Bài giảng Điện tử số - Chương 4 pptx

11/13/2009 79 Nội dung chương 4 4.1. Khái niệm 4.2. Các mô hình của hệ dãy 4.3. Các Trigger 4.4. Một số ứng dụng hệ dãy 157 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 X 1 = 0 1 1 0 0 X 2 = 0 1 1 1 0 Bộ cộng liên tiếp Y t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 X 1 = 0 1 1 0 0 X 2 = 0 1 1 1 0 Y= 1 1 0 1 0 LSB 4.1. Khái niệm  Hệ dãy: tin tức ở đầu ra không chỉ phụ thuộc tin tức đầu vào ở thời điểm hiện tại mà còn phụ thuộc vào quá khứ của các tin tức đó nữa hệ có nhớ.  Ví dụ: Xét bộ cộng nhị phân liên tiếp. Bộ cộng có 2 đầu vào X1, X2 là 2 số nhị phân cần cộng, đầu ra Y là tổng của X1, X2. 158 11/13/2009 80 4.1. Khái niệm Nhận xét: Tín hiệu ra Y là khác nhau ngay cả trong các trường hợp tín hiệu vào như nhau  Phân biệt 2 loại quá khứ của tín hiệu vào: một là loại tín hiệu vào tạo ra số nhớ bằng 0 và hai là loại tín hiệu vào tạo ra số nhớ bằng 1.  Hai loại này tạo nên 2 trạng thái của bộ cộng là có nhớ (số nhớ = 1) và không nhớ(số nhớ = 0). Ra t i : vào t i số nhớ t i-1 : vào t i-1 số nhớ t i-2 159 Mô hình Mealy và mô hình Moore Trạng thái X Y HỆ DÃY 4.2. Các mô hình hệ dãy Mô hình của hệ dãy được dùng để mô tả hệ dãy thông qua tín hiệu vào, tín hiệu ra và trạng thái của hệ mà không quan tâm đến cấu trúc bên trong của hệ. 160 11/13/2009 81 Mealy: mô tả hệ dãy bằng bộ 5 • X : tập hữu hạn các tín hiệu vào. Nếu hệ có m đầu vào các tín hiệu vào tương ứng là x 1 ,x 2 ,x m • S : tập hữu hạn các trạng thái. Nếu hệ có n trạng thái các trạng thái tương ứng là s 1 ,s 2 ,s n • Y: tập hữu hạn các tín hiệu ra. Nếu hệ có l đầu ra ta có các tín hiệu ra tương ứng là y 1 ,y 2 ,y l • Fs: hàm trạng thái. Fs = Fs(X,S) • Fy : hàm ra. Fy = Fy(X,S) Moore: cũng dùng bộ 5 như mô hình Mealy Điều khác biệt duy nhất: Fy = Fy(S) 4.2. Các mô hình hệ dãy Mealy Moore 161 4.2. Các mô hình hệ dãy Ví dụ Bộ cộng nhị phân liên tiếp Xét theo mô hình Mealy:  Tập tín hiệu vào: X={00,01,10,11}.  Tập tín hiệu ra: Y = {0,1}.  Tập trạng thái: S = {s0, s1} Trạng thái s0 là trạng thái không nhớ hay số nhớ tạo ra bằng 0. Trạng thái s1 là trạng thái có nhớ hay số nhớ tạo ra bằng 1. 162 11/13/2009 82 4.2. Các mô hình hệ dãy  Hàm trạng thái: (trạng thái hiện tại, trạng thái tiếp theo) Fs(s0,11) = s1 Fs(s0,x1x2) = s0 nếu x1x2=00, 01 hoặc 10 Fs(s1,00) = s0 Fs(s1,x1x2) = s1 nếu x1x2=10, 01 hoặc 11.  Hàm ra: Fy(s0,00 hoặc 11) = 0 Fy(s0,01 hoặc 10) = 1 Fy(s1,00 hoặc 11) = 1 Fy(s1,01 hoặc 10) = 0 163 4.2. Các mô hình hệ dãy Xét theo mô hình Moore:  Tập tín hiệu vào: X={00,01,10,11}.  Tập tín hiệu ra: Y = {0,1}.  Tập trạng thái: {s00, s01, s10, s11} s00 : trạng thái không nhớ, tín hiệu ra bằng 0 s01 : trạng thái không nhớ, tín hiệu ra bằng 1 s10 : trạng thái có nhớ, tín hiệu ra bằng 0 s11 : trạng thái có nhớ, tín hiệu ra bằng 1.  Hàm trạng thái: Fs(s00 hoặc s01,00) = s00 Fs(s00 hoặc s01,01) = s01  Hàm ra: Fy(s00) = Fy(s10) = 0 Fy(s01) = Fy(s11) = 1 164 11/13/2009 83 S X X 1 X 2 X N s 1 Fs(s 1 ,X 1 ),Fy(s 1 ,X 1 ) Fs(s 1 ,X 2 ),Fy(s 1 ,X 2 ) : Fs(s 1 ,X N ),Fy(s 1 ,X N ) s 2 Fs(s 2 ,X 1 ),Fy(s 2 ,X 1 ) Fs(s 2 ,X 2 ),Fy(s 2 ,X 2 ) : Fs(s 2 ,X N ),Fy(s 2 ,X N ) : : : : : s n Fs(s n ,X 1 ),Fy(s n ,X 1 ) Fs(s n ,X 2 ),Fy(s n ,X 2 ) : Fs(s n ,X N ),Fy(s n ,X N ) Nếu hệ có m đầu vào thì N <= 2 m Trạng thái tiếp theo Trạng thái hiện tại Tín hiệu ra 4.2. Các mô hình hệ dãy  Bảng trạng thái Mealy 165 S X Y X 1 X 2 X N s 1 Fs(s 1 ,X 1 ) Fs(s 1 ,X 2 ) : Fs(s 1 ,X N ) Fy(s 1 ) s 2 Fs(s 2 ,X 1 ) Fs(s 2 ,X 2 ) : Fs(s 2 ,X N ) Fy(s 2 ) : : : : : : s n Fs(s n ,X 1 ) Fs(s n ,X 2 ) : Fs(s n ,X N ) Fy(s n ) Trạng thái hiện tại Trạng thái tiếp theo 4.2. Các mô hình hệ dãy  Bảng trạng thái Moore 166 11/13/2009 84 S x 1 x 2 00 01 11 10 s 0 s 0 ,0 s 0 ,1 s 1 ,0 s 0 ,1 s 1 s 0 ,1 s 1 ,0 s 1 ,1 s 1 ,0 S x 1 x 2 Y 00 01 11 10 s 00 s 00 s 01 s 10 s 01 0 s 01 s 00 s 01 s 10 s 01 1 s 10 s 01 s 10 s 11 s 10 0 s 11 s 01 s 10 s 11 s 10 1 Mealy Moore 4.2. Các mô hình hệ dãy Ví dụ Bộ cộng nhị phân liên tiếp 167 Đồ hình trạng thái s 1 s 2 X / Y Ví dụ Bộ cộng nhị phân liên tiếp s 0 s 1 11/0 00/1 00/0 11/1 01,10/1 01,10/0 Mealy s 00 s 10 11 00 00 01,10 s 01 s 11 11 01,10 01,10 01,10 11 00 11 00 Moore 4.2. Các mô hình hệ dãy 168 11/13/2009 85 • Các phần tử cơ bản của hệ dãy là các phần tử nhớ hay còn gọi là Trigơ • Trạng thái của trigơ chính là tín hiệu ra của nó. • Một trigơ có thể làm việc theo 2 kiểu: - Trigơ không đồng bộ: đầu ra của trigơ thay đổi chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào. - Trigơ đồng bộ: đầu ra của trigơ thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu vào và tín hiệu đồng bộ. 4.3. Các Trigger 169 Các kiểu đồng bộ  Đồng bộ theo mức:  Mức cao: • Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 0 thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái) • Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 1 thì hệ làm việc bình thường.  Mức thấp: • Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 1 thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái) • Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 0 thì hệ làm việc bình thường. Đồng bộ theo mức L H 170 11/13/2009 86 Các kiểu đồng bộ (tiếp)  Đồng bộ theo sườn:  Sườn dương: • Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn dương (sườn đi lên, từ 0 → 1) thì hệ làm việc bình thường • Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái).  Sườn âm: • Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn âm (sườn đi xuống, từ 1 → 0), hệ làm việc bình thường • Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái). Đồng bộ theo sườn 171 Các kiểu đồng bộ (tiếp) Đồng bộ kiểu xung:  Khi có xung thì hệ làm việc bình thường  Khi không có xung thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái). Đồng bộ kiểu xung 172 11/13/2009 87 Có 4 loại trigơ: RS Reset-Set Xóa - Thiết lập D Delay Trễ JK Jordan và Kelly Tên 2 nhà phát minh ra loại trigơ này T Toggle Bập bênh, bật tắt 4.3. Các Trigger 173  Sơ đồ khối:  Trigger RS hoạt động được ở cả 2 chế độ đồng bộ và không đồng bộ R S Q Q CLK Đồng bộ mức cao CLK CLK Đồng bộ mức thấp CLK Đồng bộ sườn dương CLK CLK Đồng bộ sườn âm R S Q Q CLK SET CLR R S Q Q 4.3.1. Trigơ RS – Ký hiệu 174 11/13/2009 88 S Q CLK R Q SR q 00 01 11 10 0 0 0 1 1 1 0 1 Phương trình trạng thái: Q S Rq Q Q R S 1 1 Nhớ Xóa Kxđ Tlập S: Set, R: Reset Trạng thái tiếp theo Trạng thái hiện tại CLK: CLOCK (đồng hồ, đồng bộ) Trạng thái hiện tại 4.3.1. Trigơ RS – Hàm trạng thái 175 S Q CLK R Q 4.3.1. Trigơ RS – Sơ đồ 176 [...]... đếm  Bộ đếm tiến (tăng): số đếm tăng lên 1 mỗi khi có 1 xung đếm Ví dụ Bộ đếm tiến môđun 8: 0-1 - 2-3 - 4- 5 - 6-7 - 0-  Bộ đếm lùi (giảm): số đếm giảm đi 1 mỗi khi có 1 xung đếm Ví dụ Bộ đếm lùi môđun 8: 7-6 - 5 -4 - 3-2 - 1-0 - 7- Các IC được chế tạo làm bộ đếm thường cho phép đếm theo cả 2 chiều 198 99 11/13/2009 4. 4.2 Thanh ghi  Chức năng: Lưu trữ và dịch chuyển thông tin  Phân loại: RA 0 1 1 0 1 1 1 0 0 VÀO... J CLK K Q Q CLK Q K Tích cực mức thấp Q Tích cực sườn âm 189 4. 3.3 Trigơ JK Bảng chuyển trạng thái của JK Q J q Kq Nhớ Tlập 0 Lật Tlập 1 190 95 11/13/2009 4. 3 .4 Trigơ T •Trigơ T (Toggle) chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ Q Nhớ Tq Tq Lật 191 4. 4 Một số ứng dụng hệ dãy 4. 4.1 Bộ đếm và chia tần số  Bộ đếm dùng để đếm xung Bộ đếm môđun N: đếm N-1 xung, xung thứ N làm cho bộ đếm quay về trạng thái nghỉ hay... trạng thái cần 4 trigơ 193 a) Bộ đếm không đồng bộ n q3 q2 q1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 16 Bảng đếm xung n: số xung đếm q4, q3,q2, q1: Trạng thái của 4 trigơ q4 0 0 0 0 0 1 94 97 11/13/2009 a) Bộ đếm không đồng bộ 1 1 J CLK J Q1 1 Q2 J CLK CLK 1 Q3 J Q4 CLK CLK Xung... – Ra nối tiếp Vào song song – Ra song song 199 4. 4.2 Thanh ghi Ví dụ: Thanh ghi 4 bit dùng trigơ D A Sè liÖu vµo D Q B D Q C D Q D D Q CLK CLOCK CLK CLK CLK CLR Q CLR Q CLR Q CLR Q CLEAR CLR = 0 Q=0 200 100 11/13/2009 4. 4.2 Thanh ghi VÀO Dòng RA CLR Số liệu CLK A B C D 1 0 0 0 0 0 0 0 2 1 1 0 0 0 0 0 3 1 1 1 1 0 0 0 4 1 1 2 1 1 0 0 5 1 1 3 1 1 1 0 6 1 0 4 0 1 1 1 7 1 0 5 0 0 1 1 8 1 0 6 0 0 0 1 9 1... đếm 0 1 0 0 1 1 2 0 1 0 0 1 1 3 4 1 0 0 4 5 1 0 1 5 6 1 1 0 6 7 1 1 1 0 0 0 Q CLK K J 0 Q FF2 Q CLK K 1 Q FF3 7 8 FF1 J A 2 3 Q 0 B 0 FF1: J=K=1, lật trạng thái khi có CLK FF2,FF3: J=K J=K=1: Chế độ lật khi có CLK J=K=0: Chế độ nhớ khi có CLK 197 Bộ đếm và chia tần số Bộ đếm đồng thời là bộ chia tần số Hệ số chia tần số đúng bằng môđun của bộ đếm  Bộ đếm tiến (tăng): số đếm tăng lên 1 mỗi khi có 1... 1 0 14 1 0 12 0 0 0 1 15 1 0 13 0 0 0 0 •Bảng số liệu khảo sát 201 4. 4.2 Thanh ghi Chuông   1 1   0 0 202 101 11/13/2009 Bài tập 1 D0 PR Q0 D1 CLK Q1 D2 Q2 D3 Q3 CLK CLK CLK CLR CLR CLR START PR: PRESET PR = 0 Q=1 CLOCK CLK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 START Cho dạng tín hiệu CLOCK và START như hình vẽ Hãy vẽ dóng trên cùng trục thời gian tín hiệu ở các đầu ra Q0, Q1, Q2, Q3 và giải thích 203 Bài tập... Q3 và giải thích 203 Bài tập 2  Cho sơ đồ sau Giả thiết ban đầu QM = QS = 0 Hãy vẽ dạng QM và QS dóng trên cùng trục thời gian cho 4 xung CLOCK và giải thích 2 04 102 11/13/2009 Bài tập 3  Cho sơ đồ như sau Mô tả hoạt động khi phím P4 được ấn 205 Hướng dẫn bài 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 START Q0 Q1 Q2 Q3 206 103 ... K Q3 Q4 1 Tr = 2 Tv, Fr = Fv/2 Tv Tr 195 a) Bộ đếm không đồng bộ Bộ đếm không đồng bộ môđun 10 Khi đến xung thứ 10 thì các q bằng 0 Dùng một tín hiệu Clear làm cho các trigơ = 0 1 J Q1 1 J Q2 1 CLK CLK J Q3 1 J Q4 CLK CLK CLK 1 K CLR Q1 1 K CLR Q2 CLR: CLEAR (XÓA) CLR=0 K CLR Q3 1 1 K CLR Q4 Q=0 196 98 11/13/2009 b) Bộ đếm đồng bộ C Ví dụ Môđun 8 1 J Q CLK K Xung vào (CLK) CLK A B C 0 0 0 0 Số đếm... đồ thời gian Chốt D D xúc phát sườn dương 1 84 92 11/13/2009 Ví dụ 1  Cho chốt D kích hoạt mức cao Hãy vẽ tín hiệu ra Q dóng trên cùng trục thời gian với tín hiệu vào D 185 Ví dụ 1 (tiếp) 186 93 11/13/2009 Ví dụ 2  Cho trigger D xúc phát sườn dương Hãy vẽ tín hiệu ra Q dóng trên cùng trục thời gian với tín hiệu vào D 187 Ví dụ 2 (tiếp) 188 94 11/13/2009 4. 3.3 Trigơ JK • Được đặt tên theo tên 2 nhà...11/13/2009 4. 3.1 Trigơ RS Biểu đồ thời gian 1 S 0 1 R 0 1 Q 0 1 Q 0 Thiết lập Xóa Nhớ 0 Thiết lập Nhớ 1 177 4. 3.1 Trigơ RS Tác dụng của đồng hồ (CLK: CLOCK) S=1 R=0 Q=1 S=1 R=0 Q=0 S=0 R=1 Q=1 S=0 R=1 Q=0 178 89 11/13/2009 Ví dụ  Cho Trigger RS đồng bộ mức cao và đồ thị các tín hiệu R, S như hình vẽ Hãy vẽ đồ thị tín hiệu ra Q 179 Ví dụ (tiếp) 180 90 11/13/2009 4. 3.2 Trigơ D (Delay)  . dung chương 4 4.1. Khái niệm 4. 2. Các mô hình của hệ dãy 4. 3. Các Trigger 4. 4. Một số ứng dụng hệ dãy 157 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 X 1 = 0 1 1 0 0 X 2 = 0 1 1 1 0 Bộ cộng liên tiếp Y t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 X 1 =. âm 189 4. 3.3. Trigơ JK qKqJQ Nhớ Tlập 0 Tlập 1 Lật Bảng chuyển trạng thái của JK 190 11/13/2009 96 Q Tq Tq Nhớ Lật 4. 3 .4. Trigơ T •Trigơ T (Toggle) chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ. 191 4. 4. Một số. và không nhớ (số nhớ = 0). Ra t i : vào t i số nhớ t i-1 : vào t i-1 số nhớ t i-2 159 Mô hình Mealy và mô hình Moore Trạng thái X Y HỆ DÃY 4. 2. Các mô hình hệ dãy Mô hình của hệ dãy được dùng