Chương 6: FLIP-FLOP pps

Baứi giaỷng Vi maùch CHNG 6 FLIP- FLOP (FF) 6.1 TNG QUAN V FLIP FLOP (FF) FF l mch cú kh nng lt li trng thỏi ngừ ra tu theo s tỏc ng thớch hp ca ngừ vo, iu ny cú ý ngha quan trng trong vic lu tr d liu trong mch v xut d liu ra khi cn. Cú nhiu loi flip flop khỏc nhau, chỳng c s dng rng rói trong nhiu ng dng. Cỏc mch FF thng c kớ hiu nh sau Hỡnh 6.1 Ký hiu FF Nu cỏc ngừ vo s quyt nh ngừ ra l cỏi gỡ thỡ ngừ ng h ck li ch ra rng khi no mi cú s thay i ú. Chõn Ck cú th tỏc ng mc thp hay mc cao tu vo cu trỳc bờn trong ca tng IC FF, do ú vi mt IC FF c nh thỡ ch cú mt kiu tỏc ng, vớ d vi IC 74112 ch cú mt cỏch tỏc ng l xung Ck tỏc ng theo cnh xung. 6.2 CC LOI FF Hỡnh 6.2 Kớ hiu khi ca 4 loi FF ny bi cnh lờn Ck Chửụng 6: Flip - Flop 79 Baứi giaỷng Vi maùch 6.2.1 FF SR (mch lt li t) Hỡnh 6.3 Dng súng minh ha cho FF RS FF RS ny cnh lờn khi ú s kớ hiu hỡnh tam giỏc s khi v du mi tờn lờn trong bng trng thỏi. FF RS ny bng cnh xung tng t v cú khớ hiu thờm hỡnh trũn nh hay gch u Ck ch cnh xung ký hiu khi v v du mi tờn xung bng trng thỏi. 6.2.2 FF JK FF JK b sung thờm trng thỏi cho FF RS (trỏnh trng thỏi cm) Hỡnh 6.4 Dng súng minh ho cho FF JK Nhn thy u vo J, K iu khin trng thỏi ngừ ra theo ỳng nh cỏch m S R ó lm tr 1 im l khi J = K = 1 thỡ trng thỏi cm c chuyn thnh trng thỏi ngc li ( vi J = K = 0 ). Nú cũn gi l ch lt ca hot ng. T dng súng cú th thy rng ngừ ra FF khụng b nh hng bi sn xung ca xung ck cỏc u vo J K cng khụng cú tỏc ng, tr khi xy ra tỏc ng lờn ca Ck. FF JK cú th to thnh t FF SR cú thờm 2 u and cú ngừ ra a v nh hỡnh: Hỡnh 6.5 FF JK t FF SR Cũn cu to bờn trong ca FF JK kớch bng cnh sn s nh sau : Chửụng 6: Flip - Flop 80 Baứi giaỷng Vi maùch Hỡnh 6.6 Cu trỳc mch ca FF JK 6.2.3 FF T Khi ni chung 2 ngừ vo JK nh hỡnh di thỡ s c FF T: ch cú mt ngừ vo T, ngừ ra s b lt li trng thỏi ban u khi ngừ T tỏc ng v mi khi cú cnh sn lờn hay xung ca xung ck. Kớ hiu khi v bng trng thỏi ca FF T nh sau : => Hỡnh 6.7 Kớ hiu khi ca FF T Hỡnh 6.8 Dng súng minh ho cho hot ng ca FF T FF T c s dng chớnh to mch m chia 2. Khi T ni lờn mc 1 (V cc ) hay trng, xung kớch ln lt a vo ngừ Ck. Nhn thy ngừ ra Q s lt trng thỏi mi ln ck xung hay lờn. Tn s xung ngừ ra Q ch cũn bng mt na tn s ngừ vo ck nu a Q ny ti cỏc tng FF sau na thỡ ln lt tn s f s li c chia ụi. õy l nguyờn lớ chớnh ca mch m s c xột n phn sau. Hỡnh 6.9 FF T dựng lm mch chia tn Chửụng 6: Flip - Flop 81 Baứi giaỷng Vi maùch 6.2.4 FF D Khi ni ngừ vo ca FF RS hay JK nh hỡnh thỡ s c FF D: ch cú 1 ngừ vo gi l ngừ vo data(d liu) hay delay(trỡ hoón). Hot ng ca FF D rt n gin: ngừ ra s theo ngừ vo mi khi xung Ck tỏc ng cnh lờn hay xung. => Hỡnh 6.10 Kớ hiu khi Hỡnh 6.11 Dng súng minh ho cho hot ng ca FF D FF D thng l ni chuyn d liu t ngừ vo D n ngừ ra Q cung cp cho mch sau nh mch cng, ghi dch nờn hn na ngừ vo D phi ch mt khong thi gian khi xung ck kớch thỡ mi a ra ngừ ra Q, do ú FF D cũn c xem nh mch trỡ hoón, ngừ D cũn gi l delay. 6.2.5 Mch cht D Cỏc FF ny bng mc u cú th tr thnh mch cht khi chõn ck cho mc tỏc ng luụn. Thụng dng nht l cht D. Mch c to bi FF D khi thay ngừ vo ng b bi ngừ vo cho phộp (enable : E) tỏc ng mc cao. Cu to kớ hiu v bng trng thỏi nh nhng hỡnh sau : Hỡnh 6.12 Kớ hiu khi v bng s tht ca cht D Hỡnh 6.13 Cu to cht D Chửụng 6: Flip - Flop 82 Baứi giaỷng Vi maùch 6.2.6 Flip Flop khi cú thờm ngừ vo trc tip Nh thy cỏc FF ó xem xột trờn khi cp in s xõy dng ngay trng thỏi ca ngừ ra vỡ nú cũn tu thuc vo cu trỳc ca mch v cỏc yu t ngu nhiờn khỏc. Vỡ lớ do ny 2 ngừ vo mi c thờm vo xỏc nh chớnh xỏc trng thỏi logic ra lỳc cp in (m ngun) hay bt c lỳc no mun, nú hon ton c lp vi trng thỏi logic cỏc ngừ vo ng b J, K, R, S, D, T v k c xung ng h ck, tcl chỳng ginh quyn u tiờn trc ht quyt nh ngừ ra. Chỳng c gi l ngừ vo trc tip (ngừ vo khụng ng b) v t tờn l Preset (Pr) cú ngha l t trc v Clear (Cl) cú ngha l xoỏ. Cn phi ý rng khụng c phộp t chõn Pr = Cl = 0 vỡ khi ú Q = Q' =1 trng thỏi cm. Chõn Pr, Cl khi ny khụng cú tỏc dng gỡ, khụng xỏc nh c trng thỏi ra. Do ú, nhiu mch FF ch cú 1 ngừ Clear xoỏ mch khi cn m khụng cú ngừ Pr; cú FF thỡ li khụng cú c 2 ngừ ny. V cu trỳc bờn trong ca FF khi ny, 2 ngừ Pr v Cl s c a vo tng trung gian ca cỏc FF, nh trong cu to ca IC 74LS76. 6.3 NG DNG CA FLIP-FLOP V CHT 6.3.1 Mch phỏt hin tun t cỏc d liu Vi 2 tớn hiu vo cựng mt lỳc A v B, xỏc nh tớn hiu no vo trc, tớn hiu no vo sau (chng hn ai bm chuụng trc), ta cú th dựng FF JK (cng NAND khụng th xỏc nh c). Mch trờn minh ho cho hot ng ca mch Hỡnh 6.15 Mch phỏt hin tun t d liu A v B FF JK cú ngừ K thp, xoỏ mch ngừ ra Q thp. Bõy gi nu A a ti ngừ J m vo trc, thỡ khi B vo sau ngừ ck s lm Q lờn cao. Ngc li, nu A vo sau, thỡ khi B vo trc (ngừ J khi ny vn thp) s vn ngừ ra Q thp Chửụng 6: Flip - Flop Hỡnh 6.14 Kớ hiu FF SR cú thờm ngừ Pr v Cl 83 Baứi giaỷng Vi maùch 6.3.2 Mch bỏo ng khi tia sỏng b ct Hỡnh minh ho Hỡnh 6.16 Mch bỏo ng khi tia sang b ct Hot ng Bỡnh thng cụng tc SW h ngừ R ca cht SR cao. Chựm tia sỏng n transistor quang lm in tr gia cc B v E ca nú gim (tu thuc cng ỏnh sỏng ri vo). Do S, R ang cao nờn ngừ ra ca cht vn gi nguyờn trng thỏi trc ú (c xỏc nh lỳc m in hay cỏc yu t khỏc). xỏc nh trng thỏi ban u ta úng SW trong chc lỏt cho ngừ R thp. FF ang ch reset, do ú ngừ ra Q thp. Khi thit lp li ngừ ra thỡ cn phi ngt mch bỏo ng ra(trỏnh bỏo ng gi). Khi thit lp xong mi ni li mch, R lỳc ny ó cao, ngừ ra Q thp. Khi tia sỏng b ct, transistor quang cú th dn yu hn hay ngt luụn do ú ngừ S thp (do ni qua tr 47K), cht ch t, do ú ngừ ra Q lờn cao kớch thớch mch bỏo ng hot ng (chng hn loa ốn, khi ny cng cn thờm phn giao tip ti nh ó núi n bi s dng cng logic ca chng 1). Nu tia sỏng ch b ct trong chc lỏt thụi (chng hn do cú ngi i ngang qua) tc l ngừ S xung thp trong chc lỏt ri lờn tr li thỡ ngừ ra Q vn cao tc mch vn bỏo ng kộo di. Mun tt mch bỏo ng i ta úng SW li R xung thp. Cht ch t li nờn ra Q 0 mch bỏo ng ngt. Phn mch phỏt quang cú th b kớch hot bi tip im s chm ca (bỏo ng t nhp), cm bin dũ mc nc, nhit (bỏo ng quỏ nhit, quỏ mc nc cho phộp) 6.3.3 Chia tn 1 FF JK ch ch lt (J = K = 1). Nu xung vuụng tn s f c a ti chõn Ck ca FF ny thỡ mi cnh lờn ca xung Ck, ngừ ra Q s lt trng thỏi v phi ch n cnh xung ck tip theo thỡ Q mi lt tr li. Nh vy dng súng ngừ ra cng l 1 xung vuụng vi tn s ch cũn mt na ca súng vo ngừ ck. Ta núi rng tớn hiu ó c chia ụi tn s. Nu mc thờm 1 FF th 2 ly xung ck t Chửụng 6: Flip - Flop 84 Baứi giaỷng Vi maùch ngừ ra Q ca FF th 1 thỡ tng t súng ra s cú tn s cũn 1 na ca súng ra tng FF u hay bng ẳ tn s ca súng a vo FF th nht. Hỡnh 6.17 Chia tn Vi cỏch mc FF nh trờn, nu cú n FF thỡ tn s ca súng ra cui cựng s ch cũn l 1/2n. Thc ra, cỏch ni FF JK nh trờn chớnh l FF T. 6.3.4 Lu tr d liu song song Trong cỏc h thng s, d liu (s, mó hay cỏc dng thụng tin khỏc) thng c lu tr thnh mt nhúm cỏc bit (mó ASCII l nhúm 7 bit, s BCD l nhúm 4 bit). Do ú cỏc FF c mc thớch hp s cho phộp d liu c lu tr v x lớ ng thi trờn cỏc ng song song. Cỏch mc cỏc FF c minh ho nh hỡnh: Hỡnh 6.18 Lu tr d liu song song (3bit) Mi nhúm d liu 3 bit c a ti ngừ vo ca 2 FF D. Xung ng h s lm cho c 3 FF hot ng ng b v ch khi ck lờn cao, d liu mi c a ra ngoi. Nh vy khi ck cha tỏc ng cnh lờn thỡ d liu 3 bit ó c lu tr trong 3 FF D. Mt nhúm cỏc FF D mc theo cỏch ny s to thnh thanh ghi dch cho phộp lu tr d liu song song, m ta s tỡm hiu k hn phn sau. Chửụng 6: Flip - Flop 85 Baứi giaỷng Vi maùch 6.3.5 m Mt ng dng rt quan trng khỏc ca FF l m. m l kh nng nh c s xung u vo, nú l mt thao tỏc c bn quan trng v c s dng rng rói, t cỏc thit b o ch th s n cỏc mỏy tớnh in t s loi ln, gn nh tt c cỏc h thng s hin i u cng thy cú mt nú. Cỏch mc 2 FF JK nh hỡnh bờn cho phộp m t 1 n 3 (dng mó nh phõn). Thc ra hot ng ca mch m cng tng t nh chia tn ó núi trờn. Dng súng ngừ ra s t tr li sau mi 4 chu kỡ xung kớch ck u vo. Hỡnh 6.19 ng dng FF lm mch m 6.4 KHO ST MT S IC 6.4.1 FF JK 74LS76 l 1 IC cha 2 FF JK trong cựng mt v, ngừ ng h clock (kớ hiu l CP: Clock Pulse)tỏc ng cnh xung; nú u cú c 2 ngừ vo trc tip l Preset (kớ hiu chõn l S D ) v Clear (kớ hiu chõn l C D ), trong cu to mch nh hỡnh di, chỳng u c a vo tng nand u. Hỡnh 6.20 Kớ hiu khi v cu to bờn trong ca 74LS76 Bng trng thỏi hot ng ca 74LS76 Chửụng 6: Flip - Flop 86 Baứi giaỷng Vi maùch Mt s IC khỏc o 7473 : 2 FF JK cu to ch t, ck tỏc ng cnh lờn, cú ngừ xoỏ clear o 74LS73 : 2 FF JK thng, ck tỏc ng cnh xung, cú ngừ xoỏ clear o 7476 : 2FF JK cu to ch t, ck tỏc ng cnh lờn, cú c preset v clear o 74112/113/114 : 2 FF JK ny cnh xung cú preset v clear o 74276/LS276 : 4 FF JK dựng ck riờng v ny cnh xung, chõn preset v clear li dựng chung. o 74376/LS376 : 4 FF JK dựng ck chung ny cnh xung, ch cú clear chung 6.4.2 FF D 74LS74 l 1 IC cha 2 FF D trong cựng 1 v, nú cú ngừ ng h (CP) tỏc ng cnh lờn c a vo tng cht u; ngừ xoỏ (CD) v ngừ t (SD) tỏc ng cnh xung, c a vo tng cht sau (nh hỡnh di). Hỡnh 6.21 Kớ hiu khi v cu trỳc mch ca 74LS74 Chửụng 6: Flip - Flop 87 Baứi giaỷng Vi maùch Bng trng thỏi hot ng ca 74LS74: Mt s IC khỏc hay dựng o 7474 : Hai ff D cú ck ny cnh lờn, cú c preset v clear. o 74LS175 : 4 FF D cú ck chung ny cnh lờn, ch cú clear dựng chung. o 74LS374 : 8 FF D cú ck ny cnh lờn, khụng cú preset hay clear nhng cú ngừ cho phộp ra chung. Cỏc ngừ ra 3 trng thỏi. o 74LS174 : 6 FF D cú chung ngừ xoỏ MR. o 74LS377/738/379 : 8/6/4 FF D cú chung ngừ cho phộp E. 6.4.3 Cht D C74LS375 gm 4 cht D cho phộp cht d liu 4 bit song song khi ngừ cho phộp E01 v E23 thp. E01 cho phộp cht d liu D0, D1; cũn E02 cho phộp cht d liu D2, D3. Hỡnh 6.22 Kớ hiu khi v chõn ra ca cht D 74LS375 Hỡnh 6.23 Cu trỳc ca 1 mch cht trong IC 74LS375 Mt s IC khỏc hay dựng o 7475 : 4 cht D. Chửụng 6: Flip - Flop 88 [...]... bng sau: Chửụng 6: Flip - Flop 89 Baứi giaỷng Vi maùch Trong ú: 0* l mc thp trong lỳc t trc khi LE chuyn t cao xung thp 1* l mc cao trong lỳc t trc khi LE chuyn t cao xung thp Mt s IC CMOS khỏc l o o 74HC/HCT259 : cht nh a ch 8 bit o 74HC/HCT173 : 4 FF D cú reset, ra 3 trng thỏi cnh lờn o 90 74HC/HCT75 : 4 cht trong sut 74HC/HCT377 : 8 FF D cú chung ng h v ngừ vo cho phộp Chửụng 6: Flip - Flop . tỏc ng theo cnh xung. 6.2 CC LOI FF Hỡnh 6.2 Kớ hiu khi ca 4 loi FF ny bi cnh lờn Ck Chửụng 6: Flip - Flop 79 Baứi giaỷng Vi maùch 6.2.1 FF SR (mch lt li t) Hỡnh 6.3 Dng súng minh ha cho FF. nh hỡnh: Hỡnh 6.5 FF JK t FF SR Cũn cu to bờn trong ca FF JK kớch bng cnh sn s nh sau : Chửụng 6: Flip - Flop 80 Baứi giaỷng Vi maùch Hỡnh 6.6 Cu trỳc mch ca FF JK 6.2.3 FF T Khi ni chung 2. ụi. õy l nguyờn lớ chớnh ca mch m s c xột n phn sau. Hỡnh 6.9 FF T dựng lm mch chia tn Chửụng 6: Flip - Flop 81 Baứi giaỷng Vi maùch 6.2.4 FF D Khi ni ngừ vo ca FF RS hay JK nh hỡnh thỡ s c