Tài liệu Kỹ thuật số - Chương 5 Mạch tuần tự (Sequential Circuits) ppt

1 Kỹ Thuật Số Kỹ Thuật Số 2 Chương 5 Mạch tuần tự (Sequential Circuits) 3  Tìm hiểu các phần tử nhớ cơ bản  Biểu diễn trạng thái  Phân tích, thiết kế các loại bộ đếm đồng bộ và bất đồng bộ  Tìm hiểu thanh ghi, bộ đếm  Ứng dụng của bộ đếm 4 5.1 5.1 Giới thiệu Giới thiệu  Trạng thái ngõ ra của mạch ở mỗi thời điểm không chỉ phụ thuộc trạng thái của ngõ vào ở thời điểm đó mà còn phụ thuộc vào trạng thái của mạch ở thời điểm trước đó.  Mạch tuần tự có khả năng nhớ  Mỗi trạng thái của mạch được gọi là trạng thái trong Đặc điểm: Đặc điểm: 5  Mạch tuần tự gồm một mạch tổ hợp và các phần tử nhớ nối với nhau thành một vòng hồi tiếp.  Các phần tử nhớ (còn được gọi là Flip Flop) là những mạch có khả năng lưu trữ thông tin nhị phân bên trong còn gọi là biến trạng thái của mạch tuần tự Sơ đồ khối của mạch tuần tự: Sơ đồ khối của mạch tuần tự: 5.1 5.1 Giới thiệu Giới thiệu 6  Mạch tuần tự đồng bộ (Synchronous): Hoạt động của các Flip Flop trong mạch được đồng bộ bằng một xung nhịp hay còn gọi là xung clock. Phân loại: Phân loại: 5.1 5.1 Giới thiệu Giới thiệu 7  Mạch tuần tự bất đồng bộ(Asynchronous): Không có xung nhịp đồng bộ, các Flip Flop chỉ hoạt động theo hàm chức năng, có thể tác động vào bất cứ thời điểm nào. Phân loại: Phân loại: 5.1 5.1 Giới thiệu Giới thiệu 8 Gọi:  X=(X 1 ,X 2 ,…,X n ) là tập các tín hiệu vào.  Y=(Y 1 ,Y 2 ,…,Y n ) là tập các biến trạng thái trong.  Z=(Z 1 ,Z 2 ,…,Z n ) là tập các tín hiệu ra  Hàm ra F(X n ,Y n ) là hàm xác định trạng thái ra thông qua trạng thái vào và trạng thái trong.  Hàm chuyển đổi trạng thái G(X n ,Y n ) là hàm xác định trạng thái trong tại một thời điểm thông qua trạng thái vào và trạng thái trong ở thời điểm trước đó Các phương pháp mô tả mạch tuần tự: Các phương pháp mô tả mạch tuần tự: 5.1 5.1 Giới thiệu Giới thiệu 9  Phương pháp đại số: Dùng biểu thức đại số để xác định quan hệ giữa các biến trạng thái vào, biến trạng thái trong và biến trạng thái ra thông qua hàm ra F và hàm chuyển đổi trạng thái G. Ví dụ: Cho mạch tuần tự có hai trạng thái vào là X 1 và X 2 , hai trạng thái ra Z 1 và Z 2 , hai trạng thái trong Y 1 và Y 2 với các hàm ra : F(X 1 , Y 1 ) = Z 2 F(X 1 , Y 2 ) = Z 2 F(X 2 , Y 1 ) = Z 1 F(X 2 , Y 2 ) = Z 1 Và các hàm chuyển đổi trạng thái: G(X 1 , Y 1 ) = Y 2 G(X 2 , Y 2 ) = Y 1 G(X 1 , Y 2 ) = Y 2 G(X 2 , Y 1 ) = Y 1 Các phương pháp mô tả mạch tuần tự: Các phương pháp mô tả mạch tuần tự: 5.1 5.1 Giới thiệu Giới thiệu 10 Bng trng thỏi: Dựng bng lit kờ tt c cỏc trng thỏi vo, trng thỏi trong v trng thỏi ra theo ỳng quy lut hot ng ca mch. Vớ d: Lp bng trng thỏi mụ t mch tun t cho vớ d trờn: Cỏc phng phỏp mụ t mch tun t: Cỏc phng phỏp mụ t mch tun t: 5.1 5.1 Gii thiu Gii thiu Traùng thaựi trong hieọn taùi Y n Traùng thaựi trong keỏ tieỏp Y n+! Traùng thaựi ra Z n+1 X 1 X 2 X 1 X 2 Y 1 Y 2 Y 1 Z 2 Z 1 Y 2 Y 2 Y 1 Z 2 Z 1 [...]... Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset): Nhận xét:  Khi nối S qua cổng NOT tới R thì SR-FF tương đương với FF  Khơng được nối chung S và R 24 D- 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại JK (JK-FF):  Sơ đồ khối: JK-FF tác động cạnh lên  Bảng trạng thái: 25 JK-FF tác động cạnh xuống 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại JK (JK-FF):  Hàm chức năng:... mạch tuần tự Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):  Sơ đồ khối: T-FF tác động cạnh lên  Bảng trạng thái: 18 T-FF tác động cạnh xuống 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):  Hàm chức năng: Bảng kích thích: 19 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):  Graph trạng thái: T=1 T=0  Giản đồ xung: CK T Q 20 0 1 T=1 T=0 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần. .. xuống 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):  Sơ đồ khối: D-FF tác động cạnh lên  Bảng trạng thái: 15 D-FF tác động cạnh xuống 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):  Hàm chức năng: Bảng kích thích: 16 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):  Graph trạng thái: D=0 D=0 0 1 D=1  Giản đồ xung: CK D Q 17 D=1 5. 2 Phần... tự Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):  Sơ đồ khối: S CK R Q Q SR-FF tác động cạnh lên  Bảng trạng thái: 21 SR-FF tác động cạnh xuống 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):  Hàm chức năng: Bảng kích thích: 22 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):  Graph trạng thái: SR = 01 S=0  Giản đồ xung: CK S R Q 23 0 1 SR = 10 R=0 5. 2... thích: 26 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại JK (JK-FF):  Graph trạng thái: K=1 J=0  Giản đồ xung: CK J K Q 27 0 1 J=1 K=0 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại JK (JK-FF): Nhận xét:  Khi nối chung J và K (J=K) thì JK-FF tương đương với T-FF  Khi nối J qua cổng NOT tới K (J=K’) thì JK-FF tương đương với D-FF 28 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Giới thiệu vi mạch 74x73,74x107:Gồm... dữ liệu bên trong máy tính 31 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Thanh ghi (Register): 32 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Thanh ghi (Register):  Giới thiệu vi mạch: -7 4x1 75: Thanh ghi 4 bit, kích bằng cạnh lên, có 1 ngõ CLR tích cực mức thấp - 74x273: Thanh ghi 8 bit kích bằng cạnh lên, có 1 ngõ CLR tích 3 2 cực mức thấp D1 Q1 12 13 4 5 9 1 D1 D2 D3 D4 Q1 Q2 Q3 Q4 CLK Q1 Q2 Q3 Q4 CLR 74LS1 75 33... PRE tích cực mức thấp 29 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Flip-Flop loại chủ-tớ (Master-Slave):  Trong các mạch FF có thể phát sinh dao động do hiện tương chạy đua Hiện tượng này có thể dẫn đến việc chuyển đổi sai trạng thái Để khắc phục hiện tượng chạy đua người ta thường dùng FF loại chủ-tớ để cách ly dữ liệu vào với dữ liệu ra FF chủ-tớ gồm FF-Master mắc ở ngõ vào và FF-Slave mắc ở ngõ ra  Tùy... Tùy theo trạng thái xung nhịp CK, khi FF-Master hoạt động thì FF-Slave khơng hoạt động và ngược lại Trong 1 chu kỳ xung CK, dữ liệu được đưa vào FF-Master trong nửa chu kỳ đầu khi FF này hoạt động Ở nửa chu kỳ sau, dữ liệu ở ngõ ra FF-Master được đưa vào FF-Slave để đến ngõ ra 30 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Thanh ghi (Register):  Một tổ hợp hai hay nhiều D-FF với một đầu vào xung đồng bộ được... thuộc các trạng thái trong X2 X2 Y1/Z1 Y2/Z2 X1 11 X1 5. 1 Giới thiệu Các phương pháp mơ tả mạch tuần tự: Giản đồ xung (Đồ thị thời gian): Dùng giản đồ xung biểu diễn trình tự dãy các tín hiệu vào và dãy các trạng thái ra theo thời gian 12 5. 2 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự Phần tử cơ bản của mạch tuần tự là Flip-Flop (FF) Sơ đồ khối chung: Lập IN Q CK Q Xóa  Q, Q : Các ngõ ra thuận và đảo  Ngõ lập (Preset):... 74LS1 75 33 2 7 10 15 3 6 11 14 13 14 17 18 4 7 8 11 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 CLK 1 CLR 74LS273 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 5 6 9 12 15 16 19 5. 4 Bộ đếm (Counter)  Bộ đếm là tập hợp các FF và các cổng logic được kết nối với nhau tạo thành Với những cách kết hợp khác nhau ta sẽ có được các bộ đếm hoạt động khác nhau S1  Giản đồ trạng thái của bộ đếm: Sn Sn-1 S2 S3  Số bit của bộ đếm chính bằng số FF của bộ đếm . biến trạng thái của mạch tuần tự Sơ đồ khối của mạch tuần tự: Sơ đồ khối của mạch tuần tự: 5. 1 5. 1 Giới thiệu Giới thiệu 6  Mạch tuần tự đồng bộ (Synchronous):. 1 Kỹ Thuật Số Kỹ Thuật Số 2 Chương 5 Mạch tuần tự (Sequential Circuits) 3  Tìm hiểu các phần tử nhớ cơ bản 