Bộ đếm VVD-5 trong kỹ thuật xung-số

Các bộ đếm

Vậy bộ đếm đợc sử dụng vô cùng rộng rãi, từ các thiết bị đo chỉ thị số đến các máy tính điện tử số loại lớn, bất kỳ hệ thống số hiện đại nào cũng đều hiện diện bộ đếm. Căn cứ vào sự khác biệt của tình huống chuyển đổi trạng thái các trigơ trong bộ đếm, ng- ời ta phân thành hai loại lớn: Bộ đếm đồng bộ (bộ đếm song song) và bộ đếm không đồng bộ (bộ đếm nối tiếp). Bộ đếm không đồng bộ thì khác, có FF chịu tác động điều khiển trực tiếp của xung đếm đầu vào, nhng cũng có trigơ chịu tác động điều khiển của xung đầu ra của FF khác.

Tuy nhiên, chúng có một khuyết điểm lớn do nguyên lý hoạt động cơ bản của chúng gây nên: mỗi trigơ đợc khởi động do sự chuyển trạng thái tại đầu ra của trigơ trớc đó. Mặt khác, với mỗi trigơ nó có một thời gian trễ do truyền là tpd, điều này có nghĩa là trigơ thứ hai sẽ không phản ứng gì trong khoảng thời gian tpd kể từ khi trigơ đầu tiên nhận đợc một chuyển đổi tích cực ở xung đếm, trigơ thứ ba sẽ không phản ứng gì trong khoảng thời gian 2tpd từ lúc xảy ra hoạt động chuyển đổi, nh vậy trigơ thứ n sẽ không phản ứng gì trong khoảng thời gian (n-1)tpd kể từ lúc xảy ra. Để tăng dung lợng của bộ đếm thì số trigơ sử dụng sẽ tăng lên, khi đó thời gian trễ do truyền tích luỹ sẽ tăng lên, do đó ngời ta sử dụng bộ đếm nhị phân đồng bộ khi đếm dung lợng lớn.

Khi có xung nhịp đầu tiên tác dụng chỉ trigơ A chuyển trạng thái từ 0 lên 1, các trigơ B, C, D không chuyển trạng thái vì J=K=0, trạng thái lối ra của bộ đếm sau khi kết thúc xung nhịp thứ nhất là: 0001. - Đặt lại trạng thái: sử dụng bộ đếm có sẵn, để cho bộ đếm chuyển sang trạng thái m rồi dùng trạng thái này tạo tín hiệu điều khiển để xoá tất cả các FF về trạng thái 0 (trạng thái ban ®Çu). Tuy nhiên ở đây ta thấy có 6 tổ hợp mã nhị phân không xuất hiện ở đầu ra của bộ đếm (tơng ứng từ 1010 đến 1111 ) vì vậy khi tối thiểu hoá các hàm cho giá trị của các hàm tơng ứng với sáu tổ hợp đó là không xác định.

Một bộ đếm nhị phân đợc tác động bởi xung nhịp có tần số 256kHz. Tần số đầu ra từ FF cuối cùng là 2kHz

Xác định modul của bộ đếm trong hình e và tần số tại đầu ra QD khi tần số xung nhịp là 30Hz. Xây dựng bộ đếm modul 60 để chia tần số đờng dây điện 60Hz xuống thành.

Các bộ ghi dịch (Shift Register)

Khi có xung điều khiển ghi đa vào lối vào CLK, dữ liệu đợc nạp vào bộ nhớ song song và cho lối ra song song Q1Q2Q3Q4 = D1D2D3D4. Muốn ghi ta phải đa các bit thông tin nối tiếp về thời gian truyền lần lợt vào lối vào nối tiếp theo sự điều khiển đồng bộ của các xung nhịp. Nh vậy, quá trình điều khiển ghi nối tiếp 4 bit mới cũng là quá trình đa 4 bit dữ liệu cũ ra khỏi bộ ghi qua lối ra nối tiếp.

Cấu trúc của bộ ghi này cũng tơng tự nh bộ ghi dịch phải hình 5.38 nó chỉ khác trật tự sắp xếp các trigơ trong bộ ghi. Ví dụ: Ta có một chuỗi dữ liệu D1 D2 D3 D4 đợc truyền đến lối vào của bộ ghi theo trình tự bit D1 đến trớc nhất. Có thể dùng thêm các phần tử logic để điều khiển quá trình ghi song song và ghi nối tiếp, sơ đồ đợc cho trên hình 5.41.

Để nhập giá trị vào nối tiếp, ENABLE bằng 0 làm cho 8 đầu ra của 8 cổng NAND bằng 1 đóng kín các đờng mạch vào song song.

Mạch dãy đồng bộ

Trạng thái Si đợc gọi là tơng đơng với Sj khi và chỉ khi nếu lấy Si và Sj là hai trạng thái ban đầu thì với mọi dãy tín hiệu vào có thể có chúng luôn luôn cho dãy tín hiệu ra giống nhau. - Nhóm các trạng thái tơng đơng phải có những hàng trong bảng trạng thái ở cùng một cột ( ứng với cùng một tổ hợp tín hiệu vào) là tơng đơng. Điều này cho thấy thủ tục kiểm tra tính tơng đơng của một nhóm các trạng thái phải tiến hành tuần tự từng bớc cho đến nhóm trạng thái cuối cùng.

Sau khi đã thay thế các trạng thái tơng đơng bằng một trạng thái chung đặc trng cho chúng, lặp lại các công việc tìm các trạng thái tơng đơng (các hàng tơng đơng) khác, tới. Nhợc điểm của phơng pháp này là khi số trạng thái (số hàng) của bảng trạng thái và tín hiệu ra là quá lớn thì công việc tối thiểu hoá mất nhiều thời gian. Nếu nhiều trạng thái Si1, Si2,., Sin cùng chuyển biến đến một trạng thái tiếp theo Si thì các trạng thái Si1, Si2,., Sin đó phải đợc mã hoá bằng các từ mã kế cận nhau.

Ví dụ: Thiết kế một mạch dãy đồng bộ thực hiện nhiệm vụ kiểm tra dãy tín hiệu vào ở dạng nhị phân có độ dài bằng 3 đợc đa vào liên tiếp trên đầu vào X.

Thiết kế một bộ cộng nhị phân nối tiếp cho hai số hạng theo hình sau

Từ đồ hình chuyển đổi trạng thái hình 5.52g ta có bảng trạng thái nhị phân và giá trị t -. Trong phần 5.4 đã nghiên cứu về các mạch dãy đồng bộ, hoạt động của chúng đợc điều khiển bởi các xung nhịp. Tuy nhiên trong thực tế có những mạch lại đợc điều khiển bởi các sự kiện không tuân theo một quy luật nào cả.

Chẳng hạn một hệ thống báo động cháy sẽ chỉ hoạt động khi có hiện tợng cháy. Những mạch dãy đợc điều khiển bởi những sự kiện ngẫu nhiên nh vậy gọi là các mạch không đồng bộ. Các bớc thiết kế một mạch dãy không đồng bộ đợc mô tả trong sơ đồ hình 5.53.

Nhận xét: Các bớc thiết kế mạch dãy không đồng bộ cũng giống nh thiết kế mạch đồng bộ, chỉ khác bớc 5 và 6.

Sơ đồ mạch thực hiện Hình 5.53

Mạch không đồng bộ hoạt động không có sự tác động của xung nhịp cho nên trong mạch thờng có các hiện tợng hoặc chu kỳ hoặc là chạy đua làm cho hoạt động của mạch sai đi, vì vậy khi mã hoá trạng thái phải tránh hiện tợng này. Hiện tợng chạy đua trong mạch không đồng bộ là hiện tợng: do tính không đồng nhất của các phần tử dùng để mã hoá trạng thái, vì mạch hoạt động không đồng bộ nên khi mạch chuyển trạng thái từ Si sang Sj mạch có thể chuyển biến trạng thái theo những con. Ngợc lại, chạy đua nguy hiểm là những cách chuyển biến trạng thái khác nhau ấy cuối cùng dẫn tới các trạng thái ổn định khác nhau, có thể trạng thái khoá và không thoát ra đợc.

Cần lu ý rằng tại những ô trống trong bảng chuyển đổi trạng thái và bảng ra (những tổ hợp này ứng với những tổ hợp vào không xuất hiện) có thể lấy giá trị tuỳ ý để cho kết quả. Từ bảng trạng thái hình 5.58 thấy rằng: ứng với mỗi cột của tổ hợp tín hiệu vào mạch luôn có ít nhất một trạng thái ổn định, nghĩa là trong mạch không có hiện tợng chu kỳ. Còn trong các thiết bị điều khiển số thì các lệnh điều khiển cũng phải đợc lu trữ để điều khiển quá trình vận hành theo một trình tự đã đợc định trớc do ngời lập trình vạch ra.

Các dữ liệu đã đợc nạp vào ROM do nhà chế tạo thực hiện khi sản xuất có thể là các hằng số vật lý, toán học nh số π, số e, các công thức toán học, các hàm số lợng giác sin, cos, các bộ biến đổi mã, giải mã các ký tự.v.v…Dữ liệu cũng có thể là các lệnh điều khiển khởi động máy tính, các chơng trình con điều khiển sự hoạt.