Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử chương 3: Hệ tuần tự

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 3: HỆ TUẦN TỰ 1Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Nội dung chính  Khái niệm (tự học)  Các phần tử cơ bản của hệ tuần tự  Hệ đếm  Hệ tuần tự có đầu vào (tự học) 2 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 3.1 KHÁI NiỆM  Đối với hệ tuần tự trạng thái ngõ ra của hệ ở mỗi thời điểm không chỉ phụ thuộc vào trạng thái ngõ vào ở thời điểm đó mà còn phụ thuộc vào trạng thái ngõ ra của hệ ở thời điểm trước đó.  Khi các ngõ vào thay đổi trạng thái thì các ngõ ra không thay đổi trạng thái ngay mà chờ cho đến khi có một xung nhịp điều khiển (xung clock) thì mới thay đổi trạng thái → Hệ tuần tự có khả năng nhớ  Mỗi trạng thái của hệ được gọi là trạng thái trong.  Hệ tuần tự là cơ sở để thiết kế các bộ nhớ 3 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Cấu tạo của hệ tuần tự gồm: mạch tổ hợp và mạch Flip-Flop (FF)  Mạch FF đặc trưng cho khả năng nhớ của hệ tuần tự  Phân lọai hệ tuần tự: Hệ đồng bộ: Họat động của các FF trong hệ được đồng bộ bằng xung clock Hệ không đồng bộ: các FF hoạt động theo các hàm chức năng, có thể tác động bất cứ lúc nào mà không cần đến xung clock 4 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 3.2 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ TUẦN TỰ ( FLIP-FLOP)  Flip-flop loại D ( D-FF)  Ký hiệu và bảng trạng thái  Bảng kích thích D-FF: Qn : trạng thái hiện tại Qn+1 : trạng thái kế tiếp 5 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Flip-flop loại T (T-FF)  Ký hiệu và bảng trạng thái:  Bảng kích thích: Qn : trạng thái hiện tại Qn+1 : trạng thái kế tiếp 6 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Flip-flop loại RS (RS-FF)  Ký hiệu và bảng trạng thái:  Bảng kích thích:  Qn : trạng thái hiện tại  Qn+1 : trạng thái kế tiếp  x: giá trị tùy định 7 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Flip-flop loại JK (JK-FF)  Ký hiệu và bảng trạng thái:  Bảng kích thích: Qn : trạng thái hiện tại Qn+1 : trạng thái kế tiếp  x: giá trị tùy định 8 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Chuyển đổi giữa các loại FF  Trong thực tế đa số các FF được sản xuất thuộc loại D và JK.  Các bước thực hiện:  Lập bảng kích thích của cả hai FF nguồn và đích Coi các ngõ vào của FF nguồn là hàm, còn ngõ vào của FF đích và trạng thái ra hiện tại Qn là các biến sau đó thực hiện rút gọn hàm  Vẽ mạch thực hiện 9 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 3.3 HỆ ĐẾM  Cơ sở phân loại hệ đếm:  Phân loại theo cơ sở các hệ đếm:  Đếm thập phân  Đếm nhị phân  Phân loại theo hướng đếm:  Đếm lên (đếm thuận)  Đếm xuống (đếm ngược)  Đếm vòng  Phân loại theo tín hiệu điều khiển:  Đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp, đếm tuần tự)  Đếm đồng bộ (đếm song song) 10 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Chức năng của hệ đếm là nhớ các xung vào bằng cách thay đổi các trạng thái của nó  Cấu tạo : hệ đếm gồm nhiều FF, mỗi FF đóng vai trò là 1 phần tử nhớ nhị phân 11 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 3.4 BỘ ĐẾM TUẦN TỰ  Xung đếm (xung Clock) chỉ đến FF đầu tiên, ngõ ra của FF trước sẽ là ngõ vào xung Clock cho FF tiếp theo  Ngõ ra của FF đầu tiên sẽ là bit LSB, ngõ ra của FF sau cùng sẽ là bit MSB  Dung lượng đếm (Modulo-M) là số trạng thái phân biệt của một bộ đếm  M=2n M: dung lượng đếm n: số lượng FF trong hệ đếm 12 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Trong thực tế có thể có M ≠ 2n lúc đó người ta sẽ xác định số lượng FF như sau: 2n-1 < M < 2n  Đếm lên: nội dung đếm tăng dần trong một chu trình đếm, còn gọi là đếm thuận.  Đếm xuống: nội dung đếm giảm dần trong một chu trình đếm, còn gọi là đếm nghịch.  Đếm lên/xuống 13 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Ví dụ 1 : xây dựng bộ đếm tuần tự, đếm lên với dung lượng đếm là 4, sử dụng T-FF Do dung lượng đếm M = 4 = 22 nên số FF là n=2  Kết nối 2 T-FF theo cách tuần tự: xung clock đưa vào FF thứ nhất, ngõ ra Q của FF thứ nhất kết nối đến ngõ Ck của FF thứ 2 Ngõ ra của FF thứ nhất là bit LSB, ngõ ra của FF thứ hai là bit MSB 14 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 15 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Ví dụ 2: xây dựng bộ đếm tuần tự, đếm lên với dung lượng đếm là 5, sử dụng T-FF  Do dung lượng đếm M = 5 nên ta chọn số FF như sau 2n-1 < 5 < 2n Suy ra n = 3  Kết nối 3 T-FF theo cách tuần tự: xung clock đưa vào FF thứ nhất, ngõ ra Q của FF thứ nhất kết nối đến ngõ Ck của FF thứ 2  Nối ngõ ra của các FF có mức logic 1 ở xung Clock thứ M (M=5) tới ngõ vào mạch xóa, ngõ ra mạch xóa nối đến tất cả các ngõ Clear của các FF 16 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Bảng trạng thái hoạt động của mạch : 17 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Giả sử ngõ Clear (Clr) của các FF tích cực mức thấp, ta thấy tại xung đếm thứ 5 trạng thái của các ngõ ra FF là Q3Q2Q1=101 vậy tín hiệu ở ngõ ra mạch xóa là Clr=Q3Q1  Sơ đồ thực hiện mạch đếm : 18 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Ví dụ 3: Bộ đếm tuần tự, đếm lên, dung lượng đếm là 6, sử dụng T-FF: 19 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Giản đồ thời gian 20 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM  Bộ đếm lên/xuống: 21 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 22  Các vi mạch đếm tuần tự:  7493: đếm 2 và đếm 8  7490: đếm 2 và đếm 5  4024: đếm nhị phân 7 bit ( Mod 128)  4040: đếm nhị phân 12 bit ( Mod 4096) BỘ ĐẾM SONG SONG ( ĐỒNG BỘ)  Nhược điểm của bộ đếm tuần tự là thời gian trể của từng FF sẽ được tích lũy, nếu thời gian tích lũy này lớn thì kết quả đếm sẽ bị sai.  Để đếm đúng: Tclock ≥ n.tpd 23 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 24  Bộ đếm song song sẽ khắc phục được nhược điểm của bộ đếm tuần tự.  Trong bộ đếm song song, xung clock sẽ được đưa đến từng FF.  Để thiết kế mạch đếm song song người ta sử dụng bảng kích thích của các FF để tìm hàm kích thích cho từng FF của bộ đếm. THANH GHI DỊCH  Thanh ghi được xây dựng trên cơ sở của các DFF, trong đó mỗi DFF sẽ lưu trữ 1 bit dữ liệu  Phân loại thanh ghi dịch:  Theo chiều dịch: dịch phải, dịch trái  Theo tín hiệu vào: vào nối tiếp, vào song song  Theo tín hiệu ra: ra nối tiếp, ra song song 25 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 26  Dịch phải Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 27 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 28  Dịch trái: Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 29 Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 30  Các vi mạch:  74164: dịch phải 8 bit;  7495: 4 bit ; dịch phải/trái, vào nối tiếp ra song song BỘ NHỚ Lê Thị Kim Loan - Khoa Điện - ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 31