IV. BỘ ĐẾM
3. Thanh ghi dịch và Bộ đếm vòng
Thanh ghi dịch gồm một chuỗi flip-flop được kết nối với nhau để trạng thái của một flip-flop được dịch chuyển đến một flip-flop kế tiếp ở mỗi xung clock. Hình 5.15 cho thấy một thanh ghi dịch 4-bit. Ngõ ra của mỗi FF cấp dữ liệu ngõ vào cho tầng kế tiếp.
Dạng sóng của ngõ vào dữ liệu và xung dịch được cho như hình 5.15. Khi cạnh xuống của xung clock xuất hiện, mỗi flip-flop D mang giá trị được tích lũy trước đó trong FF trước ở phía bên trái, ngoại trừ flip-flop đầu tiên. Ngõ vào của flip-flop đầu tiên được cấp bởi ngõ vào dữ liệu (DATA IN). Trong ví dụ này, bit có mức logic 1 trong DATA IN được
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
kích bởi cạnh xuống của xung clock thứ hai, và sau đó dời sang 1 FF nhờ mỗi xung clock tiếp theo sau. Dữ liệu ngõ vào được dịch chuyển từ trái sang phải, từ FF này sang FF khác khi xung dịch được cung cấp.
Data In D Q D Q D Q D Q CLK CLK CLK CLK Q Q Q Q Shift Pulses 1 2 3 4 5 6 Shift Pulses 1 Data In 0 1 Q0 0 1 Q1 0 1 Q2 0 1 Q3 0
Hình 5.15: Một thanh ghi dịch nối tiếp 4-bit
Cho tất cả các FF ở trạng thái 0 trước khi xung dịch được cung cấp, và dạng sóng ngõ vào dữ liệu (DATA IN) như hình vẽ. Trước cạnh xuống của xung clock đầu tiên, chỉ có FF0 có ngõ vào D bằng 1. Các FF còn lại, D ở mức 0 (các FF lúc đầu bị xóa). Tại cạnh xuống của xung clock đầu tiên, FF0 được đặt trước có ngõ ra Q lên mức 1. Các FF còn lại vẫn ở mức bị xóa. Chỉ trước cạnh xuống của xung clock thứ 2, D của FF0 mới có mức 0 vì tiếp nhận dạng sóng của ngõ vào dữ liệu (DATA IN), D của FF1 là 1 vì tiếp nhận Q của FF0. Các FF còn lại, D ở mức 0. Tại cạnh xuống của xung clock thứ 2, FF0 ở mức 0, FF1 bây giờ được đặt trước, Các FF còn lại vẫn ở mức 0.
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
Suy luận tương tự, tại cạnh xuống của xung clock thứ 3, FF0 sẽ tiếp nhận mức logic của DATA IN chỉ trước cạnh kích, FF1 sẽ ở mức bị xóa, FF2 sẽ được đặt trước, và FF3 sẽ ở mức bị xóa.
Như vậy, sau mỗi cạnh kích clock, FF0 sẽ có trạng thái tiếp nhận mức logic của DATA IN, mỗi FF còn lại sẽ đưa vào trạng thái của FF trước nó (bên trái) nhờ đó sự truyền trì hỗn giữa cạnh kích và sự thay đổi ngõ ra trên mỗi FF. Vì dạng sóng ngõ ra của FF0 truyền từ FF sang FF xuống chuỗi FF, cấu hình này được gọi là thanh ghi dịch.
Ví dụ, để tích trữ 4 bit 1011 trong một thanh ghi dịch 4 bit, 1011 là ngõ vào nối tiếp đưa vào FF0 như dữ liệu vào, và cần 4 xung dịch để dịch tất cả 4 bít vào thanh ghi.
Một thanh ghi dịch có thể được biến đổi sang một bộ đếm thanh ghi hay bộ đếm vòng như trong hình 5.16. Thay vì kết nối D của FF0 với DATA IN, ta kết nối ngõ ra Q của FF cuối cùng (FF3 trong ví dụ), với ngõ vào D của FF0. Các bít được dời từ trái sang phải và trở lại bên trái một lần nữa. Trong hầu hết các ứng dụng, chỉ có mức 1 được cài vào thanh ghi nhờ đặt trước FF0, và bit 1 này được chuyển dời quanh thanh ghi khi xung clock được cấp. Hoạt động của bộ đếm vịng có thể được hiểu dễ dàng nhờ dưa vào sơ đồ dạng sóng được cung cấp ở dưới. Vị trí bít 1 tương ứng với số xung clock được cấp vào mạch khi bit 1 được đặt vào FF0 hay truyền ngược từ số trước đó. Ví dụ, nếu ngõ ra là 0010, bit 1 bây giờ được dời đến ngõ ra của FF2, như vậy 2 xung clock được cấp. Bộ đếm vòng được dùng trong điều khiển dãy hơn trong việc đếm.
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử Data In D Q CLK FF0 D Q CLK FF1 D Q CLK FF2 D Q CLK FF3 PS Q Q Q Q Shift Pulses 1 2 3 4 5 6 7 Shift Pulses 1
Preset Assume Preset is active-high.
0 1 Q0 0 1 Q1 0 1 Q2 0 1 Q3 0 Hình 5.16. Bộ đếm vịng 4-bit và dạng sóng
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
BÀI TẬP CHƯƠNG 5
1. Xác định các ngõ vào đồng bộ và các ngõ vào không đồng bộ của flip-flop D hình B1. PRE D Q CLK Q CLR Hình B1
2. Xác định thời điểm kích flip-flop JK hình B2:
PRE J Q CLK Pulse CLK c K Q b d CLR a e Hình B2
3. Cho dạng sóng của xung clock (CLK) và ngõ vào D (hình B3) một flip-flop D hình B1.
(a) Ghi bảng sự thật cho flip-flop D.
(b) Cho flip-flop được xóa ban đầu, và PRE , CLR được giữ ở mức logic 1. Hồn thành dạng sóng của Q và Q.
CLK
D
Hình B3
4. Cho flip-flop D hình B1, Hồn thành dạng sóng của Q và Q cho các ngõ vào hình B4:
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử CLK D PRE CLR Hình B4
5. Một flip-flop D được mắc để D Q như trong hình B5. Cho Q 0 ban đầu, sau đó PRE CLR 1. Vẽ dạng sóng của ngõ ra Q.
PRE=1 D Q CLK Q CLR=1 CLK Hình B5
6. Vẽ ký hiệu của flip-flop D kích cạnh lên và của flip-flop D kích cạnh xuống. Cho biết các chân đồng bộ và các chân không đồng bộ. Đưa ra bảng sự thật của nó.
7. Vẽ ký hiệu của flip-flop JK kích cạnh xuống và đưa ra bảng sự thật của nó. 8. Vẽ sơ đồ dạng sóng của Q và Q cho mạch flip-flop JK hình B2, cho biết
flip-flop bị xóa lúc đầu và sau đó PRE CLR 1
9. Cho flip-flop JK hình B2, hồn thành dạng sóng của Q và Q cho các ngõ vào hình B9.
CLK
PRE
CLR
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
10. Cho hình B10 khi Set và Clr được giữ ở mức logic 1. Xác định ngõ ra Q tại mỗi xung clock.
Hình B10
11. Hãy phân biệt bộ đếm nối tiếp và bộ đếm song song.
12. Hãy xác định vị trí của bít có trọng số lớn nhất và bít có trọng số nhỏ nhất. 13. Hãy định nghĩa mod của bộ đếm.
14. Vẽ bộ đếm mod8 và dạng sóng của nó dùng flip-flop JK.
15. Vẽ bộ đếm mod10 và bảng trạng thái đếm của nó dùng flip-flop JK. 16. Vẽ sơ đồ của một thanh ghi dịch 4bít.
(a) Mơ tả hoạt động vào nối tiếp/ra nối tiếp cho một số nhị phân 4 bít. (b) Mơ tả hoạt động vào nối tiếp/ra song song cho một số nhị phân 4 bít. 17. Giải thích thanh ghi 4 bít được biến đổi thành một mạch đếm vịng như thế
nào.
18. Hồn tất dạng sóng của các ngõ ra A, B, C và D trực tiếp vào hình B18. Xung dịch
Dữ liệu vào
Hình B18
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Clipper circuits[on-line]. Available from:
http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_3/6.html Nguyễn Hữu Phương, Mạch số, Nhà xuất bản thống kê, 2001.
Nguyễn Việt Hùng - Hồ A Thồi, Giáo trình Kỹ Thuật Số, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuât TPHCM, 2007.
James F. Cox, Fundamentals of linear electronics: integrated and discrete [online]. Available from:
http://books.google.com.vn/books?id=FbezraN9tvEC&printsec=frontcov er&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
Robert Diffenderfer, Electronic devices: systems and applications, [on-line]. Available from:
http://books.google.com.vn/books?id=Bs6sz1TlfaIC&printsec=frontcove r&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
Russell L. Meade,Robert Diffenderfer , Foundations of electronics, circuits and devices[on-line]. Available from:
http://books.google.com.vn/books?id=uLSVNEmj24kC&pg=PA755&lpg =PA755&dq=diode+clipper&source=bl&ots=FLjlHdD7xv&sig=DnFNY quU9rSRsAlZGvW35GhHFVY&hl=vi&ei=QMaZTZS1DZCdcbPG2aU H&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CBkQ6AEwAD ge#v=onepage&q=diode%20clipper&f=false
R. Victor Jones, October 25, 2001, Electronic Devices and Circuits Engineering Sciences 154- Diode Applications Available from:
http://people.seas.harvard.edu/~jones/es154/lectures/lecture_2/diode_ci rcuits/diode_appl.html
Singapore Polytechnic, Base Electronic.
Tim Fiegenbaum , Flip Flops, North Seattle Community College. Available from:
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử MỤC LỤC Trang Chương 1: MẠCH XÉN, MẠCH KẸP, MẠCH SO SÁNH……………... 1 I. MẠCH XÉN ĐIỆN ÁP DÙNG DIODE …………………………….. 1 1. Mạch xén mức trên………………………………………………… 2 1.1. Mạch xén song song…………………………………………. 2 1.2. Mạch xén nối tiếp……………………………………………. 4 2. Mạch xén mức dưới……………………………………………….. 6 2.1. Mạch xén song song…………………………………………. 6 2.2. Mạch xén nối tiếp……………………………………………. 8 3. Mạch xén hai mức ………………………………………………… 10
3.1. Mạch xén hai mức dùng diode lý tưởng……………………... 10
3.2. Mạch xén hai mức dùng diode thực tế………………………. 11
3.3. Mạch xén hai mức dùng diode zener………………………… 11
3.4. Ứng dụng của mạch xén……………………………………... 12
II. MẠCH KẸP ĐIỆN ÁP DÙNG DIODE……………………………… 13
1. Mạch kẹp đỉnh trên của tín hiệu ở mức khơng…………………….. 13
2. Mạch kẹp đỉnh trên của tín hiệu ở mức điện áp bất kỳ……………. 14
3. Mạch kẹp đỉnh dưới của tín hiệu ở mức khơng……………………. 15
4. Mạch kẹp đỉnh dưới của tín hiệu ở mức điện áp bất kỳ…………… 16
5. Ứng dụng của mạch kẹp………………………………………….. 16
III. Mạch so sánh dùng Op-Amp………………………………………… 17
1. Chế độ bảo hòa của op-amp………………………………………. 17
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
2.1.So sánh mức 0 không đảo…………………………………….. 18
2.2. So sánh mức 0 đảo…………………………………………… 18
3.Mạch so sánh mức dương………………………………………... 19
3.1. So sánh mức dương không đảo………………………………... 19
3.2. So sánh mức dương đảo…………………………………………. 19
4. So sánh mức âm…………………………………………………... 20
4.1. So sánh mức âm không đảo…………………………………. 20
4.2. So sánh mức âm đảo………………………………………… 20
5. Ứng dụng của mạch so sánh……………………………………… 21
BÀI TẬP CHƯƠNG 1…………………………………………………… 23
ĐÁP ÁN BÀI TẬP CHƯƠNG 1………………………………………... 30
Chương 2: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI …..…………………………. 31
I. ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐA HÀI………………………………….. 31
II. MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI PHI ỔN DÙNG BJT……………….. 31
1. Sơ đồ mạch………………………………………………………… 31
2. Nguyên lý hoạt động………………………………………………. 31
III. MẠCH DAO ĐỘNG PHI ỔN DÙNG IC 555…………………….. 35
1. IC 555……………………………………………………………… 35
1.1. Sơ đồ chân……………………………………………………. 35
1.2.Sơ đồ bên trong……………………………………………….. 36
2. Mạch dao động phi ổn……………………………………………... 37
2.1.Sơ đồ mạch…………………………………………………… 37
2.2. Nguyên lý hoạt động…………………………………………. 37
IV. Mạch dao động đa hài đơn ổn dùng IC 555……………………….. 40
1.Sơ đồ mạch…………………………………………………………. 40
2. Nguyên lý hoạt động………………………………………………. 40
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
Chương 3: CÁC HỆ THỐNG SỐ VÀ SỐ HỌC NHỊ PHÂN…………… 42
I. TỔNG QUAN……………………………………………………… 42
II. HỆ NHỊ PHÂN (Binary)……………………………………………... 42
III. CHUYỂN ĐỔI NHỊ PHÂN - THẬP PHÂN………………………… 44
1. Chuyển đổi số nhị phân sang số thập phân………………………. 44
2. Chuyển đổi số thập phân sang số nhị phân………………………. 44
IV. HỆ THẬP LỤC PHÂN (Hexa decimal)……………………………… 45
V. CHUYỂN ĐỔI NHỊ PHÂN - HEX………………………………….. 46
1. Chuyển đổi số nhị phân sang số Hex……………………………… 46
2. Chuyển đổi số Hex sang số nhị phân……………………………… 47
VI. CHUYỂN ĐỔI HEX - THẬP PHÂN………………………………. 47
1. Chuyển đổi số Hex sang số thập phân……………………………... 47
2. Chuyển đổi số thập phân sang số Hex…………………………….. 48
VII. BIỂU DIỄN SỐ BCD VÀ MÃ GRAY….…………………………. 47
1. Số BCD…………………………………………………………. 48
2. Mã Gray………………………………………………………… 49
VIII. CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN……………………………………. 51
1. Cộng nhị phân…………………………………………………….. 51 2. Trừ nhị phân………………………………………………………. 51 3. Nhân nhị phân…………………………………………………….. 52 4. Chia nhị phân ……………………………………………………. 52 BÀI TẬP CHƯƠNG 3…………………………………………………… 53 ĐÁP ÁN BÀI TẬP CHƯƠNG 3………………………………………… 55
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
I. TỔNG QUAN………………………………………………………... 57
1. Hằng và biến số bool …………………………………………….. 57
2. Bảng sự thật………………………………………………………. 58
II. ĐẠI SỐ BOOL……………………………………………………… 58
1. Các qui tắc của đại số bool………………………………………. 58
2. Định lý Demorgan………………………………………………... 58
3. Rút gọn hàm bool………………………………………………….. 60
4. Bìa Karnaugh và rút gọn hàm bool ………………………………. 60
III. CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN……………………………………. 63
1. Cổng NOT…………………………………………………………. 63 2. Cổng AND………………………………………………………… 63 3. Cổng OR…………………………………………………………… 64 4. Cổng NAND………………………………………………………. 65 5. Cổng NOR…………………………………………………………. 65 6. Cổng XOR………………………………………………………… 66 7. Cổng XNOR………………………………………………………. 67
8. Sự cho phép (Enabling), không cho phép (Disabling) và sự tác động của cổng logic……………………………………………….. 68
IV. MẠCH LOGIC TỔ HỢP……………………………………………. 70
1. Mô tả đại số của mạch logic tổ hợp………………………………. 70
2. Kết nối mạch logic tổ hợp dùng cổng logic cơ bản………………. 71
3. Xác định ngõ ra của mạch logic tổ hợp…………………………... 71
4. Thiết kế mạch logic tổ hợp………………………………………… 72
V. ỨNG DỤNG CỔNG LOGIC……………………………………… 73
1. Mạch cộng bán phần……………………………………………… 73
Giáo trình mơn học KỸ THUẬT XUNG - SỐ Khoa Điện - Điện tử
BÀI TẬP CHƯƠNG 4…………………………………………………… 75
ĐÁP ÁN BÀI TẬP CHƯƠNG 4………………………………………… 81
Chương 5: FLIP - FLOP VÀ BỘ ĐẾM……………………………….. 82
I. TỔNG QUAN ……………………………………………………….. 82
II. HOẠT ĐỘNG CỦA FLIP-FOP D KÍCH CẠNH…………………… 83
III. HOẠT ĐỘNG CỦA FLIP-FOP JK KÍCH CẠNH………………… 85
IV. BỘ ĐẾM……………………………………………………………. 87
1. Bộ đếm dùng flip-flop…………………………………………….. 88
2. Bộ đếm dùng IC…………………………………………………… 91
3. Thanh ghi dịch và Bộ đếm vòng…………………………………... 95