Lý thuyết và ứng dụng Kỹ thuật số: Phần 2

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Nối tiếp nội dung phần 1 tài liệu Kỹ thuật số - Lý thuyết và ứng dụng, phần 2 giới thiệu tới người đọc các kiến thức: Bộ di chuyển, bộ đếm, các bộ chuyển đổi A/D và D/A, một số ứng dụng kỹ thuật Digital. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

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Nội dung Text: Lý thuyết và ứng dụng Kỹ thuật số: Phần 2

CHUONG 7 BO GHI CHUYEN ■ Hoc xong chuong nay hoc vien co kha nang: □ Hieu duoc cac nguyen ly cau tao va hoat dong cua cac loai bo ghi chuyen. □ Xay dung duoc cac loai bo ghi chuyen. □ Ap dung cac loai bo ghi chuyen trong cac mach thuc te. TONG QUAN Bo ghi chuyen la mot nhom cac flip flop du’Oc dung de luu trCr so nhi phan. Phai can co mot flip flop cho m6i bit cua so nhi phan. Vi du, mot bo ghi dung de lifu trir 8 bit nhi phan can phai co 8 flip flop. Cac flip flop du’Oc noi vdi nhau sao cho so nhi phan co the di vao bo ghi chuyen va co the chuyen du’Oc cac bit ra ngoai flip flop cuoi cung. Mot nhom cac flip flop thu’c hien chirc nang do du’Oc goi la bo ghi chuyen. Cac bit cua so nhj phan co the dich chuyen tir vi tri nay sang vi tri khac trong bo ghi chuyen theo mot hirdng hoac theo ca hai hirdng. Co hai cach dira so lieu vao bo ghi chuyen la so lieu vao noi tiep hoac so lieu vao song song. Tirong tir, cung co hai cach dira so lieu ra khoi bo ghi chuyen: so lieu ra noi tiep va so lieu ra song song. Tir do, co 4 loai cau true bo ghi chuyen co ban nhu” mo ta tren Hinh 7.1. 179
Ngo vao so lieu noi tiep Ngo vao so lieu Ngo ra so lieu ; ra so lieu a'. . .V noi tiep noi tiep song song a)l3p ghi chuyen ra/vao noi tiep b) Bo ghi chuyen vao noi tiep/ra song song Ngo vao so lieu Ngo vao so lieu song song it. song song Ngo ra so lieu /^. . •ft noi tiep -------- ^ N«5 ra so lieu song song 7 K c) EJo ghi chuyen vao song song/ra noi tiep d) E3o ghi chuyen ra/vao song song Hinh 7.1: Cac loai bo ghi chuyen 7.1. BO GHI CHUYEN VAO NOI TIEP- RA NOI TIEP Cac flip flop JK hoac D du’Oc sir dung de tao nen cac bo ghi chuyen. De chuyen bit 0 vao flip flop thi J=0 va K=1 De chuyen bit 1 vao flip flop thi J=1 va K=0. Dieu quan trong la J va K phai du’Oc dieu khien de cung cap cho so lieu vao chuan xac. Cac mu’c logic cua J va K co the du’Oc thay doi trong khi xung nhip dang 0 mu’c H (hoac L), can nhd rang cac mu’c nay phai that on dinh tCr tri/dc khi cho den tan sau khi xung nhip chuyen trang thai. O day, ta dung flip flop JK Master-Slave tac dong khi xung nhip 6 sirdn xuong. Hinh 7.2 minh hoa hoat dong cua flip flop JK Master-Slave tirong Crng vdi sirdn xuong cua xung nhip. 180
Then gian •J Q 1 Ngo vao /{ i •A > Clock O — eo lieu — K Q J 1 Clock 0. (Xung nhip) 1• a) o 1- a o o o o b) Hinh 7.2 Trudc thdi diem a, Q=1. - Tai thdi diem a, Q Reset tro thanh mu’c 0 (so 0 du’Oc chuyen vao flip flop ). - Tai thdi diem b, Q khong thay doi, vi flip flop dang chi/a so 0 va so 0 khac du’Oc chuyen vao flip flop . - Tai thdi diem c, Q Set trd thanh mu’c 1 (so 1 du’Oc chuyen vao flip flop ). - Tai thdi diem d, so 0 khac du’Oc chuyen vao flip flop . Ta da dira 4 bit so lieu vao flip flop nay trong day thdi gian sau: bit 0 tai a, bit 0 khac tai b, bit 1 tai c va bit 0 tai d. Bay gid hay them 3 flip flop nira va du’Oc ket noi nhu1 Hinh 7.3, dong thdi Reset tat ca cac flip flop va dung cac tin hieu nhir tren dira vao flip flop . Tai thdi diem a: tat ca cac flip flop Reset, tat ca cac ngo vao J d mu’c 0, tat ca cac ngo vao K d mu’c 1. Khi Q4 Reset (so 0 d Q3 du’Oc chuyen vao Q4). Tirong tir, so 0 d Q 2 du’Oc dira vao Q3, so 0 d Q, du’Oc dira vao Q 2 va so 0 d ngo vao so lieu diroc dira vao Q v Cac ngo ra cua flip flop sau thdi diem a la 0 ^ 2 0 3 0 4 = 0000. Tai thdi diem b: tat ca cac flip flop deu chCra so 0. Nhir vay, so 0 0 Q 3 chuyen vao Q4, s o 0 d Q 2 chuyen vao Q3, sd 0 d Q, chuyen vao Q 2 va so 0 d ngo vao so lieu chuyen vao Qv Cac ngo ra sd lieu la: Q.,Q2Q3Q4 = 0000. Tai thdi diem c: cac flip flop van con chi/a cac so 0. Sd 0 d Q 3 chuyen den Q4, so 0 d Q 2 chuyen den Q3, sd 0 d Q, chuyen den Q 2 nhirng luc nay so 1 d ngo vao sd lieu chuyen vao Q,. Cac ngo ra sd lieu bay gid la 0 ^ 2 0 3 0 4 = 1000. Tai thdi diem d: so 0 d Q 3 chuyen den Q4, sd 0 d Q 2 chuyen den Q3, sd 1 d Q, chuyen den Q 2 (ngd vao J2 cua Q2 la sd 1 va ngd vao K2 la sd 0) va sd 0 d ngd vao sd lieu chuyen vao Q v Cac ngd ra cua flip flop la Q,Q 2Q 3Q 4 = 0100. 181
Ngo vao eo lieu Clock Thai gian l Clockk 0 J 1 So lieu J 0 vao 1 noi tiep K u Q1 1 0 1 W u 1 u 1 Q4 0 Hinh 7.3: Bo ghi chuyen 4 bit vao noi tiep Tom lai, ta da chuyen 4 bit so lieu theo kieu noi tiep vao cac flip flop . Tai thdi diem d, bon bit so lieu nay bieu thi so nhi phan 0100. Gia du rang ta bat dau chuyen so LSB trudc, nhu vay, LSB nam 6 Q4 con MSB nam 6 Q v Bon flip flop nay du’Oc coi nhu1mot bo ghi chuyen 4 bit. Day chi'nh la ky thuat thudng dung de tao nen bo ghi chuyen ngo vao noi tiep. Mach dien Hinh 7.3 yeu cau co hai tin hieu vao J va K, ro rang la J = K (hoac K = J). Co the noi rang, J luon luon la phan bu cua K va ngupc lai. Neu ta ket noi mot cong Invecto giua J va K trong flip flop Q v6i ngo vao J, luc do, ta chi can mot ngo vao so lieu, chi can mot ngo vao J. Nhu vay, ta co the dung flip flop D nhu trong Hinh 7.4a de thuc hien dung yeu cau tren. Mot bo ghi chuyen ngo vao noi tiep 4 bit dupe tao bang flip flop D d Hinh 7.4b sir dung flip flop D lam bo ghi chuyen co Uu diem la chi can mot tin hieu vao va cach ket noi mach dupe don gian hon. Vi du: Ve cac dang xung de chuyen so 1010 ra khoi bo ghi chuyen nhu 6 Hinh 7.4d Ldi giai: Cac dang xung cua bo ghi chuyen dung nhu tren Hinh 7.4d. Dang xung ky hieu K dupe loai bo va dang xung J dupe ky hieu D. Ngo vao so lieu noi tiep duoc xep loai hoac la JK hoac la D tuy thuoc loai flip flop dupe sir dung. Bay gid hay xet so lieu chuyen ra ngoai bo ghi chuyen nhu the nao? 182
Hay xem xet bo ghi chuyen 0 Hinh 7.4. Gia du co so nhi phan 4 bit 0,020304 = 1010 du’Oc lull tri/ trong bo ghi chuyen. Neu tin hieu xung nhip co dang nhir 0 Hinh 7.4d, ta hay xem xet tai cac thdi diem a, b, c, d. - Trudc thdi diem a: bo ghi chuyen lull tru” so nhi phan 0,020304 = 1010. So LSB (so 0) xuat hien 0 0 4. - Tai thdi diem a: toan bo so nhi phan du’Oc di chuyen sang flip flop ben phai. So 0 du’Oc chuyen vao Q 3 va so LSB (so 0) du’Oc chuyen sang phai, ra khoi flip flop cuoi cung va bien mat. Bo ghi chuyen giufcac bit 0,620304 = 0101 va so LSB thCr hai (so 1) xuat hien tai Q4. - Tai thdi diem b: tat ca cac bit du’Oc chuyen sang flip flop ben phai, so 0 du’Oc chuyen vao Q, va so LSB thir 3 xuat hien tai Q4. Bo ghi chuyen giCr cac bit 0,020 304 =0010. - Tai thdi diem c: tat ca cac bit du’Oc chuyen sang flip flop ben phai, so 0 du’Oc chuyen vao Q, va so LSB (so 1) xuat hien tai Q4. Bo ghi chuyen giuf cac bit 0,020304 = 0001. - Tai thdi diem d: so MSB du’Oc chuyen ra ngoai flip flop cuoi cung va bien mat, so 0 chuyen vao Q,. Bo ghi chuyen giu’ so Q,Q 2Q 3Q 4 = 0000. Nqo vao So lieu Clock Ngo vao eo lieu D 02 D 03 D 04 ----- > —C > Q2 03 04 Clock ----------------------1»------ c) Then' gi an Clock 1 O. 1■ Q1 0 1 02. 1 O. 0 1 03 1' 1 o 0 1 o 04 o- d) Hinh 7.4 183
Tom lai, so lieu du’Oc I lTu tru* trong bo ghi chuyen da du’Oc chuyen ra khoi bo ghi chuyen 6 flip flop cuoi cung Q4 dirdi dang noi tiep. Nhir vay, khong chi ngo vao la noi tiep ma ngo ra bo ghi chuyen cung la noi tiep. Oieu quan trong khi thirc hien la so nhi phan du’Oc liru trCr trong bo ghi chuyen du’Oc chuyen ra ngoai 0 dau cuoi ben phai bo ghi chuyen va bien mat sau 4 xung nhip. So do chan IC 54/74L91 du’Oc trinh bay tren Hinh 7.5. IC nay la bo ghi chuyen 8 bit ho TTL MSI. IC co 8 flip flop RS ket noi theo kieu noi tiep ngo vao va noi tiep ngo ra. Flip flop hoat dong Crng v6i sirdn am cua xung nhip. Tuy nhien, vi dung mach dao trirdc cac flip flop nen so lieu du’Oc di chuyen tirong Crng vdi sirdn dirong cua xung nhip. Cac flip flop RS du’Oc noi hoan toan giong flip flop JK nhir tren Hinh 7.3. Mach dao du’Oc noi giufa R va S 6 flip flop dau, co nghTa la mach hoat dong nhir flip flop D. Vi vay, ngo vao bo ghi chuyen co mot dirong duy nhat de chuyen so lieu vao bo ghi chuyen theo kieu noi tiep. Ngo vao so lieu du’Oc dira vao hoac chan 12 (A) hoac chan 11 (B). Chu y rang mu’c so lieu A (hoac B) du’Oc dao bang cong NAND de dira vao ngo vao R cua flip flop dau tien, mCrc tin hieu sau khi ra khoi cong NAND lai du’Oc cong dao thirc hien dao mot Ian nu’a de den ngo vao S. Do do, so 1 Set flip flop dau, noi cach khac, so 1 du’Oc dira vao flip flop dau tien khi sirdn dirong cua xung nhip xuat hien. 14 13 12 11 10 .9 8 Q A B GND a CLK IC 54/74L91 Vcc 1 2 3 4 5 6 7 | 5 a do chan IC 54/74L91: Bo ghi chuyen 8 bit ngo vao noi tiep. ngo ra noi tiep 5 Q s c S Q s Q S Q S Q S Q B i— O rC> r-C> - -d> > > R Q R Q R Q R a R Q R Q Clock b) So do logic Hinh 7.5 Neu co 2 tin hieu vao bo ghi chuyen, ta dira vao cong NAND (chan 11 va 12), neu chi cd mot tin hieu, ta cd the noi hai chan A va B lai vdi nhau de d in tin hieu vao. 184
O' I So lieu (DATA —q> R Clock- a) Cac mile logic diroc chf dan bang cac mui ten b) Cac mtic logic duoc ch’ dan bang cac mui ten se set Flip Flop se reset Flip Flop Hinh 7.6: Vi du: Kiem tra xem cac mu’c logic dira den ngo vao cua bo ghi chuyen dung IC 54/74L91 nhu1the nao? Cac bit 1 va 0 du’Oc dira vao bo ghi chuyen ra sao? Ldi giai: Ngo vao logic va flip flop dau tien du’Oc ve 0 Hinh 7.6a, so lieu 1 du’Oc dira vao ngo vao chan A. Ngo vao R co mu’c 0, ngo vao S co mu’c 1. Vi flip flop du’Oc Set khi sirdn dirong cua CLK xuat hien, so lieu 1 du’Oc dira vao flip flop. 6 Hinh 7.6b so lieu 0 du’Oc dira vao chan A. Ngd vao R cd mu’c 1, ngd vao S cd mire 0. Flip flop du’Oc Reset khi sirdn dirong xung nhip CLK xuat hien. Nhir vay, so lieu 0 du'Oc dira vao bo ghi chuyen. 7.2. BO GHI CHUYEN VAO NOI TIEP-RA 30N G SONG Bo ghi chuyen vao noi tiep-ra song song cd so lieu du’Oc dira vao noi tiep nhirng cac so lieu du’Oc dira ra song song, cac sd lieu xuat hien d ngd ra cung mot luc. Thirc hien dieu nay bang cach noi ngd ra cua mdi flip flop den mot chan ra cua IC. Hinh 7.7b la so do chan IC 54/74164. Bo ghi chuyen 8 bit cd 8 ngd ra, mdi ngd ra la mot flip flop trong bo ghi chuyen. Mach logic cua loai bo ghi chuyen nay du’Oc gidi thieu d Hinh 7.7a. IC 54/74164 cd ngd vao noi tiep, ngd ra song song, dung flip flop RS. Flip flop cd hoat dong khi sirdn am cua CLK xuat hien. Chan 9 lam nhiem vu xoa (Clear). Khi mu’c L den ngd vao cua Clear (chan 9) qua bo khuech dai se Reset tat ca cac flip flop . Ngd ra cua bo ghi chuyen giCr d mu’c 0 suot thdi gian Clear. Chan 1 va chan 2 la ngd vao so lieu A va B. Gia du sd lieu vao noi tiep du’Oc noi vdi A, chan B cd the dirpc dung lam day kiem tra. 185
CLEAR CLOCK. -^ o > •— » n A. A. _d. A- i a R QF - _ K P R QO R X QA QB QC QD K QE B- H > K) > - > -o> •— 0(> k > > S OB 5 QE a) So do logic ■s QA QA T QB 5 QC- QC 6 QD QD QE S QF T QF S QO T QO 5 QH n QH Cac ngo ra song song Ngo ra so lieu Vcc | QH QO QF QE 1 CLR CLK 14 13 12 11 10 I » I b) S o do chan IC54/74164 QB QC QP TU | GND Ngo vao Ngo ra so lieu a' |. a eo lieu Hinh 7.7 Hoat dong cua B nhir sau: - Khi B 6 mu’c H: cong NAND hoat dong va so lieu ngo vao noi tiep qua cong NAND va cong Invecto. So lieu vao du’Oc chuyen noi tiep vao bo ghi chuyen. - Khi B d mu'c L: ngo ra cong NAND 6 mu’c H, qua cong Invecto, tin hieu 6 mu’c L, dong so lieu bi can lai va khi xuat hien sirdn di/ong xung nhip, so 0 du’Oc dira vao bo ghi chuyen. Sau 8 xung nhip, bo ghi chuyen chCra day so 0. - Cung nhu1IC 54/7491, neu chi can mot dirong tin hieu, co the noi hai chan A va B lai vdi nhau va dira so lieu vao hai chan do. 7.3. BO GHI CHUYEN VAO SONG SONG-RA NOI TIEP Ta can nghien ciru bo ghi chuyen vao song song-ra noi tiep co s in tren thi trirdng, do la IC 54/74166, bo ghi chuyen 8 bit va ta tap trung nghien cull mot trong 8 mach flip flop trong IC de hieu ro nguyen ly hoat dong cua bo ghi chuyen nay. So do chan cua IC 54/74166 du’Oc trinh bay tren Hinh 7.8a. Day la bo ghi chuyen 8 bit. So lieu vao co the hoac song song hoac noi tiep, so lieu ra noi tiep. IC nay co 8 flip flop RS. Hay phan ti'ch mot trong cac mach flip flop nay, sau do, them vao cac khoi logic. 186
a) So do chan b) Mach logic Hinh 7.8: IC 54/74166 Nhan thay rang flip flop RS chuan hoa theo thdi gian co mach dao ngo vao chinh la flip flop D. Neu mot bit so lieu x du’Oc xung nhip chuyen vao flip flop thi phan bu cua x phai du’Oc dira vao ngo vao so lieu. Vi du: neu x = 0, thi R = 0 va S = 1 va so 1 du’Oc xung nhjp chuyen vao flip flop khi xung nhip xuat hien. Bay gid them cong NOR (Hinh 7.9b). Neu mot chan cua cong NOR 6 mu’c 0, mot bit so lieu x du’Oc dira vao chan con lai, gia tri x du’Oc cong NOR dao. Vi du: neulc = 1 , 6 cong NOR ngo ra co x = 0, nhir vay, so 1 du’Oc dira vao flip flop khi xung nhip xuat hien. Cong NOR hay du’Oc dung de dira so lieu tir hai nguon so lieu khac nhau, hoac x, hoac x2. Khi cho x2 tiep dat thi so lieu x, du’Oc chuyen vao flip flop, ngirpc lai, neu x, tiep dat thi x2 chuyen vao flip flop. Viec dira them 2 cong AND va 2 cong dao nhir trong Hinh 7.9c du’Oc phep lira chon so lieu x, hoac so lieu x2. Neu day dieu khien 6 mu’c 1, cong AND tren hoat dong, cong AND duoi ngirng hoat dong. Nhir vay, x, se xuat hien 6 chan tren 187
cua cong NOR trong khi chan du”6i cua cong NOR co mu'c L. Mat khac, khi day dieu khien 6 mu’c L, cong AND tren ngirng hoat dong, trong khi cong AND dirdi hoat dong. Dieu do cho phep x2 xuat hien d chan dirdi cua cong NOR trong khi chan tren cua cong NOR co mu’c L. Tom lai, day dieu khien d mu’c H: bit so lieu d x1 du’Oc chuyen vao flip flop 6 xung nhip ngay sau khi x1 xuat hien; day dieu khien d mu’c L: bit so lieu 6 x2 di/pc chuyen vao flip flop 6 xung nhip ngay sau khi x2 xuat hien. Vi du: Cho mach nhu" 0 Hinh 7.9c, hay viet cac mu’c logic co mat d chan moi cong neu day dieu khien co mu’c 1, x, = 1 va x2 = 1. Ldi giai: Cac mu’c logic du’Oc ghi d cac chan cua mdi cong logic tren Hinh 7.9d. Gia tri so lieu 1 d x, du’Oc chuyen vao flip flop khi xung nhip xuat hien. Khi xem xet can than thay 8 mach cho tren Hinh 7.9a ghep lai vdi nhau tao thanh bo ghi chuyen 54/74166 cho tren Hinh 7.8b. Chung dirpc ket noi de co hai cach hoat dong khac nhau: - So lieu di/a vao song song. - Khai thac so lieu di chuyen noi tiep qua bo ghi chuyen tir flip flop QA dau tien den flip flop QH cuoi cung. Neu ngo vao so lieu ky hieu la x2 trong Hinh 7.9c du’Oc mang den cho tirng flip flop, 8 ngo vao so lieu nay ddng vai trd cac ngd di/a so lieu vao song song cho mot so 8 bit ABCDEFGH. Tam ngd vao nay du’Oc ghi nhan la A, B, C, D, E, F, G, H nhi/trong Hinh 7.8. Day kiem tra cd ten Shift/Load. - Khi duy tri day dieu khien (Shift/Load) nay d mu’c L, cong AND di/di se hoat dong cho moi flip flop va so 8 bit nay se du’Oc nap vao cac flip flop bang mot xung nhip, mach tren la bo ghi chuyen cd ngd vao song song. - Khi duy tri day dieu khien (Shift/Load) d mu’c H, cong AND tren se hoat dong cho moi flip flop, mdi xung nhip xuat hien se chuyen mot bit so lieu tCr mot flip flop vao flip flop lien sau, tien hanh theo hirdng tir QA den QH. Noi cach khac, so lieu se du’Oc dich chuyen noi tiep qua bo ghi chuyen. O mach flip flop dau tien trong bo ghi chuyen, ngd vao cong AND tren cd ten la Serial Input (ngd vao noi tiep). Nhir vay, so lieu cGng cd the nap vao bo ghi chuyen theo kieu noi tiep. Tom lai, khi Shift/Load d mu’c L: mot xung nhip nap 8 bit so lieu ABCDEFGH vao bo ghi chuyen theo kieu song song. Khi Shift/Load d mu’c H: cac xung nhip se chuyen so lieu qua bo ghi chuyen theo kieu noi tiep. Can chu y rang xung nhip du’Oc nap vao bang cong NOR hai ngd vao. Khi Clock Inhibit d mu’c L, tin hieu xung nhip qua cong NOR dirpc dao lai va bo ghi chuyen dirpc dap Crng theo sirdn xung dirong. Khi Clock Inhibit d mu’c H, ngd ra co’ng NOR d mu’c L, xung nhip khong tdi dirpc cac flip flop. Luc nay, bo ghi chuyen lull giCr noi dung trong bo ghi chuyen. 188
Mu’c L d ngo vao Clear co the du’Oc nap vao tai thdi diem bat ky, khong can quan tam den thdi diem xung nhip xuat hien va se reset ngay lap tCrc toan bo flip flop tro ve trang thai "0". Khi khong dung tdi chan Clear, no phai luon luon du’Oc duy tri 0 mu’c H. 7.4. BO GHI CHUYEN VAO SONG SONG-RA SONG SONG De dap ting yeu cau co bo ghi chuyen vao song song-ra song song ta co the thu’c hien mot cach don gian bang cach them vao dirong ra cho moi flip flop 0 IC 54/74166 da de cap tren day. IC 54/74198 la loai IC TTL-MSI 8 bit co kha nang cho tin hieu vao song song va cho tin hieu ra song song. IC co 24 chan, chCrc nang cua cac chan du’Oc ghi trong Hinh 7.10. Ngoai chut nang cho tin hieu vao song song va lay tin hieu ra song song, bo ghi chuyen nay con co the chuyen so lieu tir trai qua phai va ngirpc lai. Ta hay nghien cuu cach chuyen sang trai cac so lieu trong bo ghi chuyen. IC 54/7495A la bo ghi chuyen 4 bit, ngo vao song song, ngo ra song song. IC nay cung co ngo vao noi tiep, co the dung IC nay chuyen so lieu tir trai sang phai (tir Qa sang QB) va theo hirdng ngirpc lai, chuyen tir phai sang trai. So do chan IC va do thi logic cho tren Hinh 7.11. Cac flip flop va logic dieu khien du’Oc dung 6 IC nay hoan toan phu hpp vdi flip flop va logic dieu khien cua IC 54/74164 nhu1da trinh bay 0 Hinh 7.9c. Cac ngo ra song song la QA, QB, Qc, QDcua 4 flip flop trong bo ghi chuyen. Khi chan Mode Control (kieu dieu khien) 6 mu’c H, cong AND d ngo vao ben phai cua moi cong NOR hoat dong, con cong AND ben trai ngirng hoat dong. Cac so lieu 6 chan A, B, C va D du’Oc nap vao bo ghi chuyen moi khi sirdn am cua xung nhip xuat hien. Nhir vay la ngo vao so lieu song song. Khi chan Mode Control (kieu dieu khien) d mu’c L, cong AND 6 ngo vao ben trai cua cong NOR hoat dong, con cong AND ben phai cua cong NOR ngirng hoat dong. Ngo vao so lieu doi vdi flip flop QA bay gid la ngo vao noi tiep. Ngo vao so lieu cua flip flop QB lay tir QA va cis nhir the tiep tuc cho den flip flop Q0. 6 moi sirdn am sung nhip xuat hien mot bit so lieu du’Oc dira noi tiep nhau vao bo ghi chuyen ma flip flop QA la flip flop dau tien. Moi bit so lieu luu trCr du’Oc dich sang flip flop lien ke ben phai, cho den flip flop cuoi cung QD Bo ghi chuyen hoat dong nhir vay la dich chuyen so lieu tCr trai sang phai va co ngo vao so lieu noi tiep. De co bo ghi chuyen hoat dong dich sang trai, ngo vao so lieu phai du’Oc ket noi vdi ngo vao so lieu D (Data Input) nhir tren Hinh 7.12, dong thdi ket noi QD vdi C, Qc vdi B va QB vdi A, nhir chi ra tren Hinh 7.12. Sau khi ket noi nhir vay, khi Mode Control (kieu dieu khien) 6 mu’c H, mot bit so lieu di/pc dira vao flip flop Q va moi bit so lieu luu truf se du’Oc chuyen sang mot flip flop lien ke ben trai moi khi sirdn am xung nhip xuat hien. Bo ghi chuyen nhir vay la hoat dong dich trai va co vao so lieu noi tiep 6 ngo vao D. 189
Co hai ngo vao xung nhip: Clock 1 va Clock 2, phu hpp vdi yeu cau can phan biet xung nhip dung de dich sang phai vdi xung nhip dung de dich sang trai. Neu khong can tach xung nhip dich sang phai va xung nhip dich sang trai co the ket noi Clock 1 va Clock 2 lai v6i nhau. 00 56 lieu vao S Q 00 "J5T > x2___ *Z____ 0 °*— 5 Q w > -c> — 0 R Clock- Clock a) Flip Flop D b) Bo sung them cong NOR —•£>>•7 Day 3ieu khien c) Bo sung day dieu khien Clock d) Vi du 5 clock_________________ Hinh 7.9 Ngo vao noi tiep dich trai Vcc 51 Input H QH Input G QG Input F QF Input E QE Clear 24 23 22 51 L H QH G QG F QF E QE SO IC 54/74193 Clear ; /V QA B QB : QC QD CLK LiJ lAj L±J UJ L®J CD [jEI [a] IioI l l DU 50 1 Input A QA Input B QB Input C QC Input D QD Clock GND Ngo vao A'. . •a ' noi tiep dich phai Hinh 7.10 190
7.5. BO OEM VONG Cac bo ghi chuyen da trinh bay 0 phan tri/6c phai co mach bo trp de dieu khien ngo vao D cua flip flop D (hoac cac ngo vao RS, cac ngo vao JK) de dam bao thao tac chuan xac khi dich chuyen. Mach logic tao nen cac dang xung dieu khien du’Oc lay tir phan dieu khien cua he thong. Phan dieu khien la nguon cung cap xung nhip va cac tin hieu dieu khien khac rat quan trong. Mach phan hoi co the di/a vao mach ghi chuyen co ban. O u t o u li C'oc*. 2 — > C I
Hay bat dau tCr bo ghi chuyen noi tiep nhir IC 54/74164. Mot trong nhCrng ap dung logic la ket noi ngo ra cua flip flop cuoi cung QH quay tro lai ngo vao D cua flip flop A dau tien (Hinh 7.13a). Chu y rang cac ngo vao so lieu dirpc ket noi vdi nhau. Gia du, tat ca cac flip flop deu du’Oc Reset va xung nhip hoat dong. Oieu gi se xay ra? Cau tra Idi se la: khong cd gi xay ra vi ngo vao D cua flip flop dau tien (ngo vao cua A va B) dang 6 mu’c 0. Do do, moi khi xung nhip len mu'c 1, so 0 cl moi flip flop se du’Oc dich sang flip flop ben canh trong khi so 0 d flip flop cuoi cung H theo mach phan hoi chuyen dich trd lai mach flip flop A dau tien. Noi cach khac, tat ca cac flip flop dang d trang thai Reset, mdi mot xung nhip lai Reset cac flip flop mot Ian nu’a va moi ngd ra flip flop duy tri mu’c 0. Hay xem bo ghi nhir mot ong dirng day so 0 (giong nhirbong ping-pong trong ong), no dich vong quanh trong bo ghi chuyen va dich dan sang flip flop ben moi khi xung nhip xuat hien. Gia du rang, Qa d mu’c 1, con tat ca cac flip flop khac d mu’c 0, va xung nhip hoat dong. Chinh d thdi gian dau khi xung nhip len mu’c 1, so 1 d A se dich chuyen sang B va A du'Oc Reset vi so 0 d H se dich chuyen vao A. Tat ca cac flip flop khac van duy tri mu’c 0. Xung nhip thir hai se dich chuyen tir C sang D, v.v... Nhir vay, so 1 nay se dich chuyen tCr flip flop nay sang Flip flop lien ben moi khi cd xung nhip tac dong (chuyen tir 0 len 1). Khi so 1 den flip flop H, xung nhip tiep theo se chuyen so 1 vao flip flop A theo day phan hoi. Mot Ian nCra, lai coi bo ghi nhu" ong dirng day bong ping-pong, cd 7 qua trang (so 0) va mot qua den (sd 1) chuyen dong tuan hoan vong quanh bo ghi chuyen theo chieu kim dong ho, chuyen sang flip flop lien ke ben moi khi cd xung nhip xuat hien. Dang xung cua bo dem vong cho tren Hinh 7.13b. S e ria l d a ta in p u t Hinh 7.12: Day ket noi cua IC 54/7495A de thirc hien chuyen dich trai 192
cioc* °- j 1____________________ i i____________________ r °> 1 1— |_________________ L_J— 1__________________ ! 1— 1 : j— i l— 1 ; i i _J ! ■-------- - ----- - b | C.>c d in q it iin q k h i b o q Jvi c h u y e n c « n v l m u c 1 v.» u a y m in 0 Hinh 7.13: Bo dem vona Dang xung cua bo dem vong thirdng du’Oc dung de dieu khien he thong digital. Bo dem vong du’Oc dung de dieu khien cac bien co phai xay ra theo mot trinh tir thdi gian nghiem ngat, vi du, bien co A xay ra, tiep den la bien co B, roi den bien co C v.v... So do logic 6 Hinh 7.14 chi ra cach tao ra Reset, Read, Bu va Write dung lam cac xung dieu khien, cac xung do xuat hien tuan tii, xung no sau xung kia. Cac tin hieu dieu khien nay xuat hien 6 cac ngo ra cua cac flip flop A. B, D va du’Oc chi ra tren Hinh 7.13. k ESE t ~ CONTROL LOGIC tin nieu (LOGIC D\e\J KHIeN) COMPLEMENT WRITE ra (QD) COMPLEMENT ni i (QE) WRITE 1 1 _n_ Hinh 7.14 1cn
Tuy vay, bo dem vong cung con nhieu van de can giai quyet. Oe tao ra cac dang xung nhuf tren Hinh 7.13, bo dem can co mot va chi co mot so 1 duy nhat. Thdi co de co xung nay khi bat dau dong nguon vao he thong rat hiem hoi. Neu tat ca cac flip flop deu Reset khi dong nguon thi bo dem vong khong lam viec nhi/ chung ta thay trirdc day. Mat khac, neu mot vai flip flop 6 trang thai Set khi dong nguon, chuoi cac dang xung phoi hop la ket qua cua cac flip flop du’Oc Set. Do do can Preset bo dem de co cac trang thai mong muon trudc khi sir dung chung. Ta hay xem xet mot phi/ong phap de xoa flip flop, di/a chung ve mu’c 0 va xac lap mot mu’c 1 duy nhat. Vi du, bo ghi chuyen dung IC 54/74164, 8 bit co chan Clear. Hay chi ra phi/ong phap xac lap mu’c 1 va duy tri cac mu’c 0. Nhu” Hinh 7.15a chi ra phi/ong phap don gian :"Reset khi dong mach". Phirong phap nay du’Oc sir dung rong rai de tao ra mot xung am co do rong nho khi dong mach nguon cung cap. Tri/dc khi dira nguon cung cap vao bo ghi chuyen, dien ap tren tu bang 0 khi di/a dien ap nguon vao tu, tu du’Oc nap len den dien ap +Vcc vdi hang so thdi gian RC va duy tri mu’c dien ap + Vcc trong suot thdi gian duy tri dien ap nguon. Dang xung du’Oc chi ra tren Hinh 7.15a. Neu diem A du’Oc noi vdi ngo vao Clear cua IC 54/74164, tat ca cac flip flop se tir dong du’Oc Reset ve 0 khi dien ap + Vcc du’Oc dira vao mach IC. Mach logic bo sung vao di/dng phan hoi nhi/ ve 6 Hinh 7.15b se tao ra mu’c 1 duy nhat de Set bo ghi. Ta xem mach hoat dong nhir the nao? ^ rr i cc T o C le a r (O en m a c h x o a ) P o w e r on (D o n g m a c h n g u o n ) Hinh 7.15a: Mach Reset khi dong nguon 1. Xung :"dong mach nguon Reset" du’Oc dao va de Set ban dau cho flip flop X. mCrc 1 nay du’Oc dira vao cong OR de ngo ra cong OR co mu’c 1. Khi xung nhip dau tien den no se chuyen dich mu’c 1 nay vao QA. 2. Khi Qa len mu’c 1, no se Reset flip flop X. Tai thdi diem nay QA co mi/c 1, cac Qb, Q c .... Q h co mu’c 0. X se duy tri mu’c 0 khi nao con nguon di/a vao flip flop X. So lieu ti/ 0 H se di/a qua cong OR tri/c tiep di/a den ngo vao so lieu AB. Mu’c 1 duy nhat va bay mu'c 0 se dich chuyen vong quanh bo ghi chuyen, dich ti/ flip flop nay sang flip flop lien ben, roi lai tii flip flop QH chuyen len flip flop QA moi khi xung nhip xuat hien. 194
(Xung nhip) A\ i< 11 .: .: i; i1 •■ i' Pang xung dieu khien can co ________ Hinh 7.16 Vi bo dem vong d Hinh 7.13 co the hoat dong vdi nhieu mu’c 1. Vi du, no co the du’Oc dung de tao ra dang xung dieu khien phirc hpp. Gia du, can co dang xung dieu khien nhir ve tren Hinh 7.16. Dang xung nay co the de dang du’Oc tao nen bang cach Preset bo dem 6 Hinh 7.13 v6i mu’c 1 o A va C con cac flip flop khac du’Oc Reset. Oieu quan trong la dam bao cac mu’c 1 nay cach nhau mot flip flop ./. 195
CAU HOI VA BAI TAP 7.1. Xac dinh so flip flop can thiet de xay diing bo ghi chuyen co kha nang lull tru” du’Oc: a) So nhi phan 6 bit, b) Cac so thap phan len den 32, c) Cac so thap luc phan len den F. 7.2. Mot bo ghi dich co 8 flip flop. So nhi phan co do I6n bao nhieu co the liru trir vao bo ghi chuyen nay? 7.3. Ke ten 4 loai bo chuyen va ve so do khoi cho moi loai. 7.4. Ve dang xung dich chuyen so nhi phan 1010 vao trong bo ghi chuyen nhir ve tren Hinh 7.3. 7.5. Ve dang xung dich chuyen so nhi phan 1001 vao trong bo ghi chuyen nhir ve tren Hinh 7.4. 7.6. Bo ghi chuyen ve tren Hinh 7.3 Iiru tru1so nhi phan 0100. Ve dang xung doi vdi chuyen tiep 4 xung nhip, gia du rang ca J va K deu 6 mu’c L. 7.7*. Can bao lau de chuyen so nhi phan 8 bit vao trong IC 54/74164 nhirve tren Hinh 7.7. Neu xung nhip co tan so: a) 1 MHz, b) 5 MHz. 7.8*.. Tren co so bai tap so 7.5. tan so xung nhip ci/c dai la bao nhieu neu thdi gian truyen dan so lieu la 30 ns? 7.9*. Doi vdi mach tren Hinh 7.9 viet mu’c logic tren moi chan cua cong, cho biet: a) Day dieu khien CONTROL = 1, X, = 0, X2 = 1, b) Day dieu khien CONTROL = 0, = 0, X2 = 1. 7.10*. Ve tat ca cac dang xung ngo vao va ngo ra doi vdi IC 54/74166 nhi/ tren Hinh 7. 8 gia du rang so thap phan 190 du’Oc chuyen dich vao bo ghi chuyen theo kieu: a) song song, b) noi tiep. 7.11*. Ve cac dang xung can dira vao va dich chuyen sang trai mot bit don 1 thong qua bo ghi chuyen tren Hinh 7.12. 7.12. Cd mach nhu' tren Hinh 7.12, giai thi'ch hoat dong cua mach khi dich chuyen cac bit tir phai sang trai. 196
7.13*. Bo ghi chuyen Hinh 7.13 co the de dang xoa tat ca cac bit 0 bang cach dung ngo vao Clear. Hay xem xet neu muon thiet ke mach logic de xac lap bo ghi chuyen vdi sir chuyen doi cac bit 1 va bit 0. 7.14. Giai thi'ch hoat dong cua IC 4017. SCr dung IC nay de xay dirng mach nhay dudi. 7.15. Xay dirng mach tao tre 8 |ns bang cach sir dung bo ghi chuyen. Giai thi'ch hoat dong cua mach. Muon tang thdi gian tre len gap ddi (16 |is) thi can tien hanh ra sao? 7.16. Sir khac nhau co ban giCra mach logic to hop va mach logic tuan tir la gi? 7.17. Phan biet cac tir viet tat dirdi day thirdng du’Oc sir dung trong cac ky hieu logic cua flip flop truyen thong: a) CLK b) CLR c) D d) R e) S 7.18. Khi mot flip flop du’Oc dung de duy tri tam thdi so lieu thirdng du’Oc goi bang tir nao? 7.19. Mot flip flop du’Oc kich hoat bang sirdn am xung nhip. Hoi flip flop thay doi trang thai khi xung nhip chuyen tir mu’c nao den mu’c nao? 7.20*. Be chuyen do?i flip flop D thanh flip flop JK, ta phai bo? sung mach logic de flip flop duy tri trang thai hien tai khi cac ngd vao J = K = 0 va flip flop chuyen trang thai doi lap khi J = K = 1. Hay ve mach logic. 197
CHUONG 8 BO DEM Hoc xong chuong nay hoc vien co kha nang: □ Hieu duoc nguyen ly cau tao va hoat dong cua cac loai bo dem va cac kieu dem. □ Phan tich duoc cac dang xung cua cac loai bo dem □ Ve du'Oc cac dang xung khi cho biet so do nguyen ly cua cac loai bo dem. □ Xay dung duoc cac loai bo dem va cac kieu dem. □ Ap dung cac cach xay dung cac loai bo dem va cac kieu dem vao cac Ung dung thuc te. TONG QUAN Trong he thong digital, bo dem la bo kien du’Oc su” dung nhieu va rat linh hoat. Xung nhip dieu khien bo dem, nen co the dung bo dem de dem so chu ky xung nhip. Vi da biet chu ky xung nhip nen bo dem du’Oc dung lam cong cu do thdi gian, chu ky hoac tan so. Cd hai loai bo dem co ban la bo dem dong bo va bo dem khong dong bo. Bo dem kieu song Ian truyen cd hoat dong va cau tao don gian, it linh kien nhirng han che ve toe do dem. Mdi flip flop do flip flop phi'a trirdc lam cho thay doi trang thai, do vay, tre truyen dan bi don ti'ch lai. Bo dem nhir vay du’Oc goi la bo dem noi tiep hoac bo dem khong dong bo. Bo dem song song hoac bo dem dong bo cd toe do hoat dong nhanh. 6 day, xung nhip lam cho cac flip flop dong thdi thay doi trang thai. Tre truyen dan cua bo dem bang tre truyen dan cua mot flip flop. Bo dem loai nay cd toe do truyen d in nhanh, nhirng lai ddi hoi nhieu linh kien. Cac bo dem noi tiep va song song du’Oc dung phoi hop de dung hoa giCra toe do hoat dong va phan cirng. Cd bo dem thirc hien dem tien, cd bo dem thirc hien dem lui. Bo dem cd the xoa de mdi flip flop deu chCra so 0 hoac dat trirdc so lieu ngd vao de cho moi flip flop chCra mot bit du’Oc dir kien trirdc. 198