¹ng th¸i vµ hµm håi tiÕp nh− sau: S C B A fht S0 0 0 0 1 S1 0 0 1 1 S3 0 1 1 1 S7 1 1 1 0 S6 1 1 0 1 S5 1 0 1 0 S2 0 1 0 0 S4 1 0 0 0 Tèi thiÓu ho¸ fht: C BA 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 fht= C B + C A + CB A - B−íc 4: X©y dùng s¬ ®å: JA A JB B JC C KA A B KC C KB Clock 105
PTH-DTT Bµi tËp: thiÕt kÕ t−¬ng tù øng víi K®=10, 12, 14 IV. M¹ch t¹o d·y tÝn hiÖu tuÇn hoµn Thanh ghi dÞch cã thÓ dïng ®Ó t¹o d·y tÝn hiÖu tuÇn hoµn theo yªu cÇu cho tr−íc. 1. S¬ ®å khèi: Gäi L lµ chu kú cña d·y tÝn hiÖu tuÇn hoµn cÇn ph¶i t¹o, tøc lµ ®Ó t¹o d·y tÝn hiÖu nµy m¹ch ph¶i tuÇn hoµn vµ cã L tr¹ng th¸i kh¸c nhau. M¹ch nµy theo ®Þnh nghÜa chÝnh lµ bé ®Õm cã K®=L, bé ®Õm cã thÓ x©y dùng tõ bé ghi dÞch vµ m¹ch håi tiÕp gièng nh− phÇn trªn, thªm vµo ®ã cÇn x©y dùng mét m¹ch tÝn hiÖu ra ®Ó lÊy d·y tÝn hiÖu tuÇn hoµn. Ta cã s¬ ®å khèi cña m¹ch nh− sau: M¹ch håi tiÕp JA A JB B JN N KA A B KN N KB A A A Clock M¹ch logic ra TÝn hiÖu ra M¹ch t¹o tÝn hiÖu tuÇn hoµn dïng thanh ghi dÞch 106
BomonKTDT-§HGTVT 2. C¸c b−íc thiÕt kÕ X¸c ®Þnh sè bÝt n cña thµnh ghi dÞch n≥log2K® Chän chu tr×nh chuyÓn tr¹ng th¸i cña bé ®Õm theo ®å h×nh De Bruijn X¸c ®Þnh fht vµ tèi thiÓu ho¸ hµm nµy X¸c ®Þnh hµm ra vµ tèi thiÓu ho¸ hµm nµy X©y dùng s¬ ®å Minh ho¹: ThiÕt kÕ m¹ch t¹o tÝn chuçi tÝn hiÖu tuÇn hoµn: L=0-1-0-1-1-1-0-1 - B−íc 1: TÝn hiÖu cã chiÒu dµi L= 8 =>n=log28=3 - B−íc 2: chän chu tr×nh chuyÓn tr¹ng th¸i: Gi¶ sö chän: S0->S1->S3->S7->S6->S5-> S2->S4->S0 - B−íc 3: X©y dùng hµm håi tiÕp vµ tèi thiÓu ho¸ Ký hiÖu c¸c FF lÇn l−ît lµ CBA, ta cã b¶ng m· ho¸ tr¹ng th¸i vµ hµm håi tiÕp nh− sau: S C B A fht S0 0 0 0 1 S1 0 0 1 1 S3 0 1 1 1 S7 1 1 1 0 S6 1 1 0 1 S5 1 0 1 0 S2 0 1 0 0 S4 1 0 0 0 107
PTH-DTT Tèi thiÓu ho¸ fht: C BA 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 fht= C B + C A + CB A - B−íc 4: X¸c ®Þnh hµm ra: S C B A fht L S0 0 0 0 1 0 S1 0 0 1 1 1 S3 0 1 1 1 0 S7 1 1 1 0 1 S6 1 1 0 1 1 S5 1 0 1 0 1 S2 0 1 0 0 0 S4 1 0 0 0 1 Tèi thiÓu ho¸ fht: C BA 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 1 fht= C + B A -B−íc 5: X©y dùng s¬ ®å JA A JB JC C B C B A KB KA KC A Ck 0-1-0-1-1-1-0-1 108
BomonKTDT-§HGTVT - Bµi tËp: thiÕt kÕ m¹ch t¹o chuçi tÝn hiÖu tuÇn hoµn: L=0111000111 L=101110011110 V. Bé ®Õm vßng, vµ bé ®Õm vßng xu¾n Trong bé ®Õm vßng dïng thanh ghi dÞch, hµm håi tiÕp ®−îc lÊy tõ ®Çu ra cña FF cuèi cïng vµ ®−a vµo FF ®Çu tiªn, trong m¹ch nµy ë mét thêi ®iÓm chØ cã mét FF l−u tr¹ng th¸i 1, …c¸c vÊn ®Ò kh¸c t−¬ng tù nh− phÇn thiÕt kÕ bé ®Õm. Bé ®Õm vßng xu¾n kh¸c víi bé ®Õm vßng ë chç: hµm håi tiÕp ®−îc ®−a tõ ®Çu ra ®¶o cña FF cuèi cïng vÒ ®Çu vµo cña FF ®Çu tiªn. VI. Bé ghi dÞch víi hµm håi tiÕp lµ hµm céng module 2 1. Bé ghi dÞch víi hµm håi tiÕp lµ hµm céng module cã Lmax=2n-1 Thanh ghi dÞch 4 bit cho trong h×nh sau, cã hµm håi tiÕp JA A JB B JC C JD D KA KB KC KD Ck fht=JA=C ⊕ D Dùa vµo ®å h×nh De Bruijn cña bé ghi dÞch 4 bit vµ ph−¬ng tr×nh cña hµm håi tiÕp ®ång thêi lµ hµm kÝch cho FF-A dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−îc tr¹ng th¸i tiÕp theo cña bé ghi dÞch khi biÕt tr¹ng th¸i hiÖn t¹i. VÝ dô , nÕu bé ghi dÞch ®ang ë tr¹ng th¸i S1(0001, D=0,C=0,B=0,A=1) th× fht=JA= C ⊕ D= 0⊕ 0=0, do vËy khi cã xung nhÞp Ck tiÕp theo bé ghi dÞch sÏ chuyÓn ®Õn tr¹ng th¸i S2(0010, D=0,C=0,B=1,A=0), b¶ng ®Çy ®ñ nh− sau: S D C B A F S1 0 0 0 1 0 S2 0 0 1 0 0 S4 0 1 0 0 1 S9 1 0 0 1 1 S3 0 0 1 1 0 S6 0 1 1 0 1 S13 1 1 0 1 0 S10 1 0 1 0 1 109
PTH-DTT S5 0 1 0 1 1 S11 1 0 1 1 1 S7 0 1 1 1 1 S15 1 1 1 1 0 S14 1 1 1 0 0 S12 1 1 0 0 0 S8 1 0 0 0 1 Tr¹ng th¸i S0(0000) kh«ng xuÊt hiÖn trong b¶ng tr¹ng th¸i, v× bé ghi dÞch ë tr¹ng th¸i nµy, do hµm håi tiÕp fht=JA= C ⊕ D nã sÏ n»m m·i ë tr¹ng th¸i nµy mµ kh«ng tho¸t ra ®−îc, ®©y chÝnh lµ tr¹ng th¸i kho¸, nªn ph¶i lo¹i S0. Thanh ghi dÞch 4 bit nµy cã sè tr¹ng th¸i kh¸c nhau trong d·y chuyÓn biÕn tr¹ng th¸i(L, hay K®) lµ 15 ®¹t Lmax 2. VÝ dô øng dông m¹ch lo¹i nµy ®Ó thiÕt kÕ bé ®Õm: + C¸c b−íc thiÕt kÕ: X¸c ®Þnh sè bÝt n cña thµnh ghi dÞch n≥log2K® chän fht lµ hµm céng module thÝch hîp ®Ó cã Lmax Trªn ®å h×nh tr¹ng th¸i cña Lmax chän b−íc nh¶y thÝch hîp ®Ó chØ cßn l¹i L tr¹ng th¸i X¸c ®Þnh fht øng víi d·y tr¹ng th¸i cã L ®· chän vµ tèi thiÓu ho¸ X©y dùng s¬ ®å + Minh ho¹: ThiÕt kÕ bé ®Õm K®=10, dïng bé ghi dÞch vµ hµm håi tiÕp céng module 2 - B−íc 1: K®=L=10 do vËy n=4, chän hµm håi tiÕp lµ hµm céng module t−¬ng øng ®Ó m¹ch ®¹t Lmax, nh− ®· biÕt ®Ó chän: fht= C ⊕ D, huÆc fht= A ⊕ D… 110
BomonKTDT-§HGTVT Gi¶ sö chän fht= C ⊕ D - B−íc 2: Trªn ®å h×nh tr¹ng th¸i Lmax=15 cña bé ghi dÞch 4bit víi fht= C ⊕ D ®· chän, chän b−íc nh¶y ®Ó lo¹i ®i 5 tr¹ng th¸i , gi¶ sö chän b−íc nh¶y S3 vÒ S7: S1 S2 S4 S9 S3 DCBA 0001 0010 0100 1001 0011 S8 1000 1100 1110 1111 0111 S12 S14 S15 S7 - B−íc 3: X¸c ®Þnh f*ht dùa vµo ®å h×nh De Bruijn cña bé ghi dÞch 4 bit, x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña f*ht øng víi d·y tÝn hiÖu ®· chän: S D C B A f*ht S1 0 0 0 1 0 S2 0 0 1 0 0 S4 0 1 0 0 1 S9 1 0 0 1 1 S3 0 0 1 1 0 S7 0 1 1 1 1 S15 1 1 1 1 0 S14 1 1 1 0 0 S12 1 1 0 0 0 S8 1 0 0 0 0 Tèi thiÓu ho¸ ta ®−îc f*ht= C ⊕ D + AB D + AB D -B−íc 4: X©y dùng s¬ ®å : 111
PTH-DTT JA A JB B JC C JD D KA KB KC KD D D Clock IC: Vi M¹ch tÝch hîp SN 74LS95. Vi m¹ch SN 74LS95 chøa c¸c thanh ghi dÞch 4 bit víi c¸c ®Çu vµo vµ ra cã thÓ ho¹t ®éng theo kiÓu song song hay nèi tiÕp; nã cßn cho phÐp dÞch ph¶i hoÆc dÞch tr¸i (chÕ ®é dÞch tr¸i cã thÓ thùc hiÖn ®−îc víi c¸c kÕt nèi thªm bªn ngoµi). S¬ ®å ch©n vµ s¬ ®å logic cña vi m¹ch 74LS95 112