›
›

Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 7: Bộ đếm và thanh ghi - Đặng Ngọc Khoa

pdf 41 trang ngocly 2251
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 7: Bộ đếm và thanh ghi - Đặng Ngọc Khoa", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_so_chuong_7_bo_dem_va_thanh_ghi_dang_ngoc.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 7: Bộ đếm và thanh ghi - Đặng Ngọc Khoa

  1. Chương 7 Bộđếmvàthanhghi Th.S Đặng NgọcKhoa Khoa Điện-ĐiệnTử 1 Bộđếm không đồng bộ „ Xét bộđếm4 bit ở hình 7-1 „ Xung clock chỉđược đưa đến FF A, ngõ vào J, K củatấtcả các FF đều ở mứclogic 1. „ Ngõ ra của FF sau đượcnối đến ngõ vào CLK của FF trướcnó. „ Ngõ ra D, C, B, A là mộtsố nhị phân 4 bit với D là bit có trọng số cao nhất. „ Đây là bộđếm không đồng bộ vì trạng thái của các FF không thay đổi cùng với xung clock. 2 1
  2. Hình 7-1 Bộđếm 4 bit 3 Quy ướcvề trọng số „ Trong phầnlớncácmạch, dòng tín hiệu thường chạytừ trái sang phải. „ Trong chương này, nhiềumạch điệncó dòng tín hiệuchạytừ phải sang trái. „ Ví dụ, trong hình 7-1: „ Flip-Flop A: LSB „ Flip-Flop D: MSB 4 2
  3. Số MOD „ Số MOD là số trạng thái trong mộtchu kỳ củamộtbộđếm. „ Bộđếm trong hình 7-1 có 16 trạng thái khác nhau, do vậynólàbộđếm MOD-16 „ Số MOD củamộtbộđếm đượcthayđổi cùng vớisố Flip-Flop. N „ Số MOD ≤ 2 5 Số MOD „ Ví dụ „ Mộtbộđếm đượcsử dụng để đếmsảnphẩm chạyqua mộtbăng tải. Mỗisảnphẩm điqua băng chuyền, bộ cảmbiếnsẽ tạiramột xung. Bộđếmcókhả năng đếm được 1000 sản phẩm. Hỏiítnhấtphải có bao nhiêu Flip-Flop trong bộđếm? 10 „ Trả lời: 1000 ≤ 2 = 1024. Phảicó10 FF 6 3
  4. Chia tầnsố „ Trong mộtbộđếm, tín hiệungõracủaFF cuối cùng (MSB) có tầnsố bằng tầnsố ngõ vào chia cho số MOD. Mộtbộđếm MOD-N là bộ chia N. 7 Ví dụ 7-1 „ Ví dụ mạch tạoradaođộng xung vuông có tầnsố 1Hz. „ Tạoratínhiệu xung vuông 50Hz từ lưới điện. „ Cho điqua bộđếm MOD-50 để chia tầnsố 50 lần. „ Có đượctínhiệu xung vuông tầnsố 1Hz 8 4
  5. Trễ trong bộđếm không đồng bộ „ Cấutrúccủabộđếm không đồng bộ khá đơngiảnnhưng vấn đề trễ khi truyềntín hiệuqua mỗiFF sẽ làm hạnchế tầnsố củabộđếm. „ Vớibộđếm không đồng bộ ta phảicó „ Tclock≥N x tpd „ Fmax=1/(N x tpd) 9 Trễ trong bộđếm không đồng bộ „ Bộđếm3 bit vớinhững tần số xung clock khác nhau 10 5
  6. Câu hỏi? „ Trong bộđếmbất đồng bộ, tấtcả các FF thay đổitrạng thái cùng mộtlúc? Sai „ Giả sử bộđếm trong hình 7-1 đang ở trạng thái 0101. Sau 27 xung clock, trạng thái củabộđếmsẽ là bao nhiêu? 0000 „ Số MOD củabộđếmcó5 Flip-Flop? 11 Bộđếm đồng bộ „ Trạng thái củatấtcả các FF sẽđượcthay đổi cùng mộtlúcvới xung clock. „ Hình sau mô tả hoạt động củamộtbộ đếm đồng bộ „ Mỗi FF có ngõ vào J, K đượckếtnốisaocho chúng ở trạng thái cao chỉ khi ngõ ra củatất cả các FF sau nó đều ở trạng thái cao. „ Bộđếm đồng bộ có thể hoạt động vớitầnsố cao hơnbộđếm không đồng bộ. 12 6
  7. Bộđếm đồng bộ MOD-16 13 Hoạt động củamạch „ B thay đổitrạng thái theo xung clock chỉ khi A = 1. „ C thay đổitrạng thái theo xung clock chỉ khi A = B = 1. „ D thay đổitrạng thái theo xung clock chỉ khi A = B = C = 1. 14 7
  8. Bảng chân trị 15 Bộđếmcósố MOD < 2N „ Sử dụng ngõ vào không đồng bộ (clear, set) để buộcbộđếmbỏđimộtsố trạng thái. „ Trong hình 7-2, ngõ ra cổng NAND được nối đến ngõ vào không đồng bộ CLEAR củamỗi Flip-Flop. „ Khi A=0, B=C=1, (CBA = 1102= 610) ngõ ra cổng NAND sẽ tích cựcvàcácFF sẽ bị CLEAR về trạng thái 0. 16 8
  9. Hình 7-2 BộđếmMOD-6 17 Trạng thái tạm „ Lưuý rằng trong hình 7-2, 110 là một trạng thái tạmthời. Mạch chỉ tồntại ở trạng thái này trong thờigianrấtngắn sau đósẽ chuyển sang trạng thái 000. „ 000Æ001Æ010Æ011Æ100Æ101Æ000 „ Ngõ ra của FF C có tầnsố bằng 1/6 tầnsố ngõ vào. 18 9
  10. Sơđồtrạng thái 19 Thiếtkế bộđếmMOD-X N „ Bước1: Tìm số FF nhỏ nhất sao cho 2 ≥ X. KếtnốicácFF lạivới nhau. Nếu2N = X thì không làm bước2 và3. „ Bước2: Nốimộtcổng NAND đếnngõvào CLEAR củatấtcả các FF. „ Bước3: Xác định FF sẽởmứccaoứng với trạng thái bộđếm = X. Nốingõracủacác FF đếnngõvàocủacổng NAND. 20 10
  11. Bộđếm MOD-14 và MOD-10 Bộđếm không đồng bộ 21 Bộđếm MOD-14 và MOD-10 Bộđếm đồng bộ 22 11
  12. Bộđếmthậpphân „ Bộđếmthậpphân „ Là bấtkỳ bộđếmnàocómườitrạng thái phân biệt. „ Bộđếm BCD „ Là mộtbộđếmthậpphânmàcáctrạng thái trong bộđếmtương ứng từ 0000 (zero) đến 1001 (9) 23 BộđếmMOD-60 khôngđồng bộ 24 12
  13. Ví dụ 7-2 „ Xác định mạch bộđếm đồng bộ MOD-60 25 Câu hỏi? „ Trong bộđếmMOD-13, ngõracủa FF nào đượcnối đếnngõvàocổng NAND của mạch clear? „ Tấtcả các bộđếm BCD là bộđếmthập phân? „ Cho mộtbộđếmthậpphân, tầnsố ngõ vào là 50KHz. Tầnsố ngõ ra là bao nhiêu? 26 13
  14. Bộđếmxuống không đồng bộ „ 111Æ110Æ101Æ100Æ011Æ010Æ001Æ 000 „ Bộđếmlêncóthể chuyển thành bộđếm xuống bằng cách sử dụng những ngõ ra đảo để lái các ngõ vào xung clock. 27 Bộđếmxuống MOD-8 28 14
  15. Bộđếmxuống đồng bộ „ Bộđếmxuống đồng bộ có cấutạohoàn toàn tương tự như bộđếmlênđồng bộ. „ Chỉ khác là sử dụng các ngõ ra đảo để điềukhiển. 29 Bộđếmlên/xuống đồng bộ 30 15
  16. IC bộđếm không đồng bộ „ IC 74LS293 họ TTL „ Có 4 J-K Flip-Flop, Q3Q2Q1Q0 „ Mỗi FF có một ngõ vào CP (clock pulse) tương tự như ngõ vào CLK. Ngõ vào clock củaQ1 và Q0 đượcnối đến chân 11 và chân 10. „ Ngõ vào clear củamỗi FF đượcnối đếnngõra củamộtcổng NAND hai ngõ vào MR1 và MR2. „ Q3Q2Q1 đượcnốivớinhauhìnhthànhnênmột bộđếm3 bit. „ Q0 không đượcnối đếncácphầnkhác. 31 IC bộđếm không đồng bộ 32 16
  17. Ví dụ 7-3 „ Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm MOD-16 33 Ví dụ 7-4 „ Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm MOD-10 34 17
  18. Ví dụ 7-5 „ Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm MOD-14 „ Trường hợpnàycầnphảisử dụng thêm một cổng AND 35 Ví dụ 7-6 „ Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm MOD-60 „ Sử dụng 2 IC mắcnốitiếp nhau. 36 18
  19. IC bộđếm „ GiớithiệuIC bộđếm7 bit họ CMOS 37 IC bộđếm đồng bộ „ TTL 74ALS160 „ Bộđếmcó4 FF „ FF thay đổitrạng thái theo cạng dương của xung clock „ IC có một ngõ vào CLEAR không đồng bộ. „ Bộđếmcóthể preset đếnbấtkỳ giá trị nào (theo các ngõ vào A, B, C, và D) bằng cách tích cựcngõvàoLOAD. „ Bộđếm được điềukhiểnbởi các ngõ vào khác nhau, thể hiệntrongbảng Function table. 38 19
  20. 74ALS160 39 74ALS160 „ Ví dụ 40 20
  21. 74ALS160 „ Ví dụ 41 74ALS160 „ Có thể kếthợpnhiềuIC để tạoramộtbộ đếmlớnhơn 42 21
  22. IC bộđếm đồng bộ „ 74ALS193/HC193 „ Bộđếm đồng bộ „ MOD-16 „ Presettable up/down „ Preset không đồng bộ „ Master reset không đồng bộ 43 IC 74ALS193 44 22
  23. IC 74ALS193 „ Mạch tạoraTCU và TCD 45 74ALS193 - bộđếmlên 46 23
  24. 74ALS193 - bộđếmxuống 47 Ví dụ 7-7 „ Bộđếmxuống MOD-5 48 24
  25. IC 74ALS193 „ Kếthợp nhiềuIC để mở rộng bộđếm 49 Giảimãbộđếm „ Giảimãlàbiết đổigiátrị nhị phân ở ngõ ra thành giá trị thập phân. „ Bộ giải mã sau tích cựcmứccao, cóthể sử dụng các đèn LED để thể hiệncácsố thậpphântừ 0 – 7. 50 25
  26. GiảimãbộđếmMOD-8 51 Thiếtkế bộđếm đồng bộ „ Bảng chuyển đổitrạng thái củaJK-FF Chuyển đổi Hiệntại Kế tiếp J K 0Æ0 0 0 0 X 0Æ1 0 1 1 X 1Æ0 1 0 X 1 1Æ1 1 1 X 0 52 26
  27. Trình tự thiếtkế „ Bước 1: Xác định số bit (số FF cần) „ Bước2: vẽ sơđồchuyển đổicủatấtcả các trạng thái, bao gồmcả những trạng thái không xuấthiện trong chu trình. „ Bước3: dựavàosơđồchuyển đổitrạng thái để thiếtlậpmộtbảng, trong đóliệt kê tấtcả các trạng thái hiệntạivàkế tiếp. 53 Trình tự thiếtkế „ Bước4: trongbảng vừatạo, thêm cộtgiá trị J, K của các FF. Vớimỗitrạng thái hiện tại, xác định giá trị của J và K để bộđếm chuyển đếntrạng thái kế tiếp. „ Bước5: thiếtkế mạch logic để tạoracác mứclogic chomỗi ngõ vào J và K. „ Bước6: xácđịnh sơđồ mạch. 54 27
  28. Ví dụ, thiếtkế bộđếmMOD-5 „ Sơđồchuyển đổitrạng thái „ 000Æ001Æ010Æ011Æ100Æ000Æ 55 Trạng thái hiệntạivàkế tiếp PRESENT NEXT C B A C B A Line 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 0 3 0 1 0 0 1 1 4 0 1 1 1 0 0 5 1 0 0 0 0 0 6 1 0 1 0 0 0 7 1 1 0 0 0 0 8 1 1 1 0 0 0 56 28
  29. Bảng trạng thái củamạch PRESENT NEXT C B A C B A JC KC JB KB JA KA Line 1 0 0 0 0 0 1 0 x 0 x 1 x 2 0 0 1 0 1 0 0 x 1 x x 1 3 0 1 0 0 1 1 0 x x 0 1 x 4 0 1 1 1 0 0 1 x x 1 x 1 5 1 0 0 0 0 0 x 1 0 x 0 x 6 1 0 1 0 0 0 x 1 0 x x 1 7 1 1 0 0 0 0 x 1 x 1 0 x 8 1 1 1 0 0 0 x 1 x 1 x 1 57 Xác định các giá trị J và K „ Tính giá trị củaJA 58 29
  30. Tương tự ta có 59 Sơđồmạch 60 30
  31. Ví dụ 7-8 „ Sử dụng D-FF để thiếtkế bộđếmMOD-5 PRESENT NEXT C B A C B A DC DB DA 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 x 0 1 0 0 1 1 0 x 1 0 1 1 1 0 0 1 x x 1 0 0 0 0 0 x 0 0 1 0 1 0 0 0 x 0 x 1 1 0 0 0 0 x x 0 1 1 1 0 0 0 x x x 61 Ví dụ 7-8 „ Xác định giá trị các ngõ vào D 62 31
  32. Ví dụ 7-8 „ Sơđồmạch 63 Mạch thanh ghi tích hợp „ Thanh ghi có thểđượcphânloạidựavào cách dữ liệu được đưa vào và cách mà dữ liệu đượclấyra: „ Parallel in/parallel out (PIPO) „ Serial in/serial out (SISO) „ Parallel in/serial out (PISO) „ Serial in/parallel out (SIPO) 64 32
  33. Mạch thanh ghi tích hợp „ Vào song song, ra song song : MSBParallel in LSB 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 Parallel out „ IC 74174 và 74178 65 PIPO – 74ALS174/74HC174 „ 74ALS174/74HC174 „ Thanh ghi 6 bit „ D5, D0: ngõ vào song song „ Q5, Q0: ngõ ra song song „ Dữ liệu được đưa vào thanh ghi theo cạnh dương của xung clock „ Master reset có thể reset tấtcả các FFs mộtcáchđộclậpvớixungclock 66 33
  34. PIPO – 74ALS174/74HC174 67 PIPO – 74ALS174/74HC174 „ 74ALS174 đượcsử dụng để làm bộ thành ghi dịch 68 34
  35. Mạch thanh ghi tích hợp „ Vào nốitiếp, ra nốitiếp: Serial In Serial out 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 „ IC 4731B 69 SISO - 4731B 70 35
  36. Mạch thanh ghi tích hợp „ Vào song song, ra nốitiếp: Parallel In MSB 1 0 1 0 1 1 0 1 LSB Serial Out 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 „ IC 74165,74LS165,74HC165 71 PISO - 74HC165 „ 74HC165 „ Thanh ghi 8 bit „ Dữ liệunốitiếp được đưavàoDS „ Dữ liệu song song không đồng bộđược đưa vào qua P0 -P7 „ Chỉ có ngõ ra Q7 đượcsử dụng „ CP là ngõ vào xung clock „ CP INH ngõ vào ngăn xung clock „ SH/LD ngõ vào load dữ liệu 72 36
  37. PISO - 74HC165 73 Mạch thanh ghi tích hợp „ Vào nốitiếp, ra song song: MSBParallel out LSB 1 0 1 0 1 1 0 1 Serial In 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 „ IC 74164,74LS164,74HC164 74 37
  38. SIPO –74ALS164/74HC164 „ 74ALS164 „ Chứa thanh ghi dịch 8 bit „ A và B là hai ngõ vào củamộtcổng AND, ngõ ra củacổnf AND là đầuvàonốitiếp. „ Quá trình dịch xảyrakhicócạnh âm của xung clock 75 IC 74ALS164 76 38
  39. Ví dụ IC 74ALS164 77 Thanh ghi dịch 3684368363 Vídụ về thanh ghi dịch trong máy tính 78 39
  40. Bộđếmthanhghidịch „ Bộđếm vòng (FF cuốinối đếnFF đầutiên) „ FF cuối cùng sẽ dịch giá trị củanóđến FF đầu tiên „ D-FF đượcsử dụng (JK-FF cũng có thểđược sử dụng) „ Phảibắt đầuvớitrạng thái chỉ có một FF có giá trị 1 và những cái còn lại ở trạng thái 0. 79 Dịch vòng MOD-4 80 40
  41. Dịch vòng 4 bit „ BộđếmMOD-4 81 Câu hỏi? 82 41