Tài liệu học phần kỹ thuật xung số chương 6

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT XUNG SỐ TS NGUYỄN LINH NAM Chương 6: MẠCH TUẦN TỰ 6.1 KHÁI NIỆM 6.2 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH TUẦN TỰ (FLIP FLOP) 6.3 MẠCH ĐẾM a Bộ đếm b Bộ đếm song song 6.4 MẠCH GHI DỊCH 6.5 MẠCH NHỚ Mục tiêu chương - Trình bày kiến thức mạch - Trình bày ký hiệu, nguyên lý hoạt động loại Flip Flop - Vận dụng kiến thức để thiết kế mạch đếm nối tiếp song song - Vận dụng kiến thức để thiết kế mạch ghi dịch mạch nhớ KHÁI NIỆM: Đặc điểm: So với hệ tổ hợp, hệ dãy có đặc điểm khác biệt trạng thái ngõ hệ thời điểm không phụ thuộc vào trạng thái ngõ vào thời điểm đó, mà phụ thuộc vào trạng thái hệ thời điểm trước Có nghĩa hệ dãy có khả nhớ Mỗi trạng thái hệ gọi trạng thái Sơ đồ khối: x1 x2 xn MẠCH TỔ HỢP y1 , y y n MẠCH FF z1 z2 zm Phân loại: Tùy theo đặc điểm hoạt động: -Hệ đồng hay hệ nhịp: Hoạt động Flip Flop hệ đồng xung nhịp hay gọi xung đồng hồ Ck (Clock) -Hệ không đồng hay hệ lơi: Trong loại khơng có xung nhịp đồng Flip Flop hoạt động theo hàm chức năng, tác động thời điểm Mơ hình đại số: Theo cấu trúc chung hệ dãy ta gọi: X tập hợp tín hiệu vào: X= (x1 , x , , x n ) Y tập biến trong: Y= (y1 , y2 , , y r ) Z tập tín hiệu ra: Z= (z1 , z , , z m ) Mỗi trạng thái xác định trạng thái vào trạng thái Mối quan hệ biểu diễn hàm F: Zn =F (X n , Yn ) Mỗi trạng thái phụ thuộc vào trạng thái vào trạng thái thời điểm trước thơng qua hàm trạng thái G: Yn+1 =G (X n , Yn ) Các phương pháp mô tả hệ dãy: a Phương pháp đại số: Dùng biểu thức đại số xác định quan hệ biến vào, biến biến thông qua hàm F hàm chuyển đổi trạng thái G Ví dụ: cho hệ dãy có hai trạng thái vào X1 X2, hai trạng thái Z1 Z2, hai trạng thái Y1 Y2 với hàm ra: F (X1 ,Y1 )=Z2 F (X ,Y2 )=Z1 F (X1 ,Y2 )=Z2 F (X ,Y1 )=Z1 Và hàm chuyển đổi trạng thái: G (Y1 ,X1 )=Y2 G (Y2 ,X )=Y1 G (Y2 ,X1 )=Y2 G (Y1 ,X )=Y1 Có thể giải thích hoạt động hệ dãy sau: Đối với ngõ ra: dù hệ trạng thái (Y1 hay Y2) trạng thái vào X1 trạng thái Z2, ngược lại trạng thái vào X2 trạng thái Z1 Đối với trạng thái trong:  Khi hệ trạng thái Y1, trạng thái vào X1 hệ chuyển sang trạng thái Y2, trạng thái vào X2 hệ khơng đổi trạng thái  Khi hệ trạng thái Y2, trạng thái vào X2 hệ chuyển sang trạng thái Y1 trạng thái vào X1 hệ khơng đổi trạng thái b Bảng trạng thái: Bảng liệt kê tất trạng thái vào, trạng thái trạng thái theo quy luật hoạt động hệ dãy Ví dụ: lập bảng trạng thái mơ tả hệ dãy cho ví dụ trước Trạng thái Yn Y1 Y2 Trạng thái Yn+1 X1 X2 Y2 Y1 Y2 Y1 Trạng thái Zn+1 X1 Z2 Z2 X2 Z1 Z1 c Graph trạng thái: Là sơ đồ biểu diễn trạng thái trong, trạng thái vào, trạng thái quy luật chuyển đổi chúng Có hai loại graph: Mealy Moore Đối với graph Mealy, tín hiệu phụ thuộc trạng thái vào trạng thái Do trạng thái graph biểu diễn vòng tròn ghi tên trạng thái Trên cung định hướng ghi trạng thái vào trạng thái tương ứng X2 X1 Z1 X1 Z2 Y1 Y2 X2 Z1 Z2 Để tìm hàm kích thích cho Flip Flop, coi ngõ vào R S hàm biến trạng thái Q2 Q1Q0 thực rút gọn phương pháp bìa Karnaugh R0 Q Q Q0 00 01 11 10 1 1 01 11 10 1 S0 Q Q1 00 Q0 1 R = Q ;S0 = Q R1 Q Q1 Q0 S1 00 x Q Q1 Q0 00 1 01 11 1 01 x 11 x 10 x 10 R1 = Q1Q0 ;S0 = Q1Q0 R2 Q Q1 Q0 S2 00 x x Q Q1 Q0 00 01 x 11 10 01 11 x 10 x x R = Q2Q1Q0 ;S0 = Q 2Q1Q0 Mạch thực đếm: R0 S0 R1 S1 Q0 >CK Q1 >CK >CK CK Graph trạng thái 000 001 111 010 110 011 101 100 R2 S2 Q2 Ví dụ: Xây dựng đếm với M=5 dùng Flip Flop JK Số lượng Flip Flop cần sử dụng n=3, ký hiệu là: Q2Q1Q0 Số trạng thái cấm: 2n - M=3 Lập bảng kích thích cho Flip Flop JK: Qn 0 1 Qn+1 1 J K X X X X Coi trạng thái trạng thái cấm khơng xác định Ta lập bảng tìm hàm kích thích: Trạng thái Hiện Kế tiếp ' ' Q Q1 Q Q Q Q' 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 X X X Ngõ vào Flip Flop J K J1 K1 J K0 0 1 0 X X X 1 0 X X X 0 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Rút gọn: J2 Q Q1 Q0 00 K2 Q Q1 Q0 00 x x 01 11 x x 10 x x 01 x x 11 x x 10 x J = Q1Q0 ; K = J1 Q Q1 Q0 00 K1 Q Q1 Q0 00 x x 01 x x 11 x x 10 01 11 x x 10 x x J1 = K1 = Q0 x J0 Q Q1 Q0 K0 00 01 x x Q Q1 Q0 00 x 01 x 11 x x 10 11 x x 10 x x J = Q ;K = x Mạch thực J K Q0 >CK J K Q1 >CK CK Cl Định trạng thái đầu Q2Q1Q0 = 000 J K >CK Q2 Giản đồ xung chu trình đếm: Ck t Q0 t Q1 t Q2 t Định trạng thái đầu 100 000 Q2Q1Q0 = 000 001 011 010 Ví dụ: Xây dựng đếm với M=3 dùng Flip Flop JK Số lượng Flip Flop cần sử dụng n=2, ký hiệu là: Q1Q Số trạng thái cấm: 2n - M=1 Lập bảng kích thích cho Flip Flop JK: Qn 0 1 Qn+1 1 J K X X X X Coi trạng thái trạng thái cấm trạng thái 00 Ta lập bảng tìm hàm kích thích: Trạng thái Hiện Kế tiếp ' Q1 Q0 Q1 Q 0 1 1 0 0 ' Ngõ vào Flip Flop J1 K1 J K0 X X X X 1 X X 1 X X Tối thiểu hóa: Sơ đồ mạch: J K >CK CK J1 =Q0 K1 =1 Q0 J =Q1 K =1 J K >CK Q1 Giản đồ xung chu trình đếm: Ck t Q0 t Q1 t 00 11 01 10 .. .Chương 6: MẠCH TUẦN TỰ 6. 1 KHÁI NIỆM 6. 2 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH TUẦN TỰ (FLIP FLOP) 6. 3 MẠCH ĐẾM a Bộ đếm b Bộ đếm song song 6. 4 MẠCH GHI DỊCH 6. 5 MẠCH NHỚ Mục tiêu chương - Trình... hệ đồng xung nhịp hay gọi xung đồng hồ Ck (Clock) -Hệ không đồng hay hệ lơi: Trong loại khơng có xung nhịp đồng Flip Flop hoạt động theo hàm chức năng, tác động thời điểm Mơ hình đại số: Theo... Ngõ vào xung nhịp Ck ngõ vào điều khiển Flip Flop Xung nhịp gọi xung đồng hồ, có chức đồng hoạt động Flip Flop, có nghĩa Flip Flop loại nhịp chuyển đổi trạng thái thời điểm tác động xung Ck Một