Bài giảng Điện tử số 1 - Chương 5

Tài liệu tham khảo Bài giảng điện tử số I

Bài ging N T S 1 Trang 102Chng 5 TUN T5.1. KHÁI NIM CHUNGch sc chia thành hai loi chính : H t hp và h tun t.i vi h t hp: tín hiu ngõ ra  trng thái k tip ch ph thuc vào trng thái hin ti cangõ vào, mà bt chp trng thái hin ti ca ngõ ra. Nh vy, khi các ngõ vào thay i trng thái (bqua thi gian tr ca tín hiu i qua phn t logic) thì lp tc ngõ ra thay i trng thái.i vi h tun t: Các ngõ ra  trng thái k tip va ph thuc vào trng thái hin ti ca ngõvào, ng thi còn ph thuc trng thái hin ti ca ngõ ra.Do ó, vn  thit k h tun t s khác so vi h t hp và c s thit k h tun t là da trêncác Flip - Flop (trong khi vic thit k h t hp da trên các cng logic).ûc khác, i vi h tun t, khi các ngõ vào thay i trng thái thì các ngõ ra không thay itrng thái ngay mà chn cho n khi có mt xung u khin (gi là xung ng h Ck) thì lúc ócác ngõ ra mi thay i trng thái theo các ngõ vào. Nh vy h tun t còn có tính ng b và tínhnh (có kh nng lu tr thông tin, lu tr d liu), nên h tun t là c s thit k các b nh.5.2. BM5.2.1. i cngm c xây dng trên c s các Flip - Flop (FF) ghép vi nhau sao cho hot ng theot bng trng thái (qui lut) cho trc. lng FF s dng là s hàng ca bm.m còn c s dng  to ra mt dãy a ch ca lnh u kin, m s chu trình thchin phép tính, hoc có th dùng trong vn  thu và phát mã.Có th phân loi bm theo nhiu cách:- Phân loi theo c s các hm: m thp phân, bm nh phân.Trong ó bm nh phân c chia làm hai loi:+ Bm vi dung lng m 2n.+ Bm vi dung lng m khác 2n (m modulo M).- Phân loi theo hng m gm: ch m lên (m tin), mch m xung (m lùi),ch m vòng.- Phân loi mch m theo tín hiu chuyn: bm ni tip, bm song song, bmn hp.- Phân loi da vào chc nng u khin:+ Bm ng b: S thay i ngõ ra ph thuc vào tín hiu u kin Ck.+ Bm không ng b.c dù có rt nhiu cách phân loi nhng ch có ba loi chính: m ni tip (không ng), m song song (ng b), m hn hp. Chng 5. H tun t Trang 1035.2.2. Bm ni tip1. Khái nimm ni tip là bm trong ó các TFF hoc JKFF gi chc nng ca TFF c ghép nitip vi nhau và hot ng theo mt loi mã duy nht là BCD 8421. i vi loi bm này, cácngõ ra thay i trng thái không ng thi vi tín hiu u khin Ck (tc không chu su khina tín hiu u khin Ck) do ó mch m ni tip còn gi là mch m không ng b.2. Phân loi- m lên.- m xung.- m lên /xung.- m Modulo M.a. m lênÐây là bm có ni dung tng dn. Nguyên tc ghép ni các TFF (hoc JKFF thc hin chcng TFF)  to thành bm ni tip còn ph thuc vào tín hiu ng b Ck. Có 2 trng hpkhác nhau:- Tín hiu Ck tác ng theo sn xung: TFF hoc JKFF c ghép ni vi nhau theo quilut sau:Cki+1 = Qi- Tên hiu Ck tác ng theo sn lên: TFF hoc JKFF c ghép ni vi nhau theo qui lutsau:Cki+1 =iQTrong ó T luôn luôn gi mc logic 1 (T = 1) và ngõ ra ca TFF ng trc ni vi ngõ vàoCk ca TFF ng sau. minh ha chúng ta xét ví d v mt mch m ni tip, m 4, m lên, dùng TFF. lng TFF cn dùng: 4 = 22→ dùng 2 TFF.Trng hp Ck tác ng theo sn xung (hình 5.1a):TCk1TCk2Q2Q111CkClrHình 5.1aCk Bài ging N T S 1 Trang 104Trng hp Ck tác ng theo sn lên (hình 5.1b):Trong các s mch này Clr (Clear) là ngõ vào xóa ca TFF. Ngõ vào Clr tác ng mc thp,khi Clr = 0 thì ngõ ra Q ca FF b xóa v 0 (Q=0).Gin  thi gian ca mch  hình 5.1a :ng trng thái hot ng ca mch hình 5.1a:Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tipCk Q2Q1Q2Q112340011010101101010TCk1TCk2Q2Q111CkClr1QQ2H 5.1bCk123 457811 110 0 0 00 0001111CkQ1Q2Hình 5.2a. Gin  thi gian mch hình 5.1a Chng 5. H tun t Trang 105Gin  thi gian mch hình 5.1b :ng trng thái hot ng ca mch hình 5.1b :Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tipCk Q2Q1Q2Q112340011010101101010b. m xungây là bm có ni dung m gim dn. Nguyên tc ghép các FF cng ph thuc vào tín hiuu khin Ck:- Tín hiu Ck tác ng sn xung: TFF hoc JKFF c nghép ni vi nhau theo qui lutsau:Cki+1 =iQ- Tín hiu Ck tác ng sn xung: TFF hoc JKFF c nghép ni vi nhau theo qui lutsau:Cki+1 = QiTrong ó T luôn luôn gi mc logic 1 (T = 1) và ngõ ra ca TFF ng trc ni vi ngõ vàoCk ca TFF ng sau.123 457811 110 0 0 00000 1111CkQ1Q2111100 001QHình 5.2b. Gin  thi gian mch hình 5.1b Bài ging N T S 1 Trang 106Ví d: Xét mt mch m 4, m xung, m ni tip dùng TFF. lng TFF cn dùng: 4 = 22⇒ dùng 2 TFF. mch thc hin khi s dng Ck tác ng sn xung và Ck tác ng sn lên ln ltc cho trên hình 5.3a và 5.3b :TCk1TCk2Q2Q111CkClrH 5.3bCkHình 5.3aCkTCk1TCk2Q2Q111CkClr1QQ2Hình 5.4a. Gin  thi gian mch H 5.3a123 4578CkQ1Q2111100001Q0000 111100 Chng 5. H tun t Trang 107ng trng thái hot ng ca mch hình 5.3a:Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tipCk Q2Q1Q2Q112340110010111001010Gin  thi gian ca mch hình 5.3b:ng trng thái hot ng ca mch hình 5.3b :Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tipCk Q2Q1Q2Q112341100101010010101c. m lên/xung:i X là tín hiu u khin chiu m, ta quy c:+ Nu X = 0 thì mch m lên.+ Nu X = 1 thì m xung.Ta xét 2 trng hp ca tín hiu Ck:- Xét tín hiu Ck tác ng sn xung:Lúc ó ta có phng trình logic:iii1iQXQX.QXCk ⊕=+=+- Xét tín hiu Ck tác ng sn lên:Lúc ó ta có phng trình logic:iii1iQXX.QQ.XCk ⊕=+=+Hình 5.4b. Gin  thi gian mch hình 5.3b123 457811 110 0 0 00001111CkQ1Q20 Bài ging N T S 1 Trang 108d. m modulo M:ây là bm ni tip, theo mã BCD 8421, có dung lng m khác 2n.Ví d: Xét mch m 5, m lên, m ni tip. lng TFF cn dùng: Vì 22 = 4 < 5 < 8 = 23⇒ duìng 3 TFF.y bm này s có 3 u ra (chú ý: S lng FF tng ng vi su ra).ng trng thái hot ng ca mch:Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tipCk Q3Q2Q1Q3 Q2Q11234500001001100101000011/00110010101/0u dùng 3 FF thì mch có thm c 8 trng thái phân bit (000 → 111 tng ng 0→7).Do ó,  s dng mch này thc hin m 5, m lên, thì sau xung Ck th 5 ta tìm cách a t hp101 v 000 có ngha là mch thc hin vic m li t t hp ban u. Nh vy, bm sm t000 → 100 và quay v 000 tr li, nói cách khác ta ã m c 5 trng thái phân bit. xóa bm v 000 ta phân tích: Do t hp 101 có 2 ngõ ra Q1, Q3ng thi bng 1 (khác vicác t hp trc ó) ( ây chính là du hiu nhn bit u khin xóa bm. Vì vy  xóa bm v 000:- i vi FF có ngõ vào Clr tác ng mc 0 thì ta dùng cng NAND 2 ngõ vào.- i vi FF có ngõ vào Clr tác ng mc 1 thì ta dùng cng AND có 2 ngõ vào.Nh vy s mch m 5 là s ci tin t mch m 8 bng cách mc thêm phn t cngNAND (hoc cng AND) có hai ngõ vào (tùy thuc vào chân Clr tác ng mc logic 0 hay mclogic 1) c ni n ngõ ra Q1 và Q3, và ngõ ra ca cng NAND (hoc AND) sc ni n ngõvào Clr ca bm (cng chính là ngõ vào Clr ca các FF). Trong trng hp Clr tác ng mc thp s mch thc hin m 5 nh trên hình 5.5 :TCk1TCk2Q2Q111CkClrTCk3Q31Hình 5.5. Mch m 5, m lên Chng 5. H tun t Trang 109Y1C1R1YVCC1Hình 5.7. MchReset mc 0Chú ý:Do trng thái ca ngõ ra là không bit trc nên  mch có thm t trng thái ban u là 000ta phi dùng thêm mch xóa t ng ban u  xóa bm v 0 (còn gi là mch RESET banu). Phng pháp thc hin là dùng hai phn t thng R và C.Trên hình 5.7 là mch Reset mc 0 (tác ng mc 0). Mch hot ng nh sau: Do tính chtn áp trên t C không t bin c nên ban u mi cp ngun Vcc thì VC = 0 ( ngõ ra Clr = 0và mch có tác ng Reset xóa bm, sau ó t C c np n t ngun qua n tr R vi thing np là τ = RC nên n áp trên t tng dn, cho n khi t C np y thì n áp trên t xp xng Vcc ⇒ ngõ ra Clr = 1, mch không còn tác dng reset.Chú ý khi thit k: Vi mt FF, ta bit c thi gian xóa (có trongDatasheet do nhà sn xut cung cp), do ó ta phi tính toán sao cho thigian t C np n t giá tr ban u n giá trn áp ngng phi lnn thi gian xóa cho phép thì mi m bo xóa c các FF.ch cho phép xóa bm tng (H 5.8) và bng tay (H 5.9):CkQ1Q211 1100000 00001111100012345 7 89106000000001Q3Hình 5.6. Gin  thi gian mch m 5, m lênTCk1TCk2Q2Q111CkClrTCk3Q31Y1R1C1YVCC1Hình 5.8. Mch cho phép xóa bm tng Bài ging N T S 1 Trang 110TCk1TCk2Q2Q111CkClrTCk3Q31Y1R1C1YVCC1Y1Hình 5.9. Mch cho phép xóa bm tng và bng tayu m ca bm ni tip: n gin, d thit k.Nhc m: Vi dung lng m ln, s lng FF s dng càng nhiu thì thi gian tr tích lykhá ln. Nu thi gian tr tích ly ln hn mt chu k tín hiu xung kích thì lúc by gi kt qum s sai. Do ó,  khc phc nhc m này, ngi ta s dng bm song song.5.2.3. Bm song song1. Khái nimm song song là bm trong ó các FF mc song song vi nhau và các ngõ ra s thay itrng thái di su khin ca tín hiu Ck. Chính vì vy mà ngi ta còn gi bm song songlà bm ng b.ch m song song c s dng vi bt k FF loi nào và có thm theo qui lut bt kcho trc. Vì vy,  thit k bm ng b (song song) ngi ta da vào các bng u vào kícha FF.2. Mch thc hini vi bm song song dù m lên hay m xung, hoc là m Modulo M (m lên/mxung) u có cách thit k chung và không ph thuc vào tín hiu Ck tác ng sn lên, snxung, mc 0 hay mc 1.Các bc thc hin :- T yêu cu thc t xây dng bng trng thái hot ng ca bm.- Da vào bng u vào kích ca FF tng ng  xây dng các bng hàm giá tr ca cácngõ vào d liu (DATA) theo ngõ ra.- Dùng các phng pháp ti thiu  ti thiu hóa các hàm logic trên.- Thành lp s logic.Ví d:Thit k mch m ng b, m 5, m lên theo mã BCD 8421 dùng JKFF.Trc ht xác nh s JKFF cn dùng: Vì 22 = 4 < 5 < 8 = 23⇒ dùng 3 JKFF ⇒ có 3 ngõ ra Q1,Q2, Q3.Ta có bng trng thái mô t hot ng ca bm nh sau: Chng 5. H tun t Trang 111Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tipCk Q3Q2Q1Q3 Q2Q11 0 0 0 0 0 12 0 0 1 0 1 03 0 1 0 0 1 14 0 1 1 1 0 05 1 0 0 0 0 0 chng 3 chúng ta ã xây dng c bng u vào kích cho các FF và ã có c bng uvào kích tng hp nh sau:Qn Qn+1 Sn Rn Jn Kn Tn Dn0 0 0 X 0 X 0 00 1 1 0 1 X 1 11 0 0 1 X 1 1 01 1 X 0 X 0 0 1ó ta suy ra bng hàm giá tr ca các ngõ vào data theo các ngõ ra nh sau :Xung Trng thái hin ti Trng thái k tipvào Q3Q2Q1Q3Q2Q1J3K3J2K2J1K11 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X2 0 0 1 0 1 0 0 X 1 X X 13 0 1 0 0 1 1 0 X X 0 1 X4 0 1 1 1 0 0 1 X X 1 X 15 1 0 0 0 0 0 X 1 0 X 0 X [...]... 1 1 1 1 1 1 5 F F F H RAM 2 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 H 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 F F F H RAM 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 H 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 F F F H RAM 4 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 0 H 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B F F F H RAM 5 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 0 0 0 H 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D F F F H RAM 6 1 1 1 0 0 0 0... Hình 5 .10 00 01 11 10 0 1 Q 3 Q 2 Q 1 J 1 x 01 1 x x x x J 1 = Q 1 00 01 11 10 0 1 Q 3 Q 2 Q 1 K 1 x xx x 1 1 x x K 1 = 1 = Q 1 00 01 11 10 0 1 Q 3 Q 2 Q 1 J 2 x 00 x 1 x x x J 2 = Q 1 00 01 11 10 0 1 Q 3 Q 2 Q 1 K 2 x 0x 0 x 1 x x K 2 = Q 1 00 01 11 10 0 1 Q 3 Q 2 Q 1 J 3 x X0 0 0 1 x x J 2 = Q 1 Q 2 00 01 11 10 0 1 Q 3 Q 2 Q 1 K 3 x 0x 0 x 1 x x K 3 = 1 = Q 3 = 21 QQ = Ck 1 Q 1 1 Q J 1 K 1 Ck 2 Q 2 2 Q J 2 K 2 Ck 3 Q 3 3 Q J 3 K 3 Q 3 Q 2 Q 1 C k Clr 3 Q Hình... 7 413 8 3 → 8 Hình 5. 21. Mch gii mã a ch n  b nh ca h thng: A 15 A 14 A 13 A 12 A 11 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 a ch Hex 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F F F H ROM 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 H 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 F F F H RAM 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 H 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1... 0 0 0 1 0 0 0 2 1 0 0 0 1 1 0 0 3 1 1 0 0 1 1 1 0 4 1 1 1 0 1 1 1 1 5 1 1 1 1 0 1 1 1 6 0 1 1 1 0 0 1 1 7 0 0 1 1 0 0 0 1 8 0 0 0 1 0 0 0 0 ây là mch c ng dng nhiu trong thc t. 5. 3.3. B nh 1. Các khái nim -  bào nh (Memory cell) ó là thit b hay mch n t dùng  lu tr 1 bit. Ví d: FF  lu tr 1 bit, tn khi np n thì lu tr 1 bit, hoc mt m trên bng t. - T nh... hình 5. 3a và 5. 3b : T Ck 1 T Ck 2 Q 2 Q 1 11 Ck Clr H 5. 3b Ck Hình 5. 3a Ck T Ck 1 T Ck 2 Q 2 Q 1 11 Ck Clr 1 Q Q 2 Hình 5. 4a. Gin  thi gian mch H 5. 3a 1 2 3 4 5 7 8 Ck Q 1 Q 2 11 1 1 0 0 0 0 1 Q 0 0 00 11 1 1 0 0 Chng 5. H tun t Trang 10 5 Gin  thi gian mch hình 5. 1b : ng trng thái hot ng ca mch hình 5. 1b : Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip Ck Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 1 2 3 4 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 b.... k tip Ck Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 1 2 3 4 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 T Ck 1 T Ck 2 Q 2 Q 1 11 Ck Clr 1 Q Q 2 H 5. 1b Ck 1 2 3 4 5 7 8 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 Ck Q 1 Q 2 Hình 5. 2a. Gin  thi gian mch hình 5. 1a Bài ging N T S 1 Trang 11 4 5. 2.4. m thun nghch  thit k mch cho phép va m lên va m xung, ta thc hin nh sau: - Cách 1: p hàm J lên , J xung , K lên , K xung (gi... ca TFF ng trc ni vi ngõ vào Ck ca TFF ng sau. 1 2 3 4 5 7 8 1 1 1 10 0 0 0 00 00 11 1 1 Ck Q 1 Q 2 11 1 1 0 0 0 0 1 Q Hình 5. 2b. Gin  thi gian mch hình 5. 1b Bài ging N T S 1 Trang 11 8 Ví d: Xét mt thanh 4 bit có kh nng di phi (hình 5 .17 ). Trong ó: - DSR (Data Shift Right): Ngõ vào Data ni tip (ngõ vào dch phi). - Q 1 , Q 2 ,Q 3 , Q 4 : các ngõ ra song song.  gii thích... s mch gii mã a ch dùng IC 7 413 8. D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 A 1 A 2 A 3 A 4 CS ROM 16 x 8 Hình 5 .19 . S khi ca ROM 16 x8 = 12 8 bit cs 13 8 8 ROM 13 cs 13 8 8 RAM 1 13 cs 13 8 8 RAM 2 13 cs 13 8 8 RAM 3 13 cs 13 8 RAM 4 cs 13 8 RAM 5 cs 13 8 RAM 6 cs 13 8 RAM 7 8 16 Hình 5. 20. T chc b nh Bài ging N T S 1 Trang 10 6 Ví d: Xét mt mch m 4, m xung, m ni tip dùng TFF. ... hp 1: 2 ni tip, 5 song song (hình 5 .11 ). J K Ck 1 Ck 2  m 5 song song B m 2 ni tip Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 1 Ck Clr Hình 5 .11 . Bm 2 ni tip ghép vi bm 5 song song Bài ging N T S 1 Trang 12 2 Y 0 ( CS / ROM ) Y 1 ( CS / RAM 1 ) Y 2 ( CS / RAM 2 ) Y 3 ( CS / RAM 3 ) Y 4 ( CS / RAM 4 ) Y 5 ( CS / RAM 5 ) Y 6 ( CS / RAM 6 ) Y 7 ( CS / RAM 7 ) A 13 A 14 A 15 IC... = 1, Clr = 1 ⇒ Q = Q 0 = 0. u A = 1 → Pr = 0, Clr = 1 ⇒ Q = 1. y Q = A → D liu A c nhp vào FF. Chú ý : Phng pháp này òi hi trc khi nhp phi xóa FF v 0. Pr Clr A Load Hình 5 .16 Pr Clr A Load 1 2 3 Hình 5 . 15 Chng 5. H tun t Trang 10 7 ng trng thái hot ng ca mch hình 5. 3a: Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip Ck Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 1 2 3 4 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 Gin . 11 1001Q3Q2Q1J1x 01 1x x x xJ1 = Q100 01 111 001Q3Q2Q1K1xxx x1 1 x xK1 = 1 = Q100 01 111 001Q3Q2Q1J2x00 x1 x x xJ2 = Q100 01 111 001Q3Q2Q1K2x0x 0x 1 x xK2 = Q100 01 111 001Q3Q2Q1J3xX0. kXungvàoQ1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q 41 0 0 0 0 1 0 0 02 1 0 0 0 1 1 0 03 1 1 0 0 1 1 1 04 1 1 1 0 1 1 1 15 1 1 1 1 0 1 1 16 0 1 1 1 0 0 1 17 0 0 1 1 0 0 0 18 0 0 0 1 0 0