1.1 .Bộ dồn kênh
5. FLIP– FLOP T:
FF – T là mạch điện có chức năng duy trì và chuyển đổi trạng thái tùy thuộc vào tín hiệu đầu vào. Trong điều kiện định thời của Ck.
5.1. Cấu trúc:
5.2. Nguyên lý:
Khi T=0 FF giữ nguyên trạng thái Khi T=1 FF lật trạng thái (toggle)
Như vậy mạch T FF thay đổi trạng thái tuần tự theo mỗi lần xung kích thích. J
K T
Chú ý: Khi đầu vào T có thời gian tồn tại ở mức logic cao trong một khoảng dài hơn so với thời gian chuyển trạng thái (thời gian trễ) của mạch thì mạch sẽ tiếp tục lật trạng thái tới khi hết thời gian tồn tại ở mức logic cao của T, quá trình đó làm cho việc xác định chính xác mạch đang ở trạng thái nào là không thể, do đó chỉ có thể làm việc ở chế độ đồng bộ (vì thực tế thời gian tồn tại mức logic cao của T luôn lớn hơn rất nhiều thời gian trễ của mạch)
5.3. Phương trình:
Từ nguyên lý làm việc của FF –T ta đưa ra được phương trình đặc trưng của T-FF: Qn+1 = JQn + KQn = TQn + TQn = TQn (2.8) 5.4 Bảng trạng thái:
T-FF là một trigơ có 2 đầu ra và 1 đầu vào T. T-FF có bảng thái như sau:
Qn T Qn+1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 BÀI TẬP:
1. Viết bảng chân lý của các Flip –Flop JK,D, Tcó hai đầu vào không đồng bộ, chân Pr và CL tác động ở mức thấp
2. Vẽ tín hiệu Q trên các giản đồ thời gian cho ở hình a, b, c, d.
3. Cho sơ đồ logic dưới đây hãy vẽ dạng song đầu ra theo dạng song đầu vào Cp và Vi đã cho.
4. Xét sơ đồ logic dưới đay hãy vẽ dạng song đầu ra tương ứng voíư dạng sóng đầu vào Cp và Vi.
5. Cho các mạch điện như sơ đồ dưới đây và các dạng sóng A, B, C. Hãy viết biểu thức hàm logic và vẽ dạng sóng của các Q1, Q2, Q3
BÀI 5: MẠCH GHI DỊCH 1. Nguyên lý chung
Thanh ghi còn gọi là bộ ghi dịch là các phần tử không thể thiếu được trong CPU, trong các hệ vi xử lý,…Nó có khả năng ghi giữ và dịch thông tin (sang phải hoặc sang trái).
Bộ ghi dịch cấu tạo từ một dãy phần tử nhớ đơn bit (trigơ) được mắc liên tiếp với nhau và một số cửa logic cơ bản hỗ trợ.
Muốn ghi và truyền một từ nhị phân n bit ta cần n phần tử nhớ (n trigơ). Trong các
bộ ghi dịch thường dùng các trigơ đồng bộ như trigơ RST, trigơ JK, trigơ D.
Thông thường người ta hay dùng các trigơ D hoặc các trigơ khác nhưng mắc theo
kiểu trigơ D để tạo thành các bộ ghi.
2. Phân loại
- Ghi song song: Các bit của từ nhị phân được ghi đồng thời cùng một lúc vào bộ ghi.
- Ghi nối tiếp: Các bit của từ nhị phân được đưa vào bộ ghi một cách tuần tự theo thứ
tự của từ nhị phân.
2.1. Thanh ghi vào nối tiếp ra song dịch phải:
Bộ ghi nối tiếp có thể dịch phải, dịch trái và cho ra song song hoặc ra nối tiếp. Trên hình 3.16 giới thiệu sơ đồ bộ ghi nối tiếp dịch phải có các lối ra song song và ra nối tiếp.
Đây là sơ đồ chỉ có lối vào nối tiếp, còn lối cả ra song song và ra nối tiếp.
Khi cho một xung kim âm tác động vào lối vào xoá, các lối ra Q của cả 4 trigơ trong bộ ghi đều ở trạng thái 0.
Muốn ghi ta phải đưa các bit thông tin nối tiếp về thời gian truyền lần lượt vào lối vào nối tiếp theo sự điều khiển đồng bộ của các xung nhịp. Cứ sau mỗi xung nhịp trạng thái của trigơ lại được xác lập theo thông tin lối vào D của nó. Trong sơ đồ hình 3.16 lối ra của trigơ trước lại được nối với vào lối vào D của trigơ sau nên sau mỗi lần có xung nhịp tác động trigơ sau lại nhận giá trị của trigơ đứng trước nó.
Giả sử ta có 4 bit số liệu D1D2D3D4 được truyền liên tiếp tới lối vào của bộ ghi
trong đó bit D4 đến trước nhất. Quá trình ghi thông tin diễn ra như sau:
Xung nhịp Q1 Q2 Q3 Q4 0 1 2 3 4 0 D4 D3 D2 D1 0 0 D4 D3 D2 0 0 0 D4 D3 0 0 0 0 D4 Bảng 5-1
Sau 4 xung nhịp thì thông tin được nạp xong, muốn đưa dữ liệu ra ở các lối ra song song ta đặt mức 1 ở lối ‘Điều khiển ra”, lối ra của các cửa AND ở lối ra song song sẽ
được xác lập theo trạng thái Q1, Q2, Q3, Q4 của các trigơ trong bộ ghi. Trong cách điều
khiển dữ liệu ra song song này thông tin trong bộ ghi vẫn được duy trì.
Để điều khiển dữ liệu ra nối tiếp, ta phải tác động một nhóm 4 xung nhịp ở lối vào
CLK (điều khiển ghi). Sau 4 xung nhịp tác động 4 bit dữ liệu lần lượt được đưa ra khỏi bộ ghi.
Như vậy, quá trình điều khiển ghi nối tiếp 4 bit mới cũng là quá trình đưa 4 bit dữ
2.2. Thanh ghi vào nối tiếp ra song dịch trái:
Bộ ghi nối tiếp dịch trái có các lối ra song song và lối ra nối tiếp được trình bày trên hình 3.17. Cấu trúc của bộ ghi này cũng tương tự như bộ ghi dịch phải hình 3.16 nó chỉ khác trật tự sắp xếp các trigơ trong bộ ghi. Trigơ 4 lại là trigơ đầu, trigơ 1 là trigơ cuối.
Quá trình điều khiển xoá, điều khiển ghi vào và đưa dữ liệu ra hoàn toàn tương tự
như bộ ghi dịch phải hình 3.16.
Ví dụ: Ta có một chuỗi dữ liệu D1 D2 D3 D4 được truyền đến lối vào của bộ ghi theo trình tự bit D1 đến trước nhất. Quá trình ghi dịch 4 bit dữ liệu đối với bộ đếm này diễn ra như sau: Xung nhịp Q1 Q2 Q3 Q4 0 1 2 3 4 0 0 0 0 D1 0 0 0 D1 D2 0 0 D1 D2 D3 0 D1 D2 D3 D4 Bảng 5-2
2.3. Thanh ghi vào song song ra song dịch trái:
Trong sơ đồ trên người ta thêm 1 mạch điều khiển ra dùng 4 cổng AND 2 lối vào. Hoạt động của sơ đồ như sau:
Trước tiên dùng xung xoá CLR = 0 để xoá, lối ra Q1Q2Q3Q4 = 0000 Các số liệu cần ghi được đưa vào lối vào D1D2D3D4.
Khi có xung điều khiển ghi đưa vào lối vào CLK, dữ liệu được nạp vào bộ nhớ song song và cho lối ra song song Q1Q2Q3Q4 = D1D2D3D4.
Mỗi lối ra Q được đưa vào 1 lối vào của các cửa AND. Muốn cho dữ liệu ra thẳng
lối ra thì lối “Điều khiển ra” phải bằng 1. Nếu chưa muốn cho dữ liệu ra lối ra thì để
“Điều khiển ra” bằng 0.
3. Ứng dụng
Thanh ghi dịch đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc lưu trữ, tính toán số học và logic. Chẳng hạn trong các bộ vi xử lí, máy tính đều có cấu tạo các thanh ghi dịch; trong vi điều khiển (8051) cũng có các ghi dịch làm nhiều chức năng hay như trong nhân chia, ALU đã xét ở chương 2 ghi dịch cũng đã được đề cập đến. Ở đây không đi vào chi tiết mà chỉ nói khái quát ngắn gọn về ứng dụng của chúng.
a. Lưu trữ và dịch chuyển dữ liệu
Đây là ứng dụng cơ bản và phổ biến nhất của chúng. Ghi dịch n bit sẽ cho phép lưu trữ được n bit dữ liệu một thời gian mà chừng nào mạch còn được cấp điện. Hay nói cách
khác dữ liệu khi dịch chuyển đã được trì hoãn một khoảng thời gian, nó tuỳ thuộc vào :
–Số bit có thể ghi dịch (số tầng FF cấu tạo nên ghi dịch) – Tần số xung đồng hồ
b.Tạo kí tự hay tạo dạng song điều khiển
Ta có thể nạp vào ghi dịch, theo cách nạp nối tiếp hay song song, một mã nhị phân của một chữ nào đó (A, B, …) hay một dạng sóng nào đó. Sau đó nếu ta nối ngõ ra nối tiếp của ghi dịch vòng trở lại ngõ vào nối tiếp thì khi có xung ck các bit sẽ dịch chuyển vòng quanh theo tốc độ của đồng hồ. Cách này có thể điều khiển sáng tắt của các đèn (sắp xếp trên vòng tròn hay cách nào khác) Như mô phỏng sau là dạng sáng tắt của đèn led. Với tải cổng suất thì cần mạch giao tiếp công suất như thêm trans, rờ le, SCR,… đã nói ở chương 1 cũng sẽ được dùng. Cũng có thể tạo ra dạng sóng tín hiệu tuần hoàn cho mục đích thử mạch bằng cách này. Ta có thể thay đổi dạng sóng bằng cách thay đổi mã số nhị phân nạp cho ghi dịch, và thay đổi tần số xung kích ck được cấp từ mạch dao động ngoài từ 0 đến 200MHz tuỳ loại mạch ghi dịch.
Hình 5.4: Tạo dạng sóng điều khiển bởi ghi dịch c.Chuyển đổi dữ liệu nối tiếp sang song song và ngược lại
Các máy tính hay các bộ vi xử lí khi giao tiếp với nhau hay với các thiết bị ngoài thường trao đổi dữ liệu dạng nối tiếp khi giữa chúng có một khoảng cách khá xa. Ngoài cách dùng các bộ dồn kênh tách kênh ở 2 đầu truyền mà ta đã nói ở chương 2 thì ghi dịch cũng có thể được dùng. Các ghi dịch chuyển song song sang nối tiếp sẽ thay thế cho mạch dồn kênh và các ghi dịch chuyển nối tiếp sang song song sẽ thay thế cho mạch tách kênh. Bên cạnh ghi dịch, cũng cần phải có các mạch khác để đồng bộ, chống nhiễu, rò sai… nhằm thực hiện quá trình truyền nối tiếp hiệu quả.
Hình 5.5: Truyền dữ liệu nối tiếp
d. Bus truyền dữ liệu
Bây giờ liệu với 8 đường dữ liệu song song vừa nhận được từ tách kênh đó (còn gọi là 1 byte), ta có thể dùng chung cho nhiều mạch được không? Sở dĩ có yêu cầu đó là vì trong máy vi tính có rất nhiều mạch liên kết với nhau bởi các đường dữ liệu địa chỉ gồm nhiều bit dữ liệu 8, 16, 32… mà ta đã biết đến nó với cái tên là bus. Vậy bus chính là các đường dữ liệu dùng chung cho nhiều mạch (chẳng hạn bus giữa các vi xử lí, các chíp nhớ bán dẫn, các bộ chuyển đổi tương tự và số,…
Chỉ có một đường bus mà lại dùng chung cho nhiều mạch, do đó để tránh tranh chấp giữa các mạch thì cần phải có một bộ phận điều khiển quyết định cho phép mạch nào được thông với bus, các mạch khác bị cắt khỏi bus. Vậy ở đây thanh ghi hay các bộ đệm 3 trạng thái được dùng
Hình dưới minh hoạ cho đường bus 8 bit nối giữa vi xử lí với bộ đếm 8 bit, bàn phím, và bộ 8 nút nhấn
Hình 5.6:Bus dữ liệu
Giả sử rằng cả thiết bị đều cần giao tiếp với vi xử lí, nhưng chỉ có một đường truyền nếu tất cả đồng loạt đưa lên thì có thể bị ảnh hưởng lẫn nhau giữa các dữ liệu, và thông tin nhận được là không chính xác. Do đó ở đây vi xử lí sẽ quyết định: chẳng hạn nó đặt ngõ OE1 cho phép bộ đếm cho mạch đếm đưa dữ liệu lên bus còn chân OE2 và OE3 ngưng làm dữ liệu từ bàn phím và nút nhấn bị ngắt (chờ) tức ngõ ra các bộ đệm hay thanh ghi 3 trạng thái ở trạng thái tổng trở cao. Tương tự khi vi xử lí cần giao tiếp với các mạch khác. Với tốc độ xử lí hàng trăm hàng ngàn MHz thì việc dữ liệu phải chờ là không đáng kể do đó giữa các thiết bị giao tiếp với nhau rất nhanh và dường như đồng thời.
4.Mạch ghi dịch TTL
Hình 5.7 Thanh ghi 74LS164
Chúng ta đã được biết đến các loại FF. Chúng đều có thể lưu trữ (nhớ 1 bit) và chỉ khi có xung đồng bộ thì bit đó mới truyền tới ngõ ra (đảo hay không đảo). Bây giờ nếu ta mắc nhiều FF nối tiếp lại với nhau thì sẽ nhớ được nhiều bit. Các ngõ ra sẽ phần hoạt động theo xung nhịp ck. Có thể lấy ngõ ra ở từng tầng FF (gọi là các ngõ ra song song) hay ở tầng cuối (ngõ ra nối tiếp). Như vậy mạch có thể ghi lại dữ liệu (nhớ) và dịch
chuyển nó (truyền) nên mạch được gọi là ghi dịch. Ghi dịch cũng có rất nhiều ứng dụng
đặc biệt trong máy tính, như chính cái tên của nó: lưu trữ dữ liệu và dịch chuyển dữ liệu chỉ là ứng dụng nổi bật nhất
Sơ đồ mạch điện hình 5.8 các đèn Led sẻ sáng từ Q0 đến Q7
Sơ đồ thực tế hình 5.9
IC 74164 là một thanh ghi dịch 8 bit vào nối tiếp và song song, làm việc được ở tần số cao
Hình 5.9
Nguyên lý mạch điện : Mạch điện được chia làm 4 khối chính như sau:
- Khối nguồn gồm.
Dòng điện 220V AC đưa vào biến thế T1 hạ áp thành 12V AC
D1-D4 chỉnh lưu dòng điện AC thành dòng điện DC
C1 tụ lọc DC
IC 7805 ổn định điện áp chuẩn
- Khối tạo xung vuông.
IC 555 được thiết kế tạo ra mạch xung vuông , và biến trở dùng để điều chỉnh độ rộng xung .Ngõ ra được lấy từ chân số 3 cũa IC 555
- Khối quét Led (hay còn gọi là ghi dịch)
Ngõ ra chân số 3 cũa IC 555 được đưa vào chân số 8 cũa IC 74LS164. Ngõ ra từ Q0-Q7 sẽ dịch chuyển (hay còn gọi là sáng dần)
- Khối mạch đảo tín hiệu.
BÀI 6: MẠCH ĐẾM
1. Phân loại:
Có 3 cách phân loại.
+ Căn cứ vào tác động của xung đầu vào người ta chia làm 2 loại
- Bộ đếm đồng bộ: Bộ đếm đồng bộ có đặc điểm là xung clock đều được đưa đồng thời đến các FF.
- Bộ đếm dị bộ: Bộ đếm dị bộ thì xung clock chỉ được đưa vào FF đầu tiên, còn
các FF tiếp theo thì lấy tín hiệu tại đầu ra của FF phía trước thay cho xung clock.
+ Căn cứ vào hệ số đếm người ta phân chia thành các loại:
- Bộ đếm nhị phân. - Bộ đếm thập phân.
- Bộ đếm n phân.
Nếu gọi n là số ký số trong mã nhị phân (tương ứng với số FF có trong bộ đếm) thì
dung lượng của bộ đếm là n = 2n . đối với bộ đếm thập phân thì n = 10 là trường hợp đặc
biệt của bộ đếm n phân.
n là dung lượng của bộ đếm hoặc có thể nói là độ dài đếm của bộ đếm, hoặc hệ số đếm.
+ Căn cứ vào số đếm tăng hay giảm dưới tác dụng của xung đầu vào người ta chia ra làm 3 loại:
- Bộ đếm thuận (up counter)
- Bộ đếm nghịch (down cuonter) - Bộ đếm thuận nghịch.(up/down)
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Đếm là khả năng nhớ được số xung đầu vào; mạch điện thực hiện thao tác đếm gọi là bộ đếm. số xung đếm được biểu diễn dưới các dạng số nhị phân hoặc thập phân.
đếm là một thao tác rất quan trọng, được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, từ các thiết bị đo chỉ thị số đến các máy tính điện tử số. bất kỳ hệ thống số hiện đại nào cũng có bộ đếm.
2.1. Mạch đếm lên không đồng bộ:
a. Sơ đồ mạch:
Hình:6.1: Sơ đồ mạck đếm lênkhông đồng bộ
b. Bảng trạng thái: Bảng 6.1 Xung nhịp QD QC QB QA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
14 15 16 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 c. Nguyên lý:
Như ký hiệu trên sơ đồ, muốn xoá ta để pr = 1, clr = 0, muốn đặt để pr = 0, clr = 1. để bộ đếm làm việc ở chế độ đếm ta để pr = clr = 1. dựa vào nguyên lý hoạt động của trigơ jk ta giải thích hoạt động của bộ đếm này.