Chuong 7s giao trinh ky thuat so

CHƯƠNG MẠCH ĐẾM VÀ THANH GHI Mục tiêu Hoạt động/đặc tính đếm đồng khơng đồng  Tạo đếm có số MOD < k  Tạo đếm lên đếm xuống  Kết nối đếm nhiều tầng  Phân tích đánh giá dạng đếm  Thiết kế đếm đồng  Các giải mã dùng cho đếm khác  Mạch đếm vòng mạch đếm Johnson  Các đếm dùng IC  Dùng kỹ thuật phát lỗi hệ tổ hợp cho hệ Mạch đếm không đồng Sơ đồ mạch Mạch đếm nối tiếp (ngõ Q vào nối tiếp CLK) QA=CLKB; QB=CLKC; QC=CLKD; Mạch đếm không đồng (xung CLK không vào lúc) Nhắc lại trường hợp đếm lên đếm xuống: - Nối ngõ ra/ngõ đảo với CLK - Nối cạnh lên/xuống CLK Mạch đếm không đồng Mạch đếm không đồng (nối tiếp): QA=CLKB; QB=CLKC; QC=CLKD; mạch tác động cạnh xuống Mạch đếm không đồng Thí dụ: Mạch đếm hình trạng thái 0000, cho xung clock vào, ngưng xung FF trạng thái 0011 Cho biết có xung vào? Giải: Lời giải có lẽ 0011 số nhị phân tương ứng với Tuy nhiên 19 (sau 16 xung + xung) Cũng 35 (sau 2x16 xung + xung) Hay Mạch đếm không đồng Số MOD (modulo): Mạch đếm vừa có 16 trạng thái phân biệt (từ 0000 đến 1111) Được gọi mạch đếm không đồng MOD – 16 N Số MOD = Với N số FF mắc nối tiếp Thí dụ (modulo): Cần thiết kế đếm để đếm 1000 sản phẩm (Tín hiệu đếm tạo từ nguồn sáng cảm biến quang học sản phẩm qua dây chuyền) Giải: N Xác định số N để ≥1000 Do = 512.(9 FF không đủ) 2 10 =1024.(Dùng 10 FF) Có thể dùng nhiều 10FF, phí phạm Mạch đếm không đồng Chia tần số: FF chia tần số vào; Từ mạch đếm MOD –16, tần số tầng FF cuối 1/16 tần số clock nên gọi mạch đếm chia 16 Tương tự mạch đếm MOD – 8, có tần số ngõ cuối 1/8 tần số vào, gọi mạch đếm chia Mạch đếm khơng đồng Thí dụ: Tạo đồng hồ số cách dùng tín hiệu điện áp khu vực; sửa dạng sóng dùng mạch trigơ Schmitt, thiết kế đếm chia 50 để có tín hiệu 1HZ, đếm hiển thị tín hiệu Giải: Tìm số lủy thừa để có 50 Số gần =64 Dùng 6FF tìm cách thiết lập mạch đếm MOD – 50 (thảo luận phần sau) Mạch đếm không đồng Thời gian truyền trễ mạch đếm gợn sóng: Xét dạng sóng từ mạch đếm có Tclock =1000ns thời gian truyền trễ cho FF tpd = 50ns Mạch đếm không đồng Thời gian truyền trễ mạch đếm gợn sóng: Xét dạng sóng từ mạch đếm có Tclock =100ns thời gian truyền trễ cho FF tpd = 50ns Trạng thái ngõ 100 xuất hiện;  đếm sai 10 74ALS164/74HC164 :Thanh ghi dời bit SIPO CP: xung CLK; MR: Master Reset Sơ đồ mạch Sơ đồ logic 93 Thí dụ: Giả sử điều kiện đầu TG 00000000 Tìm chu trình trạng thái có xung CLK Giải: Khi A=B=1, liệu vào nối tiếp 1, nên bit dời vào ghi sau cạnh lên CLK, Q7 ban đầu 0, nên MR không tác động Sau xung thứ 8, ghi 1111111, trạng thái tạm Q7=1 tạo mức thấp cho MR, làm reset ghi tất Chu trình lặp lại sau xung 94 Thanh ghi (dạng IC) 74194/ALS194/HC194: Thanh ghi dời chiều đa bit, dời trái, phải, PI, PO 74373/ALS373/HC373/HCT373: Thanh ghi dời bit với 8FFD có ngõ trạng thái 74374/ALS374/HC374/HCT374: Thanh ghi dời FFD kích cạnh, PI, PO, ngõ trạng thái 95 Thanh ghi (dạng IC) Câu hỏi ôn tập: Dạng ghi cho pháp nạp liệu đồng thời, xuất liệu bit? Đúng/sai: Thanh ghi SI/PO xuất liệu đồng thời? Dạng ghi cho liệu vào bit, xuất liệu đồng thời? Dạng ghi lưu liệu theo bit xuất liệu bit? Cho biết khác biệt liệu song song 74165 74174? Phương thức hoạt động ngõ vào CP INH 74ALS165? 96 Mạch đếm dùng ghi Mạch đếm vòng: Đếm MOD-4 dùng FFD (FFJK), với giả sử Q3=1, Q2=Q1=Q0 97 Mạch đếm dùng ghi Mạch đếm vòng: Bảng chuyển trạng thái giản đồ trạng thái Nhận xét: Mạch đếm vòng: Với NFF, đếm N trạng thái 98 Khởi động mạch đếm vòng Để hoạt động, mạch đếm vòng phải khởi động vơói chi 1FF trạng thái 1, FF lại trạng thái Cần dùng Preset Có thể dùng ngõ vào không đồng PRE cho FF chân CLR cho FF lại, dùng mạch điện 99 Mạch đếm Johnson (đếm vòng xoắn) Mạch đếm Johnson:  Với NFF, đếm 2xN trạng thái  Mạch tự khởi động 100 Mạch đếm Johnson (đếm vòng xoắn) Giải mã mạch đếm Johnson: Sơ đồ mạch (sinh viên tìm cách giải thích cách thiết kế sơ đồ mạch 101 IC đếm dùng ghi dời  Có IC chuyên dụng cho đếm vòng hay đếm Johnson  Một số IC CMOS đếm Johnson (74HC4017, 74HC4022) bao gồm mạch giải mã IC Câu hỏi ôn tập: Với số MOD, dạng đếm dùng ghi cần nhiều FF nhất? Dạng có mạch giải mã phức tạp nhất? Có thể chuyển mạch đếm vòng thành mạch đếm Johnson? Đúng/sai: (a) Ngõ mạch đếm vòng ln có dạng sóng vng (b) Mạch giải mã ngõ Johnson đơn giản đếm nhị phân? (c) Mạch đếm Johnson mạch đếm song song? Cần FF để thiết lập mạch đếm vòng MOD-16? Và mạch đếm Johnson MOD – 16? 102 Hỏng hóc Phát sửa chữa:  Mạch có dạng mạch  Có thể dùng phương pháp mạch tổ hợp kết hợp với bảng chuyển trạng thái (và phương pháp khác) để tìm hỏng hóc 103 Hỏng hóc Thí dụ:  Mạch dùng 74ALS161 nối dây tạo mạch đếm MOD – 16, lại có chu kỳ đếm hình (b)  Tìm ngun nhân mạch 104 Hướng giải quyết: Các ngõ QB QA có vẽ hoạt động tốt QC QD mức thấp Nghi vấn QC bị ngắn mạch (tuy nhiên việc đo ohmét chưa khẳng định 74ALS161 bị hỏng bên làm ngõ không lớn 0011 Đầu tiên gở NAND 7400 khỏi mạch, cho chân CLR lên mức cao, mạch đếm MOD – 16 bình thường Kiểm tra chân CLR nối NAND vào Kiểm tra logic probe cho thấy CLR nhận xung Nối dao động ký (scope) vào ngõ ra, có dạng sóng hình vẽ trên, gai xung QC xuất trạng thái đến 0100 Cho thấy 0100 trạng thái tạm thời chuyển đến 1100 Nối QD vào NAND, dò chân 2, cho thấy có hở mạch ngõ QD chân cổng NAND Cổng NAND bị thả nối mức cao, tạo trạng thái 0100 thay 1100 Chú ý: việc sửa chữa hỏng hóc ln đòi hỏi kiến thức kinh nghiệm (các lưu đồ sửa chữa từ service manual) 105 Tóm tắt (phần 2) Nhiều IC ghi xếp loại theo phương thức vào song song, vào nối tiếp , hay hai Tương tự, có ngõ song song ngõ nối tiếp Hệ logic dùng FF, mạch đếm ghi cổng logic Các ngõ hoạt động phụ thuộc ngõ vào khứ Sửa chữa hỏng hóc hệ logic phải quan sát hoạt động hệ thống, phân tích suy luận xác định khả gây hỏng cuối đo lường để phân cách lỗi Mạch đếm vòng thực ghi dời N bit, hoạt động mạch đếm MOD – N Mạch đếm Johnson dạng mạch đếm vòng hoạt động mạch đếm MOD - 2N 106 Tổng kết chương Đây phần biên soạn nháp (có thể có lỗi in ấn), bạn cần nghe giảng lớp Sinh viên đọc lại giảng Tự tóm tắt sau đọc giảng Làm tập giáo trình (?!!) Các câu hỏi với giáo viên ?!!! 107 ... đồng (song song) 13 Mạch đếm đồng Nhận xét ban đầu:  Các Clock vào FF đồng thời (vào song song)  Chỉ có J,K LSB ln mức 1, chân JK vào khác điều khiển qua mạch tổ hợp từ ngõ FF Mạch đếm song song... thấp so với trường hợp nối tiếp Điều cho phép mạch đếm song song hoạt động với tần số cao nhiều mạch điện có phức tạp so với mạch đếm nối tiếp 15 Mạch đếm đồng Các IC đếm: Nhiều IC đếm song song... 74ALS160/162, 74HC160/162: mạch đếm 10 song song  74ALS161/163; mạch đếm MOD – 16 song song 16 Mạch đếm đồng Thí dụ: hình (a) Tìm fmax mạch tpdFF=50ns tpdAND=20ns So sánh với trường hợp mạch đếm nối