Mạch đếm (điện tử số)

Sơ đồ logic của mạch đếm modun 16 theo kiểu đếm song song có đầu vào điều khiến “counT” được trình bày dưới đây.. Các mạch đếm khác a Mạch đếm với modun tuỳ ý: Modun của một mạch đếm là

Trang 1

nối tiếp cũng còn được gọi là mạch đếm “không đồng bộ” (Asynchronous)

Dưới dây là sơ đồ logic của mạch đếm modun 16 theo kiểu nối tiếp có điều khiển bằng đầu vào “counT”

Sau khi xoá mạch đếm bằng xung xoá CLR ta có :

Q = QD QC QB QA = 0 0 0 0

Đặt “counT” = 1 , mạch đếm bắt đầu hoạt động theo xung nhịp tác dụng Giản đồ thời gian được mô tả trên hình sau Sau Ck1 mạch đếm 0001 đến CK15 mạch đếm 1111, CK16 trở lại 0000 Như vậy mạch đếm có 4 trigơ đếm từ 0 15 gọi là đếm modun 16 Tổng quát nếu sơ đồ đếm có n trigơ sẽ đếm được modun 2n

Nhìn giản đồ xung ta cũng thấy mỗi trigơ chia tần số xung nhịp làm 2 Do đó,

4 trigơ sẽ chia tần số xung nhịp làm 24

= 16, n trigơ sẽ chia tần số xung nhịp theo

D

5V

S J CP K R Q _ Q

S J CP K R Q _ Q S

J CP K R Q _ Q

Trang 2

2 Mạch đếm song song

Trong mạch đếm song song, xung nhịp tác động đồng thời vào tất cả các trigơ

Mạch đếm song song cũng còn được gọi là mạch đếm “ đồng bộ” (Synchronous) Ta

biết rằng trong mạch đếm nối tiếp, xung nhịp Ck phải lần lượt qua từng trigơ một Nếu thời gian lan truyền của xung nhịp qua mỗi trigơ là tp (tp = 10 ns) thì tổng thời gian trễ qua n trigơ là n.tp Như vậy mạch đếm nối tiếp là chậm chạp không đáp ứng được trong một số mạch cần tác động nhanh

Sơ đồ logic của mạch đếm modun 16 theo kiểu đếm song song có đầu vào điều khiến “counT” được trình bày dưới đây

Khi “counT” = 0 , các trigơ J-K không thay đổi trạng thái

Khi “counT” = 1 , mạch đếm bắt đầu hoạt động theo xung nhịp Ck

Sau khi xoá mạch đếm bằng xung xoá CLR ta có :

Q = QD QC QB QA = 0 0 0 0 Việc phân tích mạch rất đơn giản vì theo tính chất của trigơ J-K thì chỉ khi nào J = K = 1 trigơ sẽ thay đổi trạng thái khi có sườn âm của xung nhịp tác dụng Mạch lần lượt đếm từ 0000 đến 1111 tức là từ 0 đến 15 (hệ thập phân)

ứng với sườn âm xung nhịp thứ 15, ta có :

Q = QD QC QB QA = 1 1 1 1 Bây giờ cả bốn trigơ đều có J = K = 1 và khi sườn âm xung nhịp CK thứ 16 tác động thì chúng chuyển trạng thái từ “1” về “0” Tăng thêm các trigơ và các cửa và ta có mạch đếm đồng bộ với chiều dài tuỳ ý Ưu việt của mạch đếm đồng

Trang 3

3 Các mạch đếm khác

a) Mạch đếm với modun tuỳ ý:

Modun của một mạch đếm là số trạng thái đầu ra của mạch đếm đó Mạch

đếm nối tiếp 4-bit nói trên có modun 16 vì rằng nó có 16 trạng thái phân biệt được

đánh số từ 0000 ữ 1111 Bằng cách thay đổi thiết kế mạch ta có thể xây dựng mạch đếm với modun theo ý muốn

Sơ đồ logic mạch đếm nối tiếp modun 6 xây dựng từ 3 trigơ J-K và một cửa không và và một cửa và

Mạch đếm bị xoá khi hoặc CLR = 0 hoặc Y = 0

Đầu tiên CLR = 0 , ta có Q = QC QB QA = 0 0 0

Khi CLR trở về “1” , mạch đếm bắt đầu hoạt động

Mạch đếm 3 bit bình thường đếm từ 000 ữ 111 , ta cần xoá bỏ 2 từ đếm cuối cùng 110 và 111 Với mạch đếm modun 6 ta phải xoá ngay từ đếm:

Q = QC QB QA = 1 1 0 Cửa không và với đầu ra Y = QC.QB = 1 1 = 0 đã thực hiện xoá mạch đếm để chu trình lặp lại từ đầu

"1"

QD QC

QB QA

Ck

Count

S J CP K R Q _ Q S

J CP K R Q _ Q S

J CP K R Q _ Q

Trang 4

Mạch đếm nối tiếp modun 10 có cách mắc tương tự Mạch đếm này có tên gọi

là Đề cát (decade)

Khi đếm xung thứ 9 , ta có Q = QD QC QB QA = 1 0 0 1 Ta cần “dập” từ đếm thứ 10 ( Q = QD QC QB QA = 1010) và cửa và với đầu ra Y=QD QB =0 đã thực hiện được việc xoá toàn mạch để chu trình lặp lại từ đầu

Lưu ý rằng không nhất thiết cứ phải dùng mạch đếm nối tiếp mới xây dựng

được mạch đếm với modun bất kỳ Sơ đồ logic dưới đây, với đường liên kết chọn thích hợp ta có được mạch đếm Đề cát Vi mạch 74LS90 là một mạch đếm Đề cát

được thiết kế theo nguyên tắc này

"1"

CLR

Count

QC QB

QA

Ck

S J CP K R Q _

"1"

QD

S J CP K R Q _

CLR

Count

QC QB

QA

Ck

S J CP K R Q _

Trang 5

Giản đồ thời gian dưới đây sẽ giải thích đầy đủ hoạt động của Đề cát này

- Đường liên kết (3,2) buộc trigơ D phải chuyển trạng thái ở sườn âm CK8

- Đường liên kết (2) buộc trigơ D phải chuyển trạng thái ở sườn âm CK10

- Đường liên kết (1) buộc trigơ B không đổi trạng thái ở sườn âm CK10 Lưu ý 2 trigơ B và D chịu tác động trực tiếp của xung lối ra QA của trigơ A

b) Mạch đếm tiến, mạ ch đếm lùi (UP Counter, down Counter)

"1"

Count

QCQB

QA

Ck

S J CP K R Q _ Q

2

3 1

S J CP K R Q _ Q S

J CP K R Q _ Q S

J CP K R Q _ Q

Trang 6

Trên đây là sơ đồ logic của mạch đếm nối tiếp 3 bit

- Nếu khoá S ở vị trí a, ta có mạch đếm tiến nối tiếp

- Nếu khoá S ở vị trí b, ta có mạch đếm lùi nối tiếp

ở đây muốn xét kỹ mạch đếm lùi (khoá S ở vị trí b) Sau khi xoá toàn bộ mạch

đếm (đặt CLR= sau đó chuyển 0 CLR= ) , ta để 1 PR = 0 từ nhị phân lối ra sẽ là:

Q = QC QB QA = 1 1 1 Để PR = 1 , mạch đếm bắt đầu hoạt động (đếm lùi)

Vậy là mạch đã đếm lùi từ 7 đến 0, tương ứng với từ nhị phân 3 bit từ 111

đến 000 Xung nhịp thứ 8 tiếp theo làm cho mạch đếm quay trở lại trạng thái ban

đầu Q = 111

Dưới đây là hình vẽ cho mạch đếm tiến - lùi 4 bit Nhờ đầu vào điều khiển UP/down mà mạch sẽ đếm theo kiểu tiến hoặc lùi

Khi UP/down = 1 , mạch đếm tiến từ 0000 đến 1111

Khi UP/down = 0 , mạch đếm lùi từ 1111 đến 0000

c) Mạch đếm đặt trước (Presettable Counter)

Trong mạch đếm đặt trước phép đếm bắt đầu từ một số lớn hơn số 0 Hình

vẽ dưới đây là một mạch đếm đặt trước, phép đếm bắt đầu từ số nhị phân D C B

A , một số nằm giữa số 0000 và 1111

Trang 7

Khi cho đầu load (nạp) = 0 , mạch đếm bình thường Khi cho đầu load = 1, mạch đếm “xác lập” đầu ra Q = D C B A Giả sử số đặt trước là :

Xung nhịp tiếp theo làm cho mạch nạp lại giá trị đặt trước ABCD

Lập trình modun (Programming Modulus)

Một ứng dụng vô cùng quan trọng của mạch đếm đặt trước là lập trình modun Mạch logic vừa được trình bày trên đếm từ 6 đến 15 tương ứng với tù nhị phân 0110 đến 1111 Ta muốn mạch đếm quay trở lại trạng thái xác lập ban đầu theo giản đồ trạng thái sau :

6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 6 , 7, 8

Nói khác đi ta cần lập trình modun 10 cho mạch đếm mà số đặt trước là 6 –

01102 Muốn vậy, các đầu ra Q kích thích cửa không hoặc 4 đầu vào và cửa không hoặc điều khiển trở lại đường LOAD

Trang 8

QA QB QC

QD

LOAD

Khi Q = QD QC QB QA = 0000 thì LOAD = 1 Hầu như ngay tức khắc , các

đầu vào số liệu DCBA = 0110 xác lập trạng thái ban đầu cho mạch đếm Q = 0110 Lúc này LOAD = 0, mạch đếm hoạt động trở lại đếm tiếp 0111, 1000

Nếu thay đổi số liệu đặt trước DCBA, ta có các modun khác nhau Công thức tổng quát :

74190 và 74191 là mạch đếm đặt trước tiến lùi Mạch đếm đầu có modun 10, mạch sau có modun 16

Up - down presettable decade

Trang 9

74191 Up - down presettable divide - by - 16

Trang 10

04 Trigơ JK loại 74LS112 [Digital by Number/741xx/74112 1/2]

02 Logic Switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)

04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9)

02 Logic Source [Sources/Linear/+V] (1)

Chú ý:

[ ] Đường dẫn để lấy linh kiện trong thư viện ( ) Ký hiệu phím tắt

Bước 2:

Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút “Run” trên thanh công cụ Kích

chuột vào các logic switch để lần lượt thay đổi các mức logic của các logic switch Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra QA QB QC QD

5V

S J CP K R Q _

Trang 11

04 Trig¬ JK lo¹i 74LS112 [Digital by Number/741xx/74112 1/2]

0V

U2A U1A

S J CP K R Q _

5V

Trang 12

01 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5)

01 Cổng AND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in AND] (3) Bước 2:

Trang 13

02 Cổng AND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in AND] (3)

Bước 2:

QDQC

QBQA

CLR

CK

SET

0V 0V

S J CP K R Q _

Trang 14

Vẽ giản đồ thời gian của mạch đếm

06 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5)

01 Cổng NOT [Digital Basic/Buffers/Inverters/Inverter]

S J CP K R Q _

Trang 15

chuột vào các logic switch để lần l−ợt thay đổi các mức logic của các logic switch Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra QA QB QC

4 Nghiên cứu sự hoạt động của mạch đếm 74LS161

Hình vẽ sau trình bày sơ đồ logic , ký hiệu logic, bảng chân lý của 74LS161,

đồng thời có hình vẽ mẫu modun 74LS161 của phòng thí nghiệm Hãy lần l−ợt làm các thí nghiệm sau đây :

Thí nghiệm 1

UP/

DOWN

SET CLR

Trang 16

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước1:

Thực hiện vẽ mạch như hình trên bằng cách sử dụng:

01 74LS161 [Digital by Number/741xx/74161]

04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bước 2:

chuột vào các logic switch để lần lượt thay đổi các mức logic của các logic switch Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra QA QB QC

Từ kết quả thí nghiệm hãy ghi đầy đủ vào bảng trạng thái và trả lời câu hỏi :

- Tại sao gọi là mạch đếm đặt trước

- Tại sao gọi là mạch đếm modun 16

U3

Trang 17

QA QB

QC QD

CK

COUNT

CLR

0V 5V 0V

74LS161A

10 CET

Trang 18

01 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) Bước 2:

03 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) Bước 2:

QA QB

QC QD

U4

Trang 19

chuột vào các logic switch để lần l−ợt thay đổi các mức logic của các logic switch Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra QA QB QC QD

CK 0V

74LS161

CEP CP

D3 D2 D0

PE

TC Q2 Q0

74LS161

CEP CET CP

D3 D1

PE MR

TC Q3 Q1

Trang 21

2 Bộ đếm thập phân; chia 12; đếm nhị phân 4 bit

Tên IC: 74x90, 74x92, 74x93 (TTL)

Trang 23

3 Đếm thập phân mã BCD; đếm nhị phân 4 bit

Tên IC: 74x160, 74x161, 74x162, 74x163 (TTL)

Trang 24

4 Bộ đếm BCD/thập phân tiến/lùi đặt trước; đếm nhị phân 4 bit tiến/lùi

đặt trước

(Presettable BCD/Decade Up/Down Counters; Presettable 4-bit binary Up/Down Counters)

Tên IC: 74x190, 74x191 (TTL)

Định dạng
Số trang	26
Dung lượng	534,38 KB