Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 19 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
19
Dung lượng
199,89 KB
Nội dung
Bài ging K THUT S Trang 52 3.3. FLIP – FLOP (FF) 3.3.1. Khái nim Flip-Flop (vit tt là FF) là mch dao ng a hài hai trng thái bn, c xây dng trên c s các cng logic và hot ng theo mt bng trng thái cho trc. 3.3.2. Phân loi Có hai cách phân loi: - Phân loi theo tín hiu u khin. - Phân loi theo chc nng. 1. Phân loi FF theo tín hiu u khin ng b m có hai loi: - Không có tín hiu u khin ng b (FF không ng b). - Có tín hiu u khin ng b (FF ng b). a. FF không ng b ng 1: RSFF không ng b dùng cng NOR (s hình 3.43) a vào bng chân tr ca cng NOR gii thích hot ng ca s mch này: - S = 0, R = 1 ⇒ Q = 0. Q=0 hi tip v cng NOR 2 nên cng NOR 2 có hai ngõ vào bng 0 ⇒Q = 1. Vy, Q = 0 và Q = 1. - S = 1, R = 0 ⇒ Q = 0. Q = 0 hi tip v cng NOR 1 nên cng NOR 1 có hai ngõ vào bng 0 ⇒ Q = 1. Vy, Q = 1 và Q = 0. - Gi s ban u: S = 0, R = 1 ⇒ Q = 0 và Q = 1. u tín hiu ngõ vào thay i thành: S = 0, R = 0 (R chuyn t 1 → 0) ta có: + S = 0 và Q = 0 ⇒ Q = 1 + R = 0 và Q = 1 ⇒ Q = 0 ⇒ RSFF gi nguyên trng thái c trc ó. - Gi s ban u: S = 1, R = 0 ⇒ Q = 1 và Q = 0. u tín hiu ngõ vào thay i thành: R = 0, S = 0 (S chuyn t 1 → 0) ta có: + R = 0 và Q = 0 ⇒ Q = 1 + S = 0 và Q = 1 ⇒ Q = 0 ⇒ RSFF gi nguyên trng thái c trc ó. Q Q R S 1 2 S R Q 0 0 Q 0 0 1 0 1 0 1 1 1 X Hình 3.43. RSFF không ng b s dng cng NOR và bng trng thái Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 53 ng 2: RSFF không ng b dùng cng NAND (s hình 3.44) a vào bng chân tr ca cng NAND: =∃ =∀ = 0x1 1x0 y i i Ta có: - S = 0, R = 1 ⇒ Q = 1. Q = 1 hi tip v cng NAND 2 nên cng NAND 2 có hai ngõ vào ng 1 vy Q = 0. - S = 0, R = 1 ⇒ Q = 1. Q = 1 hi tip v cng NAND 1 nên cng NAND 1 có hai ngõ vào ng 1 vy Q = 0. - S = R = 0 ⇒ Q = Q = 1 ây là trng thái cm. - S = R = 1: Gi s trng thái trc ó có Q = 1, Q = 0 ⇒ hi tip v cng NAND 1 nên cng NAND 1 có mt ngõ vào bng 0 vy Q = 1 ⇒ RSFF gi nguyên trng thái c. Nh vy gi là FF không ng b bi vì ch cn mt trong hai ngõ vào S hay R thay i thì ngõ ra cng thay i theo. mt kí hiu, các RSFF không ng bc ký hiu nh sau: R QS R Q S Hình 3.45. Ký hiu các FF không ng b a. R,S tác ng mc 1 - b. R,S tác ng mc 0 a) b) Hình 3.44. RSFF không ng b s dng cng NAND và bng trng thái S R Q 1 2 Q S R Q 0 0 X 0 1 1 1 0 0 1 1 Q 0 Bài ging K THUT S Trang 54 b. FF ng b Xét s RSFF ng b vi s mch, ký hiu và bng trng thái hot ng nh hình 3.46. Trong ó: Ck là tín hiu u khin ng b hay tín hiu ng h (Clock). Kho sát hot ng ca ch: - Ck = 0: cng NAND 3 và 4 khóa không cho d liu a vào. Vì cng NAND 3 và 4 u có ít nht mt ngõ vào Ck = 0 ⇒ S =R =1 ⇒ Q = Q 0 : RSFF gi nguyên trng thái c. - Ck = 1: cng NAND 3 và 4 m. Ngõ ra Q s thay i tùy thuc vào trng thái ca S và R. + S = 0, R = 0 ⇒ S =1, R =1 ⇒ Q = Q 0 + S = 0, R = 1 ⇒ S =1, R = 0 ⇒ Q = 0 + S = 1, R = 0 ⇒ S = 0, R = 1 ⇒ Q = 1 + S = 1, R = 1 ⇒ S = 0, R = 0 ⇒ Q = X Trong trng hp này tín hiu ng b Ck tác ng mc 1. Trong trng hp Ck tác ng mc 0 thì ta mc thêm cng o nh sau (hình 3.47): Tùy thuc vào mc tích cc ca tín hiu ng b Ck, chúng ta có các loi tín hiu u khin: - Ck u khin theo mc 1. - Ck u khin theo mc 0. - Ck u khin theo sn lên (sn trc). - Ck u khin theo sn xung (sn sau). S R Ck Q X X 0 Q 0 0 0 1 Q 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 X S Q Ck R Q S R Q 1 2 Q 3 4 R S Ck Hình 3.46. RSFF ng b: S logic và ký hiu S R Q 1 2 Q 3 4 R S Ck S Q Ck R Q Hình 3.47 a. Mc 1 b. Mc 0 c. Sn lên d. Sn xung Hình 3.48. Các loi tín hiu u khin Ck khác nhau Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 55 S R ch o s n lên Ck Xung sau khi qua ch to sn lên Ck t t 0 0 Hình 3.49. S khi FF tác ng theo sn lên và dng sóng Xét FF có Ck u khin theo sn lên (sn trc): Sn lên và mc logic 1 có mi quan h vi nhau, vì vy mch to sn lên là mch ci tin ca ch tác ng theo mc logic 1. n lên thc cht là mt xung dng có thi gian tn ti rt ngn. ci tin các FF tác ng theo mc logic 1 thành FF tác ng theo sn lên ta mc vào trc FF ó mt mch to sn lên nh hình 3.49. mch to sn ngi ta li dng thi gian tr ca tín hiu khi i qua phn t logic. i vi ch to sn ngi ta li dng thi gian tr ca tín hiu khi i qua cng NOT. Xét s mch to sn lên và dng sóng nh hình 3.50 : Mch to sn lên gm mt cng AND 2 ngõ vào và mt cng NOT. Tín hiu x1 t cng NOT c a n cng AND cùng vi tín hiu x 2 i trc tip (x 2 = Ck). Do tính cht tr ca tín hiu Ck khi i qua cng NOT nên x 1 b tr mt khong thi gian, vì vy tín hiu ngõ ra ca cng AND có dng mt xung dng rt hp vi thi gian tn ti chính bng thi gian tr (tr truyn t) ca cng NOT. Xung dng hp này c a n ngõ vào ng b ca FF u khin theo mc logic 1. Ti các thi m có sn lên ca tín hiu xung nhp Ck s xut hin mt xung dng tác ng vào ngõ vào ng b ca FF u khin ngõ ra Q thay i trng thái theo các ngõ vào. S mch FF có tín hiu Ck u khin theo sn lên nh hình 3.51. S Ck R y x 1 x 2 Ck t y 0 t x 1 0 t x 2 0 Ck t 0 Hình 3.50 Bài ging K THUT S Trang 56 Xét FF có Ck u khin theo sn xung (sn sau): ch to sn xung là mch ci tin tác ng mc logic 0. S mch và dng sóng c cho hình 3.52. Trên hình 3.53 là ký hiu trên s mch và s thc hin Flip-Flop tác ng theo n xung. (Sinh viên t gii thích hot ng ca các mch này). S R Q 1 2 Q 3 4 R S y Ck Hình 3.51. FF có tín hiu Ck u khin theo sn lên y x 1 x 2 Ck Ck t 0 t x 2 x 1 0 t 0 t y 0 Hình 3.52. Mch to sn xung a. S mch b. Dng sóng a) b) S R Q 1 2 Q 3 4R S y Ck S Q Ck R Q Hình 3.53 a. S mch thc hin b. Ký hiu a) b) Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 57 Ý ngha ca tín hiu ng b Ck: i vi các FF ng b, các ngõ ra ch thay i trng thái theo ngõ vào DATA khi xung Ck tn ti c 1 (i vi FF tác ng mc 1), hoc xung Ck tn ti mc 0 (i vi FF tác ng mc 0), hoc xung Ck sn lên (i vi FF tác ng sn lên), xung Ck sn xung (i vi FF tác ng n xung), còn tt c các trng hp khác ca Ck thì ngõ ra không thay i trng thái theo các ngõ vào mc dù lúc ó các ngõ vào có thay i trng thái. Phng pháp u khin theo kiu ch t (Master - Slaver) : i vi phng pháp này khi xung Ck tn ti mc logic 1 d liu sc nhp vào FF, còn khi Ck tn ti mc logic 0 thì d liu cha trong FF c xut ra ngoài. V mt cu to bên trong gm 2 FF: mt FF thc hin chc nng ch (Master) và mt FF thc hin chc nng t (Slaver). Hot ng ca FF u khin theo kiu ch/t: (hình 3.54) + Ck = 1: FF2 m, d liu c nhp vào FF2. Qua cng o Ck = 0 ( FF1 khóa nên gi nguyên trng thái c trc ó. + Ck = 0: FF2 khóa nên gi nguyên trng thái c trc ó. Qua cng o Ck = 1 ( FF1 m, d liu c xut ra ngoài. Chú ý: Tín hiu Ck có thc to ra t mch dao ng a hài không trng thái bn. 3.3.2.2. Phân loi FF theo chc nng a. RSFF ó là FF có các ngõ vào và ngõ ra ký hiu nh hình v. Trong ó: - S, R : các ngõ vào d liu. - Q, Q : các ngõ ra. - Ck : tín hiu xung ng b i S n và R n là trng thái ngõ vào Data xung Ck th n. Q n , Q n+1 là trng thái ca ngõ ra Q xung Ck th n và th (n+1). Lúc ó ta có bng trng thái mô t hot ng ca RSFF: R S Ck Q 1 2 Q 3 4 5 6 7 8 FF 1 FF 2 Hình 3.54. Phng pháp u khin theo kiu ch t S Q Ck R Q Hình 3.55. Ký hiu RSFF Bài ging K THUT S Trang 58 S n R n Q n+1 0 0 Q n 0 1 0 1 0 1 1 1 X u ý rng trng thái khi c 2 ngõ vào S = R = 1 lúc ó c 2 ngõ ra có cùng mc logic, ây là trng thái cm ca RSFF (thng c ký hiu X). Tip theo chúng ta s i xây dng bng u vào kích ca RSFF. ng u vào kích gm 2 phn, phn bên trái lit kê ra các yêu cu cn chuyn i ca FF, và phn bên phi là các u kin tín hiu u vào kích cn m bo t c các s chuyn i y. Nu các u kin u vào c m bo thì FF s chuyn i theo úng yêu cu. Thc cht bng u vào kích ca FF là khai trin bng trng thái ca FF. Ta vit li bng trng thái ca RSFF dng khai trin nh sau: S n R n Q n Q n+1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 X 1 1 1 X Trong bng này, tín hiu ngõ ra trng thái tip theo (Q n+1 ) s ph thuc vào tín hiu các ngõ vào data (S, R) và tín hiu ngõ ra trng thái hin ti (Q n ). T bng khai trin trên ta xây dng c bng u vào kích cho RSFF: Q n Q n+1 S n R n 0 0 0 X 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 X 0 ng t bng trng thái khai trin ta có th tìm c phng trình logic ca RSFF bng cách lp Karnaugh nh sau: 00 01 11 10 0 0 0 X 1 1 1 0 X 1 bng Karnaugh này ta có phng trình logic ca RSFF: n Q n R n S 1n Q += + S n R n Q n Q n+1 Chng 3. Cỏc phn t logic c bn Trang 59 Vỡ u kin ca RSFF l S.R= 0 nờn ta cú phng trỡnh logic ca RSFF c vit y nh sau: n Q n R n S 1n Q += + SR=0 ng súng minh ha hot ng ca RSFF trờn hỡnh 3.56: b. TFF TFF l FF cú ngừ vo v ngừ ra ký hiu v bng trng thỏi hot ng nh hỡnh v (hỡnh 3.57): Trong ú: - T: ngừ vo d liu - Q,: cỏc ngừ ra - Ck: tớn hiu xung ng b. i T n l trng thỏi ca ngừ vo DATA T xung Ck th n. i Q n , Q n+1 l trng thỏi ca ngừ ra xung Ck th n v (n+1). Lỳc ú ta cú bng trng thỏi hot ng khai trin ca TFF. bng trng thỏi ny ta cú nhn xột: + Khi T=0: mi khi cú xung Ck tỏc ng ngừ ra Q gi nguyờn trng thỏi c trc ú. + Khi T=1: mi khi cú xung Ck tỏc ng ngừ ra Q o trng thỏi. Hỡnh 3.56. th thi gian dng súng RSFF Ck t t S t R 0 0 0 1 2 3 4 5 t 0 Q T Q Ck Q Q n Q n 0 1 T n Q n+1 Hỗnh 3.57. Kyù hióỷu TFF vaỡ baớng traỷng thaùi hoaỷt õọỹng Bài ging K THUT S Trang 60 Ck t t T t Q 0 0 0 1 2 3 Hình 3.58 T n Q n Q n+1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 bng trng thái khai trin ca TFF ta tìm c bng u vào kích ca TFF nh sau: Q n Q n+1 T n 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 Phng trình logic ca TFF: Q n+1 = nnnn Q.T.QT + (dng chính tc 1) Hoc: )QT)(Q(TQ nnnn1n ++= + (dng chính tc 2). Vit gn hn: nn1n QTQ ⊕= + (SV có th lp Karnaugh và ti thiu hóa tìm phng trinh logic ca TFF). Trên hình 3.58 minh ha th thi gian dng sóng ca TFF. - Tín hiu ra Q u tiên luôn luôn mc logic 0 - Tín hiu Ck(1) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 1. Theo bng trng thái : T 0 = 1 và Q 0 = 0 ⇒ Q 1 = 0 Q = 1. - Tín hiu Ck(2) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 0. Theo bng trng thái : T 1 = 0 và Q 1 = 1 ⇒ Q 2 = Q 1 = 1 (Gi nguyên trng thái trc ó). - Tín hiu Ck(3) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 1. Theo bng trng thái: T 2 = 1 và Q 2 = 1 ⇒ Q 3 = 2 Q = 0. Trng hp ngõ vào T luôn luôn bng 1 (luôn mc logic 1) : Ck t1 2 3 4 5 Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 61 Khi T=1 thì dng sóng ngõ ra Q c cho trên hình v. Ta có nhn xét rng chu k ca ngõ ra Q ng 2 ln chu k tín hiu xung Ck nên tn s ca ngõ ra là: 2 f f CK Q = y, khi T=1 thì TFF gi vai trò mch chia tn s xung vào Ck. ng quát: Ghép ni tip n TFF vi nhau sao cho ngõ ra ca TFF trc s ni vi ngõ vào ca TFF ng sau (Ck i+1 ni vi Q i ) và lúc bây gi tt c các ngõ vào DATA T tt c các TFF u gi mc logic 1, lúc ó tn s tín hiu ngõ ra s là: n CK Q 2 f f n = i Q n là tín hiu ngõ ra ca TFF th n; f CK là tn s xung clock ngõ vào ng b TFF u tiên. c. DFF DFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiu nh hình 3.60. Trong ó: D là ngõ vào d liu. Q, Q : các ngõ ra. Ck: tín hiu xung ng b. i D n là trng thaïi ca ngõ vào DATA D xung Ck th n. i Q n , Q n+1 là trng thái ca ngõ ra xung Ck th n và (n+1). Khai trin bng trng thái ca DFF tìm bng u vào kích ca DFF, ta có: D n Q n Q n+1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 D n Q n+1 ng trng thái D Q Ck Q Hình 3.60. Ký hiu DFF