Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 7: Bộ đếm và thanh ghi

Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 7: Bộ đếm và thanh ghi trình bày bộ đếm không đồng bộ; quy ước về trọng số; số MOD; chia tần số; trễ trong bộ đếm không đồng bộ; bộ đếm đồng bộ; bộ đếm đồng bộ MOD-16...

Chương Bộ đếm ghi Th.S Đặng Ngọc Khoa Khoa Điện - Điện Tử Bộ đếm không đồng „ Xét đếm bit hình 7-1 „ „ „ „ Xung clock đưa đến FF A, ngõ vào J, K tất FF mức logic Ngõ FF sau nối đến ngõ vào CLK FF trước Ngõ D, C, B, A số nhị phân bit với D bit có trọng số cao Đây đếm không đồng trạng thái FF khơng thay đổi với xung clock Hình 7-1 Bộ đếm bit Quy ước trọng số „ „ „ Trong phần lớn mạch, dịng tín hiệu thường chạy từ trái sang phải Trong chương này, nhiều mạch điện có dịng tín hiệu chạy từ phải sang trái Ví dụ, hình 7-1: „ „ Flip-Flop A: LSB Flip-Flop D: MSB Số MOD „ Số MOD số trạng thái chu kỳ đếm „ Bộ đếm hình 7-1 có 16 trạng thái khác nhau, đếm MOD-16 „ Số MOD đếm thay đổi với số Flip-Flop „ Số MOD ≤ 2N Số MOD „ Ví dụ „ „ Một đếm sử dụng để đếm sản phẩm chạy qua băng tải Mỗi sản phẩm qua băng chuyền, cảm biến xung Bộ đếm có khả đếm 1000 sản phẩm Hỏi phải có Flip-Flop đếm? Trả lời: 1000 ≤ 210 = 1024 Phải có 10 FF Chia tần số „ Trong đếm, tín hiệu ngõ FF cuối (MSB) có tần số tần số ngõ vào chia cho số MOD Một đếm MOD-N chia N Ví dụ 7-1 „ Ví dụ mạch tạo dao động xung vng có tần số 1Hz „ „ „ Tạo tín hiệu xung vng 50Hz từ lưới điện Cho qua đếm MOD-50 để chia tần số 50 lần Có tín hiệu xung vng tần số 1Hz Trễ đếm không đồng „ „ Cấu trúc đếm không đồng đơn giản vấn đề trễ truyền tín hiệu qua FF làm hạn chế tần số đếm Với đếm không đồng ta phải có „ „ Tclock≥N x tpd Fmax=1/(N x tpd) Trễ đếm không đồng „ Bộ đếm bit với tần số xung clock khác 10 Câu hỏi? „ Trong đếm bất đồng bộ, tất FF thay đổi trạng thái lúc? Sai „ Giả sử đếm hình 7-1 trạng thái 0101 Sau 27 xung clock, trạng thái đếm bao nhiêu? 0000 „ Số MOD đếm có Flip-Flop? 11 Bộ đếm đồng „ „ Trạng thái tất FF thay đổi lúc với xung clock Hình sau mơ tả hoạt động đếm đồng „ „ Mỗi FF có ngõ vào J, K kết nối cho chúng trạng thái cao ngõ tất FF sau trạng thái cao Bộ đếm đồng hoạt động với tần số cao đếm không đồng 12 Bộ đếm đồng MOD-16 13 Hoạt động mạch „ „ „ B thay đổi trạng thái theo xung clock A = C thay đổi trạng thái theo xung clock A = B = D thay đổi trạng thái theo xung clock A = B = C = 14 Bảng chân trị 15 Bộ đếm có số MOD < 2N „ „ „ Sử dụng ngõ vào không đồng (clear, set) để buộc đếm bỏ số trạng thái Trong hình 7-2, ngõ cổng NAND nối đến ngõ vào không đồng CLEAR Flip-Flop Khi A=0, B=C=1, (CBA = 1102= 610) ngõ cổng NAND tích cực FF bị CLEAR trạng thái 16 Hình 7-2 Bộ đếm MOD-6 17 Trạng thái tạm „ „ „ Lưu ý hình 7-2, 110 trạng thái tạm thời Mạch tồn trạng thái thời gian ngắn sau chuyển sang trạng thái 000 000Ỉ001Ỉ010Ỉ011Ỉ100Ỉ101Ỉ000 Ngõ FF C có tần số 1/6 tần số ngõ vào 18 Sơ đồ trạng thái 19 Thiết kế đếm MOD-X „ „ „ Bước 1: Tìm số FF nhỏ cho 2N ≥ X Kết nối FF lại với Nếu 2N = X khơng làm bước Bước 2: Nối cổng NAND đến ngõ vào CLEAR tất FF Bước 3: Xác định FF mức cao ứng với trạng thái đếm = X Nối ngõ FF đến ngõ vào cổng NAND 20 10 Trình tự thiết kế „ „ „ Bước 1: Xác định số bit (số FF cần) Bước 2: vẽ sơ đồ chuyển đổi tất trạng thái, bao gồm trạng thái không xuất chu trình Bước 3: dựa vào sơ đồ chuyển đổi trạng thái để thiết lập bảng, liệt kê tất trạng thái 53 Trình tự thiết kế „ „ „ Bước 4: bảng vừa tạo, thêm cột giá trị J, K FF Với trạng thái tại, xác định giá trị J K để đếm chuyển đến trạng thái Bước 5: thiết kế mạch logic để tạo mức logic cho ngõ vào J K Bước 6: xác định sơ đồ mạch 54 27 Ví dụ, thiết kế đếm MOD-5 „ „ Sơ đồ chuyển đổi trạng thái 000Ỉ001Ỉ010Ỉ011Ỉ100Ỉ000Ỉ… 55 Trạng thái PRESENT NEXT C B A C B A Line 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 56 28 Bảng trạng thái mạch PRESENT NEXT C B A C B A JC KC JB KB JA KA Line 0 0 x x x 0 1 0 x x x 0 1 x x x 1 0 x x x 0 0 x x x 1 0 x x x 1 0 0 x x x 1 0 x x x 57 Xác định giá trị J K „ Tính giá trị JA 58 29 Tương tự ta có 59 Sơ đồ mạch 60 30 Ví dụ 7-8 „ Sử dụng D-FF để thiết kế đếm MOD-5 PRESENT NEXT C B A C B A DC DB DA 0 0 0 0 1 0 x 0 1 x 1 1 0 x x 0 0 x 0 1 0 x x 1 0 0 x x 1 0 x x x 61 Ví dụ 7-8 „ Xác định giá trị ngõ vào D 62 31 Ví dụ 7-8 „ Sơ đồ mạch 63 Mạch ghi tích hợp „ Thanh ghi phân loại dựa vào cách liệu đưa vào cách mà liệu lấy ra: „ „ „ „ Parallel in/parallel out Serial in/serial out Parallel in/serial out Serial in/parallel out (PIPO) (SISO) (PISO) (SIPO) 64 32 Mạch ghi tích hợp „ Vào song song, song song : Parallel in MSB 1 0 1 0 1 LSB 1 0 1 Parallel out „ IC 74174 74178 65 PIPO – 74ALS174/74HC174 „ 74ALS174/74HC174 „ „ „ „ „ Thanh ghi bit D5, D0: ngõ vào song song Q5, Q0: ngõ song song Dữ liệu đưa vào ghi theo cạnh dương xung clock Master reset reset tất FFs cách độc lập với xung clock 66 33 PIPO – 74ALS174/74HC174 67 PIPO – 74ALS174/74HC174 „ 74ALS174 sử dụng để làm thành ghi dịch 68 34 Mạch ghi tích hợp „ Vào nối tiếp, nối tiếp: Serial In …0 1… „ Serial out 1 1 …1 0… IC 4731B 69 SISO - 4731B 70 35 Mạch ghi tích hợp „ Vào song song, nối tiếp: MSB Parallel In 1 1 LSB Serial Out „ 1 1 …1 0… IC 74165,74LS165,74HC165 71 PISO - 74HC165 „ 74HC165 „ „ „ „ „ „ „ Thanh ghi bit Dữ liệu nối tiếp đưa vào DS Dữ liệu song song không đồng đưa vào qua P0 - P7 Chỉ có ngõ Q7 sử dụng CP ngõ vào xung clock CP INH ngõ vào ngăn xung clock SH/LD ngõ vào load liệu 72 36 PISO - 74HC165 73 Mạch ghi tích hợp „ Vào nối tiếp, song song: MSB LSB Parallel out 1 1 Serial In …0 1… „ 1 1 IC 74164,74LS164,74HC164 74 37 SIPO –74ALS164/74HC164 „ 74ALS164 „ „ „ Chứa ghi dịch bit A B hai ngõ vào cổng AND, ngõ cổnf AND đầu vào nối tiếp Quá trình dịch xảy có cạnh âm xung clock 75 IC 74ALS164 76 38 Ví dụ IC 74ALS164 77 Thanh ghi dịch 3684 368 36 Ví dụ ghi dịch máy tính 78 39 Bộ đếm ghi dịch „ Bộ đếm vòng (FF cuối nối đến FF đầu tiên) „ „ „ FF cuối dịch giá trị đến FF D-FF sử dụng (JK-FF sử dụng) Phải bắt đầu với trạng thái có FF có giá trị cịn lại trạng thái 79 Dịch vòng MOD-4 80 40 Dịch vòng bit „ Bộ đếm MOD-4 81 Câu hỏi? 82 41 ... trạng thái đếm = X Nối ngõ FF đến ngõ vào cổng NAND 20 10 Bộ đếm MOD-14 MOD-10 Bộ đếm không đồng 21 Bộ đếm MOD-14 MOD-10 Bộ đếm đồng 22 11 Bộ đếm thập phân „ Bộ đếm thập phân „ „ Là đếm có mười... „ Flip-Flop A: LSB Flip-Flop D: MSB Số MOD „ Số MOD số trạng thái chu kỳ đếm „ Bộ đếm hình 7-1 có 16 trạng thái khác nhau, đếm MOD-16 „ Số MOD đếm thay đổi với số Flip-Flop „ Số MOD ≤ 2N Số MOD... 111Ỉ110Ỉ101Ỉ100Ỉ011Ỉ010Ỉ001Ỉ 000 Bộ đếm lên chuyển thành đếm xuống cách sử dụng ngõ đảo để lái ngõ vào xung clock 27 Bộ đếm xuống MOD-8 28 14 Bộ đếm xuống đồng „ „ Bộ đếm xuống đồng có cấu tạo hoàn toàn tương tự đếm lên