Tài liệu Bài giảng kỹ thuật số P6 pdf

"Don't study, don't know - Studying you will know!" NGUYEN TRUNG HOA Bi ging K Thût Säú Trang 124 Chỉång 5 HÃÛ TƯN TỈÛ 5.1. KHẠI NIÃÛM CHUNG Mảch säú âỉåüc chia thnh hai loải chênh : Hãû täø håüp v hãû tưn tỉû. Âäúi våïi hãû täø håüp: tên hiãûu ng ra åí trảng thại kãú tiãúp chè phủ thüc vo trảng thại hiãûn tải ca ng vo, m báút cháúp trảng thại hiãûn tải ca ng ra. Nhỉ váûy, khi cạc ng vo thay âäøi trảng thại (b qua thåìi gian trãù ca tên hiãûu âi qua pháưn tỉí logic) thç láûp tỉïc ng ra thay âäøi trảng thại. Âäúi våïi hãû tưn tỉû: Cạc ng ra åí trảng thại kãú tiãúp vỉìa phủ thüc vo trảng thại hiãûn tải ca ng vo, âäưng thåìi cn phủ thüc trảng thạ i hiãûn tải ca ng ra. Do âọ, váún âãư thiãút kãú hãû tưn tỉû s khạc so våïi hãû täø håüp v cå såí thiãút kãú hãû tưn tỉû l dỉûa trãn cạc Flip - Flop (trong khi viãûc thiãút kãú hãû täø håüp dỉûa trãn cạc cäøng logic). Màûûc khạc, âäúi våïi hãû tưn tỉû, khi cạc ng vo thay âäøi trảng thại thç cạc ng ra khäng thay âäøi trảng thại ngay m chåì âãún cho âãún khi cọ mäüt xung âiãưu khiãøn (gi l xung âäưng häư Ck) thç lục âọ cạc ng ra måïi thay âäøi trảng thại theo cạc ng vo. Nhỉ váûy hãû tưn tỉû cn cọ tênh âäưng bäü v tênh nhåï (cọ kh nàng lỉu trỉỵ thäng tin, lỉu trỉỵ dỉỵ liãûu), nãn hãû tưn tỉû l cå såí âãø thiãút kãú cạc bäü nhåï. 5.2. BÄÜ ÂÃÚM 5.2.1. Âải cỉång Bäü âãúm âỉåüc xáy dỉûng trãn cå såí cạc Flip - Flop (FF) ghẹp våïi nhau sao cho hoảt âäüng theo mäüt bng trảng thại (qui lût) cho trỉåïc. Säú lỉåüng FF sỉí dủng l säú hng ca bäü âãúm. Bäü âãúm cn âỉåüc sỉí dủng âãø tảo ra mäüt dáy âëa chè ca lãûnh âiãưu kiãøn, âãúm säú chu trçnh thỉûc hiãûn phẹp tênh, hồûc cọ thãø dng trong váún âãư thu v phạt m. Chỉång 5. Hãû tưn tỉû Trang 125 Cọ thãø phán loải bäü âãúm theo nhiãưu cạch: - Phán loải theo cå såí cạc hãû âãúm: Bäü âãúm tháûp phán, bäü âãúm nhë phán. Trong âọ bäü âãúm nhë phán âỉåüc chia lm hai loải: + Bäü âãúm våïi dung lỉåüng âãúm 2 n . + Bäü âãúm våïi dung lỉåüng âãúm khạc 2 n (âãúm modulo M). - Phán loải theo hỉåïng âãúm gäưm: Mảch âãúm lãn (âãúm tiãún), mảch âãúm xúng (âãúm li), mảch âãúm vng. - Phán loải mảch âãúm theo tên hiãûu chuøn: bäü âãúm näúi tiãúp, bäü âãúm song song, bäü âãúm häùn håüp. - Phán loải dỉûa vo chỉïc nàng âiãưu khiãøn: + Bäü âãúm âäưng bäü: Sỉû thay âäøi ng ra phủ thüc vo tên hiãûu âiãưu kiãøn Ck. + Bäü âãúm khäng âäưng bäü. Màûc d cọ ráút nhiãưu cạch phán loải nhỉng chè cọ ba loải chênh: Bäü âãúm näúi tiãúp (khäng âäưng bäü), Bäü âãúm song song (âäưng bäü), Bäü âãúm häùn håüp. 5.2.2. Bäü âãúm näúi tiãúp 5.2.2.1. Khại niãûm Bäü âãúm näúi tiãúp l bäü âãúm trong âọ cạc TFF hồûc JKFF giỉỵ chỉïc nàng ca TFF âỉåüc ghẹp näúi tiãúp våïi nhau v hoảt âäüng theo mäüt loải m duy nháút l BCD 8421. Âäúi våïi loải bäü âãúm ny, cạc ng ra thay âäøi trảng thại khäng âäưng thåìi våïi tên hiãûu âiãưu khiãøn Ck (tỉïc khäng chëu sỉû âiãưu khiãøn ca tên hiãûu âiãưu khiãøn Ck) do âọ mảch âãúm näúi tiãúp cn gi l mảch âãúm khäng âäưng bäü. 5.2.2.2. Phán loải - Âãúm lãn. - Âãúm xúng. - Âãúm lãn /xúng. - Modulo M. Bi ging K Thût Säú Trang 126 a. Âãúm lãn Âáy l bäü âãúm cọ näüi dung âãúm tàng dáưn. Ngun tàõc ghẹp näúi cạc TFF (hồûc JKFF thỉûc hiãûn chỉïc nàng TFF) âãø tảo thnh bäü âãúm näúi tiãúp cn phủ thüc vo tên hiãûu âiãưu khiãøn Ck. Cọ 2 trỉåìng håüp khạc nhau: - Tên hiãûu Ck tạc âäüng sỉåìn xúng: TFF hồûc JKFF âỉåüc nghẹp näúi våïi nhau theo qui lût sau: Ck i+1 = Q i - Tên hiãûu Ck tạc âäüng sỉåìng xúng: TFF hồûc JKFF âỉåüc nghẹp näúi våïi nhau theo qui lût sau: Ck i+1 = i Q Trong âọ T ln ln giỉỵ åí mỉïc logic 1 (T = 1) v ng ra ca TFF âỉïng trỉåïc näúi våïi ng vo Ck ca TFF âỉïng sau. Âãø minh ha chụng ta xẹt vê dủ vãư mäüt mảch âãúm näúi tiãúp, âãúm 4, âãúm lãn, dng TFF. Säú lỉåüng TFF cáưn dng: 4 = 2 2 ⇒ dng 2 TFF. Trỉåìng håüp Ck tạc âäüng theo sỉåìn xúng (hçnh 5.1a): T Ck 1 T Ck 2 Ck Clr Ck 1 1 Q 1 Q 2 Hçnh 5.1a Trỉåìng håüp Ck tạc âäüng theo sỉåìn lãn (hçnh 5.1b): Chổồng 5. Hóỷ tuỏửn tổỷ Trang 127 Trong caùc sồ õọử maỷch naỡy Clr (Clear) laỡ ngoợ vaỡo xoùa cuớa TFF. Ngoợ vaỡo Clr taùc õọỹng mổùc thỏỳp, khi Clr = 0 thỗ ngoợ ra Q cuớa FF bở xoùa vóử 0 (Q=0). Giaớn õọử thồỡi gian cuớa maỷch ồớ hỗnh 5.1a : T Ck 1 T Ck 2 Q 2 Q 1 11 Ck Clr 1 Q Q 2 H 5.1b Ck Q 1 Ck 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 7 5 34 2 1 8 Q 2 Hỗnh 5.2a. Giaớn õọử thồỡi gian maỷch hỗnh 5.1a Baớng traỷng thaùi hoaỷt õọỹng cuớa maỷch hỗnh 5.1a: Xung vaỡo Traỷng thaùi hióỷn taỷi Traỷng thaùi kóỳ tióỳp Ck Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 1 2 3 4 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 Giaớn õọử thồỡi gian maỷch hỗnh 5.1b : Bi ging K Thût Säú Trang 128 Ck 7 5 34 2 1 1 11 10 0 0 0 00 001 1 1 1 Q 1 Q 2 11 1 1 0 00 0 1 Q 8 Hçnh 5.2b. Gin âäư thåìi gian mảch hçnh 5.1b Bng trảng thại hoảt âäüng ca mảch hçnh 5.1b : Xung vo Trảng thại hiãûn tải Trảng thại kãú tiãúp Ck Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 1 2 3 4 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 b. Âãúm xúng Âáy l bäü âãúm cọ näüi dung âãúm gim dáưn. Ngun tàõc ghẹp cạc FF cng phủ thüc vo tên hiãûu âiãưu khiãøn Ck: - Tên hiãûu Ck tạc âäüng sỉåìn xúng: TFF hồûc JKFF âỉåüc nghẹp näúi våïi nhau theo qui lût sau: Ck i+1 = i Q - Tên hiãûu Ck tạc âäüng sỉåìn xúng: TFF hồûc JKFF âỉåüc nghẹp näúi våïi nhau theo qui lût sau: Ck i+1 = Q i Trong âọ T ln ln giỉỵ åí mỉïc logic 1 (T = 1) v ng ra ca TFF âỉïng trỉåïc näúi våïi ng vo Ck ca TFF âỉïng sau. Chổồng 5. Hóỷ tuỏửn tổỷ Trang 129 Vờ duỷ: Xeùt mọỹt maỷch õóỳm 4, õóỳm xuọỳng, õóỳm nọỳi tióỳp duỡng TFF. Sọỳ lổồỹng TFF cỏửn duỡng: 4 = 2 2 duỡng 2 TFF. Sồ õọử maỷch thổỷc hióỷn khi sổớ duỷng Ck taùc õọỹng sổồỡn xuọỳng vaỡ Ck taùc õọỹng sổồỡn lón lỏửn lổồỹt õổồỹc cho trón hỗnh 5.3a vaỡ 5.3b : Giaớn õọử thồỡi gian cuớa maỷch hỗnh 5.3a : T Ck 1 T Ck 2 Q 2 Q 1 11 Ck Clr H 5.3b Ck Hỗnh 5.3a Ck T Ck 1 T Ck 2 Ck Clr 1 Q 8 7 5 3 4 2 1 Ck 1 11 1 0 0 0 0 0 0 001 1 1 1 Q 1 Q 2 11 1 1 0 00 0 1 Q 1 1 Q 1 Q 2 Q 2 Hỗnh 5.4a. Giaớn õọử thồỡi gian maỷch 5.3a Baớng traỷng thaùi hoaỷt õọỹng cuớa maỷch hỗnh 5.3a: Baỡi giaớng Kyợ Thuỏỷt Sọỳ Trang 130 Xung vaỡo Traỷng thaùi hióỷn taỷi Traỷng thaùi kóỳ tióỳp Ck Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 1 2 3 4 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 Giaớn õọử thồỡi gian cuớa maỷch hỗnh 5.3b: Q 2 Q 1 Ck 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 734 5 2 1 8 Hỗnh 5.4b. Giaớn õọử thồỡi gian maỷch hỗnh 5.3b Baớng traỷng thaùi hoaỷt õọỹng cuớa maỷch hỗnh 5.3b : Xung vaỡo Traỷng thaùi hióỷn taỷi Traỷng thaùi kóỳ tióỳp Ck Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 1 2 3 4 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 c. óỳm lón/xuọỳng: Goỹi X laỡ tờn hióỷu õióửu khióứn chióửu õóỳm, ta quy ổồùc: + Nóỳu X = 0 thỗ maỷch õóỳm lón. + Nóỳu X = 1 thỗ õóỳm xuọỳng. Ta xeùt 2 trổồỡng hồỹp cuớa tờn hióỷu Ck: - Xeùt tờn hióỷu Ck taùc õọỹng sổồỡn xuọỳng: Luùc õoù ta coù phổồng trỗnh logic: iii1i QXQX.QXCk =+= + Chỉång 5. Hãû tưn tỉû Trang 131 - Xẹt tên hiãûu Ck tạc âäüng sỉåìn lãn: Lục âọ ta cọ phỉång trçnh logic: ii i 1i QXX.QQ.XCk ⊕=+= + d. Âãúm modulo M: Âáy l bäü âãúm näúi tiãúp, theo m BCD 8421, cọ dung lỉåüng âãúm khạc 2 n . Vê dủ: Xẹt mảch âãúm 5, âãúm lãn, âãúm näúi tiãúp. Säú lỉåüng TFF cáưn dng: Vç 2 2 = 4 < 5 < 8 = 2 3 ⇒ dng 3 TFF. Váûy bäü âãúm ny s cọ 3 âáưu ra (chụ : Säú lỉåüng FF tỉång ỉïng våïi säú âáưu ra). Bng trảng thại hoảt âäüng ca mảch: Xung vo Trảng thại hiãûn tảiTrảng thại kãú tiãúp Ck Q 3 Q 2 Q 1 Q 3 Q 2 Q 1 1 2 3 4 5 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1/0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1/0 Nãúu dng 3 FF thç mảch cọ thãø âãúm âỉåüc 8 trảng thại phán biãût (000 → 111 tỉång ỉïng 0→7). Do âọ, âãø sỉí dủng mảch ny thỉûc hiãûn âãúm 5, âãúm lãn, thç sau xung Ck thỉï 5 ta tçm cạch âỉa täø håüp 101 vãư 000 cọ nghéa l mảch thỉûc hiãûn viãûc âãúm lải tỉì täø håüp ban âáưu. Nhỉ váûy, bäü âãúm s âãúm tỉì 000 → 100 v quay vãư 000 tråí lải, nọi cạch khạc ta â âãúm âỉåüc 5 trảng thại phán biãût. Âãø xọa bäü âãúm vãư 000 ta phán têch: Do täø håüp 101 cọ 2 ng ra Q 1 , Q 3 âäưng thåìi bàòng 1 (khạc våïi cạc täø håüp trỉåïc âọ) → âáy chênh l dáúu hiãûu nháûn biãút âãø âiãưu khiãøn xọa bäü âãúm. Vç váûy âãø xọa bäü âãúm vãư 000: - Âäúi våïi FF cọ ng vo Clr tạc âäüng mỉïc 0 thç ta dng cäøng NAND 2 ng vo. Bi ging K Thût Säú Trang 132 - Âäúi våïi FF cọ ng vo Clr tạc âäüng mỉïc 1 thç ta dng cäøng AND cọ 2 ng vo. Nhỉ váûy så âäư mảch âãúm 5 l så âäư ci tiãún tỉì mảch âãúm 8 bàòng cạch màõc thãm pháưn tỉí cäøng NAND (hồûc cäøng AND) cọ hai ng vo (ty thüc vo chán Clr tạc âäüng mỉïc logic 0 hay mỉïc logic 1) âỉåüc näúi âãún ng ra Q 1 v Q 3 , v ng ra ca cäøng NAND (hồûc AND) s âỉåüc näúi âãún ng vo Clr ca bäü âãúm (cng chênh l ng vo Clr ca cạc FF). Trong trỉåìng håüp Clr tạc âäüng mỉïc tháúp så âäư mảch thỉûc hiãûn âãúm 5 nhỉ trãn hçnh 5.5 : T Ck 1 T Ck 2 Clr Ck 1 Q 2 Q 1 1 T Ck 3 Q 3 1 Hçnh 5.5. Mảch âãúm 5, âãúm lãn Gin âäư thåìi gian ca mảch: Ck 1 2 3 4 578 6 9 10 Q 1 Q 2 1 11 1 0 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 Q 3 Hçnh 5.6. Gin âäư thåìi gian mảch âãúm 5, âãúm lãn. Chụ : Do trảng thại ca ng ra l khäng biãút trỉåïc nãn âãø mảch cọ thãø âãúm tỉì trảng thại ban âáưu l 000 ta phi dng thãm mảch xọa tỉû âäüng ban âáưu âãø xọa bäü âãúm vãư 0 (cn gi l mảch RESET ban âáưu). Phỉång phạp thỉûc hiãûn l dng hai pháưn tỉí thủ âäüng R v C.