dien tu c 9

Flip-Flop FFTrạng thái kế tiếp của ngõ ra FF sẽ thay ñổi theo ngõ vào và trạng thái trước ñó của ngõ ra tại thời ñiểm thay ñổi của xung clock cạnh lên hoặc cạnh xuống.. Xung clock cạnh l

Ngõ vào

(INPUT)

Ngõ ra (OUTPUT)

CỔNG LOGIC

PHẦN TỬ NHỚ Phần tử nhớ thường sử dụng là Flip-Flop.

Hệ tuần tự ñược chia thành 2 loại:

- Hệ tuần tử ñồng bộ (Synchronous).

- Hệ tuần tự bất ñồng bộ (Asynchronous).

II MẠCH CHỐT(LATCH) VÀ FLIP-FLOP

Chốt (latch): là mạch tuần tự mà nó liên tục xem xét các ngõ vào

và làm thay ñổi các ngõ ra bất cứ thời ñiểm nào mà không phụ thuộc vào xung clock.

Flip-Flop: là mạch tuần tự mà nó thường lấy mẫu các ngõ vào và làm thay ñổi các ngõ ra tại những thời ñiểm xác ñịnh bởi xung clock.

Các mạch chốt và Flip-Flop có 2 ngõ ra Q và Hai ngõ này có giá trị logic là bù của nhau.

Q

S

C (enable)

Q

Q

Bảng họat ñộng: Ký hiệu chốt SR có ngõ vào

cho phép tích cưc cao:

* Khảo sát giản ñồ xung:

S

R

C

Q

(Cho Q ban ñầu là 0)

Ký hiệu chốt SR có ngõ vào cho phép tích cực thấp:

S C R

2 Flip-Flop (FF)

Trạng thái kế tiếp của ngõ ra FF sẽ thay ñổi theo ngõ vào và trạng thái trước ñó của ngõ ra tại thời ñiểm thay ñổi của xung clock (cạnh lên hoặc cạnh xuống).

Xung clock cạnh lên Xung clock cạnh xuống

Bảng ñặc tính và phương trình ñặc tính: Biểu diễn mối quan hệ của ngõ ra kế tiếp Q+ phu thuộc vào các ngõ vào và trạng thái ngõ ra hiện tại Q.

Bảng kích thích: Biểu diễn giá trị của các ngõ vào cần phải có khi

ta cần ngõ ra chuyển từ trạng thái hiện tại Q sang trại thái kế tiếp Q+.

* Khảo sát giản ñồ xung:

D = Q +

Ví dụ : Vẽ giản ñồ xung tại ngõ ra Q khi có giản ñồ xung của CK

và Q của một D-FF sau (CK có cạnh xuống) như sau Giả sử ban ñầu Q = 0.

CK

Q

Nhận xét: f Q = f CK

2 1

CK

Q

T = Q ⊕ Q +

Ví dụ : Vẽ giản ñồ xung tại ngõ ra Q khi có giản ñồ xung của

CK và Q của một T-FF (CK có cạnh xuống) như sau:

CK

T

Q

0 0 1 1 X X

D

e Các ngõ vào bất ñồng bộ:

- Các ngõ vào này sẽ làm thay ñổi giá trị ngõ ra tức thời, bất chấp xung clock

- Có 2 ngõ vào bất ñồng bộ: Preset (Pr) và Clear (Cl).

+ Khi ngõ vào Preset tích cực thì ngõ ra Q ñược set lên 1 + Khi ngõ vào Clear tích cực thì ngõ ra Q ñược xóa về 0.

- Giản ñồ trạng thái của bộ ñếm:

Biểu diễn các trạng thái có trong

110

- Modulo của bộ ñếm:

Là số các trạng thái khác nhau trong

vòng ñếm: m ≤ 2 n

* Bộ ñếm ñược chia thành 2 loại:

- Bộ ñếm nối tiếp (bộ ñếm bất ñồng bộ) là bộ ñếm mà ngõ ra của

FF trước sẽ làm ngõ vào xung clock cho FF sau.

- Bộ ñếm song song (bộ ñếm ñồng bộ) là bộ ñếm mà ngõ vào xung clock của các FF ñược nối chung với nhau.

2 BỘ ðẾM NỐI TIẾP (Asynchronous Counter):

- Bộ ñếm nối tiếp thực hiện các vòng ñếm lên hoặc xuống.

+ ðếm lên (Count Up): nội dung bộ ñếm tăng thêm 1 khi có xung clock.

+ ðếm xuống (Count Down): nội dung bộ ñếm giảm ñi 1 khi có xung clock.

- Bộ ñếm ñược tạo từ các FF ñếm 2, ghép nối tiếp với nhau

- Dùng n FF, tương ñương với loại T-FF có ngõ T = 1.

* NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẠCH ðẾM NỐI TIẾP

a Bộ ñếm nối tiếp ñầy ñủ (m = mod 2 n ).

J CK K

Q

Q

- Các FF ñược kết nối với nhau theo nguyên tắc sau:

J CK K

Q

1

1 + Bộ đếm xuống (Count Down):

+ Bộ đếm lên (Count Up):

b Bộ đếm nối tiếp khơng đầy đủ (m < mod 2 n ).

Bộ đếm khơng đầy đủ thực hiện dựa trên bộ đếm đầy đủ Ta cần xác định trạng thái kế tiếp khơng mong muốn của vịng đếm khơng đầy đủ.

Dùng trạng thái này để tạo ra tín hiệu tác động tích cực vào các ngõ vào bất đồng bộ Preset hoặc Clear để đưa bộ đếm trở về trạng thái ban đầu (thường gọi là trạng thái reset).

Vd: Sử dụng T-FF cĩ xung clock cạnh xuống và ngõ vào Preset, Clear tích cực cao; thiết kế bộ đếm lên cĩ m = 5 và bắt đầu từ 0

Ta gọi Z là tín hiệu để reset bộ đếm

00 01 11 10

1

X X

Z = Q Q

Vd: Sử ụng JK-FF có xung clock cạnh xuống

CLR CK Q D Q C Q B Q A

IC 74393: 2 bộ ñếm lên ñầy ñủ 4 bit

1Q A 1Q B 1Q C (MSB) 1Q D

3 4 5 6

11 10 9 8

0 0 0 0

NO CHANGE COUNT UP

Reset/Set INPUT MR1 MR2 MS1 MS2

CK A

Q B

Q C

(MSB) Q D 8MR1

3 BỘ ðẾM SONG SONG (Synchronous Counter)

- Là bộ ñếm mà các FF sử dụng chung nguồn xung clock; khi

có xung clock vào thì tất cả các ngõ ra FF ñều thay ñổi.

- Khi thiết kế bộ ñếm, chỉ quan tâm ñến trạng thái hiện tại và trạng thái kế tiếp của FF mà không quan tâm ñến dạng xung clock (cạnh lên hoặc cạnh xuống).

* Nguyên tắc thiết kế:

- Từ phát biểu bài toán xác ñịnh số FF sử dụng và dãy ñếm.

- Lập bảng chuyển trạng thái chỉ rõ mối quan hệ giữa trạnh thái hiện tại và trạng thái kế tiếp (dựa vào dãy ñếm).

T/t hiện tại

Q n-1 … Q 1 Q 0

T/t kế tiếp

Q + n-1 … Q +

- Tìm bêểu thức rút gọn của mỗi ngõ vào FF phụ thuộc vào các biến trạng thái hiện tại.

- Thực hiện sơ ñồ logic

1 0 1 0 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

Q 2 Q 1

Q 0

T 2

0 1

00 01 11 10

T 2 = Q 0 T 1 = Q 0 + Q 2 T 0 = 1

* Cách 1: Các trạng thái dư có trạng thái kế tiếp là tùy ñịnh Khi thiết kế cần khởi ñộng giá trị ban ñầu cho bộ ñếm; giá trị này phải là 1 trong những trạng thái có trong vòng ñếm

lên, có ngõ vào Pr và Cl tích cực cao,

có giản ñồ trạng thái sau:

000

Q 2 Q 1 Q 0

100

011 010

* Cách 2: Cho các trạng thái dư không có trong vòng ñếm có trạng thái kế tiếp là 1 trong những trạng thái có trong vòng ñếm

000

Q 2 Q 1 Q 0

100

011 010

110 101

0 1 0 0 1 0 1

0 1 0 1 1 1 0

T 2 = Q 0 + Q 2 Q 1

T 1 = Q 2 ⊕ (Q 1 Q 0 )

T 0 = Q 0 + Q 2 Q 1

* Phân tích bộ ñếm song song:

- Từ sơ ñồ logic của bộ ñếm xác ñịnh hàm kích thích (biểu thức của các ngõ vào của từng FF phụ thuộc vào các ngõ ra Q i)

- Lập bảng trạng thái: từ trạng thái hiện tại Q i và giá trị ngõ vào

ta xác ñịnh ñược trạng thái kế tiếp của FF Q +

K B

Q C

Q C

J C CK

K C

1

1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 0 1 0 0 0 0

0 1 0 1 1 1 1 1

1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 0 0 0 0

0 1 1 0 0 0 0 0

1 0 1 0 0 0 0 0

000

Q A Q B Q C

001 100

101

110

111

CO BO

3 2 6 7

13 12

No change COUNT UP COUNT DOWN

IV THANH GHI DỊCH (Shift Register):

Thanh ghi dịch là hệ tuần tự có khả năng lưu trữ và dịch chuyển

dữ liệu.

1 Thanh ghi dịch nhập nối tiếp – xuất nối tiếp (SISO):

3 Thanh ghi dịch nhập song song – xuất nối tiếp (PISO):

X 1

X 0 S Y

X 1

X 0 S

4 Thanh ghi dịch nhập song song – xuất song song (PIPO):

X 1

X 0 S Y

X 1

X 0 S

GIỚI THIỆU MÁY TRẠNG THÁI

Có 2 dạng là giản ñồ Mealy và giản ñồ Moore

10 11

0/0

0/1

1/0 1/0

0/1 0/1

1/0

1/0

Trạng thái hiện tại

Ngõ vào/ngõ ra

Ví dụ

Thiết kế mạch tuần tự ñồng bộ dùng D-FF hoạt ñộng theo

giản ñồ trạng thái sau

Ta ký hiệu ngõ vào là X, các ngõ trạng thái là Y1Y0 và ngõ ra là Z.

Bảng trạng thái

0 0

0 0

0 1

1 1

1 1

0 1

1 0

1 1

1 1

1 1

1 1

0 1

0 1

0 0

1 0

0 1

1 0

0 1

0 1

1 0

0 1

0 0

1 0

1 0

1 0

1 1

0 1

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

D 0

D 1 Z

X

Y 0

Y 1

Ngõ vào FF Ngõ ra

TT kế Ngõ vào

TT hiện tại

Xác ñịnh các hàm

D 1 Y

1 Y 0 X

1 Y X Y Y