Bài giảng Nhập môn mạch số - Chương 6.2: Mạch tuần tự: Bộ đếm

[r]

CH ƯƠ NG 6 – PH N 2 Ầ

M ch tu n t :  B  đ m ạ ầ ự ộ ế

 (Sequential circuit:  Counters)

N i dung ộ

– H  s  c a b  đ m (MOD number)ệ ố ủ ộ ế

– B  đ m lên/xu ng (Up/ Down counters)ộ ế ố

– Phân tích và thi t k  b  đ m b t đ ng bế ế ộ ế ấ ồ ộ

– Delay c a m ch (Propagation delay)ủ ạ

– Phân tích b  đ m đ ng b  (Analyze synchronous ộ ế ồ ộ

counters)

– Thi t k  b  đ m đ ng b  (Design synchronous counter)ế ế ộ ế ồ ộ

N i dung ộ

– H  s  c a b  đ m (MOD number)ệ ố ủ ộ ế

– B  đ m lên/xu ng (Up/ Down counters)ộ ế ố

– Phân tích và thi t k  b  đ m b t đ ng bế ế ộ ế ấ ồ ộ

– Delay c a m ch (Propagation delay)ủ ạ

• B  đ m đ ng b   ộ ế ồ ộ (Synchronous counters)

– Phân tích b  đ m đ ng b  (Analyze synchronous ộ ế ồ ộ

counters)

– Thi t k  b  đ m đ ng b  (Design synchronous counter)ế ế ộ ế ồ ộ

• Thanh ghi (Register)

B  đ m b t đ ng b   ộ ế ấ ồ ộ

(Asynchronous counters)

B  đ m b t đ ng b ộ ế ấ ồ ộ

Xem xét ho t đ ng c a b  đ m 4­bit bên dạ ộ ủ ộ ế ưới

– Clock ch  đ ỉ ượ c k t n i đ n chân CLK c a  ế ố ế ủ FF A

– J và K c a t t c  FF đ u b ng 1 ủ ấ ả ề ằ

– Ngõ ra Q c a FF A k t n i v i chân CLK c a FF  ủ ế ố ớ ủ

B, ti p t c k t n i nh  v y v i FF C, D ế ụ ế ố ư ậ ớ

– Ngõ ra c a các FF  ủ D, C, B và A t o thành b  đ m  ạ ộ ế

4­bit binary v i D có tr ng s  cao nh t (MSB) ớ ọ ố ấ

B ng s  th t FF­ ả ự ậ J_K

Note: * t t c  ngõ vào J và K c a các FF đ c đ a vào m c  ấ ả ủ ượ ư ứ

Sau c nh xu ng c a  ạ ố ủ xung 

CLK th  16 ứ , b  đ m s  quay  ộ ế ẽ

tr  l i tr ng thái ban đ u  ở ạ ạ ầ

DCBA = 0000

B  đ m b t đ ng b ộ ế ấ ồ ộ

B ng s  th t FF­ ả ự ậ

J_K

• Các FFs không thay đ i tr ng thái đ ng b  v i xung Clock ổ ạ ồ ộ ớ

Trong ví d    slide tr ụ ở ướ c, 

    Ch  FF A m i thay đ i t i c nh xu ng c a xung Clock ,  ỉ ớ ổ ạ ạ ố ủ

     FF B ph i đ i FF A thay đ i tr ng thái tr ả ợ ổ ạ ướ c khi nó có th  l t, ể ậ

     FF C ph i đ i FF B thay đ i, t ả ợ ổ ươ ng t  v i FF D ph i đ i FF C  ự ớ ả ợ

 Có trì hoãn (delay) gi a các FF liên ti p nhauữ ế

• Ch  FF có tr ng s  th p nh t m i k t n i v i xung Clockỉ ọ ố ấ ấ ớ ế ố ớ

• B  đ m trên còn độ ế ược g i là ọ b  đ m tích lũy trì hoãn  ộ ế

(ripple counter) 

B  đ m b t đ ng b ộ ế ấ ồ ộ

Ví d  1 ụ

Đáp án: B  đ m có l p vòng l i hay ch a?ộ ế ặ ạ ư

    Ch a có căn cư ứ

    S  lố ượng xung Clock đ a vào m ch trên có th  là 3, or 19, ư ạ ể

or 35, or 51 và ti p t c.ế ụ

• Gi  s  b  đ m   Slide trả ử ộ ế ở ước b t đ u   tr ng thái ắ ầ ở ạ

DCBA = 0000, sau đó xung Clock đ c đ a vàoượ ư

• Sau m t kho ng th i gian, ta ng t xung Clock v i m ch và ộ ả ờ ắ ớ ạ

đ c đọ ược giá tr  c a b  đ m ị ủ ộ ế DCBA = 0011

• H i bao nhiêu xung Clock đã đỏ ược đ a vào b  đ m?ư ộ ế

Duty cycle c a m t tín hi u (xung) ủ ộ ệ

Duty cycle c a m t xung là t  l  ph n trăm c a th i gian  ủ ộ ỉ ệ ầ ủ ờ

xung tích c c v i chu kì c a xung ự ớ ủ

Ví dụ: giá tr  duty cycle (m c 1) c a xungị ứ ủ

H  s  c a b  đ m (MOD number) ệ ố ủ ộ ế

• Chia t n s  ầ ố – m i FF s  có t n s  ngõ ra b ng ỗ ẽ ầ ố ằ ½ t n s  c a ầ ố ủ xung đ a vào chân Clock c a FF đóư ủ

Gi  s  t n s  c a xung Clock đ a vào b  đ m trong ví d  1 là 16 kHz  ả ử ầ ố ủ ư ộ ế ụ

  T n s  c a ngõ ra FF A, B, C, D l n l ầ ố ủ ầ ượ t là 8, 4, 2, 1 kHz

T n s  c a FF có tr ng s  l n nh t s  b ng ầ ố ủ ọ ố ớ ấ ẽ ằ

t n s  xung Clock chia cho h  s  c a b  đ mầ ố ệ ố ủ ộ ế

H  s  c a b  đ m (MOD number) (tt)

Ví d  2 ụ

• Đáp án

210 = 1024 => 10 FFs đ m đ ế ượ ố c t i đa 1024 > 1000

Ví d  3 ụ

• Các b ướ c đ  làm m t đ ng h  s ể ộ ồ ồ ố

• C n bao nhiêu FF cho b  đ m có h  s  đ m 60 (MOD­ ầ ộ ế ệ ố ế

60)?

• Đáp án:

Vì đ ng h  s  c n đ m chính xác  ồ ồ ố ầ ế   Không có đáp án v i  ớ yêu c u thi t k  trên ầ ế ế

Câu h i th o lu n ỏ ả ậ

1. Đúng hay sai? Trong m t b  đ m b t đ ng b , t t c  các ộ ộ ế ấ ồ ộ ấ ả

FF thay đ i tr ng thái t i cùng m t th i đi mổ ạ ạ ộ ờ ể

2. Gi  s  b  đ m trong ví d  1 đang có giá tr  DCBA = 0101. ả ử ộ ế ụ ị

Giá tr  b  đ m s  b ng bao nhiêu sau 27 xung clock ti p ị ộ ế ẽ ằ ế

theo?

3. H  s  b  đ m trong ví d  1 b ng bao nhiêu n u 3 FF đệ ố ộ ế ụ ằ ế ược 

thêm vào b  đ m?ộ ế

• B  đ m b t đ ng b  thông th ộ ế ấ ồ ộ ườ ng gi i h n h  s  b  đ m  ớ ạ ệ ố ộ ế

b ng  ằ 2N (H  s  đ m l n nh t v i ệ ố ế ớ ấ ớ N flip­flop đượ ử ục s  d ng)

• Xét b  đ m v i m ch cho bên d ộ ế ớ ạ ướ i

B  đ m có  ộ ế H  s  b  đ m < 2 ệ ố ộ ế N

MOD­6 counter?

T t c  ngõ vào  ấ ả

J, K b ng 1 ằ

B  đ m MOD­6 đ ộ ế ượ ạ ừ ộ ế c t o t  b  đ m MOD­8 

B  đ m có  ộ ế H  s  b  đ m < 2 ệ ố ộ ế N  

(tt)

Gi n đ  chuy n tr ng thái c a b  đ m MOD­6 ả ồ ể ạ ủ ộ ế

­ M i vòng tròn nét li n ỗ ề ch  m t tr ng ỉ ộ ạ thái th c s   c a b  đ m ự ự ủ ộ ế

­ M i vòng tròn nét đ t ỗ ứ ch  m t tr ng ỉ ộ ạ thái t m c a b  đ m ạ ủ ộ ế

­ Mũi tên nét li n ề ch  s  chuy n tr ng ỉ ự ể ạ thái gi a 2 tr ng thái th c ữ ạ ự

­ Mũi tên nét đ t ứ ch  s  chuy n t  ỉ ự ể ừ

tr ng thái th c sang tr ng thái t m  ạ ự ạ ạ

ho c ng ặ ượ ạ c l i

B  đ m có  ộ ế H  s  b  đ m < 2 ệ ố ộ ế N  

(tt)

Trạng

thái tạm

- Không có mũi tên ch  đ n tr ng thái  ỉ ế ạ 111 vì trong chu trình c a b  đ m không  ủ ộ ế

có tr ng thái nào chuy n đ n tr ng thái này ạ ể ế ạ

- Tr ng thái  ạ 111 có th  xu t hi n khi b t ngu n (power­up) ể ấ ệ ậ ồ

­ Ngõ vào J,K c a các FF đ ủ ượ c n i m c  ố ứ

B  đ m có  ộ ế H  s  b  đ m < 2 ệ ố ộ ế N  

(tt)

Ví d  4 ụ

• Xác đ nh h  s  b  đ m (MOD number) c a m ch đ m bên ị ệ ố ộ ế ủ ạ ế

dưới?

• Xác đ nh t n s  t i ngõ ra D?ị ầ ố ạ

* T t c  ngõ vào J, K b ng 1 ấ ả ằ

B  đ m b t đ ng b  ­ Đ m xu ng ộ ế ấ ồ ộ ế ố

• B  đ m xu ng b t đ ng b  đ ộ ế ố ấ ồ ộ ượ c xây d ng g n gi ng  ự ầ ố

v i b  đ m lên b t đ ng b ớ ộ ế ấ ồ ộ

L u đ  chuy n tr ng thái c a  ư ồ ể ạ ủ