Giáo trình điện tử số phần 2

Chương 4: Hệ CHƯƠNG 4: HỆ TUẦN TỰ4.1 GIỚI THIỆU Hệ hệ mà ngõ khơng phụ thuộc vào ngõ vào mà cịn phụ thuộc vào số ngõ hồi tiếp trở thành ngõ vào thông qua phần tử nhớ Phần tử nhớ thường sử dụng Flip-Flop Hệ chia thành loại: - Hệ đồng (Synchronous) Hệ bất đồng (Asynchronous) 4.2 MẠCH CHỐT (LATCH) VÀ FLIP-FLOP (FF) Latch (chốt): mạch mà liên tục xem xét ngõ vào làm thay đổi ngõ thời điểm không phụ thuộc vào xung clock Flip-Flop: mạch mà thường lấy mẫu ngõ vào làm thay đổi ngõ thời điểm xác định xung clock Các mạch chốt FF có ngõ Q Q Hai ngõ có giá trị logic bù 56 Chương 4: Hệ 4.2.1 Các mạch chốt Chốt SR: có loại Cổng NOR Cổng NAND 57 Chương 4: Hệ Chốt SR có ngõ vào cho phép Khảo sát giản đồ xung 58 Chương 4: Hệ Chốt D 4.2.2 Flip Flop (FF) Trạng thái ngõ FF thay đổi theo ngõ vào trạng thái trước ngõ thời điểm thay đổi xung clock (cạnh lên cạnh xuống) - Bảng đặc tính phương trình đặc tính: Biểu diễn mối quan hệ ngõ Q+ phụ thuộc vào ngõ vào trạng thái ngõ Q - Bảng kích thích: biểu diễn giá trị ngõ vào cần phải có ta cần ngõ chuyển từ trạng thái Q sang trạng thái Q+ 59 Chương 4: Hệ Flip Flop D (D-FF) Khảo sát giản đồ xung 60 Chương 4: Hệ Flip Flop T (T-FF) Flip Flop SR (SR-FF) 61 Chương 4: Hệ Flip Flop JK (JK-FF) Các ngõ vào bất đồng - Các ngõ vào làm thay đổi giá trị ngõ tức thời, bất chấp xung clock Có ngõ vào bất đồng bộ: Preset (Pr) Clear (Cl) + Khi ngõ vào Preset tích cực ngõ Q set lên + Khi ngõ vào Clear tích cực ngõ Q xóa + Khi ngõ vào Preset Clear khơng tích cực FF hoạt động 62 Chương 4: Hệ 4.3 BỘ ĐẾM (COUNTER) 4.3.1 Giới thiệu Bộ đếm hệ có ngõ vào xung clock nhiều ngõ Ngõ đếm ngõ Flip Flop cấu thành đếm Nội dung đếm thời điểm gọi trạng thái đếm Khi có xung clock vào đếm chuyển trạng thái từ trạng thái chuyển sang trạng thái Cứ tiếp tục tạo vịng đếm khép kín Giản đồ trạng thái đếm: biểu diễn trạng thái có vịng đếm hướng chuyển trạng thái đếm - Module đếm: số trạng thái khác vòng đếm: m ≤ 2n Bộ đếm chia thành loại: + Bộ đếm nối tiếp (bộ đếmbất đồng bộ): đếm mà ngõ FF trước ngõ vào xung clock cho FF sau + Bộ đếm song song (bộ đếm đồng bộ): đếm mà ngõ FF nối chung với 4.3.2 Bộ đếm nối tiếp (Asynchronous Counter) Bộ đếm nối tiếp thực vòng đếm lên xuống: - Đếm lên (Count Up): nội dung đếm tăng thêm có xung clock Đếm xuống (Count Down): nội dung đếm giảm có xung clock Bộ đếm tạo từ FF đếm 2, ghép với 63 Chương 4: Hệ Bộ đếm đầy đủ (m = 2n) Ghép CK i +1 = Qi Khảo sát giản đồ xung: đếm lên (Count Up) Khảo sát giản đồ xung đếm xuống (Count Down) 64 Chương 4: Hệ Ghép CKi +1 = Qi ▪ Bộ đếm xuống (Count Down) ▪ Bộ đếm lên (Count Up) Bộ đếm không đầy đủ (m < 2n) Bộ đếm không đầy đủ thực dựa vào đếm đầy đủ Ta cần xác định trạng thái không mong muốn vịng đếm khơng đầy đủ Dùng trạng thái để tạo tín hiệu tác động tích cực vào ngõ vào bất đồng Preset Clear để đưa đếm trở trạng thái ban đầu (thường gọi trạng thái reset) Ví dụ: sử dụng FF-T có xung clock cạnh xuống ngõ vào Preset, Clear tích cực cao; thiết kế đếm lên có m=5 giá trị 65 Chương 4: Hệ Kiểu MOORE 4.7.2 Rút gọn trạng thái - Với m trạng thái ta sử dụng n FF: 2n-1 < m ≤ 2n - Trạng thái tương đương Hai trạng thái tương đương trạng thái mà giá trị vào mà chúng có giá trị giống trạng thái mà chúng chuyển tới tương đương Ví dụ: Rút gọn bảng trạng thái sau Bảng rút gọn 84 Chương 4: Hệ Phương pháp rút gọn bảng kéo theo (Implicaiton Table) - Thành lập bảng kéo theo bảng có n trạng thái: có n-1 cột n-1 hàng Mỗi ô vuông cặp trạng thái cần xét tương đương - Từ bảng trạng thái tìm trạng thái có ngõ giống lập thành nhóm tương đương - Tại vng trạng thái khơng nhóm khơng tương đương => gạch chéo ô vuông - Tại ô vng trạng thái nhóm ta ghi điều kiện trạng thái cần xét tương đương - Kiểm tra điều kiện ô vuông: gạch chéo ô không thỏa điều kiện Các ô cịn lại khơng bị gạch chéo kết tương đương 85 Chương 4: Hệ 4.7.3 Gán trạng thái Mỗi trạng thái gán tổ hợp biến trạng thái Ví dụ: Hệ có trạng thái A, B, C Ta cần biến trạng thái Q1 Q2 để gán cho trạng thái 4.7.4 Chọn FF thiết kế phần tổ hợp - Lập bảng trạng thái - Chọn FF (D-FF, T-FF, JK-FF) mạch tổ hợp (cổng logic, ROM, PLA, …) Ví dụ: Thực hệ sau 86 Chương 4: Hệ Thực ROM T-FF kích cạnh lên 87 Chương 4: Hệ Thực hiên cổng logic JK-FF kích cạnh xuống Từ bảng trạng thái, rút gọn Thực PLA JK-FF kích cạnh lên 88 Chương 4: Hệ Ví dụ: thiết kế (chuyển) đổi mã từ BCD sang BCD Ngõ vào nối tiếp với LSB trước 89 Chương 4: Hệ Bảng trạng thái rút gọn chuyển đổi mã 90 Chương 4: Hệ 91 Chương 4: Hệ 4.8 LƯU ĐỒ MÁY TRẠNG THÁI - Hệ cịn gọi máy trạng thái thuật tốn (ASM – algorithmic state machine) hay đơn giản máy trạng thái (SM- state machine), gọi tắt SM - Lưu đồ SM tạo khối SM; khối SM mô tả hoạt động hệ trạng thái - Một khối SM bao gồm hộp trạng thái (state box), hộp định (decision box) hộp xuất theo điều kiện (condition box) - 92 Chương 4: Hệ Một khối SM có xác đường vào nhiều đường - Một đường dẫn qua khối SM từ ngõ vào đến ngõ gọi đường dẫn liên kết (link path) 93 Chương 4: Hệ - - Khối SM biểu diễn nhiều dạng khác Một lưu đồ SM biểu diễn hệ tổ hợp có trạng thái khơng có thay đổi trạng thái xảy 94 Chương 4: Hệ - Ta phải tuân theo số qui tắc xây dựng khối SM ▪ Với kết hợp biến vào hợp lệ phải có xác đường định nghĩa Điều cần thiết tổ hợp vào cho phép phải dẫn đến trạng thái kế ▪ Không cho phép có đường hồi tiếp nội khối SM 95 Chương 4: Hệ Cài đặt lưu đồ máy trạng thái - Việc cài đặt lưu đồ SM tìm phương trình biến biến trạng thái - Các bước thực sau: 96 Chương 4: Hệ ▪ ▪ Thực gán trạng thái cho hộp trạng thái Xác định phương trình biến Zi • Tìm trạng thái có xuất biến (Zi=1) • Nếu biến MOORE ta tích số (AND) biến trạng thái; cịn biến MEALY ta có tích số biến trạng thái biến điều kiện vào • Phương trình biến tổng (OR) tích số tìm thấy bước lại với Gán trạng thái ▪ Xác định phương trình biến trạng thái Qi+ • Tìm tất trạng thái Qj = • Tại trạng thái này, tìm tất đường dẫn liên kết (link path) mà dẫn vào trạng thái • Với đường dẫn liên kết này, tìm số hạng theo đường dẫn liên kết Nghĩa là, với đường dẫn liên kết từ Sa đến Sb, số hạng tích số biến trạng thái trạng thái Sa biến điều kiện để dẫn đến Sb • Biểu thức Qi+ tạo thành cách lấy tổng (OR) tích số tìm thấy bước lại với 97 Chương 4: Hệ BÀI TẬP CHƯƠNG 98 ... tích số (AND) biến trạng thái; cịn biến MEALY ta có tích số biến trạng thái biến điều kiện vào • Phương trình biến tổng (OR) tích số tìm thấy bước lại với Gán trạng thái ▪ Xác định phương trình. .. đầy đủ (m = 2n) Ví dụ: Sử dụng T-FF kích theo cạnh lên, thiết kế đếm có dãy đếm sau: Q2Q1Q0: 010, 101, 110, 001, 000, 111, 100, 011, 010, … 69 Chương 4: Hệ Bộ đếm khơng đầy đủ (m < 2n) Các trạng... chuỗi vào liên tiếp 101 Kiểu MEALY 83 Chương 4: Hệ Kiểu MOORE 4.7 .2 Rút gọn trạng thái - Với m trạng thái ta sử dụng n FF: 2n-1 < m ≤ 2n - Trạng thái tương đương Hai trạng thái tương đương trạng thái