Giáo trình kỹ thuật số - Phần 3 Mạch dãy - Chương 9

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mô tả và thiết kế mạch dãy I. Khái niệm cơ bản. 1. Mô hình tổng quát. V1 Lối vào Vn Mạch tổ hợp Y Lối ra Trạng thái trong Mạch dãy Hàm kích Ck Mô hình mạch dãy 2 Ph-ơng pháp mô tả mạch dãy. a. Mô hình toán học. Ta có thể dùng một hệ ph-ơng trình toán học để biểu thị mối quan hệ vào ra của hệ tuần tự. Đối với mô hình tổng quát hình 6.1, nếu gọi: V: là tập tín hiệu vào, R: tập tín hiệu ra. X :là tập hàm kích thích. S: tập các trạng thái trong...

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 9

BomonKTDT-§HGTVT Ch−¬ng 9 M« t¶ vµ thiÕt kÕ m¹ch d∙y I. Kh¸i niÖm c¬ b¶n. 1. M« h×nh tæng qu¸t. V1 Lèi Y Lèi M¹ch tæ ra Vn vµo hîp Tr¹ng Hµm th¸i kÝch trong M¹ch d·y Ck M« h×nh m¹ch d·y 2 Ph−¬ng ph¸p m« t¶ m¹ch d∙y. a. M« h×nh to¸n häc. Ta cã thÓ dïng mét hÖ ph−¬ng tr×nh to¸n häc ®Ó biÓu thÞ mèi quan hÖ vµo ra cña hÖ tuÇn tù. §èi víi m« h×nh tæng qu¸t h×nh 6.1, nÕu gäi: V: lµ tËp tÝn hiÖu vµo, R: tËp tÝn hiÖu ra. X :lµ tËp hµm kÝch thÝch. S: tËp c¸c tr¹ng th¸i trong th× hÖ cã thÓ ®−îc m« t¶ bëi c¸c ph−¬ng tr×nh sau: a. Otomat (hÖ ph−¬ng tr×nh) Mealy: R = f1(V,S). (1) S’ = f2(X,S). (2) X = f3(V,S). (3) Ph−¬ng tr×nh (1) ®−îc gäi lµ hµm ra, thÓ hiÖn mèi quan hÖ gi÷a ®Çu ra víi t¸c ®éng vµo vµ biÕn tr¹ng th¸i. Ph−¬ng tr×nh (2) lµ hµm chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i cña c¸c phÇn tö nhí. Ph−¬ng tr×nh (3) lµ hµm kÝch thÝch cho c¸c phÇn tö nhí. 93
PTH-DTT HÖ ph−¬ng tr×nh trªn ®−îc gäi lµ Otomat Mealy, trong khi nÕu hµm ra chØ phô thuéc biÕn tr¹ng th¸i mµ kh«ng phô thuéc biÕn vµo th× hÖ tuÇn tù cã tªn lµ Otomat Moore. b. Otomat (hÖ ph−¬ng tr×nh) Moore. R = f1 (S), S’ = f2(X,S), X = f3 (V,S). b. B¶ng tr¹ng th¸i. Trong ph−¬ng ph¸p nµy, ta thiÕt lËp b¶ng ®Ó liÖt kª mèi quan hÖ gi÷a R, tr¹ng th¸i trong S’ víi tÝn hiÖu vµo V vµ tr¹ng th¸i S. B¶ng thu ®−îc cã tªn gäi lµ b¶ng chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i. NÕu nh− ®· biÕt lo¹i FF, tõ b¶ng chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i, ta cã thÓ suy ra hµm chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i vµ hµm kÝch thÝch. V S S’ R V0 R0 S0 S’0 V1 R1 S1 S’1 V2 R2 S2 S’2 V3 R3 S3 S’3 ... ... ... Vn 0 Sn-1 S’n-1 B¶ng chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i. Minh ho¹: xÐt m¹ch chuyÓn ®æi tõ FF D sang FF JK nh− sau: U1A U1B K Ra U1C J DFF D Q _ CP Q M¹ch chuyÓn ®æi FF D thµnh FF JK Ta cã thÓ biÓu diÔn b¶ng chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i nh− sau: 94
BomonKTDT-§HGTVT V S S’ R JK 00 0 0 0 00 1 1 1 01 0 0 0 01 0 1 0 10 1 0 1 10 1 1 1 11 1 0 1 11 0 1 0 NÕu ®Æt : 00: V0 ; 01: V1; 10 : V2; 11: V3 vµ 0: S0; 1: S1, ta sÏ cã: V S S’ R V0 S0 S0 S0 V0 S1 S1 S1 V1 S0 S0 S0 V1 S0 S1 S0 V2 S1 S0 S1 V2 S1 S1 S1 V3 S1 S0 S1 V3 S0 S1 S0 c. BiÓu diÔn b»ng ®å h×nh tr¹ng th¸i. §å h×nh tr¹ng th¸i lµ mét ®å h×nh cã h−íng gåm 2 tËp: M : tËp ®Ønh vµ K: tËp c¸c cung cã h−íng. a. M« h×nh Mealy TËp ®Ønh M lµ tËp c¸c tr¹ng th¸i trong. TËp c¸c cung K lµ tËp tÝn hiÖu vµo/ra. Trªn cung ®i tõ Si Sj ghi tÝn hiÖu vµo/ra t−¬ng øng. §èi víi minh ho¹ chuyÓn ®æi FF trªn, ta sÏ x©y dùng ®−îc ®å h×nh tr¹ng th¸i Mealy nh− h×nh vÏ. V2 (V3)/S1 V0 (V1)/S1 V0 (V1)/S0 S0 S1 V1 (V3)/S0 M« h×nh Mealy. 95
PTH-DTT b. M« h×nh Moore V× tÝn hiÖu ra chØ phô thuéc vµo tr¹ng th¸i trong cña m¹ch mµ kh«ng phô thuéc tÝn hiÖu vµo cho nªn : TËp ®Ønh M lµ tËp tr¹ng th¸i trong/tÝn hiÖu ra. TËp cung K lµ tËp c¸c tÝn hiÖu vµo. II. C¸c b−íc thiÕt kÕ m¹ch d·y. - Bµi to¸n ch−a ®−îc h×nh thøc ho¸. NhiÖm vô thiÕt kÕ ®−îc m« t¶ b»ng ng«n ng÷ hoÆc b»ng l−u ®å thuËt to¸n.. Nãi chung lµ ch−a ®−îc h×nh thøc ho¸. - H×nh thøc ho¸ Phiªn dÞch c¸c d÷ kiÖn ®ã thµnh 1 h×nh thøc m« t¶ ho¹t ®éng cña m¹ch b»ng c¸ch hinhg thøc ho¸ d÷ liÖu ban ®Çu ë d¹ng b¶ng tr¹ng th¸i hay ®å h×nh tr¹ng th¸i. Rót gän c¸c tr¹ng th¸i trong cña m¹ch ®Ó nhËn ®−îc sè tr¹ng th¸i trong lµ Ýt nhÊt. Chó ý r»ng, b−íc nµy tiÕn hµnh trªn Otomat ch−a ph¶i lµ nhÞ ph©n cã V lµ tËp c¸c tÝn hiÖu vµo, R lµ tËp c¸c tÝn hiÖu ra, S lµ tËp c¸c tr¹ng th¸i trong. - Otomat nhÞ ph©n. M· ho¸ tÝn hiÖu vµo , ra, tr¹ng th¸i trong ®Ó nhËn ®−îc otomat nhÞ ph©n cã X lµ tËp tÝn hiÖu vµo, R lµ tËp tÝn hiÖu ra, Q lµ tËp tr¹ng th¸i trong. - HÖ hµm cña m¹ch: X¸c ®Þnh hÖ ph−¬ng tr×nh logic cña m¹ch vµ tèi thiÓu ho¸ c¸c ph−¬ng tr×nh nµy. - X©y dùng s¬ ®å m¹ch thùc hiÖn. Tõ hÖ ph−¬ng tr×nh cña m¹ch ®· viÕt chóng ta x©y dùng s¬ ®å m¹ch thùc hiÖn. L−u ®å thuËt to¸n B¶ng cña Otomat §å h×nh tr¹ng th¸i B¶ng Otomat §å h×nh nhÞ ph©n nhÞ ph©n HÖ hµm ra HÖ PT ®Çu HÖ PT ®Çu vµo HÖ PT ®Çu HÖ PT ®Çu Y kÝch cho FF-T vµo kÝch cho vµo kÝch cho vµo kÝch cho FF-D FF-JK FF-JK S¬ ®å C¸c b−íc thiÕt kÕ m¹ch d·y. 96
BomonKTDT-§HGTVT 1. ThiÕt kÕ m¹ch d∙y tõ b¶ng tr¹ng th¸i cña Otomat. C¸c b−íc: 1. X¸c ®Þnh s¬ ®å khèi chung. 2. M· ho¸ tÝn hiÖu vµo V, ra R, tr¹ng th¸i trong S vµ Q. 3. LËp b¶ng chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i. 4. X¸c ®Þnh ®Çu vµo kÝch thÝch cho c¸c FF, viÕt hÖ hµm kÝch thÝch vµ hµm ra. 5. X©y dùng s¬ ®å m¹ch. §Ó hiÓu râ thªm ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ m¹ch d·y dïng b¶ng tr¹ng th¸i ta sÏ xÐt bµi to¸n minh ho¹ sau: ThiÕt kÕ m¹ch ®Õm ®ång bé thuËn, K®=5 (®Õm tõ 0-4) dïng FF D theo ph−¬ng ph¸p b¶ng tr¹ng th¸i. Qu¸ tr×nh gi¶i nh− sau: 1. X©y dùng s¬ ®å khèi chung. §Ó x©y dùng m¹ch ®Õm, K®=5 ta dïng 3 FF. H×nh vÏ s¬ ®å khèi chung ®−îc thÓ hiÖn nh− sau: M¹ch tæ hîp Q3 Q2 D3 TG3 Q1 TG1 D1 TG2 D2 Ck S¬ ®å khèi chung cña m¹ch ®Õm K®=5 Theo quy ®Þnh, FF1 cã träng sè nhá nhÊt. FF3 cã träng sè lín nhÊt. 2. M· ho¸. S S’ S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 S4 S4 S0 B¶ng tr¹ng th¸i trong cña m¹ch 3. X©y dùng b¶ng chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i. Q3 Q2 Q1 Q’3 Q’2 Q’1 D3 D2 D1 S0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 S1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 S2 0 1 0 0 1 1 0 1 1 S3 0 1 1 1 0 0 1 0 0 S4 1 0 0 0 0 0 0 0 0 97
PTH-DTT 4 X¸c ®Þnh ®Çu vµo kÝch cho FF vµ hÖ hµm kÝch. Sö dông ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ dïng b¶ng Karnaugh, ta sÏ tÝnh ®−îc: D1= Q1.Q3 D2 = Q2⊕Q1 D3 = Q1.Q2 6. VÏ s¬ ®å m¹ch. Sau khi x©y dùng ®−îc hÖ hµm kÝch, ta sÏ vÏ m¹ch. U3C U5A U3A V4 5V U2A U1A U1B S S S D Q D Q D Q V1 _ _ _ CP Q CP Q CP Q CP1 Q1 V2 CP2 Q2 R R R 5V M¹ch ®Õm K®=5 2. ThiÕt kÕ m¹ch d∙y tõ ®å h×nh tr¹ng th¸i. Gåm 5 b−íc thiÕt kÕ: 1. X©y dùng s¬ ®å khèi chung, ®å h×nh tr¹ng th¸i. 2. M· ho¸ V, R, S, Y, Q. 3. X¸c ®Þnh hÖ ph−¬ng tr×nh tÝn hiÖu ra Y = f(X,Q) 4. X¸c ®Þnh hÖ ph−¬ng tr×nh hµm kÝch cho c¸c FF. X = f(V,Q). Dùa vµo b¶ng hµm kÝch thÝch, x©y dùng ®−îc thuËt to¸n x¸c ®Þnh ph−¬ng tr×nh ®Çu vµo kÝch cho c¸c FF. Quy −íc cung biÓu diÔn sù thay ®æi Qi Q’i nh− sau: 0 0 lµ cung lo¹i 0. 1 1 lµ cung lo¹i 1. 0 1 lµ cung lo¹i 2. 1 0 : cung lo¹i 3. a. Víi FF D. Do Di = Q’i = tuyÓn c¸c cung ®i tíi ®Ønh cã Qi=1 = ∑ (1+2) b. Víi FF T: 98
BomonKTDT-§HGTVT Ti = ∑ c¸c cung cã Qi thay ®æi = ∑ (2+3) c. Lo¹i FF JK. + Gäi Ton lµ ∑c¸c cung mµ Qi bËt = ∑(2) Sau ®ã thùc hiÖn tèi thiÓu ho¸ NÕu ph−¬ng tr×nh cña Ton cßn Qi , tøc lµ cã d¹ng: Ton = T *. Qi th× J = T*. NÕu ph−¬ng tr×nh cña Ton kh«ng cßn Qi th× : J=Ton. + Gäi Toff = ∑cung mµ Qi t¾t = ∑(3); Sau ®ã thùc hiÖn tèi thiÓu ho¸. NÕu ph−¬ng tr×nh cña Toff cßn Qi tøc cã d¹ng: Toff= (T**).Qi. th× K= T**. NÕu ph−¬ng tr×nh cña Toff kh«ng cßn Qi th× K= Toff. d. Lo¹i FF RS. S = Ton + [cung lo¹i (1)]. R = Toff + [cung lo¹i (0)]. Chó ý : cung lo¹i (1) vµ cung lo¹i (0) trong dÊu [ ] ®−îc lÊy gi¸ trÞ kh«ng x¸c ®Þnh ; Nh÷ng gi¸ trÞ nµy cïng víi nh÷ng tr¹ng th¸i kh«ng sö dông ®−îc dïng ®Ó tèi thiÓu ho¸. 5. VÏ s¬ ®å m¹ch. Chó ý: Ngoµi ra cßn cã thÓ thiÕt kÕ m¹ch d∙y tõ L−u ®å ThuËt to¸n, b»ng c¸ch chuyÓn vÒ §å h×nh Mealy huÆc §å h×nh Moore 99