Bài giảng Điện tử số (Digital Electronics) - Chương 5: Mạch dãy

Bài giảng Điện tử số (Digital Electronics) - Chương 5: Mạch dãy cung cấp cho học viên những kiến thức về khái niệm và mô hình của mạch dãy, các phương pháp mô tả mạch dãy, các phần tử nhớ cơ bản (flip-flop), mạch đếm, thanh ghi,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chương 5

MẠCH DÃY

Nội dung

 Khái niệm và mô hình của mạch dãy

 Các phương pháp mô tả mạch dãy

 Các phần tử nhớ cơ bản (flip-flop)

 Mạch đếm

 Thanh ghi

5.1 Khái niệm và mô hình của mạch dãy

1 Khái niệm mạch dãy

 Mạch dãy (mạch tuần tự): là mạch có

tín hiệu ra không chỉ phụ thuộc vào tín

hiệu vào tại thời điểm hiện tại mà còn

phụ thuộc vào trạng thái bên trong của

1 Khái niệm mạch dãy (tiếp)

 Mạch dãy không đồng bộ: tín hiệu đầu ra và

trạng thái trong thay đổi ngay khi tín hiệu

đầu vào thay đổi

 Mạch dãy đồng bộ: tín hiệu đầu ra và trạng

thái trong chỉ thay đổi khi tín hiệu đầu vào

thay đổi và tín hiệu xung nhịp ở trạng thái

tích cực

2 Mô hình của mạch dãy

thông qua tín hiệu vào, tín hiệu ra và trạng thái của mạch

 X = (x1, x2, … , xn) là tập tín hiệu vào có giá trị 0 hoặc 1

 Y = (y1, y2, … , yl) là tập các tín hiệu ra có giá trị 0 hoặc 1

 S = (s1, s2, … , sm) là tập các trạng thái trong của mạch

2 Mô hình của mạch dãy (tiếp)

5.2 Các phương pháp mô tả mạch dãy

 Bảng chuyển đổi trạng thái

 Đồ hình trạng thái

1 Bảng chuyển đổi trạng thái

 Bảng chuyển đổi trạng thái:

 Các hàng ghi các trạng thái trong

 Các cột ghi các tín hiệu vào

 Giữa mỗi ô ghi; trạng thái trong tiếp theo mà mạch sẽ chuyển đến

ứng với tín hiệu vào và trạng thái trong hiện tại; trạng thái đầu ra

tiếp theo của mạch ứng với tín hiệu vào và trạng thái trong hiện tại

với mô hình Mealy

Bảng Mealy Bảng Moore

Ví dụ: Mô hình Mealy

 Sử dụng mô hình Mealy để mô tả hoạt động của bộ đếm 5 – có 5 trạng thái, mà cứ đếm đến 3 thì báo (cho tín hiệu đèn sáng ở đầu ra Y).

Bộ đếm 5

X (0,1)

Y

Ví dụ: Mô hình Mealy (tiếp)

Ví dụ: Mô hình Mealy (tiếp)

 Bảng Mealy

Ví dụ: Mô hình Moore

 Sử dụng mô hình Moore để mô tả hoạt động của bộ đếm 5 – có 5 trạng thái, mà cứ đếm đến 3 thì báo (cho tín hiệu đèn sáng ở đầu

ra Y).

Bộ đếm 5

X (0,1)

Y

Ví dụ: Mô hình Moore (tiếp)

Ví dụ: Mô hình Moore (tiếp)

 Bảng Moore

 Bảng Mealy

2 Đồ hình trạng thái (tiếp)

 Đồ hình Mealy:

ra tương ứng

 Ví dụ

5.3 Các phần tử nhớ cơ bản (flip-flop)

 Khái niệm và phân loại

 Điều kiện đồng bộ cho các flip-flop

 Hoạt động của các flip-flop

 Xác định đầu vào kích cho các flip-flop

1 Khái niệm và phân loại

lưu trữ (nhớ) một trong hai trạng thái 0 hay 1

Các kiểu đồng bộ (tiếp)

 Đồng bộ theo sườn:

 Sườn dương (sườn lên):

 Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn dương (từ 0 → 1) thì hệ làm việc bình thường.

 Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ

 Sườn âm (sườn xuống):

 Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn âm (từ 1 → 0), hệ làm việc bình thường.

 Trong các trường hợp còn lại, hệ

Các ký hiệu

Phân loại (tiếp)

Phân loại (tiếp)

2 Điều kiện đồng bộ cho các flip-flop

 Mạch không rơi vào trạng thái dao động dưới tác động

của bất kỳ tập tín hiệu điều khiển vào

Qn SR = 00 SR = 01 SR = 11 SR = 10

2 Điều kiện đồng bộ cho các flip-flop

(tiếp)

Các T-FF và JK-FF không thể làm việc ở chế độ không đồng bộ

Ví dụ 1

như hình vẽ Hãy vẽ đồ thị tín hiệu ra Q

Ví dụ 2

như hình vẽ Hãy vẽ đồ thị tín hiệu ra Q

Bài tập áp dụng

như hình vẽ Hãy vẽ đồ thị tín hiệu ra Q

và không đồng bộ

D-FF đồng bộ

 Khi CLK ở mức cao, đầu ra Q hoạt động giống như bảng

chuyển biến trạng thái

 Khi CLK ở mức thấp, đầu ra Q giữ không đổi, nghĩa là trạng thái của FF bị chốt lại

Bảng chuyển trạng thái của D-FF

Ví dụ 3

Ví dụ 3 (tiếp)

Ví dụ 4

dóng trên cùng trục thời gian với tín hiệu vào D

Ví dụ 4 (tiếp)

K

Q

Q CLK

J

K

Q

Q CLK

J

K

Q

Q CLK

Tích cực mức cao

Tích cực mức thấp

Tích cực sườn dương

Tích cực sườn âm

Bảng chuyển trạng thái của JK-FF

Qn JK = 00 JK = 01 JK = 11 JK = 10

K Q J

Q

Q n1  n  n

Q CLK

Q CLK

Q CLK

Q CLK

Tích cực mức cao

Tích cực mức thấp

Tích cực sườn dương

Tích cực sườn âm

Bảng chuyển trạng thái của T-FF

T Q

T Q T

Q

Q n1  n  n  n 

4 Xác định đầu vào kích cho các flip-flop

4 Xác định đầu vào kích cho các flip-flop

5.4 Bộ đếm

 Số trạng thái trong gọi là cơ số đếm (Kđ)

 Tín hiệu ra của bộ đếm xuất hiện (Y=1) khi bộ đếm đang ở trang thái Kđ-1 và có tín hiệu vào Xđ

5.4 Bộ đếm (tiếp)

2 Phân loại bộ đếm

5.4 Bộ đếm (tiếp)

3 Mã của bộ đếm (tiếp)

 Các bit 1 được đầy dần lên từ bit trẻ

nhất đến bit già nhất và khi đã đầy thì lại vơi dần từ bit trẻ nhất

 Dùng n bit mã hóa được tối đa 2n

5.4 Bộ đếm (tiếp)

3 Mã của bộ đếm (tiếp)

8 trạng thái, 16 trạng thái sử dụng các loại mãkhác nhau

11

Trạng thái tiếp theo

Bài tập áp dụng

 Thiết kế bộ đếm thuận, nhị phân, đồng

bộ sườn dương với Kđ = 4 (sử dụng FF)

T-Bài tập về nhà

 Thiết kế bộ đếm thuận (nghịch), nhị phân

(mã Gray, Johnson, hoặc mã vòng), đồng bộ với Kđ = 8, 16 (sử dụng T-FF hoặc JK-FF hoặc RS-FF)

5.4 Bộ đếm (tiếp)

5 Bộ đếm nhị phân không đồng bộ

hoặc JK-FF (J và K luôn nối với 1)

xung nhịp của FF biểu diễn bit có trọng số nhỏnhất

 Đầu ra Q của FF ở tầng trước (FF biểu diễn bít có trọng

số nhỏ) được đưa vào đầu vào xung nhịp cho tầng sau (FF biểu diễn bit có trọng số lớn hơn liền kề)

 Đầu ra Q’ của FF ở tầng trước được đưa vào đầu vào xung nhịp cho tầng sau

Bộ đếm thuận, nhị phân không đồng bộ module 16

 Biểu đồ thời gian:

Bộ đếm thuận, nhị phân không đồng bộ module 16

Bộ đếm nghịch, nhị phân không đồng bộ module 8

5.4 Bộ đếm (tiếp)

6 Bộ đếm có Kđ = m  2n

 Sử dụng bộ đếm có sẵn Kđ = 2n (2n-1 < m < 2n

_)

trạng thái này tạo tín hiệu điều khiển r (reset) để

xóa trạng thái của các FF về 0

r   

Bộ đếm thuận đồng bộ Kđ = 5 (tiếp)

J

K CLK

K CLK

K CLK

Q 2

CLOCK

1

r

q

1 1

1 1

r

5.5 Thanh ghi

thông tin, nhưng thanh ghi có chức năng dịch chuyển thông tin Do đó, thanh ghi có thể sử dụng làm bộ

nhớ, nhưng bộ nhớ không thể làm được thanh ghi

Phân loại

0 1 0 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 0 1 1

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Chuỗi bit dữ liệu vào lần lượt là

d0d1d2d3= 1011 d3 d2 d1 d0

Bảng hoạt động của thanh ghi dịch nối

tiếp – song song 4 bit

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

Ngõ

ra nối tiếp

Dữ liệu vào

CK1

Chuỗi bit dữ liệu vào lần lượt là

d0d1d2d3= 1011

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Thanh ghi dịch nối tiếp-song song 4 bit

4 ngõ ra song song

Ngõ

ra nối tiếp

Thanh ghi dịch song song -nối tiếp 4 bit

Ví dụ dữ liệu vào song song là: ABCD=1 1 0 1

Bảng hoạt động của thanh ghi dịch song

song-nối tiếp 4 bit

Hết chương 5