bài giảng kĩ thuật số chương 4

Chương 4: HỆ TUẦN TỰ I Giới thiệu: Hệ hệ mà ngõ không phụ thuộc vào ngõ vào mà phụ thuộc vào số ngõ hồi tiếp trở thành ngõ vào thông qua phần tử nhớ Ngõ vào (INPUT) CỔNG LOGIC Ngõ (OUTPUT) PHẦN TỬ NHỚ Phần tử nhớ thường sử dụng Flip_Flop Hệ chia thành loại: - Hệ đồng (Synchronous) - Hệ bất đồng (Asynchronous) II Mạch Chốt (Latch) Flip-Flop (FF): Latch (chốt): mạch mà liên tục xem xét ngõ vào làm thay đổi ngõ thời điểm không phụ thuộc vào xung clock Flip_Flop: mạch mà thường lấy mẫu ngõ vào làm thay đổi ngõ thời điểm xác định xung clock Các mạch chốt FF có ngõ Q Q Hai ngõ có giá trị logic bù Các mạch chốt: Bảng hoạt động: a Chốt SR: có loại * Cổng NOR: R (reset) Q S R Q+ Q+ 0 1 Q Q 1 0 0 1 Cấm sử dụng Q+ trạng thái Q Ký hiệu: S (set) Q S Q R Q Bảng hoạt động: * Cổng NAND: S (set) Q S R Q+ Q+ 0 1 1 0 Q Q 1 Cấm sử dụng Ký hiệu: R (reset) Q S Q R Q b Chốt SR có ngõ vào cho pheùp: S (set) Q C (enable) Q R (reset) Bảng hoạt động: C S R X X 0 1 1 1 Q+ Q Q 1 Q+ Q Q 1 Ký hiệu chốt SR có ngõ vào cho phép tích cực cao: S Q C R Q * Khảo sát giản đồ xung: S R C Q (Cho Q ban đầu 0) Ký hiệu chốt SR có ngõ vào cho phép tích cực thấp: S Q C R Q C S R X X 0 0 1 0 1 Q+ Q Q 1 Q+ Q Q 1 c Choát D: D (set) Q C (enable) Q Ký hiệu chốt D: Bảng hoạt ñoäng: D Q C D C Q 1 X Q+ Q Q+ Q Flip_Flop (FF): Trạng thái ngõ FF thay đổi theo ngõ vào trạng thái trước ngõ thời điểm thay đổi xung clock (cạnh lên cạnh xuống) X Q X Q CK Q CK Q Xung clock cạnh lên Xung clock cạnh xuống * Bảng đặc tính phương trình đặc tính: Biểu diễn mối quan hệ ngõ Q+ phụ thuộc vào ngõ vào trạng thái ngõ Q * Bảng kích thích: Biểu diễn giá trị ngõ vào cần phải có ta cần ngõ chuyển từ trạng thái Q sang trạng thái keá tieáp Q+ a Flip_Flop D (D-FF): D Q Bảng hoạt động: CK 0, 1, CK Q D Q CK 0, 1, CK Q D Q+ Q+ X Không thay đổi D Q+ Q+ X Không thay đổi 1 1 SMD (Surface Mount Devices) D_FF (IC 7474) IIX LƯU ĐỒ MÁY TRẠNG THÁI: - Hệ gọi máy trạng thái thuật toán (ASM - algorithmic state machine) hay đơn giản máy trạng thái (SM - state machine), gọi tắt SM - Lưu đồ SM tạo khối SM; khối SM mô tả hoạt động hệ trạng thái - Một khối SM bao gồm Hộp trạng thái (state box), Hộp định (decision box) Hộp xuất theo điều kiện (conditional ouput box) Hộp trạng thái NguyenTrongLuat ĐIỀU KIỆN Hộp định Hộp xuất theo đkiện 78 Đường vào khối SM Tên trạng thái S Mã trạng thái xxx Liệt kê biến có giá trị (biến Moore) ĐIỀU KIỆN Liệt kê biến có giá trị theo điều kiện (biến Mealy) Các đường đến khối SM khác Một khối SM có xác đường vào nhiều đường NguyenTrongLuat 79 - Một đường dẫn qua khối SM từ ngõ vào đến ngõ gọi đường dẫn liên kết (link path) S1 Z1, Z2 X1 Z3, Z4 NguyenTrongLuat X2 X3 Z5 n 80 - Khối SM biểu diễn nhiều dạng khác - Một lưu đồ SM biểu diễn hệ tổ hợp có trạng thái thay đổi trạng thái xảy Z1 = A + A’BC = A + BC NguyenTrongLuat 82 - Ta phải tuân theo số qui tắc xây dựng khối SM * Với kết hợp biến vào hợp lệ phải có xác đường định nghóa Điều cần thiết tổ hợp vào cho phép phải dẫn đến trạng thái kế * Không cho phép có đường hồi tiếp nội khối SM NguyenTrongLuat 83 1/0 S0 00 = AB Za 0/0 S0 Za S1 Zb 0/0 S2 Zc 1/Z2 0/Z1 X 1/0 S1 01 Zb X S2 11 Zc Z1 NguyenTrongLuat X Z2 84 Giản đồ định Clock S0 State S0 S1 S2 S2 S0 S0 X Za Za X Zb S1 Zc Zb Z1 X Z2 S2 Zc Z1 NguyenTrongLuat X Z2 85 CÀI ĐẶT LƯU ĐỒ MÁY TRẠNG THÁI: - Việc cài đặt (realization) lưu đồ SM tìm phương trình biến biến trạng thái - Các bước thực sau: * Thực gán trạng thái cho hộp trạng thái * Xác định phương trình biến Zi - Tìm trạng thái có xuất biến (Zi = 1) - Nếu biến MOORE ta tích số (AND) biến trạng thái; biến MEALY ta có tích số biến trạng thái biến điều kiện vào - Phương trình biến tổng (OR) tích số tìm thấy bước lại với NguyenTrongLuat 86 * Gán trạng thái: S0 00 = AB S0: AB = 00; S1: AB = 01 S2: AB = 11 Za * Phương trình biến ra: Za = A B X S1 Zb = A B 01 Zc = A B Zb Z1 = A B X X S2 Z2 = A B X 11 Zc Z1 NguyenTrongLuat X Z2 87 * Xác định phương trình biến trạng thái kế Q+j - Tìm tất trạng thái Qj =1 - Tại trạng thái này, tìm tất đường dẫn liên kết (link path) mà dẫn vào trạng thái - Với đường dẫn liên kết này, tìm số hạng theo đường dẫn liên kết Nghóa là, với đường dẫn liên kết từ Sa đến Sb, số hạng tích số biến trạng thái trạng thái Sa biến điều kiện để dẫn đến Sb - Biểu thức Q+j tạo thành cách lấy tổng (OR) tích số tìm thấy bước lại với NguyenTrongLuat 88 * Phương trình biến trạng thái kế: S0 00 = AB A+ = A B X Za (S1→ S2) B+ = A B X X S1 (S1→ S2) 01 + ABX (S2→ S2) + ABX + ABX (S2→ S2) (S0→ S1) Zb X S2 11 Zc Z1 NguyenTrongLuat X Z2 89 Ví dụ: Cho hệ có lưu đồ máy trạng thái (lưu đồ SM) hình vẽ Xác định phương trình (hàm) trạng thái kế biến trạng thái Q+1, Q+0 phương trình ngõ Z1, Z2 ... QH QH0 1 1 12 QAn QGn X QAn QGn 13 X 0 QAn QGn 41 NguyenTrongLuat 42 IC 741 65: PISO – Thanh ghi dịch song song thaønh nối tiếp 15 10 11 12 13 14 SH/LD CLK INH CLK SER A B C D E F QH G QH H NguyenTrongLuat... 2D nD SHIFT / LOAD CLOCK X1 Y X0 S X1 Y X0 S X1 Y X0 S D Q Ck Q D Q Ck Q D Q Ck Q 1Q 2Q nQ 40 IC 741 64: SIPO – Thanh ghi dịch nối tiếp thaønh song song A QA B QB QC QD QE 10 QF 11 QG QH CLR CLK... 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 111 000 100 QAQBQC 011 001 010 34 IC 741 93: đếm lên/xuống đồng bit 15 A QA B QB QC QD 10 11 C D LOAD 14 CLR UP (MSB) CLR LOAD UP DOWN 0 0 X 1 X X 1 X X 1 MODE RESET