Bài giảng nhập môn mạch số chương 6 (phần 2) ths hồ ngọc diễm

NHẬP MÔN MẠCH SỐ CHƯƠNG – PHẦN Mạch tuần tự: Bộ đếm (Sequential circuit: Counters) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung • Bộ đếm bất đồng (Asynchronous counters) – – – – Hệ số đếm (MOD number) Bộ đếm lên/xuống (Up/ Down counters) Phân tích thiết kế đếm bất đồng Delay mạch (Propagation delay) • Bộ đếm đồng (Synchronous counters) – Phân tích đếm đồng (Analyze synchronous counters) – Thiết kế đếm đồng (Design synchronous counter) • Thanh ghi (Register) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung • Bộ đếm bất đồng (Asynchronous counters) – – – – Hệ số đếm (MOD number) Bộ đếm lên/xuống (Up/ Down counters) Phân tích thiết kế đếm bất đồng Delay mạch (Propagation delay) • Bộ đếm đồng (Synchronous counters) – Phân tích đếm đồng (Analyze synchronous counters) – Thiết kế đếm đồng (Design synchronous counter) • Thanh ghi (Register) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bộ đếm bất đồng (Asynchronous counters) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bộ đếm bất đồng Xem xét hoạt động đếm 4-bit bên – Clock kết nối đến chân CLK FF A – J K tất FF – Ngõ Q FF A kết nối với chân CLK FF B, tiếp tục kết nối với FF C, D – Ngõ FF D, C, B A tạo thành đếm 4-bit binary với D có trọng số cao (MSB) Bảng thật FF-J_K Note: * tất ngõ vào J K FF đưa vào mức CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bộ đếm bất đồng Sau cạnh xuống xung CLK thứ 16, đếm quay trở lại trạng thái ban đầu DCBA = 0000 Bảng thật FF-J_K CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bộ đếm bất đồng • Các FFs khơng thay đổi trạng thái đồng với xung Clock Trong ví dụ slide trước, Chỉ FF A thay đổi cạnh xuống xung Clock , FF B phải đợi FF A thay đổi trạng thái trước lật, FF C phải đợi FF B thay đổi, tương tự với FF D phải đợi FF C  Có trì hỗn (delay) FF liên tiếp • Chỉ FF có trọng số thấp kết nối với xung Clock • Bộ đếm cịn gọi đếm tích lũy trì hỗn (ripple counter) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví dụ • Giả sử đếm Slide trước bắt đầu trạng thái DCBA = 0000, sau xung Clock đưa vào • Sau khoảng thời gian, ta ngắt xung Clock với mạch đọc giá trị đếm DCBA = 0011 • Hỏi xung Clock đưa vào đếm? Đáp án: Bộ đếm có lặp vịng lại hay chưa?  Chưa có  Số lượng xung Clock đưa vào mạch 3, or 19, or 35, or 51 tiếp tục CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Duty cycle tín hiệu (xung) Duty cycle xung tỉ lệ phần trăm thời gian xung tích cực với chu kì xung Ví dụ: giá trị duty cycle (mức 1) xung CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ số đếm (MOD number) • Hệ số đếm số trạng thái khác đếm trước đếm lặp lại chu trình đếm Thêm vào Flip-flop tăng hệ số đếm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Nội dung • Bộ đếm bất đồng (Asynchronous counters) – – – – Hệ số đếm (MOD number) Bộ đếm lên/xuống (Up/ Down counters) Phân tích thiết kế đếm bất đồng Delay mạch (Propagation delay) • Bộ đếm đồng (Synchronous counters) – Phân tích đếm đồng (Analyze synchronous counters) – Thiết kế đếm đồng (Design synchronous counter) • Thanh ghi (Register) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 55 Thanh ghi (Registers) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 56 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Sự phân loại ghi dựa vào đặc điểm:  Cách liệu đưa vào ghi để lưu trữ  Cách liệu lấy từ ghi • Thanh ghi nối tiếp (Serial register): liệu nạp vào ghi theo dạng nối tiếp từ phải sang trái từ trái sang phải – Thanh ghi nối tiếp có liệu ngõ nối đến ngõ vào (feedback) gọi ghi quay vòng (rotate register) – Thanh ghi nối tiếp có liệu ngõ không nối đến ngõ vào gọi ghi dịch (shift register) • Thanh ghi song song (Parallel register): liệu nạp vào ghi theo dạng song Thanh ghi gọi ghi nạp (load register) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 57 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào song song - ngõ song song (PIPO) (Parallel in/parallel out) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 58 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào nối tiếp - ngõ nối tiếp (SISO) (serial in/serial out) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 59 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào song song - ngõ nối tiếp (PISO) (Parallel in/serial out) SH/LD =  parallel in/serial out SH/LD =  serial in/serial out CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 60 Truyền liệu ghi (Register Data Transfer) Ngõ vào nối tiếp - ngõ song song (SIPO) (serial in/parallel out) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 61 Bộ đếm ghi dịch (Shift Register Counter) • Bộ đếm ghi dịch sử dụng feedback—dữ liệu ngõ FF cuối kết nối ngược lại ngõ vào FF CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 62 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm vịng trịn (Ring counter) • Bộ đếm vịng trịn đếm ngõ FF sau kết nối đến ngõ vào FF Bộ đếm vòng tròn 4-bit (MOD-4) Biểu đồ chuyển trạng thái (Q0: MSB, Q3: LSB) Dạng sóng đếm vịng tròn Bảng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 63 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm vịng trịn (Ring counter) • Tần số ngõ FF 1/N tần số xung Clock đếm vòng tròn MOD-N – Bộ đếm vòng tròn MOD-N  cần N flip-flop – Bộ đếm vòng tròn yêu cầu nhiều FF đếm Binary thơng thường có hệ số đếm (ví dụ: MOD-8 cần FF so với FF đếm thông thường) – Sự giải mã cho trạng thái đạt cách lấy giá trị ngõ tương ứng FF mà không cần dùng đến mạch giải mã • Để hoạt động xác, đếm vòng tròn phải bắt đầu với FF có ngõ FF cịn lại có ngõ – Khi bật nguồn, giá trị FF không dự đoán được, đếm sử dụng chân Preset để định giá trị cho FF chân Clear để xóa FF cịn lại trước xung Clock đưa vào CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 64 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm Jonhson (Jonhson counter) • Trong đếm Johnson hay đếm vòng xoắn (twisted-ring counter) ngõ bù (Q-bù) FF cuối kết nối với ngõ vào FF Bộ đếm Johnson 3-bit (MOD-6) (Q0: MSB, Q2: LSB) Bảng CuuDuongThanCong.com Biểu đồ chuyển trạng thái Dạng sóng đếm Jonhson https://fb.com/tailieudientucntt 65 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm Jonhson (Jonhson counter) • Với hệ số đếm N (N số chẵn), đếm Johnson cần N/2 flip-flop • Dạng sóng ngõ FF xung vuông (50% duty cycle) tần số 1/N tần số xung Clock • Dạng sóng ngõ FF bị dịch chu kì so với dạng sóng ngõ FF trước (giống đếm vịng trịn) Bộ đếm Johnson 3-bit (MOD-6) (Q0: MSB, Q2: LSB) Dạng sóng đếm Jonhson CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 66 Bộ đếm ghi dịch Bộ đếm Jonhson (Jonhson counter) • Bộ đếm Johnson cần cổng logic bên để giải mã cho trạng thái • Cổng AND-2 dùng để giải mã cho đếm Jonhson mà không quan tâm số FF sử dụng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 67 Câu hỏi thảo luận? Bộ đếm ghi dịch cần nhiều FF đếm Binary thông thường với hệ số đếm (MOD number)? Bộ đếm ghi dịch cần mạch giải mã phức tạp đếm Binary thông thường? Làm để chuyển đổi đếm vòng tròn sang đếm Johnson? Đúng hay Sai? a) Ngõ đếm vịng trịn ln ln xung vuông b) Mạch giải mã cho đếm Johnson đơn giản đếm Binary thông thường? c) Bộ đếm vòng tròn Johnson đếm đồng bộ? Cần FF để thiết kế đếm vòng tròn MOD-16? Bộ đếm Johnson MOD-16? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 68 Thảo luận? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 69 ... dụ • Các bước để làm đồng hồ số • Cần FF cho đếm có hệ số đếm 60 (MOD -60 )? • Đáp án: Khơng có số ngun N để thỏa điều kiện 2N = 60  Số N gần 6, 26 = 64 > 60 Vì đồng hồ số cần đếm xác  Khơng có... Chia tần số – FF có tần số ngõ ½ tần số xung đưa vào chân Clock FF Giả sử tần số xung Clock đưa vào đếm ví dụ 16 kHz  Tần số ngõ FF A, B, C, D 8, 4, 2, kHz Tần số FF có trọng số lớn tần số xung... toàn mạch lớn  Bộ đếm không phù hợp cho thiết kế hoạt động tần số cao • Để mạch hoạt động chu kì xung Clock phải lớn tổng Delay mạch Tclock  N x tpd Tclock: chu kì xung Clock N: số FF mạch