Bài giảng môn kỹ thuật số 2 chương 1 GV nguyễn hữu chân thành

Bài giảng mơn Kỹ thuật số Chương THIẾT KẾ MÁY TRẠNG THÁI X g(X,Y) W Y f(X,Y) Z g(X,Y) W Y f(Y) Z X Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành Bài giảng mơn Kỹ thuật số GIỚI THIỆU MÁY TRẠNG THÁI  Sự khác biệt mạch tổ hợp mạch  Mạch gọi máy trạng thái hữu hạn FSM (Finite State Machine) hay gọi tắt máy trạng thái  Các thành phần FSM:    Bộ nhớ trạng thái Mạch logic trạng thái Mạch logic ngõ Máy trạng thái chia làm hai mô hình:    Mô hình Moore Mô hình Mealy Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành Bài giảng mơn Kỹ thuật số GIỚI THIỆU MÁY TRẠNG THÁI (tt) X g(X,Y) W Y f(X,Y) Mô hình Mealy Hình 1.1 Các mô hình máyGiảng trạnviên: g thá i Hữu Chân Thành Nguyễn Z Bài giảng mơn Kỹ thuật số GIỚI THIỆU MÁY TRẠNG THÁI (tt) X g(X,Y) W Y f(Y) Mô hình Moore Hình 1.1 Các mô hình máyGiảng trạnviên: g thá i Hữu Chân Thành Nguyễn Z Bài giảng mơn Kỹ thuật số GIỚI THIỆU MÁY TRẠNG THÁI (tt)  Máy trạng thái lưu lại trạng thái khoảng gọi thời gian trạng thái (state time) Thời gian trạng thái = Thời gian chuyển biến + Thời gian ổn đònh Hình 1.2 Biểu đồ thời gian củaGiảng máyviên: trạNguyễn ng tháHữu i Chân Thành Bài giảng mơn Kỹ thuật số GIỚI THIỆU MÁY TRẠNG THÁI (tt)  Các phương trình khoảng thời gian ổn đònh: W(iT) = g[X(iT), Y(iT)] Z(iT) = f [X(iT), Y(iT)] Hay Z(iT) = f [Y(iT)]     (Mealy) (Moore) Ngõ dạng đường ống (pipelined outputs) X g(X,Y) W Y f(X,Y) Z Zp Hình 1.3 Máy trạng thái Mealy với ngõ dạng đường ống Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 PHÂN TÍCH MÁY TRẠNG THÁI Các bước phân tích: 1) Xác đònh phương trình kích thích (excitation equations) 2) Xác đònh phương trình chuyển tiếp (transition equations) 3) Xây dựng bảng chuyển tiếp (transition table) 4) Xác đònh phương trình ngõ (output equations) 5) Xây dựng bảng chuyển tiếp/ngõ 6) Xây dựng bảng trạng thái/ngõ 7) (Tùy chọn) Vẽ giản đồ trạng thái (state diagram/graph) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 PHÂN TÍCH MÁY TRẠNG THÁI (tt)  Ví dụ: Phân tích máy trạng thái sau: viên: Nguyễn Hình 1.4 Máy trạng thái đồng dùng DGiảng flip-flop kíchHữu cạChân nh lêThành n Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 PHÂN TÍCH MÁY TRẠNG THÁI (tt)  Phương trình kích thích: D0 = Q0.EN + Q0.EN D1 = Q1.EN + Q1.Q0.EN + Q1.Q0.EN  + Phương trình đặ c tính củ a D-FF: Q =D + Q0 = Q0.EN + Q0.EN Q1+ = Q1.EN + Q1.Q0.EN + Q1.Q0.EN  Bảng chuyển tiếp Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 PHÂN TÍCH MÁY TRẠNG THÁI (tt)  Phương trình ngõ ra: MAX = Q1.Q0.EN  Bảng trạng thái/ngõ ra: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 10 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.2.3 Phương pháp dùng bảng kéo theo (tt) Ví dụ 1.7: Rút gọn bảng trạng thái cho hình sau: E ≡ F, E ≡ G, F ≡ G → E ≡ F ≡ G Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 35 Bài giảng mơn Kỹ thuật số Bài tập Rút gọn bảng trạng thái sau: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 36 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3 GÁN TRẠNG THÁI m −1 m < n ≤  Số biến trạng thái m chọn cho với n số trạng thái m  Gán trạng thái trình phân phối tổ hợp mã m-bit cho trạng thái cho trạng thái tương ứng với từ mã m-bit  Bảng gán trạng thái (state map): có ô cho mã trạng thái, để quan sát tính kế cận gán  Ví dụ 1.8: Phép gán trạng thái cho giản đồ với trạng thái: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 37 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.1 Gán quỹ tích trạng thái tối thiểu  Sự thay đổi số bit dẫn đến tối thiểu hóa việc tính toán tăng độ tin cậy  Cố gắng đạt quỹ tích tối ưu việc gán mã cách-1 Ví dụ 1.9: Phép gán quỹ tích trạng thái tối thiểu cho giản đồ Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 38 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc  (1) Các trạng thái có trạng thái ứng với tác động ngõ vào nên mã hóa kế cận  (2) Các trạng thái trạng thái trạng thái nên mã hóa kế cận  (3) Các trạng thái có ngõ ứng với tác động ngõ vào nên mã hóa kế cận Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 39 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Ví dụ 1.10: Gán trạng thái cho giản đồ sau:    S0 S3 nên gán kế cận (qui tắc 1) S1 S5 nên gán kế cận (qui tắc 2) S0, S1, S3 S4 nên gán kế cận (qui tắc 3) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 40 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Một số lưu ý điền vào bảng:  Nên gán trạng thái khởi đầu (trạng thái reset) bảng  Các điều kiện kế cận quy tắc điều kiện kế cận xuất nhiều lần nên ưu tiên thỏa mãn trước  Khi cần có nhiều trạng thái kế cận nên đặt trạng thái nhóm ô kế cận bảng gán trạng thái  Trường hợp có hay nhiều biến ngõ lấy ưu tiên kế cận theo quy tắc cao (nếu quan tâm đến rút gọn hàm ngõ ra) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 41 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Ví dụ 1.11: Gán trạng thái cho bảng trạng thái sau: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 42 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Ví dụ 1.11: (tt) Tập trạng thái kế cận rút theo quy tắc 2:  (S0, S1, S3, S5); (S3, S5); (S4, S6); (S0, S2, S4, S6)  (S1, S2); (S2, S3); (S1, S4); (S2, S5)x2; (S1, S6)x2 Có thể gán theo cách sau: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 43 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Ví dụ 1.11: (tt) Giả sử dùng phép gán hình a Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 44 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Ví dụ 1.11: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 45 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Ví dụ 1.12: Gán trạng thái cho bảng trạng thái sau: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 46 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3.3.2 Gán trạng thái theo quy tắc (tt) Ví dụ 1.12: (tt) Hai phép gán dùng:  Phép gán (a) không thỏa kế cận (b,f), (c,e) (e,f); phép gán (b) không thỏa kế cận (d,f) (e,f) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 47 Bài giảng mơn Kỹ thuật số Bài tập Một mạch có ngõ vào (X) ngõ (Z) Vẽ giản đồ trạng thái Mealy cho trường hợp sau: a) Ngõ Z =1 tổng số bit nhận chia hết cho b) Ngõ Z =1 tổng số bit nhận chia hết cho tổng số bit nhận số chẵn lớn Thiết kế mạch đồng kiểm tra ngõ vào X tạo ngõ Z = phát chuỗi ngõ vào tận 0101, với điều kiện không xảy chuỗi 110 Ví dụ : X = 1 1 1Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 48 Bài giảng mơn Kỹ thuật số Q&A Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 49 [...]... Nguyễn Hữu Chân Thành 23 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 24 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 25 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 26 ... vào là 10 1 thì Z =1, ngược lại Z=0 X Z Clk Hình 1. 9 Sơ đồ khối của mạch phát hiện chuỗi ví dụ 1 .2 0/0 1/ 0 S0 1/ 1 0/0 S2 S1 1/ 0 0/0 Hình 1. 12 Giản đồ Mealy cho ví dụ 1 .2 Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 15 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .1 XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI (tt) Bảng trạng thái 0 Trường hợp máy trạng tháS0i ki 1 u Moore: S1 0 0 1 S3 1 1 0 0 S2 0 0 Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 16 Bài giảng. .. Thành 20 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giản đồ trạng thái: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 21 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Bảng trạng thái/ngõ ra ban đầu: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 22 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giảng. .. Chân Thành 26 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 27 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: Bảng trạng thái rút gọn và giản đồ trạng thái tương ứng: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 28 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 2 Phương pháp phân nhóm tương đương Ví dụ 1. 5: Rút gọn.. .Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 2 PHÂN TÍCH MÁY TRẠNG THÁI (tt)  Giản đồ trạng thái:  Trường hợp ngõ ra kiểu Moore: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 11 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 2 PHÂN TÍCH MÁY TRẠNG THÁI (tt)  Giản đồ trạng thái kiểu Moore:  Giản đồ thời gian: Hình 1. 7 Giản đồ thời gian cho ví dụ phân tích máy trạng thái Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 12 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 2 PHÂN... ví dụ 1. 3 Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 17 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .1 XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI (tt) Bài tập: Dẫn ra giản đồ trạng thái cho một mạch phát hiện chuỗi có sơ đồ khối như trên hình Ngõ ra Z = 1 nếu chuỗi ngõ vào tận cùng là 0 010 hay 10 0, ngược lại Z = 0 X Z Ví dụ : X =11 0 010 010 10 010 1 Clk Z= 00 010 110 10 010 10 Chú ý là mạch sẽ không reset về trạng thái ban đầu khi xảy ra Z = 1 Gợi... giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .1 XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI (tt) Ví dụ 1. 3: Dẫn ra giản đồ trạng thái cho một mạch phát hiện chuỗi có sơ đồ khối như trên hình 1. 9 Ngõ ra Z = 1 nếu chuỗi ngõ vào tận cùng là 010 hay 10 01, ngược lại Z = 0 0/0 f 0/0 S0 S1 1/ 0 i 1/ 0 0/0 S2 a 1/ 0 1/ 0 b S4 g 0 /1 h c 0/0 S3 1/ 0 e 0/0 1/ 1 S5 d Trạngthái Chuỗi nhậnđược S0 Reset S1 0 S2 S3 01 010 hay10 S4 S5 1 100 Hình 1. 18 Giản đồ... table/chart) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 19 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2 RÚT GỌN BẢNG TRẠNG THÁI (tt) 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: Ví dụ 1. 4: Dẫn ra giản đồ trạng thái cho một mạch phát hiện chuỗi có sơ đồ khối như trên hình 1. 9 Ngõ ra Z = 1 nếu chuỗi ngõ vào tận cùng là 10 10 hay 011 0, ngược lại Z = 0 Mạch sẽ reset sau mỗi 4-bit vào Ví dụ về đáp ứng vào-ra: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành. .. bảng trạng thái rút gọn Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 34 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 3 Phương pháp dùng bảng kéo theo (tt) Ví dụ 1. 7: Rút gọn bảng trạng thái được cho trên hình sau: E ≡ F, E ≡ G, F ≡ G → E ≡ F ≡ G Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 35 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 Bài tập Rút gọn bảng trạng thái sau: Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 36 ... cho đến khi không thể tách nhóm được nữa Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 30 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 3 Phương pháp dùng bảng kéo theo  Bảng kéo theo cung cấp một cấu trúc để so sánh mỗi trạng thái với các trạng thái còn lại trong bảng trạng thái để xác đònh tính tương đương của chúng Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 31 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 3 .2. 3 Phương pháp dùng bảng kéo theo (tt) ... viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 22 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 23 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3 .2. 1 Phương... khối mạch phát chuỗi ví dụ 1 .2 0/0 1/ 0 S0 1/ 1 0/0 S2 S1 1/ 0 0/0 Hình 1. 12 Giản đồ Mealy cho ví dụ 1 .2 Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 15 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3 .1 XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI... dụ 1. 4: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 24 Bài giảng mơn Kỹ thuật số 3 .2. 1 Phương pháp tìm hàng tương đương: (tt) Ví dụ 1. 4: (tt) Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 25 Bài giảng mơn Kỹ thuật