Giáo trình Kỹ thuật xung số (Phần 2) - Lâm Tăng Đức

123 trang ngocly 2630

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật xung số (Phần 2) - Lâm Tăng Đức", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_ky_thuat_xung_so_phan_2_lam_tang_duc.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật xung số (Phần 2) - Lâm Tăng Đức

CHƯƠNG 5 MAÏCH FLIP - FLOP 5.1. MOÄT SOÁ CAÁU TRUÙC MAÏCH THÖÔØNG GAËP CUÛA FLIP - FLOP Tín hieäu soá nhò phaân laø tín hieäu cô baûn trong maïch soá FF laø phaân töû cô baûn löu tröõ (nhôù) tín hieäu nhò phaân. Vì moät bít tín hieäu nhò phaân coù theå nhaän moät trong hai giaù trò 0, 1 neân FF toái thieåu caàn coù chöùc naêng sau : 1. Coù hai traïng thaùi oån ñònh, traïng thaùi 0 vaø traïng thaùi 1. 2. Coù theå tieáp thu, löu tröõ vaø ñöa ra tín hieäu vaøo. Ñöông nhieân, thöïc tieãn coøn ñeà ra caùc yeâu caàu khaùc. Tieát naøy trình baøy vaán ñeà: Maïch ñieän nhö theá naøo ñaûm baûo caùc chöùc naêng noùi treân. 5.1.1 . Flip Flop RS cô baûn 1. Caáu truùc maïch vaø kyù hieäu Hình 5-1-1 trình baøy sô ñoà logic vaø kyù hieäu logic cuûa Flip Flop RS cô baûn. Maïch ñieän goàm hai coång NAND noái gheùp cheùo. R,S laø caùc tín hieäu ñaàu vaøo, daáu gaïch ngang treân kyù töï bieåu thò tín hieäu hoaït ñoäng ôû möùc thaáp (moït khuyeân troøn trong kyù hieäu logic bieåu thò ñieàu ñoù). Noùi caùch khaùc, ñaàu vaøo ôû möùc thaáp bieåu thò coù tín hieäu, ñaàu vaøo ôû möùc cao bieåu thò khoâng coù tín hieäu. Q vaø Q bieåu thò traïng thaùi cuûa FF, ñoàng thôøi bieåu thò ñaàu ra. 2. Nguyeân lyù laøm vieäc a) Hai traïng thaùi oån ñònh Hình 5-1-1 Flip Flop RS cô baûn. a) Sô ñoà logic b) Kí hieäu logic Khi khoâng coù tín hieäu, töùc laø R = S = 1, maïch coù hai traïng thaùi oån ñònh - Traïng thaùi 0 vaø traïng thaùi 1. ÔÛ ñaây, chuùng ta goïi Q = 0 vaø Q = 1 laø traïng thaùi 0, goïi Q = 1 vaø Q = 0 laø traïng thaùi 1. ÔÛ traïng thaùi 0, vì Q = 0 hoài tieáp ñeán ñaàu vaøo coång B laøm B ngaét, duy trì Q = 1. Maø Q = 1 laïi hoài tieáp ñeán ñaàu vaøo coång A, cuøng vôùi S = 1 laøm cho coång A thoâng, duy trì Q = 0 . Do ñoù, maïch hoaøn toaøn töï ñoäng duy trì traïng thaùi 0. Töông töï, ôû traïng thaùi 1, Q = 1 vaø R = 1 laøm cho coång B thoâng, duy trì Q = 0. Maø Q = 0 laïi laøm cho coång A ngaét, duy trì Q = 1. Vaäy traïng thaùi 1 cuõng ñöôïc töï giöõ. b) Quaù trình tieáp thu tín hieäu 87
Giaû söû FF ôû traïng thaùi 0, chuùng ta ñöa moät xung aâm vaøo ñaàu S . Maïch ñieän seõ chuyeån bieán nhanh sang traïng thaùi 1. Vì xung aâm ôû ñaàu vaøo S , sau thôøi gian treã truyeàn ñaït 1 caáp coång tpd thì coång A töø thoâng sang ngaét, ñaàu ra Q töø 0 sang 1. Laïi sau thôøi gian treã truyeàn ñaït 1 caáp coång tpd nöõa, thì coång B töø ngaét sang thoâng, ñaàu ra Q töø 1 sang 0. Vaäy sau thôøi gian 2tpd FF ñaõ hoaøn thaønh chuyeån bieán traïng thaùi töø 0 sang 1. Luùc naøy duø cho maát tín hieäu ñaàu vaøo, vì Q = 0 ñaõ hoài tieáp daàn ñeán ñaàu vaøo coång A, FF coù theå töï ñoäng duy trì traïng thaùi 1, maø khoâng trôû laïi traïng thaùi 0. Vì theá, xung aâm ñaàu vaøo ñöôïc goïi laø xung kích. Hình 5-1-2. Giaû söû FF ôû traïng thaùi1, ñöa xung aâm vaøo ñaàu Daïng soùng cuûa Flip Flop RS cô baûn R . Quaù trình töông töï seõ xaûy ra, sau thôøi gian 2tpd, FF chuyeån töø traïng thaùi 1 sang traïng thaùi 0. (Xem daïng soùng hình 5-1-2). Vì tín hieäu ôû ñaàu vaøo S coù theå vaø chæ coù theå thieát laäp FF ôû traïng thaùi 1, tns hieäu ñaàu vaøo R coù theå vaø chæ coù theå xoùa FF ôû traïng thaùi 0, neân thöôøng goïi S laø ñaàu vaøo ñaët (set) vaø R laø ñaàu vaøo xoùa (Reset). Neáu xem xeùt quaù trình chuyeån bieán traïng thaùi tæ mæ hôn, chuùng ta seõ thaáy raèng : vì hai maïch NAND noái gheùp cheùo neân khoâng nhöõng FF coù theå töï giöõ khi khoâng coù tín hieäu, maø coøn xuaát hieän quaù trình phaûn hoài döông trong maïc FF moãi khi coù xung kích taïo ñieàu kieän ñeå FF nhanh choùng hoaøn thaønh chuyeån traïng thaùi. Ví duï, trong quaù trình thieát laäp 1, heã S giaûm ñeán möùc môû coång, möùc ñaàu Q seõ taêng leân, hoài tieáp ñeán ñaàu vaøo coång B, laøm cho coång B chuyeån töø ngaét sang thoâng, Q giaûm möùc, hoài tieáp ñeán ñaàu vaøo coång A, laïi caøng laøm cho coång A ngaét saâu hôn, Q taêng möùc hôn nöõa, keát quaû caøng laøm cho Q giaûm möùc theâm Cöù vaäy, soùng doàn gioù daäp nhö baõo aùp, nhö thaùc lôû, laøm cho coång A ngaét raát nhanh, coång B thoâng raát nhanh, FF chuyeån traïng thaùi töø 0 sang 1 trong thôøi gian cöïc ngaén. Thoâng qua ñaàu Reset R , cuõng coù quaù trình phaûn hoài döông töông töï. Chính vì theá, duø cho söôøn tröôùc xung kích (xung aâm) khoâng doác laém, thì ôû ñaàu ra cuûa FF ta vaãn nhaän ñöôïc caùc xung coù söôøn raát doác. c) Khoâng cho pheùp ñoàng thôøi ñöa tín hieäu vaøo caû R vaø S Khi duøng loaïi FF naøy laøm phaàn töû nhôù, khoâng ñöôïc pheùp ñoàng thôøi ñöa tín hieäu kích vaøo caû hai ñaàu vaøo R vaø S , töùc laø traïng thaùi R =S = 0 bò caám. Do ñaëc tính maïch coång NAND, khi R =S = 0 thì Q, Q ñoàng thôøi baèng 1, phaàn töû nhôù maø khoâng phaûi laø traïng thaùi 0, cuõng khoâng phaûi laø traïng thaùi 1 nhö theá thì ñaâu coøn laø phaàn töû nhôù nöõa ! maët khaùc, khi R vaø S ñoàng thôøi töø 0 veà 1 (boû tín hieäu) thì traïng thaùi cuûa FF laø baát 88
ñònh, coù theå laø 0, cuõng coù theå laø 1. Vì raèng nhöõng nhaân toá quyeát ñònh traïng thaùi FF luùc naøy laø khoâng coù caùch naøo bieát tröôùc chính xaùc ñöôïc, chaúng haïn söï khaùc nhau raát nhoû ñaëc tính ñoäng cuûa hai coång NAND hay tình huoáng nhieãu ôû thôøi ñieåm xeùt. Ñöông nhieân, sau hai ñaàu vaøo R vaø S laø khoâng ñoàng thôøi, traïng thaùi FF coù theå xaùc ñònh sau khi boû tín hieäu. d) Baûng chöùc naêng vaø phöông trình ñaëc tröng Ta duøng kyù hieäu Qn bieåu thò traïng thaùi FF tröôùc khi tieáp thu tín hieäu, goïi laø traïng thaùi hieän taïi, duøng kyù hieäu Qn+1 bieåu thò traïng thaùi FF sau khi tieáp thu tín hieäu, goïi laø traïng thaùi tieáp theo. Quan heä logic giöõa Qn+1 vaø Qn, R, S bieåu thò baèng baûng chöùc naêng (baûng chaân lyù) moâ taû söï chuyeån ñoåi traïng thaùi xaûy ra nhö baûng 5-1-1 döôùi ñaây. Baûng 5-1-1 : BAÛNG CHÖÙC NAÊNG CUÛA FLIP FLOP RS CÔ BAÛN Qn R S Qn+1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 x 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 x Hình 5-1-3 : Baûng Karnaugh cuûa Qn+1 Trong baûng hai traïng thaùi QnRS = 011, 111 laø bò caám, töông öùng ñaùnh daáu cheùo (x) ôû coät Qn+1, trong khi toái thieåu hoùa coù theå söû duïng. Chuùng ta coù theå xem Qn, R, S laø caùc bieán logic Qn+1 laø haøm logic cuûa caùc bieán treân. Töø baûng 5-1- 1 ta veõ baûng Karnaugh cuûa Qn+1 nhö hình 5-1-3. Caên cöù vaøo baûng Karnaugh ta ñöôïc phöông trình Hình 5-1-4 : FLip flop RS cô baûn duøng ñaëc tröng sau cuûa FF : coång NOR. a) Sô ñoà logic b) Kí hieäu logic 89
⎧Q n+1 = S + RQ n ⎨ (5-1-1) ⎩RS = 0 (raøng buoäc töø traïng thaùi caám) Baûng chöùc naêng vaø phöông trình ñaëc tröng laø phöông phaùp bieåu dieãn soá hoïc quan heä logic giöõa traïng thaùi hieän taïi Qn, caùc tín hieäu ñaàu vaøo r, S vôùi traïng thaùi tieáp theo cuûa Flip Flop RS cô baûn. Chuùng mieâu taû ñaày ñuû chöùc naêng logic cuûa noù. 3. Flip Flop RS cô baûn duøng coång NOR Xem hình 5-1-4, so saùnh vôùi hình 5-1-1 ta thaáy coù hai ñieåm khaùc bieät : vò trí R, S ñaûo vaø möùc tích cöïc cuûa tín hieäu cuõng ñaûo (khoâng coù daáu gaïch ngang). Caùc ñaàu vaøo R, S ôû möùc cao bieåu thò coù tín hieäu, ôû möùc thaáp bieåu thò khoâng coù tín hieäu. Caên cöù vaøo tính chaát coång NOR, chuùng ta coù theå tìm hieåu nguyeân lyù coâng taùc vaø vieát ra baûng chöùc naêng, phöông trình ñaëc tröng cuûa maïch naøy. Khi R = S = 0 thì Q, Q ñoàng thôøi baèng 0, ñoù laø traïng thaùi caám. 4. Ñaëc ñieåm cô baûn Öu ñieåm : maïch ñôn giaûn, coù theå nhôù 1 bit laø cô sôû ñeå caáu truùc caùc FF hoaøn haûo hôn. Nhöôïc ñieåm : tín hieäu tröïc tieáp ñieàu khieån traïng thaùi ñaàu ra, öùng duïng bò haïn cheá, tín hieäu vaøo raøng buoäc laãn nhau (khoâng ôû traïng thaùi caám). 5.1.2. Flip Flop RS ñoàng boä 1. Caáu truùc maïch vaø kyù hieäu Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm cuûa loaïi Flip Flop RS cô baûn laø tröïc tieáp ñieàu khieån, ngöôøi ta theâm vaøo hai coång ñieàu khieån vaø moät tín hieäu ñieàu khieån, neân tín hieäu ñaàu vaøo ñöôïc truyeàn qua coång ñieàu khieån, xem hình 5-1-5. Caùc coång A, B laøm thaønh Flip Flop RS cô baûn, caùc coång C, D laø coång ñieàu khieån, CP laø tín hieäu ñieàu khieån, thöôøng laø xung ñoàng hoà hoaëc xung môû choïn maïch. Trong kyù hieäu logic, ñaàu CP coù daáu A, tín hieäu naøy tích cöïc vôùi söôøn döông cuûa xung. Hình 5-1-5 Flip flop RS ñoàng bo 2. Nguyeân lyù laøm vieäc a) Sô ñoà logic b) Kí hieäu logic Khi CP = 0, caùc coång C, D bò ngaét, FF bò caám, duy trì traïng thaùi cuõ. Khi CP = 1, caùc coång C, D thoâng thì FF saün saøng (tieáp thu tín hieäu), noù tieáp thu tín hieäu ñaàu vaøo R, S. Deã daøng thaáy raèng tình huoáng coâng taùc cuûa maïch luùc naøy gioáng nhö Flip Flop 90
RS cô baûn. Neáu R = 0 ; S = 1 ñaàu ra coång C ôû möùc thaáp, FF laäp ôû traïng thaùi 1. Ngöôïc laïi, neáu R = 1, S = 0 ñaàu ra coång D ôû möùc thaáp, FF bò xoùa veà traïng thaùi 0. Neáu R = S = 1 thì caùc coång C, D ñeàu ñöa ra möùc thaáp, daãn ñeán Q vaø Q ñeàu laø möùc cao, ñoù laø traïng thaùi caám. Coù theå thaáy raèng baûng chöùc naêng vaø phöông trình ñaëc tröng bieåu thò quan heä logic giöõa Qn+1 vôùi Qn, R, S khoâng khaùc gì cuûa Flip Flop RS cô baûn, chaúng qua chuùng chæ ñuùng trong ñieàu kieän CP = 1. Töùc laø caùc quan heä logic ôû baûng 5-1-1 ñoái vôùi Flip Flop RS ñoàng boä chæ ñuùng khi naøo xuaát hieän xung ñoàng hoà (CP = 1). 3. Maïch choát D Hình 5-1-6 laø sô ñoà logic maïch choát D, noù ñöôïc caáu taïo treân cô sôû maïch Flip Flop RS ñoàng boä nhaèm giaûi quyeát vaán ñeà raøng buoäc laãn nhau cuûa caùc tín hieäu ñaàu vaøo R, S. Ñaàu ra coång C noái ñeán caùc ñaàu vaøo coång A, E. Khi CP = 0, coång C, E ngaét neân Flip Flop duy trì traïng thaùi cuõ. Khi CP = 1 neáu D = 0 thì ñaàu ra C ôû möùc cao, ñaàu ra E ôû möùc thaáp, Flip Flop ôû traïng thaùi 0, neáu D = 1 thì ñaàu ra C ôû möùc thaáp, ñaàu ra E ôû möùc cao, Flip Flop ôû traïng thaùi 1. Vaäy töùc laø D ôû möùc naøo thì Q ôû ñuùng möùc aáy. Phöông trình ñaëc tröng cuûa maïch choát Flip Flop D laø : Qn+1 = D vôùi ñieàu kieän CP = 1 (5-1-2) . 4. Duøng coång NORAND ñeå caáu truùc Flip Flop RS ñoàng boä vaø maïch choát D. (Coång NORAND xem muïc 3-3-4-3) Vôùi ñieàu kieän tieân quyeát CP = 1, maïch treân hình 5- 1-7a coù baûng chöùc naêng truøng hôïp vôùi baûng 5-1-1 vaø phöông trình ñaëc tröng truøng hôïp vôùi phöông trình 5-1-1, maïch treân hình 5-1- 7b coù phöông trình ñaëc tröng truøng hôïp vôùi phöông trình 5-1-2. Hình 5-1-6 : Maïch choát D Hình 5-1-7 : Flip Flop caáu truùc töø NORAND a) Fli p Flop RS ñoàng boä b) Maïch choát D c) Coång NORAND d) Kí hieäu ruùt goïn cuûa 91
5. Ñaëc ñieåm cô baûn cuûa Flip Flop RS ñoàng boä Öu ñieåm : Ñieàu khieån choïn môû maïch. Khi coù xung ñoàng hoà CP = 1 thì Flip Flop tieáp thu tín hieäu vaøo, coøn neáu CP = 0 thì Flip Flop bò caám. Nhöôïc ñieåm : Trong thôøi gian CP = 1 tín hieäu vaøo vaãn tröïc tieáp ñieàu khieån traïng thaùi ñaàu ra cuûa FF, coù moái raøng buoäc R vaø S ñeå traùnh traïng thaùi caám, tuy nhieân caáu truùc noái maïch cuûa maïch choát D giaûi quyeát ñieàu naøy. 5.1.3. Flip Flop RS master slave Maïch naøy giaûi quyeát trieät ñeå vaán ñeà tröïc tieáp ñieàu khieån, ñoù laø nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi FF treân. 1. Caáu truùc maïch vaø kyù hieäu Treân hình 5-1-8 coù hai Flip Flop RS ñoàng boä noái gheùp daây chuyeàn vôùi nhau, moät Hình 5-1-8 : Flip Flop RS master slave. a) Sô ñoà logic laø FF master, moät laø FF slave, xung ñoàng hoà b) Kí hieäu logic cung caáp cho chuùng laø ñaûo nhau (qua maïch ñaûo I). 2. Nguyeân lyù laøm vieäc a) Khi CP = 0, Coång G, H ngaét neân FF master ngaét. CP = 1, coång C, D thoâng neân FF slave saün saøng, noù tieáp thu tín hieäu ñaàu ra master, do ñoù Q = Qm, Q = Q m b) Sau ñoät bieán söôøn döông CP CP = 1 master thoâng qua caùc coång G, H tieáp nhaän tín hieäu ñaàu vaøo. Vaäy : ⎧Q n+1 = S + RQ n ⎨ m m vôùi ñieàu kieän CP =1 ⎩RS = 0 CP = 0 Slave bò ngaét, ñaàu ra Q, Q duy trì traïng thaùi cuõ. c) Khi söôøn aâm xung ñoàng hoà CP CP ñoät bieán xuoáng 0, master bò ngaét. CP ñoät bieán leân 1, slave tieáp nhaän tín hieäu ñaõ ñöôïc master ghi nhôù töø thôøi gian CP = 1. Nghóa laø slave chuyeån ñoåi traïng thaùi . Vaäy : ⎧Q n+1 = S + RQ n ⎨ (5-1-3) ⎩RS = 0 vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn aâm xung ñoàng hoà CP. 92
Flip Flop RS master slave tuy raèng ñeå master tieáp nhaän tín hieäu ñaàu vaøo trong khoaûng thôøi gian CP = 1, nhöng ñaàu ra luùc ñoù vaãn khoâng chuyeån ñoåi traïng thaùi, chæ khi ñaõ xuaát hieän söôøn aâm xung ñoàng hoà CP thì ñaàu ra môùi chuyeån traïng thaùi. Ngöôøi ta goïi söï kieän naøy laø kích baèng söôøn aâm. FF coù traïng thaùi ñaàu ra khoâng chòu aûnh höôûng tröïc tieáp cuûa caùc tín hieäu ñaàu vaøo R, S baát kyø luùc naøo. Vaäy vaán ñeà tröïc tieáp ñieàu khieån ñaõ ñöôïc giaûi quyeát. Treân hình 5-1-8b ñaàu vaøo CP coù daáu oâ bieåu thò raèng tính tích cöïc cuûa tín hieäu CP laø söôøn aâm cuûa noù. 3. Ñaëc ñieåm cô baûn Öu ñieåm : Caáu truùc ñieàu khieån master slave ñaõ giaûi quyeát vaán ñeà tröïc tieáp ñieàu khieån, trong khi CP = 1 tieáp thu tín hieäu, söôøn aâm cuûa CP kích chuyeån traïng thaùi ñaàu ra. Nhöôïc ñieåm : Vaãn coøn raøng buoäc giöõa R vaø S khi CP = 1. 5.1.4. Flip Flop JK master slave 1. Caáu truùc maïch vaø kyù hieäu Loaïi Flip Flop RS master slave noùi ôû treân vaãn coøn raøng buoäc R vaø S, nguyeân nhaân chính laø khi R = S = 1 ñaàu ra caùc coång G, H ñeàu ôû möùc thaáp, daãn ñeán tình huoáng khoâng mong muoán laø Qm = 1 vaø Q m = 1. Caàn chuù yù moät ñieàu sau : Xeùt maïch Flip Flop RS master slave khi CP = 1, Q vaø Q khoâng ñoåi traïng thaùi vaø laø ñaûo Hình 5-1-9 : Flip Flop JK master slave. a) Sô ñoà logic b) Kí hieäu logic 93
cuûa nhau. Chæ caàn ñem möùc caùc ñaàu ra Q vaø Q ñöa ñeán ñaàu vaøo cuûa G, H thì coù theå khaéc phuïc tình traïng caû Q vaø Q m ñeàu baèng 1, giaûi quyeát vaán ñeà raøng buoäc giöõa tín hieäu ñaàu vaøo. Ñeå phaân bieät vôùi Flip Flop RS master slave, maïch caûi tieán khoâng duøng teân R, S nöõa, maø laáy teân môùi laø J, K cho caùc ñaàu vaøo, vaø teân cuûa maïch caûi tieán laø Flip Flop JK master slave, goïi taét laø Flip Flop JK (hình 5-1-9). 2. Nguyeân lyù laøm vieäc Theo söï trình baøy treân ñaây veà söï caûi tieán cuûa Flip Flop JK, ta thaáy nguyeân lyù coâng taùc cuûa noù gioáng nhö cuûa Flip Flop RS master slave, chæ khaùc bôûi söï töông ñöông sau cuûa caùc tín hieäu ñaàu vaøo : S = JQ (5 −1− 4) n R = KQ n (5 −1− 5) AÙp duïng coâng thöùc (5-1-3) ta coù : Q n+1 = S + RQ n = JQ n + KQ nQ n = JQ n + KQ n (5 −1− 6) Vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn aâm CP. Coâng thöùc (5-1-6) laø phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop JK noù phaûn aùnh quan heä logic giöõa Qn+1 vôùi Qn, J, K. Nhôø Q n vaø Qn phaûn hoài veà coång ñieàu khieån G, H maø J vaø K khoâng coøn raøng buoäc laãn nhau. 3. Taùc duïng caùc ñaàu vaøo ñi boä R d ,Sd (dò boä : Asymchronous) a) Caùc ñaàu vaøo ñoàng boä Baát kyø luùc naøo thì caùc ñaàu vaøo J, K chæ taùc ñoäng khi coù söï ñieàu khieån ñoàng boä cuûa xung ñoàng hoà CP ; vì vaäy J, K laø ñaàu vaøo ñoàng boä . (Caùc ñaàu vaøo R, S cuûa Flip Flop RS master slave ñoàng boä cuõng laø caùc ñaàu vaøo ñoàng boä). b) Caùc ñaàu vaøo dò boä Ñeå phaàn trình baøy treân ñôn giaûn, Hình 5-1-10 : Flip Flop JK master slave. chöa veõ caùc ñaàu vaøo dò boä R d ,Sd treân a) Sô ñoà logic hình 5-1-9a. Coù theå bieát vò trí caùc ñaàu b) Kí hieäu logic 94
vaøo dò boä naøy treân hình 5-1-10. Taùc duïng cuûa caùc ñaàu vaøo R d ,Sd khoâng chòu ñieàu khieån ñoàng boä cuûa xung ñoàng hoà CP, vì vaäy R d ,Sd laø caùc ñaàu vaøo dò boä. Nhö treân hình 5-1-10a chæ roõ, R d noái ñeán ñaàu vaøo B, F, G. Do ñoù xung aâm ñaàu R d khoâng nhöõng xoùa caû master va slave maø coøn ngaét coång G, trong thôøi gian CP = 1 khoâng cho pheùp J = 1 thieát laäp master ôû traïng thaùi 1, ñieàu ñoù baûo ñaûm traïng thaùi 0. Töông töï Sd noái ñeán ñaàu vaøo A, E, H. Xung aâm ñaàu vaøo Sd baûo ñaûm traïng thaùi 1. Treân kyù hieäu logic (hình 5-1- 10b), khuyeân troøn ôû ñaàu vaøo Sd, Rd bieåu thò tính tích cöïc cuûa chuùng laø möùc thaáp. 4. Vaán ñeà moät laàn chuyeån Trong thôøi gian CP = 1 thì master chæ chuyeån ñoåi traïng thaùi moät laàn, hieän töôïng naøy goïi laø moät laàn chuyeån. Nhö ta ñaõ bieát, caùc traïng thaùi ñaûo nhau cuûa Q vaø Q phaûn hoài veà H, G töông öùng laøm cho moät trong hai coång (H hoaëc G) bò ngaét, neáu moät ñaàu vaøo coù tín hieäu thì coù theå vì chæ chuyeån ñoåi traïng thaùi moät laàn. Ví duï khi Q = 0, Q = 1, coång G bò khoùa, J khoâng taùc duïng, tín hieäu chæ coù theå töø ñaàu vaøo K, qua coång H, xoùa master veà 0. Vaø moät khi ñaõ ôû traïng thaùi 0 roài, duø tín hieäu K bieán ñoåi theá naøo, master vaãn duy trì traïng thaùi 0. Ngöôïc laïi khi Q = 1, Q = 0 thì H bò khoùa, chæ coù tín hieäu J môùi taùc duïng, thoâng qua coång G, ñaët master leân 1, moät khi ñaõ ôû traïng thaùi 1 roài, master seõ duy trì. Vaán ñeà moät laàn chuyeån khoâng nhöõng haïn cheá taùc duïng cuûa Flip Flop JK master slave maø coøn laøm giaûm naêng löïc choáng nhieãu cuûa noù. Chaúng haïn, khi CP = 1 maø J, K ñoåi traïng thaùi nhieàu laàn thì cuõng chæ coù moät laàn chuyeån maø thoâi. Maët khaùc, thôøi ñieåm moät laàn chuyeån traïng thaùi ñoù coù theå rôi vaøo söôøn döông, giöõa xung, hay söôøn aâm cuûa xung ñoàng hoà CP. Neáu nhö khoâng bieát chính xaùc quy luaät tín hieäu J, K thì khoâng coù theå xaùc ñònh traïng thaùi tieáp theo cuûa Flip Flop. Vaäy khi söû duïng Flip Flop JK master slave, thöôøng ñeàu yeâu caàu traïng thaùi J, K duy trì khoâng ñoåi trong thôøi gian CP = 1. Ñaõ theá thì quaù trình laøm vieäc cuûa Flip Flop noùi goïn laïi laø : söôøn döông tieáp thu, söôøn aâm chuyeån. Neáu nhieãu xeáp choàng vôùi J, K sao cho gaây ra moät laàn chuyeån sai trong khi CP = 1 thì tín hieäu nhieãu ñoù tieáp tuïc taùc ñoäng ñeán heä thoáng. Vaäy vaán ñeà moät laàn chuyeån laø nguyeân nhaân laøm giaûm naêng löïc choáng nhieãu cuûa maïch naøy. 5. Flip Flop JK master slave trong moät voû IC Hình 5-1-11a trình baøy sô ñoà logic töông ñöông cuûa Flip Flop JK master slave trong moät voû IC. Master bao goàm hai NORAND, slave khaù ñôn giaûn, CP möùc cao caám, möùc thaáp cho pheùp. Nguyeân lyù coâng taùc khoâng khaùc maïch hình 5-1-10 noùi treân. 6. Ñaëc ñieåm cô baûn cuûa Flip Flop JK master slave Öu ñieåm : J vaø K khoâng bò raøng buoäc laãn nhau, caùc IC cuûa chuùng ñöôïc saûn xuaát nhieàu, söû duïng roäng raõi, tính naêng öu vieät. 95
Nhöôïc ñieåm : Vaán ñeà moät laàn chuyeån, thöôøng yeâu caàu J, K duy trì khoâng ñoåi trong thôøi gian CP = 1. Hình 5-1-11 Flip Flop JK master slave trong voû IC a) Sô ñoà logic töông ñöông b) Kí hieäu logic . 5.1.5. Flip Flop JK kích baèng söôøn xung (Edge triggered FF) 1. Caáu truùc maïch Maïch treân hình 5-1-12 laø Flip Flop JK kích baèng söôøn xung, noù giaûi quyeát vaán ñeà moät laàn chuyeån cuûa Flip Flop JK master slave. Khi CP = 0 , CP = 1, hay khi söôøn döông cuûa CP caùc tín hieäu J, K ñeàu khoâng taùc duïng. Chæ trong thôøi gian söôøn aâm cuûa CP thì Flip Flop môùi chuyeån traïng thaùi theo phöông trình ñaëc tröng döôùi ñaây : Q n+1 = JQ n + KQ n 2. Nguyeân lyù laøm vieäc a) Khi CP = 0, caùc coång G, H bò khoùa J, K khoâng taùc Hình 5-1-12 : Flip Flop JK duïng, Flip Flop duy trì traïng thaùi cuõ. kích baèng söôøn xung. b) Khi CP = 1 caùc coång C, D, G, H thoâng nhöng : n n Z1 = Q Z2 = Q n n n Z3 = Z5 Q = JQ .Q = J.Q n n n n n Z4 = Z6Q = KQ Q = KQ n+1 n n n Q = Z1 + Z3 = Q + J.Q = Q n+1 n n n Q = Z2 + Z4 = Q + K.Q = Q 96
Vaäy FF duy trì nguyeân traïng, JK ñeàu khoâng taùc duïng. c) Khoaûng thôøi gian söôøn döông cuûa CP, do taùc duïng treã cuûa caùc coång NAND G vaø H maø coång C, D thoâng tröôùc : n n Z1 = Q Z2 = Q n n Tieáp sau môùi coù : Z3 = J.Q ; Z4 = K.Q Vì vaäy : n+1 n n n Q = Z1 + Z3 = Q + JQ = Q n+1 n n n Q = Z2 + Z4 = Q + KQ = Q J vaø K cuõng khoâng taùc duïng. d) Tình huoáng maïch trong khoaûng söôøn aâm cuûa CD khaùc haún. Do taùc duïng treã cuûa caùc coång NAND G vaø H maø C, D ngaét tröôùc : Z1 = Z2 = 0 n n maø ñaàu ra caùc coång NAND duy trì Z5 = JQ ,Z6 = KQ trong khoaûng thôøi gian tpd nöõa. Deã daøng thaáy raèng trong tpd ñoù, caùc coång NOR A vaø B, caùc coång AND E va F caáu truùc nhö moät Flip Flop RS cô baûn, vôùi : n n S = Z5 = JQ R = Z6 = KQ Caên cöù vaøo phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop RS cô baûn, ta coù : n n Q n+1 = S + RQ n = JQ + KQ nQ n = JQ + KQ n n Do Qn, Q phaân bieät hoài tieáp ñaàu vaøo H vaø G neân J vaø K khoâng bò raøng buoäc laãn nhau. Vaäy loaïi maïch ñieän naøy khoâng nhöõng coù tính naêng toát nhö Flip Flop JK master slave vaø coù ñaëc ñieåm kích baèng söôøn aâm xung ñoàng hoà CP maø coøn khoâng coù vaán ñeà moät laàn chuyeån. 3. Ñaëc ñieåm cô baûn Öu ñieåm : Kích baèng söôøn aâm xung ñoàng hoà CP ; ñaây laø loaïi FF tính naêng öu vieät, choáng nhieãu toát vaø söû duïng linh hoaït. Nhöôïc ñieåm : Maïch ñieän duøng taùc duïng treã cuûa caùc coång NAND giaûi quyeát vaán ñeà moät laàn chuyeån, do ñoù yeâu caàu coâng ngheä cheá taïo phaûi tinh xaûo ñeå baûo ñaûm maïch ñieän coâng taùc tin Hình 5-1-13 Flip Flop JK kích baèng söôøn xung. a) Sô ñoà logic b) Kí hieäu logic caäy. 97
Hình 5-1-13 giôùi thieäu theâm caùc ñaàu vaøo dò boä R d ,Sd . Caùc ñaàu vaøo naøy taïo thuaän lôïi trong söû duïng. Xung aâm ñaàu vaøo Sd xoùa. Trong sô ñoà vaø kyù hieäu logic cuûa noù, daáu ngang vaø khuyeân troøn bieåu thò raèng tín hieäu tích cöïc ôû möùc thaáp. 5.1.6. Flip Flop D (maïch choát D caûi tieán ñeå giaûi quyeát vaán ñeà ñieàu khieån tröïc tieáp). 1. Caáu truùc maïch ñieän Xem hình 5-1-14 theâm vaøo maïch choát D hai coång E vaø F. 2. Nguyeân lyù laøm vieäc a) Khi CP = 0 Caùc coång C, D bò khoùa, Z1 = Z2 = 1, Flip Flop cô baûn bao goàm caùc coång A, B duy trì traïng thaùi cuõ. - Neáu D = 1 thì : Z = D.Z = 1.1 = 0 4 2 Z3 = Z1.Z4 = 1.0 = 1 CP trong vai troø tín hieäu ñaàu vaøo ñoái vôùi coång C thoâng, coång D ngaét. Hình 5-1-14. Flip Flop D - Neáu D = 0 thì : Z4 = 1 Z3 = 0 CP trong vai troø tín hieäu ñaàu vaøo ñoái vôùi coång C ngaét, coång D thoâng. . b) Thôøi gian söôøn döông cuûa CP. - Neáu D = 1 thì D bò ngaét, CP chæ coù theå thoâng qua coång C môû, vaäy Z1 = Z3 .CP = 1.1 = 0 . Z1 = 0 daãn ñeán ba taùc ñoäng sau : moät laø kích Flip Flop thieát laäp 1, Q = 1, Q = 0 ; hai laø ngaét coång D, ngaên trôû Z2 chuyeån sang möùc thaáp, nghóa laø ngaên trôû söï taïo ra tín hieäu kích chuyeån Flip Flop veà traïng thaùi 0 ; ba laø Z1 ñöa ñeán ñaàu vaøo coång E baûo ñaûm Hình 5-1-14 Flip Flop D Z3 = 1, do ñoù duy trì Z1 = 0 suoát thôøi gian CP = 1, töùc laø duy trì tín hieäu ñaët Flip Flop ôû traïng thaùi 1. Ñöôøng noái töø ñaàu ra coång C ñeán ñaàu vaøo coång E goïi laø ñöôøng duy trì traïng thaùi 1 cuûa FF. Ñöôøng noái töø ñaàu ra coång C ñeán ñaàu vaøo coång D goïi laø ñöôøng ngaên trôû traïng thaùi 0 cuûa FF. Moät khi Z1 = 0 ñöa ñeán ñaàu vaøo caùc coång D, E vaø sinh ra caùc taùc ñoäng noùi treân roài thì duø tín hieäu D coù thay ñoåi cuõng khoâng theå aûnh höôûng ñeán traïng thaùi 1 cuûa FF. 98
- Neáu D = 0 thì coång C bò ngaét. CP chæ coù theå thoâng qua coång D môû, vaäy Z2 = Z1Z4CP = 1.1.1 = 0 Z2 = 0 daãn ñeán hai taùc ñoäng sau : moät laø xoùa FF veà 0, Q = 0, Q = 1 ; hai laø laøm cho coång F bò ngaét, baûo ñaûm Z4 = 1, do ñoù duy trì Z2 = 0, töùc laø duy trì traïng thaùi 0 cuûa FF. Z4 = 1 coøn duy trì Z3 ôû möùc thaáp, ngaên trôû söï taïo ra tín hieäu Z1 = 0 kích chuyeån FF veà traïng thaùi 1. Coù theå thaáy raèng ñöôøng noái töø ñaàu ra coång D ñeán ñaàu vaøo coång F vöøa duy trì FF ôû traïng thaùi 0, vöøa ngaên trôû FF chuyeån veà traïng thaùi 1. Chæ caàn Z2 = 0 ñaõ ñeán ñaàu vaøo coång F thì duø bieán hoùa theá naøo, tín hieäu D cuõng khoâng laøm thay ñoåi traïng thaùi cuûa FF ñöôïc nöõa. Toùm laïi : Qn+1 = D vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn döông cuûa CP (5-1-7) Hôn nöõa, khi ñaõ coù taùc duïng duy trì nguyeân traïng vaø ngaên trôû chuyeån ñoåi sang traïng thaùi khaùc trong suoát quaù trình CP = 1 thì tín hieäu D khoâng coøn taùc ñoäng ñeán maïch nöõa. Vì vaäy, ñaây laø maïch ñieàu khieån söôøn tröôùc vaø kích baèng söôøn döông CP. 3. Taùc duïng cuûa caùc ñaàu vaøo dò boä R,R D ,S, Sd Ñeå söû duïng theâm thuaän tieän, Flip Flop D coøn coù theâm caùc tín hieäu tích cöïc möùc thaáp ôû caùc ñaàu vaøo Set ( S,Sd ) vaø Reset ( R, R d ) Hình 5-1-15 bieåu thò sô ñoà logic töông ñöông vaø kyù hieäu logic Flip Flop D trong voû IC. R, S chæ duøng trong thôøi gian CP = 0, neáu khoâng coù theå phaûn taùc duïng duy trì ngaên trôû noùi treân. Chaúng haïn khi CP = 1 vaø FF ñang duy trì traïng thaùi 1. Neáu coù xung aâm ñaàu vaøo R thì coù theå xuaát hieän traïng thaùi caám : Q vaø Q ñoàng thôøi möùc cao. Hôn nöõa, xung aâm R keát thuùc tröôùc CP, do taùc Hình 5-1-15 Flip Flop D trong voû IC duïng duy trì traïng thaùi 1, FF vaãn ôû traïng thaùi a) Sô ñoà logic töông ñöông b) Kí hieäu logic 1, coøn neáu CP keát thuùc tröôùc R thì FF coù theå xoùa veà 0. Söû duïng S ñeå ñaët FF vaøo traïng 99
thaùi 1 cuõng gaëp vaán ñeà töông töï, chæ khaùc laø noù phaûn taùc duïng vôùi vieäc duy trì traïng thaùi 0. R d , Sd khoâng bò traïng thaùi CP haïn cheá. Ví duï, xung aâm ôû ñaàu R d laøm FF veà 0, neáu CP = 1 vaø FF ñang duy trì traïng thaùi 1 thì R d =0 khoâng chæ xoùa FF veà 0 maø coøn thoâng qua ñöôøng noái ñeán coång C, F baét buoäc maïch ñang duy trì 1 ngaên trôû 0 phaûi trôû thaønh duy trì 0 ngaên trôû 1. Cuõng vôùi lyù do töông töï, xung aâm ñaàu Sd cuõng coù theå laøm cho FF chuyeån sang traïng thaùi 1 moät caùch tin caäy. 4. Ñaëc ñieåm cô baûn Öu ñieåm : Ñieàu khieån söôøn xung, kích vôùi söôøn döông CP, trong thôøi gian CP = 1 maïch töï giöõ nguyeân traïng. Nhöôïc ñieåm : Trong moät soá tröôøng hôïp söû duïng khoâng tieän baèng Flip Flop JK. 5.1.7. Flip Flop CMOS Caùc loaïi Flip Flop CMOS trong voû IS coù ñaëc ñieåm tieâu hao naêng löôïng raát ít, naêng löïc choáng nhieãu raát maïnh, phuø hôïp vôùi nhieàu ñieän theá nguoàn khaùc nhau. Nhôø söû duïng caùc coång chuyeån maïch (xem muïc 2-3-3) neân keát caáu maïch ñieän ñôn giaûn. Hình 5-1-16 Flip Flop D master slave CMOS. a) Sô ñoà logic b) Kí hieäu logic 100
1. Flip Flop D hoï CMOS a) Caáu truùc maïch vaø kyù hieäu Xem hình 5-1-16 FF master bao goàm caùc coång NOR 1,2 vaø coång chuyeån maïch TG2, FF slave bao goàm caùc coång NOR 3, 4 vaø coång chuyeån maïch TG4. TG1 laø coång ñieàu khieån ôû ñaàu vaøo. TG3 laø coång ñieàu khieån giöõa master vaø slave. C vaø C laø caùc tín hieäu ñoàng hoà ñaûo nhau. RD, SD laø caùc ñaàu vaøo dò boä Reset vaø Set tích cöïc ôû möùc cao. D laø tín hieäu vaøo. Q vaø Q laø caùc ñaàu ra. b) Nguyeân lyù laøm vieäc - Khi CP = 0 , C = 1, C = 0, TG1 vaø TG4 thoâng, TG2 vaø TG3 ngaét. Tín hieän vaøo D thoâng qua TG1 ñeán NOR 1, Z1 = D , Z2 = D. Nhôø TG4 thoâng, slave töï giöõ. - Khi CP = 1, C = 0 , C = 1, TG1 vaø TG4 ngaét, TG2 vaø TG3 thoâng. Ñöôøng tín hieäu vaøo bò ngaét. Master töï giöõ nhôø ñöôøng hoài tieáp qua TG2 Slave chuyeån ñoåi traïng thaùi theo möùc tín hieäu Z1, töùc laø ñöa tín hieäu ñaàu vaøo D ñaõ nhôù ra ñaàu ra, vaäy FF D naøy ñöôïc kích baèng söôøn döông CP. Phöông trình ñaëc tröng laø : Qn+1 = D vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn döông CP (5-1-8). 2. FF JK CMOS Hình 5-1-17 FF JK master slave CMOS Hình 5-1-17 . sô ñoà naøy laø caûi tieán cuûa maïch FFD treân ñaây. Caên cöù sô ñoà logic, ta coù : D = (J + Q n )KQ n = JKQ n + KQ nQ n n D = JK + JQ n + KQ n = JQ + KQ n 101
Thay vaøo (5-1-8), ta ñöôïc : n Q n+1 = JQ + KQ n vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn döông CP (5-1-9) Ñaây laø phöông trình ñaëc tröng cuûa FF JK master slave CMOS. Taùc duïng tín hieäu ñaàu vaøo dò boä RD, SD cuûa hai maïch hình 5-1-16 vaø 5-1-17 laø gioáng nhau. 5.2. PHAÂN LOAÏI FLIP FLOP THEO CHÖÙC NAÊNG, SÖÏ CHUYEÅN ÑOÅI LAÃN NHAU. Caùc loaïi FF trình baøy trong mcuï 5-1 treân ñaây : RS master slave, JK master slave, JK söôøn xung, D ñeàu coù tín hieäu ñoàng hoà ñieàu khieån ; vaäy chuùng ñöôïc goïi laø FF ñònh thôøi theo xung ñoàng hoà CP. Caên cöù vaøo söï khaùc bieät tính naêng logic döôùi taùc duïng ñieàu khieån cuûa CP, ta phaân FF thaønh 5 loaïi : RS, D, T, T’, JK. Caùc loaïi ñoù coù theå chuyeån ñoåi laãn nhau theo phöông phaùp xaùc ñònh. 5.2.1. Phaân loaïi Flip Flop theo chöùc naêng 1. Flip Flop RS a) Ñònh nghóa Flip Flop RS laø maïch ñieän coù chöùc naêng thieát laäp traïng thaùi 1 (Set) , traïng thaùi 0 (Reset) vaø duy trì (nhôù) caùc traïng thaùi ñoù caên cöù vaøo caùc tín hieäu ñaàu vaøo R, S vaø tín hieäu ñoàng hoà CP. Nhöõng ñieàu ñaõ trình baøy trong tieát treân veà RS laø phuø hôïp vôùi ñònh nghóa naøy. Kyù hieäu logic cuûa maïch treân hình 5-2-1, phöông trình ñaëc tröng bieåu thò chöùc naêng logic cuûa noù laø : Hình 5-2-1 Kyù hieäu logic cuûa Flip Flop RS. ⎧Q n+1 = S + RQ n ⎪ ⎨RS = 0 ⎪ ⎩Vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn aâm CP (5-2-1) R = 0 , S = 1 CP (söôøn aâm) thì Qn+1 = 1 R = 1 , S = 0 CP thì Qn+1 = 0 R = 0 , S = 0 CP thì Qn+1 = Qn (duy trì) R = 1 , S = 1 traïng thaùi caáp b) Phöông phaùp bieåu thò chöùc naêng logic Baûng chöùc naêng laø baûng tín hieäu ñaàu vaøo kích. Baûng chöùc naêng cuûa Flip Flop RS 5-2-1 duøng hình thöùc baûng lieät keâ caùc traïng thaùi logic ñeå bieåu thò chöùc naêng logic cuûa noù. 102
Baûng tín hieäu ñaàu vaøo kích cuûa Flip Flop RS 5-2-2 coù phaàn beân traùi keâ ra caùc yeâu caàu chuyeån ñoåi traïng thaùi cuûa FF, vaø coù phaàn beân phaûi keâ ra caùc ñieàu kieän tín hieäu ñaàu vaøo kích caàn baûo ñaûm ñeå ñaït ñeán caùc yeâu caàu töông öùng. Neáu caùc ñieàu kieän ñöôïc baûo ñaûm thì FF seõ chuyeån ñoåi traïng thaùi theo yeâu caàu moät khi xung ñoàng hoà cho pheùp. Ví duï : Yeâu caàu Qn → Qn+1 kieåu duy trì 0 → 0 thì ñieàu kieän caàn laø S = 0 (khoâng phuï thuoäc vaøo R, R = x). Neáu yeâu caàu chuyeån 0 → 1 thì ñieàu kieän laïi laø R = 0 , S = 1. Baûng 5-2-1 Qn R S Qn+1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 x 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 x Baûng 5-2-2 n n+1 Q → Q R S 0 0 x 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 x Nhö treân ñaõ noùi, caùc quan heä logic cuûa baûng 5-2-1 vaø 5-2-2 ñeàu coù chung moät ñieàu kieän : ñaõ xuaát hieän söôøn aâm CP, neáu ñieàu kieän naøy khoâng thoûa maõn, FF duy trì nguyeân traïng. Phöông trình ñaëc tröng vaø phöông trình kích. Phöông trình ñaëc tröng duøng haøm logic mieâu taû quan heä giöõa Qn+1 vôùi Qn vaø caùc tín hieäu ñaàu vaøo, do ñoù noù raát tieän duøng coâng cuï toaùn logic (caùc coâng thöùc vaø ñònh lyù cuûa ñaïi soá logic) (5-2-1) laø phöông trình ñaëc tröng cuûa FF RS. Phöông trình kích duøng haøm logic cuûa tín hieäu ñaàu vaøo kích bieåu thò, phaàn sau seõ trình baøy roõ hôn. c) Ñoà hình traïng thaùi : 103
Hình 5-2-2 laø ñoà hình traïng thaùi cuûa FFRS, noù bieåu thò tröïc quan quy luaät chuyeån ñoåi traïng thaùi cuûa FF döôùi taùc duïng ñònh thôøi cuûa CP. Hình 5-2-2 Ñoà hình traïng thaùi Hai voøng troøn bieåu thò hai traïng cuûa Flip Flop RS. thaùi logic cuûa FF. Muõi teân bieåu thò höôùng chuyeån traïng thaùi. Beân caïnh muõi teân, ôû treân gaïch cheùo laø giaù trò tín hieäu ñaàu vaøo kích - töùc laø ñieàu kieän chuyeån ñoåi traïng thaùi. Hình 5-2-2 cho bieát raèng : Khi Qn = 0 vôùi R = X , S = 0 CP thì Qn+1 = Qn = 0 vôùi R = 0, S = 1 CP thì Qn+1 = 1 Khi Qn = 1 vôùi R = 0 , S = X CP thì Qn+1 = Qn = 1 vôùi R = 1, S = 0 CP thì Qn+1 = 0 d) Ñoà thò thôøi gian daïng soùng Ñoà thò thôøi gian daïng soùng bieåu thò tröïc quan quan heä töông öùng nhau veà maët thôøi gian cuûa caùc traïng thaùi FF, caùc tín hieäu ñaàu vaøo R, S vaø xung ñoàng hoà CP (hình 5-2-3). Treân hình daïng soùng CP, R, S laø ñaõ bieát. Ñeå veõ ra daïng soùng Q, ta caàn chuù yù : - Neáu khoâng cho tröôùc thì coù theå tuøy yù giaû ñònh traïng thaùi ban ñaàu cuûa Q. - Caên cöù vaøo baûng chöùc naêng, phöông trình ñaëc tröng hoaëc ñoà hình traïng thaùi ñeå xaùc ñònh traïng thaùi Q tieáp theo. - Sau khi xuaát hieän söôøn aâm CP thì Q chuyeån ñoåi traïng thaùi. Moïi luùc khaùc Q duy trì traïng thaùi Hình 5-2-3 Ñoà thò thôøi gian cuõ. daïng soùng FFRS Treân ñaây, 4 phöông phaùp bieåu thò chöùc naêng logic vôùi Flip Flop (a, b, c, d) laø lieân quan maät thieát vôùi nhau, coù theå chuyeån hoùa laãn nhau. 2. Flip Flop D a) Ñònh nghóa Flip Flop D laø maïch ñieän coù chöùc naêng thieát laäp traïng thaùi 0 theo tín hieäu ñaàu vaøo D = 0 vaø thieát laäp traïng thaùi 1 theo tín hieäu ñaàu vaøo D = 1 trong ñieàu kieän ñònh thôøi cuûa CP. 104 Hình 5-2-4 Kí hieäu logic FFD
Flip Flop D ñöôïc giôùi thieäu ôû tieát treân thoûa maõn ñònh nghóa naøy. Phöông trình ñaëc tröng cuûa FFD hình 5-2-4 laø : Qn+1 = D (5-2-2) vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn döông CP D = 0 CP thì Qn+1 = 0 D = 1 CP thì Qn+1 = 1 b) Baûng chöùc naêng, baûng tín hieäu ñaàu vaøo kích, ñoà hình traïng thaùi vaø ñoà thò thôøi gian daïng soùng (baûng 5-2-3, 5-2-4 hình 5-2-5, 5-2- 6). Traïng thaùi ñaàu Q = 0, kích baèng söôøn döông cuûa CP. Daïng soùng CP vaø D laø ñaõ bieát. Ñeå veõ daïng soùng Q, chuù yù möùc D khi CP. Hình 5-2-5 Ñoà hình traïng thaùi cuûa FF D Baûng 5-2-3 : BAÛNG CHÖÙC NAÊNG CUÛA FF D Qn D Qn+1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 Baûng 5-2-4 : BAÛNG ÑAÀU VAØO KÍNH CUÛA FF D Qn → Qn+1 Qn+1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 3. Flip Flop T a) Ñònh nghóa : Flip Flop T laø maïch ñieän coù chöùc naêng duy trì vaø chuyeån ñoåi traïng thaùi tuøy thuoäc tín hieäu ñaàu vaøo T trong ñieàu kieän ñònh thôøi cuûa Hình 5-2-6 Daïng soùng cuûa FF D CP. Flip Flop JK giôùi thieäu ôû tieát treân, neáu J = K = T thì taïo thaønh FF. T kyù hieäu nhö hình 5-2-7. Phöông trình ñaëc tröng cuûa FF T laø : 105
n n ⎧Q n+1 = JQ + KQ n = TQ + TQ n ⎪ ⎪ n ⎨= T ⊕ Q ⎪Vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn aâm CP ⎩⎪ (5-2-3) T = 0 CP thì Qn+1 = Qn duy trì Hình 5-2-7 Kí hieäu logic FF D nguyeân traïng T = 1 CP thì Qn+1 = Q n chuyeån ñoåi traïng thaùi. b) Baûng chöùc naêng (baûng 5-2-5) baûng ñaàu vaøo kích (5-2-6) , ñoà hình traïng thaùi (hình 5-2-8), ñoà thò thôøi gian daïng soùng (hình 5-29) cuûa Flip Flop T. Baûng 5-2-5 Baûng 5-2-6 Qn T Qn+1 Qn → Qn+1 T 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 Hình 5-2-8 Hình 5-2-9 Traïng thaùi ñaàu cuûa FF T laø 0 vaø kích baèng söôøn aâm cuûa CP. 4. Flip Flop T’ Flip Flop T’ laø maïch ñieän chæ coù chöùc naêng chuyeån ñoåi traïng thaùi trong ñieàu kieän ñònh thôøi cuûa CP. FF T’ laø FF T maø T = 1 (T luoân luoân giöõ möùc cao). Phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop T’ laø : Hình 5-2-10 : Ñoà thò thôøi gian n ⎪⎧Q n+1 = T ⊕ Q n = 1⊕ Q n = Q daïng soùng cuûa Flip Flop T’ ⎨ (5-2-4) ⎩⎪Vôùi ñieàu kieän ñaõ xuaát hieän söôøn aâm CP 5. Flip Flop JK 106
a) Ñònh nghóa : Flip Flop JK laø maïch ñieän coù chöùc naêng thieát laäp traïng thaùi 0, traïng thaùi 1, chuyeån ñoåi traïng thaùi vaø duy trì traïng thaùi caên cöù vaøo caùc tín hieäu ñaàu vaøo J, K vaø ñoàng hoà CP. Trong kyõ thuaät soá thöôøng yeâu caàu FF coù 4 chöùc naêng noùi treân cuûa FF JK, nghóa laø FF JK raát vaïn naêng, raát linh hoaït. FFJK kích söôøn master slave ñaõ giôùi thieäu ôû tieát 5-1 thoûa maõn ñònh nghóa naøy. Phöông trình ñaëc tröng cuûa FFJK coù Hìnhkyù hieäu 5-2-11. logic treân hình 5-2-11 laø : Kí hieäu logic cuûa FF JK J = 0, K = 1 CP thì Qn+1 = 0 J = 1, K = 0 CP thì Qn+1 = 1 n J = 1, K = 1 CP thì Qn+1 = Q chuyeån ñoåi J = 0, K = 0 CP thì Qn+1 = Qn giöõ nguyeân traïng. b) Baûng chöùc naêng (5-2-7) , baûng ñaàu vaøo kích (5-2-8), ñoà hình traïng thaùi (hình 5- 2-12), ñoà thò thôøi gian daïng soùng (hình 5-2-13) cuûa Flip Flop JK. Baûng 5-2-7 Baûng 5-2-8 Qn J K Qn+1 Qn → Qn+1 J K 0 0 0 0 00 0 x 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 x 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 x 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 x 0 1 1 1 0 Hình 5-2-12 Hình 5-2-13. 107
Treân hình, traïng thaùi ñaàu cuûa FF laø 0, kích baèng söôøn aâm cuûa CP. Trong kyù hieäu logic cuûa 5 loaïi FF treân, ñaàu CP coù khuyeân troøn chöùng toû noù hoaït ñoäng vôùi söôøn aâm, khoâng coù khuyeân troøn chöùng toû noù hoaït ñoäng vôùi söôøn döông. Khi veõ ñoà thò thôøi gian daïng soùng, ta phaûi ñaëc bieät chuù yù quy öôùc naøy, chæ khi ñaõ xuaát hieän söôøn xung CP thì FF môùi chuyeån ñoåi traïng thaùi theo phöông trình ñaëc tröng cuûa noù, ôû thôøi ñieåm khaùc FF giöõ nguyeân traïng thaùi. 5.2.2. Söï chuyeån ñoåi laãn nhau cuûa caùc loaïi Flip Flop ñònh thôøi theo CP 1. Phöông phaùp vaø yù nghóa cuûa söï chuyeån ñoåi a) YÙ nghóa : - Ña soá FF treân thò tröôøng laø loaïi JK, D. Kyõ thuaät soá yeâu caàu taát caû caùc loaïi FF. Neáu bieát caùch chuyeån ñoåi thì coù theå phaùt huy taùc duïng cuûa loaïi FF coù saün. - Phöông phaùp chuyeån ñoåi coù tính phoå bieán, do ñoù giuùp ích nhieàu vieäc thieát keá maïch ñieän. - Giuùp ñi saâu tìm hieåu chöùc naêng logic cuûa caùc loaïi FF. b) Phöông phaùp : - Phöông phaùp chuyeån ñoåi laø nhöõng coâng vieäc caàn laøm ñeå tìm logic chuyeån ñoåi, ñeå tìm phöông trình haøm logic tín hieäu kích ñoái vôùi FF xuaát phaùt (hình 5-2- 14). - Duøng coâng thöùc : duøng caùc nghieäm phöông trình ñaëc tröng ñeå tìm Hình 5-2-14 logic chuyeån ñoåi. Caùch naøy tieän cho trình Tö duy veà chuyeån ñoåi töø FF ñích baøy vieát, coù theå duøng ñaïi soá logic xöû lyù, nhöng caàn kyõ xaûo nhaát ñònh ; trong phaïm vi 5 loaïi FF cuï theå, chuùng ta coù theå naém vöõng phöông phaùp naøy. - Duøng sô ñoà : baûng chöùc naêng, baûng ñaàu vaøo kích, baûng Karnaugh. Phöông phaùp naøy coù phieàn phöùc chuùt ít, nhöng tröïc quan, ít sai. 2. Flip Flop JK chuyeån ñoåi thaønh Flip Flop D, T, RS Phöông trình ñaëc tröng cuûa FF JK (Flip Flop xuaát phaùt) n Q n+1 = JQ + KQ n (5-2-6) a) JK → D Phöông trình ñaëc tröng cuûa FF D (Flip Flop ñích) : Qn+1 = D (5-2-7) 108
Duøng coâng thöùc : chuyeån daïng (5-2-7) sang daïng (5-2-6) n n Q n+1 = D = D(Q + Q n ) = DQ + DQ n So saùnh vôùi (5-2-6) , ta coù : J = K K = D (5-2-8) (5-2-8) laø logic chuyeån ñoåi caàn tìm, cuõng laø phöông trình ñaàu vaøo kích cuûa FF JK. Döïa vaøo ñoù ta veõ ra maïch ñieän hình 5-2-15. Duøng sô ñoà : Caên cöù vaøo baûng chöùc naêng cuûa FF D vaø baûng ñaàu vaøo kích cuûa JK ñeå lieät keâ baûng söû duïng JK → D nhö sau : Baûng 5-2-9 : BAÛNG SÖÛ DUÏNG JK → D Qn D Qn+1 J K 0 0 0 0 x Hình 5-2-15 Maïch Flip Flop töø JK trôû 0 1 1 1 x thaønh D 1 0 0 x 1 1 1 1 x 0 Baûng chöùc naêng cuûa FF D bieåu thò yeâu caàu chuyeån ñoåi. Vôùi Qn, D ñaõ xaùc ñònh vaø coù taùc duïng ñònh thôøi cuûa CP thì Qn+1 cuõng xaùc ñònh theo baûng chöùc naêng cuûa FF D. ÔÛ ñaây, Qn vaø Qn+1 laø traïng thaùi hieän taïi vaø traïng thaùi tieáp theo cuûa Flip Flop D n n+1 (ñích) vaø cuõng laø cuûa FF JK (xuaát phaùt). Vaäy quan heä töông öùng giöõa Q vaø Q cuõng phaûn aùnh yeâu caàu kích cuûa FF JK, roài caên cöù vaøo baûng ñaàu vaøo kích ñoù maø xaùc ñònh giaù trò töông öùng cuûa J, K. Giaù tò cuûa Qn vaø D quyeát ñònh giaù trò cuûa Qn+1, do ñoù cuõng quyeát ñònh giaù trò cuûa J, K. Vaäy J, K vaø Qn+1 nhö nhau, ñeàu laø haøm soá cuûa Qn vaø D. Quan heä haøm soá naøy döôùi daïng baûng ñöôïc goïi laø baûng söû duïng. Töø baûng söû duïng 5-2-9, ta veõ baûng karnaugh vaø tìm ñöôïc phöông trình ñaàu vaøo kích, nhö hình 5-2-16. Keát quaû cuûa hai phöông phaùp (duøng coâng thöùc vaø duøng sô ñoà) truøng Hình 5-2-16 Baûng Karnaugh cuûa J,K hôïp. 109
b) JK → T Phöông trình ñaëc tröng cuûa FF T n Q n+1 = TQ + TQ n So saùnh tröïc tieáp vôùi (5-2-6) ta coù phöông trình kích cuûa FF JK J = T K = T (5-2-9) Maïch ñieän xem hình 5-2-7 ôû phaàn treân. Cho T = 1 ta coù FF T’ c) JK → RS Phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop RS ⎧Q n+1 = S + RQ n ⎨ ⎩RS = 0 Bieán ñoåi : Hình 5-2-18 Maïch Flip Flop Töø D trôû thaønh J,K Hình 5-2-17 n Q n+1 = RS + RQ n = S(Q + Q n ) + RQ n Maïch Flip Flop töø J,K trôû thaønh RS n n n n n n = SQ + SQ + RQ = SQ + RQ + SQ (R + R) n = SQ + RQ n + RSQ n + RSQ n n n = SQ + RQ n + RSQ n = SQ + RQ n . So saùnh vôùi phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop JK, ta coù logic chuyeån ñoåi : ⎧J = S ⎨ (5-2-10) ⎩K = R Sô ñoà logic : xem hình 5-2-17 3. Flip Flop D chuyeån ñoåi thaønh Flip Flop JK, RS, T, T’ Phöông trình ñaëc tröng cuûa FF D Qn+1 = D D → JK n JK : Qn+1 = JQ + KQ n n Ñaët D = JQ + KQ n (5-2- Hình 5-2-18 11) Maïch Flip Flop Töø D trôû thaønh J,K 110
Maïch ñieän hình 5-2-18 Hình 5-2-19 laø maïch ñieän chuyeån ñoåi theo logic chuyeån ñoåi sau ñaây : Hình 5-2-19 Maïch Flip Flop Töø D trôû thaønh RS,T,T D = S + RQ n (5 − 2 −12) n D = TQ + TQ n = T ⊕ Q n (5 − 2 −13) n D = Q (5 − 2 −14) 4. Flip Flop T chuyeån ñoåi thaønh Flip Flop JK, D, RS Phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop T Q n+1 = T ⊕ Q n T → JK n JK :Q n+1 = JQ + KQ n Duøng caùc coâng thöùc cuûa haøm XOR (xem muïc 3-1-2-7) ta bieán ñoåi Hình 5-2-20 Maïch Flip Flop Töø T trôû thaønh JK n T = (JQ + KQ n ) ⊕ Q n n n n = (JQ + KQ n )Q + JQ + KQ n Q n n n : = JQ + JQ .KQ n .Q n n n = JQ + JQ .KQ n n = JQ + KQ n (5 − 2 −15) Hình 5-2-21 Xem hình 5-5-20 Baûng Karnaugh cuûa T 111
Baûng 5-2-10 : BAÛNG SÖÛ DUÏNG T → JK Qn J K Qn+1 T 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 Coù theå ñi ñeán keát quaû treân theo phöông phaùp duøng sô ñoà nhö sau : Xaây döïng baûng söû duïng T → JK (baûng 5-2-10). Tìm logic chuyeån ñoåi baèng baûng Karnaugh (hình 5-2-21). Töông töï, ta tìm logic chuyeån ñoåi T → D, T → RS nhö sau : T = D ⊕ Q n (5 − 2 −16) n T = SQ + RQ n (5 − 2 −17) Xem maïch ñieän chuyeån ñoåi hình 5-2-22 a) T D a) T RS Hình 5-2-22 Maïch ñieän chuyeån ñoåi Flip Flop Töø D trôû thaønh D,RS. 5 Flip Flop RS chuyeån ñoåi thaønh Flip Flop JK, D, T, T’ Phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop RS : ⎧Q n+1 = S + RQ n ⎨ ⎩RS = 0 Hình 5-2-23 RS → JK Maïch Flip Flop Töø RS trôû n+1 n n JK : Q = JQ + KQ thaønh JK. 112
n ⎪⎧S = JQ So saùnh , ta coù : ⎨ ⎩⎪R = K Baûng 5-2-11 : BAÛNG SÖÛ DUÏNG RS → JK Qn J K Qn+1 R S 0 0 0 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 x 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 x 1 1 1 0 1 0 Vì ñieàu kieän raøng buoäc RS = 0 neân ta phaûi kieåm tra. Khi J = K = 1 ; Qn = 0 thì ⎪⎧R = K = 1 ⎨ n ⎩⎪S = JQ = 1 Khoâng thoûa maõn RS = 0 ta bieán ñoåi laïi : n Q n+1 = JQ + KQ n n = JQ + KQ nQ n So saùnh laïi, ta coù : n ⎪⎧S = JQ ⎨ n ⎩⎪R = KQ (5-2-18) Hình 5-2-23 treân ñaây laø maïch ñieän chuyeån ñoåi RS → JK Hình 5-2-24 Baûng Karnaugh : a) R; b) S (thoûa maõn ñieàu kieän raøng buoäc RS = 0). Ta coù theå nhaän ñöôïc cuøng moät keát quaû nhö treân baèng phöông phaùp duøng sô ñoà döôùi ñaây : Xaây döïng baûng söû duïng RS → JK (baûng 5-2-11). Tìm logic chuyeån ñoåi baèng baûng Karnaugh (hình 5-2-24). Chuù yù ñieàu kieän raøng buoäc RS = 0 khi xaây döïng baûng 5- 2-11. Töông töï, ta tìm logic chuyeån ñoåi : 113
Hình 5-2-25 Maïch ñieän chuyeån ñoåi Flip Flop Töø RS trôû thaønh a) D; T;c) T ⎧R = D RS → D⎨ (5 − 2 −19) ⎩S = D n ⎪⎧R = TQ RS → T⎨ n (5 − 2 − 20) ⎩⎪S = TQ n ⎪⎧R = Q RS → T'⎨ n (5 − 2 − 21) ⎩⎪S = Q 5.3. ÑAËC TÍNH COÂNG TAÙC XUNG VAØ CHÆ TIEÂU CHUÛ YEÁU CUÛA FLIP FLOP 5.3.1. Ñaëc tính coâng taùc xung cuûa Flip Flop Muoán söû duïng chính xaùc FF, khoâng nhöõng caàn hieåu chöùc naêng logic cuûa FF, maø coøn caàn naém vöõng ñaëc tính coâng taùc xung cuûa FF, töùc laø nhöõng yeâu caàu maø FF ñöa ra cho xung ñoàng hoà, tín hieäu ñaàu vaøo vaø söï phoái hôïp giöõa chuùng. 1. Ñaëc tính coâng taùc xung cuûa Flip Flop D 114
Xeùt maïch FF D treân hình 5-1-14 (muïc 5-1-6) tröôùc khi xuaát hieän xung ñoàng hoà thì maïch ñieän ôû traïng thaùi chuaån bò. Luùc naøy, möùc tín hieäu ñaàu vaøo D quyeát ñònh möùc ñaàu ra cuûa caùc coång E, F. Khi xuaát hieän söôøn tröôùc xung ñoàng hoà, traïng thaùi ñaàu ra cuûa caùc coång E, F. Khi xuaát hieän söôøn tröôùc xung ñoàng hoà, traïng thaùi ñaàu ra cuûa caùc coång E,. F thoâng qua caùc coång C, D ñieàu khieån FF chuyeån traïng thaùi. Vaäy möùc ñaàu ra E, F phaûi ñaït ñeán traïng thaùi oån ñònh tröôùc luùc xuaát hieän söôøn tröôùc xung ñoàng hoà. Nhöng töø luùc baét ñaàu coù tín hieäu ôû ñaàu vaøo D ñeán luùc ñaàu ra caùc coång E, F ñaõ oån ñònh phaûi qua moät khoaûng thôøi gian, goïi laø thôøi gian xaùc laäp Tset cuûa FF. Vaäy tín hieäu ñaàu vaøo phaûi ñeán sôùm khoaûng tset so vôùi xung ñoàng hoà CP. Töø hình 5-1-14 ta thaáy raèng keå töø tín hieäu ñeán ñaàu vaøo D, thì ñaàu ra F oån ñònh phaûi sau thôøi gian treã truyeàn ñaït 1 caáp coång tpd, ñaàu ra E oån ñònh phaûi sau thôøi gian treã truyeàn ñaït 2 caáp coång 2tpd, vaäy thôøi gian xaùc laäp cuûa Flip Flop D laø tset = 2tpd. Tieáp theo, töø khi xuaát hieän söôøn tröôùc CP cho ñeán khi FF hoaøn thaønh chuyeån ñoåi, töùc laø ñeán khi traïng thaùi môùi ñaõ oån ñònh, laø khoaûng thôøi gian treã truyeàn ñaït cuûa FF (tpd). Giaû söû traïng thaùi ban ñaàu cuûa FF laø 1, möùc ñaàu ra coång E laø thaáp, möùc ñaàu ra coång F laø cao. Theá laø deã daøng thaáy raèng, xung ñaàu ra coång D chaäm sau CP thôøi gian treã truyeàn ñaït 1 caáp coång laøm cho coång B töø thoâng sang ngaét vôùi thôøi gian treã truyeàn ñaït baûn thaân coång B. Coång A cuõng chuyeån töø ngaét sang thoâng vôùi thôøi gian treã truyeàn ñaït baûn thaân coång A. Vaäy ñaàu ra Q , chuyeån traïng thaùi töø möùc thaáp leân cao coù thôøi gian treã tplh töông ñoái ngaén hôn so vôùi thôøi gian ñaàu ra Q chuyeån traïng thaùi töø möùc cao xuoáng thaáp tplh = 2tpd, tphl =3tpd). Ngoaøi ra, ñeå baûo ñaûm FF chuyeån ñoåi tin caäy, tín hieäu ñaàu vaøo caàn coù thôøi gian taùc duïng ñuû daøi. Khi D = 0, keå töø khi baét ñaàu söôøn döông cuûa CP, phaûi sau tpd thì coång D môùi ñöa ra möùc thaáp ; möùc logic naøy phaûn hoài ñeán ñaàu vaøo coång F môùi sinh ra taùc duïng duy trì nguyeân traïng ngaên trôû chuyeån ñoåi. Tröôùc luùc ñaït ñeán söï oån ñònh naøy, tín hieäu ñaàu vaøo khoâng ñöôïc pheùp thay ñoåi, neáu ngöôïc laïi, traïng thaùi môùi cuûa tín hieäu ñaàu vaøo coù theå phaù hoaïi söï chuyeån ñoåi bình thöôøng voán coù. Vaäy sau khi xuaát hieän söôøn tröôùc CP, tín hieäu ñaàu vaøo caàn phaûi duy trì theâm moät thôøi gian, goïi laø thôøi gian duy trì th. Trong tröôøng hôïp D = 0 thì th = tpd. Caên cöù vaøo thôøi gian treã ñaàu ra FF chuyeån traïng thaùi tphl vaø thôøi gian xaùc laäp tset ta coù theå bieát ñoä roäng caàn thieát cuûa xung ñoàng hoà. Hình 5-3-1 ñoä roäng (theo möùc cao) tWH cuûa CP phaûi lôùn hôn Daïng soùng cuûa FFD. tphl ñeå phaàn maïch RS cô baûn trong FF D chuyeån (theo maïch hình 5-1-14) 115
ñoåi tin caäy. Ñoä roäng (theo möùc thaáp) tWL cuûa CP phaûi lôùn hôn tset ñeå baûo ñaûm tín hieäu ñaàu vaøo ñuû thôøi gian oån ñònh ñaàu ra coång E, F tröôùc khi xuaát hieän söôøn döông cuûa CP. Vaäy chu kyø xung CP phaûi lôùn hôn tphl + tset töùc laø taàn soá cöïc ñaïi cuûa CP bò haïn cheá nhoû 1 hôn . Ví duï, ttp = 20ns, tphl + tset = 5tpd = 100ns, fmax = 10MHz. t phl + t set Xem hình 5-3-1 bieåu thò quan heä thôøi gian vöøa trình baøy treân ñaây. 2. Ñaëc tính coâng taùc xung cuûa FF master slave Xeùt maïch FF hình 5-1-11 (muïc 5-1-4). Khi xuaát hieän söôøn döông CP thì tín hieäu ñaàu vaøo J, K taùc ñoäng ñeán master. Vì J, K, CP ñoàng thôøi noái ñeán caùc coång E, H neân tín hieäu ñaàu vaøo chæ caàn xuaát hieän khoâng chaäm hôn söï xuaát hieän söôøn döông CP, vaäy tset= 0. Sau khi xuaát hieän söôøn döông CP. Söï chuyeån ñoåi cuûa master chæ hoaøn thaønh sau thôøi gian treã truyeàn ñaït 2 caáp coång NORAND. Neáu thôøi gian treã truyeàn ñaït cuûa coång NORAND baèng 1,4 laàn cuûa coång Hình 5-3-2 NAND thì ñoä roäng (theo möùc cao) tWH cuûa xung Daïng soùng cuûa FFJK masterslave (theo maïch hình 5-1-11) ñoàng hoà CP caàn thieát : tWH ≥ 2,8tpd. Sau khi xuaát hieän söôøn aâm CP, Slave chuyeån ñoåi ñaàu vaøo master bò khoùa, neân tín hieäu ñaàu vaøo J, K coù theå khoâng caàn duy trì, töùc laø th = 0. Keå töø khi baét ñaàu söôøn aâm CP, cho ñeán khi oån ñònh traïng thaùi Q, Q laø thôøi gian treã truyeàn ñaït. Vì maïch ñieän caùc coång C, D raát ñôn giaûn, ta coù theå cho raèng thôøi gian treã truyeàn ñaït cuûa chuùng baèng nöûa cuûa coång NAND. Vaäy tphl = 1,5tpd, tphl = 2,5tpd. Roõ raøng yeâu caàu ñoä roäng (theo möùc thaáp) tWL cuûa CP caàn thieát laø tWL ≥ tphl. Do ñoù, yeâu caàu ñoái vôùi xung ñoàng hoà : Tmin = 2,8tpd + 2,5tpd = 5,3tpd 1 fmax = 5,3t pd Hình 5-3-2 bieåu thò quan heä thôøi gian. 5.3.2. Caùc chæ tieâu chuû yeáu cuûa vi maïch (IC) Flip Flop 1. Tham soá tónh 116
Keát caáu maïch ñieän ñaàu vaøo, ñaàu ra cuûa Flip Flop döôùi daïng IC raát gioáng vôùi caùc coång NAND hoï TTL. Nhöõng ñaëc tính ñaàu vaøo ñaàu ra cuõng vaäy. Neân caùch ñònh nghóa vaø phöông phaùp ño löôøng caùc tham soá chuû yeáu cuûa ñaëc tính ñaàu vaøo, ñaàu ra cuõng cô baûn gioáng nhö cuûa coång NAND TTL. Caùc chæ tieâu chuû yeáu laø : Doøng ñieän nguoàn IE Trong maïch ñieän coång doøng ñieän nguoàn khi möùc ñaàu ra thaáp vaø khi möùc ñaàu ra cao khaùc nhau raát xa. Trong maïch ñieän Flip Flop bao goàm raát nhieàu coång, thöôøng khoâng ñoàng thôøi thoâng caû hoaëc ñoàng thôøi ngaét caû, neân duø traïng thaùi maïch ñieän FF thay ñoåi thì doøng ñieän nguoàn cuõng khoâng thay ñoåi ñaùng keå. Vaäy thoâng thöôøng chæ ñöa ra moät giaù trò doøng ñieän nguoàn vaø quy ñònh raèng taát caû caùc ñaàu vaøo ñeàu phaûi treo khi ño löôøng doøng ñieän nguoàn. Doøng ñieän ngaén maïch ñaàu vaøo IIS Laàn löôït noái ñaát caùc ñaàu vaøo, ta ño ñöôïc doøng ñieän ngaén maïch ñaàu vaøo töông öùng. Coù theå nhaän thaáy ôû caùc hình 5-1-11 vaø 5-1-15 raèng moãi moät trong caùc ñaàu vaøo R, S, Rd, Sd, CP, D, J, K v.v ñöôïc noái vôùi moät soá khaùc nhau tranzito nhieàu emitô. Do ñoù doøng ñieän ngaén maïch ñaàu vaøo cuûa chuùng cuõng khoâng baèng nhau. Soá tranzito caøng nhieàu thì trò soá doøng ñieän töông öùng caøng lôùn. Doøng ñieän doø ñaàu vaøo IIH Laø doøng ñieän chaûy vaøo ñaàu vaøo xeùt khi ñaàu vaøo ñoù noái ñeán möùc cao. Doøng ñieän IIH cuõng phuï thuoäc vaøo soá tranzito nhieàu emitô ñöôïc noái ñeán ñaàu vaøo xeùt. Möùc tín hieäu ñaàu ra cao VOH vaø thaáp VOL Khi FF ôû traïng thaùi 1, ñaàu ra Q ôû möùc cao, Q ôû möùc thaáp. Khi FF ôû traïng thaùi 0, ñaàu ra Q ôû möùc thaáp , Q ôû möùc cao. Vaäy chæ caàn ño löôøng rieâng möùc ñaàu ra Q, Q khi FF ôû traïng thaùi 1 vaø 0 laø ta ñöôïc VOH vaø VOL. 2. Tham soá ñoäng Coù 2 tham soá ñoäng thöôøng duøng nhö sau : Thôøi gian treã truyeàn ñaït trung bình tpd tpd ñöôïc ñònh nghóa laø thôøi gian töø khi söôøn xung ñoàng hoà taùc ñoäng (ví duï, söôøn aâm cuûa CP ñoái vôùi FF JK Hình 5-3-3 : master slave, söôøn döông cuûa CP ñoái Thôøi gian treã truyeàn ñaït cuûa IC Flip Flop vôùi FF D) ñeán khi traïng thaùi môùi taïo ra a) Kích vôùi söôøn aâm ôû ñaàu ra cuûa FF ñaõ oån ñònh (hình 5-3-3). b) Kích vôùi söôøn döông 117
Thoâng thöôøng thôøi gian treã truyeàn ñaït cuûa ñaàu ra töø möùc cao xuoáng möùc thaáp tphl lôùn hôn töø möùc thaáp leân möùc cao tphl. Trong caùc soå tay IC, ngöôøi ta chæ cho bieát giaù trò trung bình tpd. t + t t = plh phl pd 2 Khi FF noái thaønh T’ thì taàn soá ñoàng hoà cao nhaát cho pheùp fmax. Khi ño löôøng fmax, ta caàn tieán haønh vôùi phuï taûi ñònh möùc ñaõ cho, vì keát quaû seõ phuï thuoäc vaøo tình traïng phuï taûi. Baûng 5-3-1 vaø 5-3-2 giôùi thieäu caùc chæ tieâu chuû yeáu cuûa IC FF Z63 vaø IC FF D62. Baûng 5-3-1 : CHÆ TIEÂU CHUÛ YEÁU CUÛA FF JK MASTER SLAVE IC Z63B 0 T= 25 , EC = 5V Tham soá Kyù hieäu Ñôn vò Ñieàu kieän ño Chæ tieâu Ñaàu vaøo hôû maïch Doøng ñieän nguoàn IE mA ≤ 15 Ñaàu ra khoâng taûi Doøng ñieän ngaén J, K ≤ 1,5 IIS mA VI = 0 maïch ñaàu vaøo R, S, CP ≤ 1,5 J, K VI = 5V ≤ 20 Doøng ñieän doø ñaàu R, S IIH A Caùc ñaàu vaøo ≤ 60 vaøo CP khaùc noái ñaát ≤ 80 L = 160A Möùc cao ñaàu ra VOH V 3 ÷ 4 IL = 12mA Möùc thaáp ñaàu ra VOL V ≤ 0,35 IL=12mA Taàn soá ñoàng hoà cao nhaát fmax MHz ≤ 10 CL = 15pF 118
CHÖÔNG 6 MAÏCH DAÕY 6.1. ÑAÏI CÖÔNG VEÀ MAÏCH DAÕY Caên cöù ñaëc ñieåm khaùc nhau veà chöùc naêng logic vaø caáu truùc maïch ñieän, maïch soá ñöôïc phaân loaïi thaønh maïch toå hôïp (combinational Circuits) ñaõ giôùi thieäu ôû chöông 4 vaø maïch daõy (Sequential circuits) seõ ñöôïc trình baøy trong chöông naøy. 6.1.1. Ñaëc ñieåm vaø phöông phaùp mieâu taû chöùc naêng 1. Ñaêc ñieåm cuûa maïch daõy Trong maïch soá, moät maïch ñieän ñöôïc goïi laø maïch daõy neáu traïng thaùi ñaàu ra oån ñònh ôû thôøi ñieåm xeùt baát kyø khoâng chæ phuï thuoäc vaøo traïng thaùi ñaàu vaøo thôøi ñieåm ñoù maø coøn phuï thuoäc caû vaøo traïng thaùi baûn thaân maïch ñieän ôû thôøi ñieåm tröôùc (traïng thaùi trong). Maïch daõy coù ñaëc ñieåm nhaát ñònh phaûi bao goàm Flip Flop ñeå nhôù traïng thaùi voán coù. Tö töôûng naøy theå hieän thaønh caáu truùc maïch nhö hình 6-1-1 gôïi yù. Hình 6-1-1 Sô ñoà khoái maïch daõy 2. Phöông phaùp mieâu taû chöùc naêng logic cuûa maïch daõy Theo ñònh nghóa maïch daõy treân ñaây, caùc Flip Flop ñaõ ñöôïc nghieân cöùu ôû n+1 chöông 5 cuõng laø maïch daõy, vì traïng thaùi ñaàu ra tieáp theo Q khoâng chæ phuï thuoäc vaøo tín hieäu ñaàu vaøo maø coøn phuï thuoäc caû vaøo traïng thaùi (trong) Qn voán coù. Phöông phaùp mieâu taû chöùc naêng logic cuûa Flip Flop cuõng thích hôïp vôùi maïch daõy noùi chung. a) Phöông trình logic Xeùt hình 6-1-1, X (x1, x2 , xi laø tín hieäu ñaàu vaøo ôû thôøi ñieåm xeùt tn, Z (z1, z2, , zj) laø tín hieäu ñaàu ra ôû tn, W (w1,w2, , wK) laø tín hieäu ñaàu vaøo maïch nhôù ôû tn (töùc laø tín hieäu kích ñoàng boä cuûa FF), Y (y1, y2, , ye) laø tín hieäu ñaàu ra maïch nhôù ôû tn (töùc traïng thaùi hieän taïi cuûa FF). Quan heä giöõa caùc tín hieäu treân ñaây coù theå bieåu thò baèng caùc haøm logic : Z(tn) = F[(X (tn), Y(tn)] (6-1-1) Y(tn+1) = F[(X (tn), Y(tn)] (6-1-2) W(tn) = H[(X (tn), Y(tn)] (6-1-3) tn vaø tn+1 laø hai thôøi ñieåm gaàn nhau. Vì y1, y2, , ye laø traïng thaùi cuûa FF caáu truùc maïch nhôù, neân chuùng ñöôïc goïi laø tín hieäu traïng thaùi, hay bieán traïng thaùi, töông öùng haøm Y ñöôïc goïi laø vectô traïng thaùi, (6-1-2) laø phöông trình traïng thaùi vôùi Y(tn+1) laø 119
traïng thaùi tieáp theo, Y(tn) laø traïng thaùi hieän taïi. Töông töï (6-1-1) laø phöông trình ñaàu ra, (6-1-3) laø phöông trình kích. Noùi rieâng tröôøng hôïp Flip Flop, X(tn) = W(tn), Z(tn)=Y(tn). Vì vaäy, chæ rieâng phöông trình traïng thaùi (6-1-2) cuõng ñuû mieâu taû chöùc naêng logic cuûa FF. Ñeå phaân bieät vôùi maïch daõy noùi chung, ôû chöông 5, (6-1-2) cuûa FF mang moät teân chuyeân bieät laø phöông trình ñaëc tröng nhö ta ñaõ goïi. b) Baûng traïng thaùi : Baûng lieät keâ moái quan heä giöõa Z(tn), Y(tn+1) vaø X(tn), Y(tn) goïi laø baûng traïng thaùi cuûa maïch daõy. (Rieâng ñoái vôùi FF, baûng traïng thaùi coù teân rieâng laø baûng chöùc naêng). c) Ñoà hình traïng thaùi : Ñoà hình traïng thaùi laø hình veõ phaûn aùnh quy luaät chuyeån ñoåi traïng thaùi vaø tình hình caùc giaù trò ñaàu vaøo, ñaàu ra töông öùng cuûa maïch daõy. d) Ñoà thò thôøi gian : Ñoà thò thôøi gian coøn goïi laø daïng soùng coâng taùc. Noù bieåu thò tröïc quan moái quan heä töông öùng caùc giaù trò tín hieäu ñaàu vaøo, tín hieäu ñaàu ra, traïng thaùi maïch ñieän veà thôøi gian. Nhö sau naøy chuùng ta seõ roõ, 4 phöông phaùp trình baøy treân ñaây veà baûn chaát ñeàu phaûn aùnh chöùc naêng logic maïch daõy theo caùc khía caïnh khaùc nhau, chuùng lieân quan vaø chuyeån ñoåi laãn nhau. Coù theå tuøy yù choïn duøng tuøy theo tình hình cuï theå. Cuõng caàn löu yù theâm raèng baûng Karnaugh coù theå mieâu taû chöùc naêng logic maïch daõy moät caùch tieän lôïi. 6.1.2. Phöông phaùp cô baûn phaân tích chöùc naêng logic maïch daõy Nhieäm vuï phaân tích laø tìm ra baèng traïng thaùi, ñoà hình traïng thaùi, ñoà thò thôøi gian cuûa maïch daõy ñaõ cho, roài xaùc ñònh ñaëc ñieåm coâng taùc vaø chöùc naêng logic cuûa noù. Hình 6-1-2 laø sô ñoà gôïi yù veà quaù trình phaân tích naøy. . Hình 6-1-2 Sô ñoà gôïi yù quaù trình phaân tích maïch daõy Döôùi ñaây ñöa ra quy trình phaân tích 4 böôùc : 120
1. Vieát Phöông trình : Caên cöù vaøo maïch ñieän ñaõ cho, vieát phöông trình ñònh thôøi, phöông trình ñaàu ra, phöông trích kích, cuõng töùc laø caùc coâng thöùc logic cuûa tín hieäu ñònh thôøi (ñoàng hoà) tín hieäu ñaàu ra vaø tín hieäu ñaàu vaøo. 2. Tìm phöông trình traïng thaùi : Thay phöông trình kích vaøo phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop töông öùng, ta seõ tìm ñöôïc phöông trình traïng thaùi cuûa maïch ñieän, cuõng töùc laø phöông trình traïng thaùi tieáp theo cuûa caùc Flip Flop. Vì raèng traïng thaùi maïch daõy baát kyø ñeàu nhôø caùc Flip Flop caáu truùc taïo ra maïch daõy ñoù maø coù ñöôïc khaû naêng nhôù. 3. Tính toaùn : Ñöa taát caû caùc toå hoäp coù theå cuûa traïng thaùi hieän taïi vaø tín hieäu ñaàu vaøo phöông trình traïng thaùi vaø phöông trình ñaàu ra, roài tieán haønh tính toaùn, tìm ra traïng thaùi tieáp theo vaø tín hieäu ñaàu ra töông öùng. ÔÛ ñaây coù 4 ñieàu chuù yù : - Ñieàu kieän ñònh thôøi tích cöïc cuûa phöông trình traïng thaùi. - Traïng thaùi hieän taïi cuûa maïch ñieän, töùc laø toå hôïp caùc traïng thaùi hieän taïi cuûa FF caáu truùc neân maïch xeùt. - Khoâng boû soùt moät toå hôïp coù theå naøo cuûa traïng thaùi hieän taïi vaø tín hieäu ñaàu vaøo. - Caên cöù vaøo giaù trò ban ñaàu ñaõ cho (hoaëc töï cho) cuûa traïng thaùi hieän taïi vaø tín hieäu ñaàu vaøo maø tính toaùn laàn löôït caùc traïng thaùi tieáp theo nhau. 4. Veõ ñoà hình traïng thaùi (hoaëc baèng traïng thaùi, hoaëc ñoà thò thôøi gian). Xem xeùt keát quaû tính toaùn, roài veõ ñoà hình traïng thaùi. ÔÛ ñaây caàn chuù yù 3 ñieàu : - Chuyeån ñoåi traïng thaùi töø hieän taïi ñeán tieáp theo, chöù khoâng phaûi laø töø hieän taïi ñeán hieän taïi, hoaëc töø tieáp theo ñeán tieáp theo. - Tín hieäu ñaàu ra laø haøm soá cuûa traïng thaùi hieän taïi, chöù khoâng phaûi laø haøm soá cuûa traïng thaùi tieáp theo. - Veõ ñoà thò thôøi gian caàn löu yù raèng FF chæ chuyeån ñoåi traïng thaùi töông öùng vôùi söôøn kích cuûa xung ñoàng hoà xuaát hieän. Quy trình 4 böôùc treân ñaây laø chung, khoâng baét buoäc phaûi tuaân theo maùy moùc, maø neân vaän duïng linh hoaït tuøy tình huoáng cuï theå. 6.2. BOÄ ÑEÁM 6.2.1. Ñaëc ñieåm vaø phaân loaïi boä ñeám 1. Ñaëc ñieåm cô baûn Ñeám laø khaû naêng nhôù ñöôïc soá xung ñaàu vaøo ; maïch ñieän thöïc hieän thao taùc ñeám ñöôïc goïi laø boä ñeám. 121
Ñeám laø moät thao taùc cô baûn cöïc kyø quan troïng. Vaäy boä ñeám ñöôïc söû duïng voâ cuøng roäng raõi, töø caùc thieát bò ño chæ thò soá ñeán caùc maùy tính ñieän töû soá loaïi lôùn, baát kyø heä thoáng soá hieän ñaïi naøo ñeàu hieän dieän boä ñeám. 2. Phaân loaïi Caên cöù vaøo söï khaùc bieät cuûa tình huoáng chuyeån ñoåi traïng thaùi cuûa caùc Flip Flop trong boä ñeám, ngöôøi ta phaân thaønh hai loaïi lôùn : boä ñeám ñoàng boä vaø boä ñeám dò boä. Trong boä ñeám ñoàng boä, caùc Flip Flop ñeàu chòu taùc ñoäng ñieàu khieån cuûa moät xung ñoàng hoà duy nhaát, ñoù laø xung ñeám ñaàu vaøo. Vaäy söï chuyeån ñoäng traïng thaùi cuûa chuùng laø ñoàng boä. Boä ñeám dò boä thì khaùc, coù Flip Flop chòu taùc ñoäng ñieàu khieån tröïc tieáp cuûa xung ñeám ñaàu vaøo, nhöng cuõng coù FF chòu taùc ñoäng ñieàu khieån cuûa xung ñaàu ra cuûa FF khaùc (Coù vai troø ñònh thôøi cuûa xung ñoàng hoà). Vaäy söï chuyeån ñoåi traïng thaùi cuûa caùc FF khoâng cuøng luùc, töùc laø dò boä. Caên cöù vaøo söï khaùc bieät veà heä soá ñeám cuûa boä ñeám, ngöôøi ta phaân thaønh caùc loaïi : Boä ñeám nhò phaân boä ñeám thaäp phaân, boä ñeám N phaân. Neáu goïi n laø soá chöõ soá vò trí trong maõ soá nhò phaân, (cuõng töùc laø soá Flip Flop coù trong boä ñeám), goïi N laø soá traïng thaùi tích cöïc (cuõng töùc laø soá traïng thaùi maõ haùo ñaõ ñöôïc duøng khi laäp maõ) thì ñoái vôùi boä ñeám nhò phaân N = 2n, ñoái vôùi boä ñeám thaäp phaân N = 10. Boä ñeám nhò phaân vaø boä ñeám thaäp phaân laø tröôøng hôïp rieâng cuûa boä ñeám N phaân. Ta thöôøng goïi N laø dung löôïng boä ñeám hoaëc ñoä daøi ñeám boä ñeám, hoaëc heä soá ñeám . 6.2.2. Boä ñeám ñoàng boä 1. Boä ñeám nhò phaân ñoàng boä Boä ñeám nhò phaân ñoàng boä noùi chung caáu truùc baèng Flip Flop T. a) Boä ñeám thuaän nhò phaân ñoàng boä Caáu truùc maïch : (Hình 6-2-1) Boä ñeám nhò phaân ñoàng boä 4 chöõ soá Hình 6-2-1 döôùi ñaây laø boä ñeám thuaän nhò phaân ñoàng boä 4 chöõ soá. Boä ñeám caáu truùc baèng 4FFJK noái thaønh loaïi T vaø 4 coång NAND, CP laø xung ñeám ñaàu vaøo ; chæ coù caùc ñaàu ra Q, Q cuûa FF. . Nguyeân lyù laøm vieäc : Vieát phöông trình : - Phöông trình ñònh thôøi CP1 = CP2 = CP3 = CP4 = CP (6-2-1) 122
Xung ñoàng boä cuûa 4 FF ñeàu laø xung ñeám ñaàu vaøo. Trong maïch daõy ñoàng boä, caùc xung ñoàng hoà cuûa caùc FF ñeàu gioáng nhau, moãi khi maïch ñieän chuyeån ñoåi traïng thaùi, caùc ñieàu kieän ñònh thôøi noùi chung ñeàu ñaûm baûo, vaäy neân phöông trình ñinh thôøi thöôøng khoâng caàn vieát ra. - Phöông trình ñaàu ra coù theå khoâng caàn vieát, vì khoâng coù tín hieäu ñaàu ra naøo khaùc ngoaøi Q, Q . - Phöông trình kích : ⎧T1 = 1 ⎪ n ⎪T2 = Q1 ⎨ n n (6-2-2) ⎪T3 = Q1 Q 2 ⎪ n n n ⎩T4 = Q1 Q 2 Q3 Tìm phöông trình traïng thaùi : n Phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop T Q n+1 = TQ + TQ n Thay phöông trình kích vaøo phöông trình ñaëc tröng, ta coù : n n ⎧Q n+1 = T Q + T Q n = 1Q n +1Q n = Q ⎪ 1 1 1 1 1 1 1 1 ⎪ n+1 n n n n n n n n ⎪Q 2 = T2 Q 2 + T2Q 2 = Q1 Q1 + Q1 Q n = Q1 Q 2 ⎨ (6-2-2) n+1 n n n n n n n n ⎪Q3 = T3 Q3 + T3Q3 = Q1 Q 2 Q3 + Q1 Q 2 Q3 ⎪ n+1 n n n n n n n n n n ⎩⎪Q 4 = T4 Q 4 + T4Q 4 = Q1 Q 2 Q3 Q 4 + Q1 Q 2 Q3 Q 4 Tính toaùn : n n n n Giaû ñònh caùc traïng thaùi Q 4Q3 Q 2 Q1 tuaàn töï, thay vaøo phöông trình traïng thaùi (6- n+1 n+1 n+1 n+1 2-3) ta ñöôïc baûng keát quaû 6-2-1, ñoù laø caùc traïng thaùi tieáp theo Q 4 Q3 Q 2 Q1 . Baûng 6-2-1 : KEÁT QUAÛ TÍNH TOAÙN n n n n n+1 n+1 n+1 n+1 Q 4 Q3 Q 2 Q1 Q 4 Q3 Q 2 Q1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 123
1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 Veõ ñoà hình traïng thaùi. Töø baûng 6-2-1 ta veõ ngay ñöôïc ñoà hình traïng thaùi, ñoù laø hình 6-2-2. Nhaän xeùt hình 6-2-2 ta thaáy maïch ñieän 6-2-1 laøm vieäc cuûa boä ñeám nhò phaân ñoàng boä 4 chöõ soá. Hình 6-2-2 : Ñoà hình traïng thaùi cuûa boä ñeám . Ñaëc ñieåm : Ñaëc ñieåm cuûa boä ñeám ñaõ neâu roõ trong teân “Boä ñeám nhò phaân ñoàng boä 4 chöõ soá” Döôùi ñaây trình baøy theâm veà söï chuyeån vò cuûa boä ñeám. Chuyeån vò song song : Maïch ñieän 6-2-1 thöïc hieän chuyeån vò song song. Khaùi nieäm chuyeån vò ñaõ duøng trong boä coäng ñuû, toång cuûa 1 vôùi 1 laø 0, vôùi chuyeån vò (nhôù) leân soá coù troïng soá lôùn hôn laø 1. Töø goùc ñoä pheùp coäng soá 1 vaøo soá coù troïng soá beù nhaát cuûa soá nhò phaân, ñoàng thôøi tuaàn töï chuyeån vò leân soá coù troïng soá lôùn hôn, kích FF töông öùng chuyeån ñoåi traïng thaùi. Phöông thöùc chuyeån vò song song cuûa maïch hình 6-2-1 theå hieän ôû choã tín hieäu chuyeån vò (nhôù) töø ñaàu ra Q cuûa moät FF ñöa ñeán ñaàu vaøo cuûa FF troïng soá lôùn baát kyø ñeàu chæ coù treã truyeàn ñaït hai caáp coång 2tpd. Xeùt theâm yeâu caàu CP duy trì möùc cao tWH, yeâu caàu thôøi gian chuyeån cuûa FF tphl, thì chu kyø ñeám ngaén nhaát coù theå cuûa boä ñeám (töùc laø khoaûng thôøi gian cöïc tieåu giöõa hai söôøn aâm xung ñeám lieàn keà) : TMIN = 2tpñ +tphl + tWH (6-2-4) Vaäy taàn soá cao nhaát cuûa boä ñeám laø : 1 fMAX = (6-2-5) TMIN Nhöôïc ñieåm cuûa phöông thöùc chuyeån vò song song laø phuï taûi caùc FF khoâng ñeàu nhau, caùc FF troïng soá caøng beù thì phuï taûi caøng naëng, coøn caùc FF troïng soá caøng lôùn caøng laém ñaàu vaøo chuyeån vò. Chuyeån vò noái tieáp Xeùt maïch ñieän hình 6-2-3 124
Phöông thöùc chuyeån vò noái tieáp khoâng coù khuyeát ñieåm noùi treân cuûa phöông thöùc chuyeån vò song song, tuy vaäy, thôøi gian chuyeån vò töø soá troïng soá beù nhaát Hình 6-2-3 Boä ñeám thuaän ñoàng boä ñeán soá troïng soá lôùn nhaát laïi keùo daøi hôn. chuyeån vò noái tieáp Giaû söû coù n troïng soá, thôøi gian chuyeån vò ñoù laø thôøi gian tín hieäu chuyeån vò ñi qua 2(n-2) coång ñeå töø FF troïng soá beù nhaát ñeán FF troïng soá lôùn nhaát. Do ñoù, taàn soá cöïc ñaïi cuûa boä ñeám chuyeån vò noái tieáp töông ñoái thaáp : 1 fmax = (6-2-6) 2(n − 2)t pd + t phl + t WH b) Boä ñeám nghòch nhò phaân ñoàng boä Sô ñoà logic Hình 6-2-4 Töông töï nhö treân, duøng phöông phaùp phaân tích caên baûn ñeå tìm ñoà hình traïng thaùi, hình 6-2-5. Hình 6-2-5 Ñoà hình traïng thaùi cuûa boä Hình 6-2-4 Boä ñeám nghòch nhò ñeám nghòch phaân chuyeån vò song song ñoàng boä 4 chöõ soá. So saùnh hình 6-2-4 vôùi hình 6-2-1, ta thaáy söï khaùc bieät cuûa boä ñeám nghòch so vôùi boä ñeám thuaän laø ñaàu ra Q (ñaûo) cuûa FF cung caáp tín hieäu chuyeån vò. Vaäy töø boä ñeám thuaän saün coù, neáu ta thaùo daây noái ôû ñaàu Q, roài ñaáu noái vaøo ñaàu Q , ta seõ coù boä ñeám nghòch. c) Boä ñeám thuaän nghòch nhò phaân ñoàng boä Kieåu maïch coù ñaàu vaøo ñieàu khieån ñeám thuaän, ñeám nghòch. 125
Hình 6-2-6 a) Chuyeån vò song song Hình 6-2-6 b) Chuyeån vò noái tieáp Hình 6-2-6 boä ñeám nghòch nhò phaân ñoàng boä coù ñaàu vaøo ñieàu khieån xeùt sô ñoà hình 6-2-6. Ta thaáy boä ñeám goàm boä ñeám thuaän vaø boä ñeám nghòch goäp laïi vôùi nhau, coù theâm moät soá coång ñieàu khieån. Tín hieäu ñieàu khieån ñeám thuaän hoaëc ñeám nghòch thoâng qua caùc coång ñieàu khieån ñeå thöïc hieän söï ñieàu khieån bieán boä ñeám thaønh ñeám thuaän hay ñeám nghòch. Söû duïng phöông phaùp phaân tích logic, ta tìm ñoà hình traïng thaùi nhö hình 6- 2-7. Boä ñeám treân ñaây, ngoøai ñaàu vaøo ñeám CP ra coøn coù ñaàu vaøo ñieàu khieån ñeám thuaän hoaëc ñeám nghòch. Vaäy noù ñöôïc goïi laø ñeám thuaän nghòch nhò phaân ñoàng boä kieåu coù ñaàu vaøo ñieàu khieån thuaän hoaëc nghòch. Trong ñoà hình traïng thaùi, con soá treân daáu gaïch xieân bieåu thò trò soá tín hieäu M ñieàu khieån thuaän / nghòch, töông öùng M = 1/10. 126
Hình 6-2-7 Ñoà hình traïng thaùi cuûa boä ñeám thuaän nghòch Kieåu maïch coù 2 ñaàu vaøo xung ñoàng hoà . Hình 6-2-8 Boä ñeám thuaän nghòch 2 ñaàu vaøo xung ñoàng hoà 127
Hình 6-2-9 Daïng soùng boä ñeám thuaän nghòch 2 ñaàu vaøo xung ñoàng hoà. Xeùt sô ñoà 6-2-8. Maïch coù hai ñaàu vaøo xung ñeám (ñoàng hoà) . Khi ñöa xung ñoàng hoà vaøo ñaàu ñeám thuaän, luùc ñoù ñaàu ñeám nghòch ôû möùc thaáp, chæ coù caùc coång ñieàu khieån nöûa treân thoâng, caùc coång ñieàu khieån nöûa döôùi ngaét, maïch thöïc hieän ñeám thuaän. Khi ñöa xung ñoàng hoà vaøo ñaàu ñeám nghòch, luùc ñoù ñaàu ñeám thuaän ôû möùc thaáp, chæ coù caùc coång ñieàu khieån nöûa döôùi thoâng, caùc coång ñieàu khieån nöûa treân ngaét, maïch thöïc hieän ñeám nghòch. Khi ñeám thuaän, xung chuyeån vò (ñaàu ra thuaän) sinh ra vaøo luùc töø maõ Q4Q3Q2Q1 = 1111 (=1510) chuyeån thaønh Q4Q3Q2Q1 =0000. Khi ñeám nghòch xung chuyeån vò (ñaàu ra nghòch) sinh ra vaøo luùc töø maõ Q4Q3Q2Q1 =0000 chuyeån thaønh Q4Q3Q2Q1 = 1111 (=1510). Xem daïng soùng boä ñeám treân hình 6-2-9. Neáu caàn taêng dung löôïng ñeám thì coù theå maéc daây chuyeàn (noái tieáp nhau) caùc maïch ñeám hình 6-2-8 ; trong maïch maéc daây chuyeàn, ñaàu ra ñeám thuaän cuûa boä ñeám phía tröôùc noái vaøo ñaàu vaøo ñeám thuaän cuûa boä ñeám sau lieàn keà, ñaàu ra ñeám nghòch cuûa boä ñeám phía tröôùc noái vaøo ñaàu ñeám nghòch cuûa boä ñeám sau lieàn keà. Treân cô sôû maïch ñieän hình 6-2-8, ngöôøi ta theâm caùc ñaàu vaøo xoùa, laäp, vaøo soá lieäu ; ngöôøi ta cuõng daãn tín hieäu ñaàu ra cuûa Q cuûa 4 Flip Flop ra ngoaøi, do ñoù taïo thaønh IC boä ñeám 4 bit, chaúng haïn T1193. 2. Boä ñeám thaäp phaân Hình 6-2-10 : Boä ñeám thuaän thaäp phaân ñoàng boä 128
Boä ñeám thaäp phaân laø boä ñeám theo maõ nhò - thaäp phaân. Vì töông öùng vôùi nhieàu kieåu maõ hoùa cuûa maõ nhò - thaäp phaân , neân cuõng coù nhieàu kieåu boä ñeám thaäp phaân khaùc nhau. ÔÛ ñaây chæ giôùi thieäu boä ñeám thaäp phaân duøng maõ nhò - thaäp phaân 8421. a) Boä ñeám thuaän thaäp phaân ñoàng boä (Hình 6-2-10) Caáu truùc maïch ñieän Maïch ñieän caáu truùc baèng 4 Flip Flop JK vaø coång chuyeån vò (nhôù) ñaàu ra C, xung ñeám ñaàu vaøo laø CP. Nguyeân lyù coâng taùc Vieát phöông trình Phöông trình ñònh thôøi CP1 = CP2 = CP3 = CP4 = CP (6-2-7) n n C = Q 4 Q1 Phöông trình kích ⎧J1 = K1 = 1 ⎪ n ⎪J = Q Q n K = Q 2 2 4 1 2 1 (6-2-8) ⎨ n n ⎪J3 = K 3 = Q 2 Q1 ⎪ n n n n ⎩J 4 = Q3 Q 2 Q1 K 4 = Q1 (Ñaàu vaøo J cuûa F4 treân hình 6-2-10 veõ 3 ñöôøng coù theå hieåu raèng ôû ñoù coù coång AND 3 ñaàu vaøo töông öùng). Tìm phöông trình traïng thaùi ⎧ n+1 n n n Q = J Q + K1Q = Q ⎪ 1 1 1 1 1 ⎪ n+1 n n n n n n n ⎪Q 2 = J2 Q 2 + K 2Q 2 = Q 4 Q1 Q 2 + Q1 Q 2 ⎨ (6-2-9) n+1 n n n n n n n n ⎪Q3 = J3 Q3 + K 3Q3 = Q 2 Q1 Q3 + Q 2 Q1 Q3 ⎪ n+1 n n n n n n n n ⎩⎪Q 4 = J 4 Q 4 K 4Q 4 = Q3 Q 2 Q1 Q 4 + Q1 Q 4 Tính toaùn n n n n Baét ñaàu töø giaù trò Q 4Q3 Q 2 Q1 = 0000 , thay vaøo phöông trình traïng thaùi (6-2-9) vaø phöông trình ñaàu ra (6-2-7), ta ñöôïc keát quaû ôû baûng 6-2-2 Baûng 6-2-2 : KEÁT QUAÛ TÍNH TOAÙN n n n n n+1 n+1 n+1 n+1 Q 4 Q 3 Q 2 Q1 Q 4 Q 3 Q 2 Q1 C 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 129
0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 Ñoà hình traïng thaùi Caên cöù vaøo baûng 6-2-2, ta coù quan heä chuyeån ñoåi traïng thaùi Qn sang Qn+1 vaø giaù trò ñaàu ra C, do ñoù veõ ñöôïc ñoà hình traïng thaùi hình 6-2-11. Caàn löu yù raèng, nhöõng traïng thaùi lieân tieáp nhau cuûa maïch ñieän, moät traïng thaùi ôû Hình 6-2-11. Ñoà hình traïng thaùi cuûa boä ñeám thuaän thaäp phaân thôøi ñieåm xeùt laø Qn+1 ñoái vôùi traïng thaùi tröôùc lieàn keà (ôû phía traùi baûng 6-2-2), ñoàng thôøi laø Qn ñoái vôùi traïng thaùi sau lieàn keà (ôû phía phaûi baûng 6-2-2), vaäy neân trong hai haøng lieàn nhau cuûa baûng 6-2-2, moät traïng thaùi ôû phía phaûi haøng treân seõ ñoàng thôøi ôû phía traùi haøng döôùi. Keát quaû, khi veõ ñoà hình traïng thaùi ta phaûi khoâng boû soùt baát kyø traïng thaùi khaû dó naøo ñeå coù hình 6-2-11. Nhaän xeùt hình 6-2-11 : Maïch ñieän ôû hình 6-2-10 ñuùng laø boä ñeám thaäp phaân duøng maõ 8421. Xem ñoà thò daïng soùng hình 6- 2-12. Giaû thieát boä ñeám hình 6-2-10 laø boä ñeám haøng ñôn vò cuûa heä thaäp phaân. Hình 6-2-12 chöùng toû raèng khi maïch ñieän chuyeån ñoåi ñeán traïng thaùi 1001 ( = 910), tín hieäu Hình 6-2-12. chuyeån vò (nhôù) trôû thaønh möùc cao, nhöng thaät Daïng soùng boä ñeám thuaän phaän thaäp phaân ra khoâng taùc ñoäng ngay, maø ñôïi ñeán söôøn aâm 130
xung ñoàng hoà CP thöù 10 xuaát hieän, thì tín hieäu C môùi kích Flip Flop haøng chuïc cuûa heä thaäp phaân chuyeån ñoåi traïng thaùi, ñoàng thôøi boä ñeám haøng ñôn vò trôû veà 0, töùc maïch ñieän trôû veà traïng thaùi 0000. Taát nhieân Flip Flop haøng chuïc cuõng ñöôïc kích baèng söôøn aâm. Traïng thaùi ñöôïc söû duïng, traïng thaùi caám, töï khôûi ñoäng. Nhö ñaõ töøng noùi tröôùc ñaây, nhöõng traïng thaùi töø maõ ñöôïc duøng khi maõ hoùa (bieân maõ) goïi laø traïng thaùi ñöôïc söû duïng, nhöõng traïng thaùi töø maõ khoâng ñöôïc duøng khi maõ hoùa goïi laø traïng thaùi caám. Trong hình 6-2-11, caùc traïng thaùi töø maõ 1010 ÷ 1111 laø traïng thaùi caám, vì chuùng khoâng ñöôïc duøng khi maõ hoùa 8421. Khi vì moät nguyeân nhaân naøo ñoù, chaúng haïn do nhieãu gaây ra, maïch ñieän rôi vaøo traïng thaùi caám, döôùi taùc ñoäng cuûa xung ñoàng hoà CP maø maïch ñieän coù theå trôû laïi traïng thaùi ñöôïc söû duïng, ta noùi maïch ñaõ coù theå töï khôûi ñoäng. Döôùi taùc duïng cuûa xung ñeám ñaàu vaøo, boä ñeám vaãn coâng taùc tuaàn hoaøn. ÔÛ tình huoáng bình thöôøng, söï tuaàn hoaøn ñeàu ñaën theo chu kyø veà traïng thaùi ban ñaàu moãi chu kyø goïi laø söï tuaàn hoaøn ñöôïc söû duïng. Ngöôïc laïi, söï tuaàn hoaøn trong traïng thaùi caám goïi laø söï tuaàn hoaøn caám. Chuùng ta seõ roõ theâm tình huoáng naøy khi trao ñoåi ôû tieát 6-3 sau ñaây. Hình 6-2-11 chöùng toû raèng boä ñeám thuaän thaäp phaân theo maõ 8421 noùi ôû treân laø coù theå töï khôûi ñoäng. b) Boä ñeám nghòch thaäp phaân ñoàng boä Maïch ñieän hình 6-2-13 khaù ñôn giaûn, chuùng ta deõ daøng phaân tích theo phöông phaùp töông töï ñaõ duøng ôû treân. Coù hai caùch ñeå caáu truùc boä ñeám thaäp phaân ñoàng boä nhieàu soá Hình 6-2-13 Boä ñeám nghòch thaäp phaân ñoàng töø boä ñeám 1 soá. Caùch thöù nhaát laø noái boä daây chuyeàn caùc boä ñeám 1 soá, ñaàu ra cuûa boä ñeám troïng soá beù noái vôùi ñaàu vaøo boä ñeám troïng soá lôùn tieáp theo. Söï laøm vieäc cuûa boä ñeám 1 soá laø ñoàng boä, nhöng söï laøm vieäc giöõa chuùng laø dò boä. Caùch thöù hai laø noái ñaàu ra cuûa boä ñeám troïng soá beù vôùi taát caû caùc ñaàu vaøo ñoàng boä cuûa 4FF boä ñeám troïng soá lôùn tieáp theo, cuõng noái ñeán ñaàu vaøo coång chuyeån vò ñaàu ra cuûa boä ñeám naøy, coøn caùc xung ñoàng hoà cuûa caùc boä ñeám ñeàu laø xung ñeám ñaàu vaøo CP. Trong caùch thöù hai, khoâng nhöõng töøng boä ñeám 1 soá laø ñoàng boä, maø söï laøm vieäc cuûa toaøn boä maïch noái gheùp ñeå ñeám nhieàu soá cuõng laø ñoàng boä. 131
c) Boä ñeám thuaän nghòch thaäp phaân ñoàng boä : Hình 6-2-14 Boä ñeám thuaän nghòch thaäp phaân ñoàng boä kieåu ñieàu khieån Xeùt hình 6-2-14 . 4FFJK maéc thaønh FFT. Khi tín hieäu thuaän/nghòch M = 1, boä ñeám laø thuaän, M = 0 boä ñeám laø nghòch. Phöông trình ñònh thôøi : CP1 = CP2 = CP3 = CP4 = CP (6-2-10) n n Phöông trình ñaàu ra : C = MQ 4Q1 (6-2-11) n n n n B = MQ 4 Q3 Q 2 Q1 (6-2-12) Phöông trình kích : ⎧T1 = 1 ⎪ n n n n n ⎪T = MQ n Q + MQ Q Q Q ⎪ 2 1 4 1 2 3 4 n n ⎪ = MQ n Q + MQ (Q n + Q n + Q n ) ⎪ 1 4 1 2 3 4 ⎪ ⎪ n n n n n n n ⎨T3 = MQ1 Q 2 + MQ1 Q 2 Q 2 Q3 Q 4 (6- ⎪ n n n n n n ⎪ = MQ1 Q 2 + MQ1 Q 2 (Q3 + Q 4 ) ⎪ n n n n n n ⎪T = MQ n Q n + MQ Q Q + MQ Q Q ⎪ 4 1 4 1 2 3 1 2 3 ⎪ = M(Q nQ n + Q n Q n Q n )MQ Q Q ⎩⎪ 1 4 1 2 3 1 2 3 2-13) Vôùi M = 1, töø (6-12-11), (6-12-12), (6-12-13) ta coù : C = Q n Q n B = 0 (6 − 2 −14) 4 1 n n n n n n n n n T1 = 1 T2 = Q1 Q 4 T3 = Q1 Q 2 T4 = Q1 Q 4 + Q1 Q 2 Q3 (6 − 2 −15) 132
Thay giaù trò (6-2-15) vaøo phöông trình ñaëc tröng cuûa FFT laø : n Q n+1 = TQ + TQ n n+1 n n+1 n n n n n n Ta coù :Q1 = Q1 Q 2 = Q1 Q 4 Q 2 + Q1 Q 4 Q 2 n+1 n n n n n n n+1 n n n n n n n n n n n n Q3 = Q1 Q 2 Q3 + Q1 Q 2 Q3 Q 4 = (Q1 Q 4 + Q1 Q 2 Q3 )Q 4 + Q1 Q 4 + Q1 Q 2 Q3 Q 4 (6-2-16) Giaû ñònh traïng thaùi hieän taïi, tuaàn töï thay vaøo (6-12-14) vaø (6-12-16) ñeå tính toaùn, keát quaû ta coù ñoà hình traïng thaùi hình 6-2-15. Coù theå thaáy raèng khi M = 1, maïch ñieän thöïc hieän ñeám thuaän thaäp phaân theo maõ 8421 vaø coù theå töï khôûi ñoäng. Khi M = 0, töø (6-2-11) (6-2-12) (6-2-13) ta coù : Hình 6-2-15 : Ñoà hình traïng thaùi khi M = 1 n n n n C = 0 B = Q 4 Q3 Q 2 Q1 (6 − 2 −17) ⎧ n n n n ⎪T1 = 1; T2 = Q1 (Q 2 + Q3 + Q 4 ⎨ (6 − 2 −18) n n n n n n n ⎩⎪T3 = Q1 Q 2 (Q3 + Q 4 ); T4 = Q1 Q 2 Q3 Thay giaù trò (6-2-18) vaøo phöông trình ñaëc tröng cuûa FFT, ñöôïc phöông trình traïng thaùi nhö sau : n ⎧Q n+1 = Q ⎪ 1 1 ⎪ n+1 n n n n n n n n n n Q = Q (Q + Q + Q )Q + Q (Q + Q + Q )Q ⎪ 2 1 2 3 4 2 1 2 3 4 2 ⎪ n n n n n n ⎨ = Q1 Q 2 (Q3 + Q 4 ) + Q1 + Q 2 (6-2-19) ⎪ n+1 n n n n n n n n n n ⎪Q3 = Q1 Q 2 (Q3 + Q 4 )Q3 + Q1 Q 2 ((Q3 + Q 4 )Q3 ⎪ n n n ⎪ = Q Q Q Q n + (Q n + Q n )Q n ⎩ 1 2 3 4 1 2 3 n+1 n n n n n n n n Q 4 = Q1 Q 2 Q3 Q 4 + Q1 Q 2 Q3 Q 4 Giaû ñònh traïng thaùi hieän taïi, tuaàn töï thay vaøo (6-2-17) vaø (6-2-19) ñeå tính toaùn, keát quaû ta coù ñoà hình traïng thaùi hình 6-2-16. Coù theå thaáy raèng, khi M = 0, maïch ñieän thöïc hieän ñeám nghòch thaäp phaân theo maõ 8421 vaø coù theå töï khôûi ñoäng. 133
(Hình 6-2-16) Ñoà hình traïng khi M = 0 Phöông phaùp gheùp noái nhieàu boä ñeám thuaän nghòch thaäp phaân ñoàng boä ñöôïc trình baøy ôû hình 6-2- 17. Hình 6-2-17 Caùch gheùp noái nhieàu boä ñeám thuaän nghòch thaäp Khi boä ñeám phaân ñoàng boä 1 soá thaønh nhieàu soá. troïng soá beù C = 1 thì ôû boä ñeám troïng soá lôùn M = 1, T1 = 1, noù seõ coâng taùc cheá ñoä ñeám thuaän. Khi boä ñeám troïng soá beù B = 1 thì ôû boä ñeám troïng soá lôùn M = 1, T1 = 1, noù seõ ñeám nghòch. Khi boä ñeám troïng soá beù C = B = 0 thì ôû boä ñeám troïng soá lôùn M = M = T1 = 0, vaø noù ngöøng ñeám. Xem laïi hình 6-2-14, sô ñoà söû duïng Flip Flop T, xung CP lieân tuïc ñöa ñeán ñoàng thôøi taát caû ñaàu vaøo ñoàng hoà cuûa caùc FF. Traïng thaùi ñaàu vaøo T quyeát ñònh söï chuyeån ñoåi traïng thaùi cuûa FF. T = 1 thì FF phaûi chuyeån ñoåi, T = 0 thì FF phaûi khoâng chuyeån ñoåi. Hình 6-2-18 döôùi ñaây giôùi thieäu maïch ñieän boä ñeám thuaän nghòch söû duïng Flip Flop T’. 134
Hình 6-2-18a Sô ñoà logic boä ñeám thuaän nghòch thaäp phaân ñoàng boä kieåu 2 ñaàu vaøo ñoàng hoà. Flip Flop T’ seõ chuyeån ñoåi traïng thaùi moãi khi xung ñoàng hoà ñeán. Xung CP laø phaûi ñi qua caùc coång ñieàu khieån môùi ñeán ñöôïc ñaàu vaøo ñoàng hoà cuûa FF. Vaäy FF muoán laät thì coång phaûi môû, FF caàn giöõ nguyeân traïng thaùi thì coång phaûi ñoùng. Xung ñeám thuaän, xung ñeám nghòch ñöôïc ñöa ñeán baèng hai ñaàu vaøo rieâng bieät. Khi ñöa vaøo xung ñeám thuaän thì boä ñeám thöïc hieän ñeám thuaän. Khi ñöa vaøo ñaàu ñeám nghòch thì boä ñeám ñeám nghòch. Khoâng cho pheùp hai ñaàu vaøo ñoàng thôøi coù xung ñeám. Khi gheùp noái boä ñeám, chæ caàn noái ñaàu ra ñeám thuaän cuûa boä ñeám 1 soá troïng soá beù vôùi ñaàu vaøo ñeám thuaän cuûa boä ñeám 1 soá troïng soá lôùn hôn keá tieáp, töông töï cho ñeám nghòch, nghóa laø noái daây chuyeàn. Hình 6-2-18b Daïng soùng boä ñeám hình 6-2-18a tröôøng hôïp ñeám thuaän Söû duïng phöông phaùp phaân tích logic, tham khaûo phaàn 6-2-2-1c, töông töï, ta coù theå tìm ñoà hình traïng thaùi cuûa maïch ñieän hình 6-2-18a. Coøn daïng soùng thì xem hình 6-2-18b. 3. Boä ñeán N phaân ñoàng boä Söû duïng FF1 ta coù theå tuøy yù xaây döïng boä ñeám ñoàng boä vôùi heä soá ñeám N baát kyø (N phaân) vaø dung löôïng baát kyø. Xem hình 6-2-19. 135
Hình 6-2-19 : Boä ñeám ñoàng boâï N phaân 6.2.3. Boä ñeám dò boä 1. Boä ñeám nhò phaân dò boä Ñem Flip Flop T’ maéc daây chuyeàn vôùi nhau thì ñöôïc boä ñeám nhò phaân dò boä, keát caáu khaù ñôn giaûn. a) Boä ñeám thuaän nhò phaân dò boä Caáu truùc maïch ñieän. Xem hình 6-2-20 Nguyeân lyù laøm vieäc : Vieát phöông trình : Phöông trình ñònh thôøi : CP1 = CP, CP2 =Q1, CP3 = Q2 (6-2-20) Hình 6-2-20 : Boä ñeám thuaän nhò phaân Flip Flop T’ seõ laät (chuyeån ñoåi) moãi dò boä khi xung ñoàng hoà xuaát hieän. Phöông trình traïng thaùi : n ⎧Q n+1 = Q vôùi ñieàu kieän xuaát hieänsöôøn aâm CP ⎪ 1 1 ⎪ n+1 n ⎨Q 2 = Q 2 vôùi ñieàu kieän xuaát hieänsöôøn aâm Q1 (6-2-21) ⎪ n Q n+1 = Q vôùi ñieàu kieän xuaát hieänsöôøn aâm Q ⎩⎪ 3 3 2 Trong (6-2-21) ghi roõ ñieàu kieän ñònh thôøi. Tính toaùn n n n Giaû thieát traïng thaùi ban ñaàu laø Q3 Q 2 Q1 = 000 , tuaàn töï thay vaøo (6-2-21) ñeå tính, ta ñöôïc keát quaû nhö baûng 6-2-3. Baûng 6-2-3 : KEÁT QUAÛ TÍNH TOAÙN 136
n n n n+1 n+1 n+1 Q3 Q 2 Q1 Q3 Q 2 Q1 Ñieàu kieän söôøn aâm 0 0 0 0 0 1 CP1 0 0 1 0 1 0 CP1 CP2 0 1 0 0 1 1 CP1 0 1 1 1 0 0 CP1 CP2 CP3 1 0 0 1 0 1 CP1 1 0 1 1 1 0 CP1 CP2 1 1 0 1 1 1 CP1 1 1 1 0 0 0 CP1 CP2 CP3 Löu yù khi tính ñeán caùc ñieàu kieän ñònh thôøi : Chæ vôùi ñieàu kieän xuaát hieän söôøn xung kích thì FF môùi laät ñuùng nhö phöông trình quy ñònh, neáu khoâng thì FF duy trì n n n nguyeân traïng (khoâng laät). Ví duï, khi Q3 Q 2 Q1 = 000 vaø vôùi ñieàu kieän söôøn aâm xung ñeán ñaàu vaøo xuaát hieän, do CP⎣ = CP neân F1 ñuû ñieàu kieän ñònh thôøi ñeå thöïc hieän laät theo n+1 n n n+1 phöông trình Q1 = Q1 cuï theå Q1 = 0 neân Q1 = 1 maø CP2 = Q1 tuy raèng F1 laät töø 0 sang 1, nhöng FF kích baèng söôøn aâm, nghóa laø chöa thoûa maõn ñieàu kieän ñònh thôøi, neân n+1 n F2 duy trì nguyeân traïng , Q 2 = Q 2 = 0 . F3 cuõng khoâng laät. n n n Laïi xeùt traïng thaùi Q3 Q 2 Q1 = 011 vôùi ñieàu kieän xuaát hieän söôøn aâm CP, F1 laät tröôùc, Q1 xuaát hieän söôøn aâm laøm F2 laät tieáp, Q2 xuaát hieän söôøn aâm laøm F3 laät sau cuøng, traïng thaùi boä ñeám chuyeån töø 011 thaønh 100. Trong baûng 6-2-3 coù ghi chuù ñieàu kieän ñònh thôøi ñöôïc thoûa maõn khi boä ñeám chuyeån traïng thaùi. Hình 6-2-21 Ñoà hình tran g thaùi boä ñeám Hình 6-2-22 Daïng soùng boä ñeám. 137
Hình 6-2-22 laø daïng soùng, ta thaáy roõ ñaëc ñieåm kích baèng söôøn aâm cuûa caùc FF boä ñeám. Nhaän xeùt caùc hình 6-2-21 vaø 6-2-22 : Maïch ñieän hình 6-2-20 laø sô ñoà boä ñeám thuaän nhò phaân 3 soá dò boä. Boä ñeám thuaän dò boä kích baèng söôøn döông (hình 6-2-23) Nguyeân lyù coâng taùc cuûa sô ñoà maïch hình 6-2-23 cuõng gioáng sô ñoà maïch hình 6-2-10. Nhöõng Flip Flop T’ ñöôïc söû duïng trong sô ñoà ñoøi hoûi phaûi kích baèng söôøn döông. Vaäy ñaàu vaøo cuûa FF troïng soá lôùn phaûi noái vôùi ñaàu ra ñaûo, Q cuûa FF troïng soá beù hôn keá tieáp. Hình 6-2-23 Boä ñeám thuaän nhò phaân dò boä kích baèng söôøn döông. CP2 = Q 1 CP3 = Q 2 Chæ caàn chuù yù ñaëc ñieåm ñieàu kieän ñònh thôøi kích baèng söôøn döông thì ta deã daøng hieåu ñöôïc maïch ñeám hình 6-2-23. Hình 6-2-24 laø sô ñoà maïch ñieän ñeám thuaän nhò phaân dò boä 3 soá. ÔÛ ñaây Flip Flop T’ ñöôïc caáu truùc töø Flip Flop JK vaø Flip Flop D. Hình 6-2-24 Duøng Flip Flop JK, Flip Flop D. a) duøng Flip Flop JK b) duøng Flip Flop D b) Boä ñeám nghòch nhò phaân dò boä Sô ñoà boä ñeám naøy treân hình 6-2-25 söû duïng Flip Flop T’. Hình 6-2-25 Kích baèng söôøn aâm, söôøn döông a) kích baèng söôøn aâm b) Kích baèng söôøn döông 138
. Khi khoâng ngöøng ñöa xung ñeám CP vaøo boä ñeám nghòch, tình huoáng chuyeån ñoåi traïng thaùi cuûa maïch ñieän nöh baûng 6-2-4, ñoà hình traïng thaùi hình 6-2-26 vaø daïng soùng hình 6-2-27. Baûng 6-2-4 : BAÛNG CHÖÙC NAÊNG n n n n+1 n+1 n+1 Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q1 Ñieàu kieän söôøn aâm 0 0 0 1 1 1 CP1 CP2 CP3 0 0 1 0 0 0 CP1 0 1 0 0 0 1 CP1 CP2 0 1 1 0 1 0 CP1 1 0 0 0 1 1 CP1 CP2 CP3 1 0 1 1 0 0 CP1 1 1 0 1 0 1 CP1 CP2 1 1 1 1 1 0 CP1 Hình 6-2-26. Ñoà hình traïng thaùi Hình 6-2-27 a) Kích baèng söôøn aâm b) Kích baèng söôøn döông Hình 6-2-26 chöùng toû roõ raøng raèng soá trò cuûa boä ñeám laø giaûm khoâng ngöøng theo cheá ñoä ñeám nghòch nhò phaân. c) Quy luaät noái gheùp caùc boä ñeám nhò phaân dò boä Söï noái gheùp giöõa caùc boä ñeám nhò phaân dò boä khaù ñôn giaûn. Ñaàu ra Flip Flop troïng soá beù noái vaøo ñaàu xung ñoàng hoà cuûa Flip Flop troïng soá lôùn. Quy luaâït noái gheùp xem baûng 6-2-5. 139
Baûng 6-2-5 : QUY LUAÄT NOÁI GHEÙP CAÙC BOÄ ÑEÁM NHÒ PHAÂN DÒ BOÄ Caùc kích cuûa Flip Flop T’ Quy luaät noái gheùp Söôøn döông Söôøn aâm Ñeám thuaän CPi = Q i−1 CPi = Q i−1 Ñeám nghòch CPi = Q i−1 CPi = Q i−1 Trong baûng treân CPi laø xung ñoàng hoà cuûa Flip Flop Fi, Qi-1 vaø Q i−1 laø tín hieäu cuûa Flip Flop Fi-1 coù troïng soá beù hôn lieàn keà vôùi Fi. Neáu duøng loaïi Flip Flop kích baèng söôøn döông thì xung ñoàng hoà CPi cuûa Fi noái vaøo Q i−1 cuûa Fi-1 , neáu duøng loaïi Flip Flop kích baèng söôøn aâm thì CPi noái vaøo Qi-1 ñeå caáu truùc boä ñeám thuaän. Coøn ñeå caáu truùc thaønh boä ñeám nghòch thì ngöôïc laïi. d) Ñaëc ñieåm boä ñeám dò boä nhò phaân Öu ñieåm : Caùch noái gheùp boä ñeám vaø caáu truùc ñeám ñeàu ñôn giaûn. Nhöôïc ñieåm : Taàn soá coâng taùc thaáp, xung nhieãu quaù ñoä töø traïng thaùi maõ hoùa naøy sang traïng thaùi maõ hoùa khaùc lôùn. 2. Boä ñeám thaäp phaân dò boä a) Boä ñeám thuaän thaäp phaân dò boä Caáu truùc maïch ñieän Sô ñoà hình 6-2-28 bao goàm 4 Flip Flop JK vaø hai coång . CP laø xung ñeám Hình 6-2-28 Boä ñeám thuaän thaäp phaân dò boä ñaàu vaøo, C laø tín hieäu chuyeån vò (nhôù) ñöa ñeán boä ñeám troïng soá lôùn hôn. Nguyeân lyù laøm vieäc Vieát phöông trình Phöông trình ñònh thôøi : CP1 = CP CP2 = CP4 = Q1 CP3 = Q2 (6- 2-22) n n Phöông trình ñaàu ra : C = Q 4Q1 (6-2-23) Phöông trình kích : n J1 = K1 = 1 J2 = Q 4 K2 = 1 n n J3 = K3 = 1 J4 = Q3 Q 2 K4 = 1 (6-2-24) 140
(Taïm quy öôùc raèng caùc ñaàu vaøo ñeå troáng laø noái vaøo möùc logic 1, ñaàu vaøo naøo coù nhieàu ñöôøng noái coi nhö ôû ñoù coù maïch NAND). Tìm phöông trình traïng thaùi Thay giaù trò (6-2-24) vaøo phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop JK, ta coù : n n ⎧Q n+1 = J Q + K Q n = Q vôùi ñieàu kieän xuaát hieän söôøn aâm CP ⎪ 1 1 1 1 1 ⎪ n+1 n n n n ⎪Q 2 = J2 Q 2 + K 2 Q 2 = Q 4 Q 2 vôùi ñieàu kieän xuaát hieän söôøn aâm Q1 ⎨ (6- n+1 n n n ⎪Q3 = J3 Q3 + K 3 Q3 = Q3 vôùi ñieàu kieän xuaát hieän söôøn aâm Q 2 ⎪ n+1 n n n n n ⎩⎪Q 4 = J 4 Q 4 + K 4 Q 4 = Q3 Q 2 Q 4 vôùi ñieàu kieän xuaát hieän söôøn aâm Q1 2-25) Tieán haønh tính toaùn Giaû ñònh traïng thaùi, tuaàn töï thay vaøo (6-2-25) vaø (6-2-23) ñeå tính ra keát quaû nhö baûng 6-2-6 . Khi tính toaùn caàn löu yù ñieàu kieän ñònh thôøi . Chæ khi söôøn aâm xung kích töông öùng xuaát hieän thì traïng thaùi Flip Flop môùi chuyeån ñeán traïng thaùi keá tieáp theo phöông trình. Baûng 6-2-6 : BAÛNG TRAÏNG THAÙI CUÛA BOÄ ÑEÁM THUAÄN THAÄP PHAÂN DÒ BOÄ n n n n n+1 n+1 n+1 n+1 Q 4 Q3 Q 2 Q1 Q 4 Q3 Q 2 Q1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 CP1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 CP1 CP2 CP4 0 0 1 0 0 0 1 1 0 CP1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 CP1 CP2 CP3 CP4 0 1 0 0 0 1 0 1 0 CP1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 CP1 CP2 CP4 0 1 1 0 0 1 1 1 0 CP1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 CP1 CP2 CP3 CP4 1 0 0 0 1 0 0 1 0 CP1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 CP1 CP2 CP4 1 0 1 0 1 0 1 1 0 CP1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 CP1 CP2 CP3 CP4 1 1 0 0 1 1 0 1 0 CP1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 CP1 CP2 CP4 1 1 1 0 1 1 1 1 0 CP1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 CP1 CP2 CP3 CP4 141
Veõ ñoà hình traïng thaùi Caên cöù vaøo keát quaû tính toaùn ôû baûng 6-2-6 coù theå veõ ñoà hình traïng thaùi nhö hình 6-2-29. Ñoà hình naøy chöùng toû raèng maïch ñieän coù sô ñoà ôû hình 6-2-28 laø boä ñeám thuaän thaäp phaân dò boä theo caùch maõ hoùa 8421, hôn nöõa Hình 6-2-29. maïch ñieän coù theå töï khôûi ñoäng. Xem Ñoà hình traïng thaùi boä ñeám thuaän thaäp phaân dò boä daïng soùng hình 6-2-30. Hình 6-2-30. Daïng soùng boä ñeám thuaän thaäp phaân dò boä b) Boä ñeám nghòch thaäp phaân dò boä (hình 6-2-31) Phöông phaùp phaântích nhö treân. Hình 6-2-31 Boä ñeám nghòch thaäp phaân dò boä Veà caùch gheùp noái caùc boä ñeám thaäp phaân dò boä 1 soá thaønh boä ñeám nhieàu chöõ soá : gheùp noái daây chuyeàn, ñaàu ra cuûa boä ñeám troïng soá beù ñöôïc noái vaøo ñaàu vaøo CP cuûa boä ñeám troïng soá lôùn hôn keá tieáp. c) Boä ñeám N phaân dò boä (hình 6-2-32) 142
Hình 6-2-32 Boä ñeám N phaân dò boä d) Xoùa vaø caøi ñaët ban ñaàu caùc boä ñeám dò boä Xoùa boä ñeám laø ñöa taát caû Flip Flop cuûa boä ñeám veà traïng thaùi 0 tröôùc khi baét ñaàu coâng taùc. Ñoái vôùi Flip Flop D coù maïch oån ñònh theo nguyeân lyù duy trì - ngaên trôû thì caàn choïn ñaàu vaøo Rd laø maïch tin caäy xoùa Flip Flop veà 0 (Ñaàu vaøo R bò traïng thaùi xung ñoàng hoà CP aûnh höôûng). Vì trong boä ñeám dò boä, ñaàu vaøo CP cuûa caùc Flip Flop coù theå laø 1, cuõng coù theå laø 0. Caøi ñaët ban ñaàu laø laøm cho boä ñeám tröôùc khi baét ñaàu coâng taùc phaûi ôû saün saøng traïng thaùi quy ñònh baèng caùch ñieàu khieån ñaàu vaøo dò boä. Cuøng vôùi moät nguyeân nhaân ñaõ noùi treân, ñoái vôùi Flip Flop D duy trì - ngaên trôû thì caàn choïn ñaàu vaøo Sd ; ñaàu vaøo Sd naøy khoâng bò aûnh höôûng cuûa CP (nhö ñaàu vaøo S). Ñoái vôùi boä ñeám nghòch dò boä, ñaàu tieân ñaët taát caû Flip Flop veà traïng thaùi 1, sau ñoù theo traïng thaùi quy ñònh maø xoùa nhöõng Flip Flop ñöôïc choïn veà 0, ñeå ñaït ñöôïc muïc ñích laø caøi ñaët ban ñaàu cho boä ñeám. Sôû dó nhö vaäy vì trong boä ñeám nghòch dò boä, FF troïng soá beù laät töø 0 sang 1 seõ ñöa ra tín hieäu chuyeån vò (nhôù) cho FF troïng soá lôùn hôn, laøm noù laät. Do ñoù thoâng qua ñaàu vaøo dò boä, ñaàu tieân ñaët taát caû FF ôû traïng thaùi 0, sau ñoù môùi choïn FF ñeå laäp 1. Neáu duøng caùc tín hieäu ñaûo nhau ñoàng thôøi ñöa vaøo ñaàu Rd, Sd ñeå caøi ñaët ban ñaàu thì khoâng coøn lo bò aûnh höôûng gì nöõa. 6.2.4. Boä ñeám IC côõ trung (MSI) Caùc vi maïch MSI boä ñeám coù nhieàu chuûng loaïi, chöùc naêng maïnh, duøng tieän lôïi. 1. Ví duï phaân tích : Hình 6-2-33 laø boä ñeám thuaän thaäp phaân ñoàng boä MSI. Maïch ñieän bao goàm 4 Flip Flop D vaø nhieàu coång, 4 ñaàu vaøo döõ lieäu A, B, C, D moät ñaàu laäp S, moät ñaàu xoùa R, hai ñaàu vaøo P, T boán ñaàu ra QA, QB, QC, QD vaø ñaàu chuyeån vò (nhôù) a) Phöông trình ñaàu ra vaø phöông trình traïng thaùi 143
Phöông trình ñaàu ra vaø phöông trình traïng thaùi n n n n Phöông trình ñaàu ra C = Q D + Q A + T = Q DQ A T (6-2-26) Hình 6-2-33. Boä ñeám MSI Phöông trình kích : n D A = R + SA + R + S + R PT ⊕ Q A n n D A = RSA + RS + R PT ⊕ R A = RSA + RSPT + Q A n n n n D B = R + SB + R + S + R PTQ A ⊕ Q B PTQ A + Q D n D = RSB + RS PTQ n ⊕ Q PTQ n Q n B A B A D (6- n n n DC = R + SC + R + S + R PTQ A + Q B ⊕ Q C n n n DC = RSC + RS PTQ A + Q B ⊕ Q C n n n n n n D D = R + SD + R + S + R PTQ A + Q D PTQ A + Q B + Q C ⊕ Q D n n n n n n D D = RSD + RS PTQ A Q D PTQ A Q BQ C ⊕ Q D 2-27) Phöông trình traïng thaùi Thay giaù trò (6-2-27) vaøo phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop D, ta coù : 144
⎧ n+1 n Q = RSA + RSPT ⊕ Q ⎪ A A ⎪ n+1 n n n n ⎪ Q B = RSB + RSPTQ A ⊕ Q B PTQ A Q D ⎨ (6- n+1 n n n ⎪Q C = RSC + RSPTQ A Q B ⊕ Q C ⎪ ⎪ n+1 n n n n n n ⎩ Q D = RSD + RSPTQ A Q D PTQ A Q BQ C ⊕ Q C 2-28) b) 4 cheá ñoä coâng taùc : Xoùa : R = 0 , vôùi söï xuaát hieän söôøn döông xung ñoàng hoà CP, boä ñeám bò xoùa. Thay giaù trò R = 0 vaøo (6-2-28) , ta coù : n+1 n+1 n+1 n+1 Q A = 0 Q B = 0 Q C = 0 Q D = 0 Caøi ñaët ban ñaàu. R = 1, S = 0, vôùi söï xuaát hieän söôøn döông CP, boä ñeám thieát laäp soá, töùc laø ñöa döõ lieäu ñaàu vaøo DCBA vaøo boä ñeám. Thay giaù trò R = 1, S = 0 vaøo (6-2-28), ta coù : n+1 n+1 n+1 n+1 Q A = A Q B = B QC = C Q D = D Duy trì nguyeân traïng (nhôù) R = S = 1, PT = 0 vôùi söï xuaát hieän söôøn döông CP, boä ñeám duy trì traïng thaùi voán coù, töùc laø caám laät. Thay giaù trò R = S = 1, PT = 0 vaøo (6-2-28) , ta coù : n+1 n n+1 n n+1 n n+1 n Q A = Q A Q B = Q B Q C = Q C Q D = Q D Ñeám : R = S = 1, P = T = 1, boä ñeám thöïc hieän chöùc naêng ñeám. Thay giaù trò R = S = P = T = 1 vaøo (6-2-26), (6-2-28), ta coù : n ⎧Q n+1 = Q ⎪ A A ⎪ n+1 n n n n n ⎪ Q B = Q B Q A + Q D Q BQ A ⎨ (6 − 2 − 29) n+1 n n n n n n ⎪Q C = Q CQ BQ A + Q C Q BQ A ⎪ n+1 n n n n n n ⎩⎪ Q D = Q DQ CQ BQ A + Q DQ A n n C = Q DQ 4 (6 − 2 − 30) Neáu ñaët QA = Q1, QB = Q2, QC = Q3, QD = Q4 thì caùc coâng thöùc (6-2-29), (6-2-30) hoaøn toaøn truøng hôïp vôùi caùc coâng thöùc (6-2-9) vaø (6-2-7) cuûa boä ñeám. Thuaän thaäp phaân ñoàng boä. Do ñoù coù theå duøng chung baûng chöùc naêng, ñeå hình traïng thaùi (baûng (6-2-2) vaø hình (6-2-11) 145
Qua trình baøy treân ñaây, caên cöù phöông trình ñaàu ra vaø phöông trình traïng thaùi (6- 2-26) vaø (6-2-28) coù theå lieät keâ thaønh baûng chöùc naêng 6-27. Baûng 6-2-7: BAÛNG CHÖÙC NAÊNG BOÄ ÑEÁM HÌNH 6-2-33 P T R S CP Chöùc naêng H H H H Ñeám x x H L Caøi ñaët ban ñaàu L H H Hx Duy trì nguyeân traïng x L H H x Duy trì C = 0 x x L x Xoaù H bieåu thò möùc cao, L bieåu thò möùc thaáp, x bieåu thò tuyø yù, bieåu thò söôøn döông xung ñoàng hoà. Hình 6-2-34 laø daïng soùng cuûa boä ñieám ; hình 6-2-34 phan aùnh toaøn dieän tình huoáng coâng taùc cuûa maïch ñieän hình 6-2-33 Hình 6-2-34. Daïng soùng boä ñeám 146
2) Söû duïng boä ñeám IC caàu truùc boä ñeám N phaân Treân cô sôû caùc boä ñeám thuaän thaäp phaân (maõ hoaù 8421) vaø nhò phaân daïng IC, baèng phöông phaùp phaûn hoài ñeå xoaù, chuùng ta coù theå caáu truùc boä ñeám N phaân. a) Caùc böôùc cô baûn Giaõ söû So bieåu thò 0, S1 bieåu thò 1, , SN -1 bieåu thò N-1, SN bieåu thò N. Phöông phaùp phaûn hoài ñeå xoaù coù caùc böôùc sau: - Vieát ra maõ nhò phaân cuûa SN - Tìm logic phaûn hoài ñeå xoaù – bieåu thöùc cuûa Rd - Veõ sô ñoà logic b) Coâng thöùc logic phaûn hoài ñeå xoaù Logic phaûn hoài ñeû xoaù laø bieåu thöùuc haøm soá cuûa ñaàu xoaù dò boä Rd cuûa boä ñeám IC. 1 Rd = P = ΠQ (6-2-31) 1−n 1 Trong coâng thöùc : P laø maõ cuûa traïng thaùi SN, Π Q laø tích caùc giaù trò Q cuûa caùc 1−n o FF traïng thaùi 1 töông öùng SN. Trong maõ traïng thaùi cuûa SN coøn bao goà Π Q , ñoù laø tích 1−n caùc giaù trò Q cuûa caùc FF traïng thaùi O töông öùng SN. Nhöng trong boä ñeám N phaân söû duïng logic phaûn hoài ñeå xoaù, vì caùc maõ nhò phaân Sn + 1 , SNn + 2, , S2n −1 khoâng ñöïoc duøng neân ñöôïc lôïi duïng ñeå ñôn giaûn hoaù haøm logic (toái thieåu hoaù), keát quaû Π Q o bò 1−n boû ñi caû: 1 P = Π Q1 Π Q o Π Q (6-2-31) 1−n 1−n 1−n Baây giôø duøng baûng Kaånugh 3 bieán laøm ví duï ñeå thuyeát minh söï ñuùng ñaén cuûa (6- 2-32). n N = 4 : SN = S4 = 100 ; SN = P4 = Q3 m5 + m7 duøng ñeå toái thieåu hoaù n n N = 5 : SN = S5 = 110 ; PN = P5 = Q3 Q1 m6 + m7 duøng ñeå toái thieåu hoaù n n N = 6 : SN = S6 = 110 ; PN = P6 = Q3 Q2 m7 duøng ñeå toái thieåu hoaù n n n N = 7 : SN = S7 = 111 ; PN = P7 = Q3 Q2 Q1 khoâng ñôn giaûn hoaù ñöôïc Ví duï treân ñaây raát ñôn giaûn nhöng minh hoaï (6-2-32) laø chính xaùc 147
Neáu duøng baûng Karnaugh 4 bieán, 5 bieán cuõng thaáy (6-2-32) laø ñuùng c) Ví duï: Ví duï 6-2-1 : Haõy öaây döïng boä ñeám N = 12 baèng boä ñeám thuaän nhò phaân ñoàng boä 4 soá. 1- Vieát maõ nhò phaân cuûa SN N = 12 SN = S12 = 1100 2- Tìm logic phaûn hoài ñeå xoaù 1 Rd = ΠQ = Q4 Q3 1−n 3- Veõ sô ñoà logic Phöông phaùp naøy toàn taïi hai vaán ñeà: - Traïng thaùi quaù ñoä SN cöïc ngaén Hình 6-2-35. Boä ñeám N =12 - Ñoä tin caäy phaûn hoài xoaù töông ñoái keùm Vaán ñeà traïng thaùi quaù ñoä SN Theo tö töôûng treân ñaây, boä ñeám N baét ñaàu ñeám töø So ñeán luùc ñaït soá ñeám SN – 1 neáu theâm moät xung ñeám thì phaûi laäp töùc bò xoaù veà O. Thöïc teá maïch ñieän phaûn hoài ñeå xoaù khoâng laäp töùc veà O. Ñaàu tieân maïch chuyeån ñoåi ñeán traïng thaùi SN, laøm cho Rd = P = 0. vì Rd = 0 neân boä ñeám reset, traïng thaùi SN tieáp theo bò maát laøm trieät tieâu tín hieäu Rd = 0. SN toàn taïi trong thôøi gian chöøng xaáp xæ treã truyeàn ñaït 3 caáp coång. Tuy traïng thaùi quaù ñoä cuûa SN laø cöïc ngaén, nhöng khoâng theå thieáu; khoâng coù traïng thaùu quaù ñoä ñoù thì khoâng coù caùch naøo taïo ra tín hieäu xoaù veà O. Vaán ñeà ñoä tin caäy phaûn hoài xoaù töông ñoái keùm Vì ñaëc tính coâng taùc xung vaø tình huoáng phuï taøi cuûa caùc Flip Flop boä ñeám laø khoâng gioáng nhau, laïi luoân luoân chòu taùc ñoäng cuûa nhieãu duø nhieàu duø ít, neân coù theå xaûy ra tình traïng coù FF vaãn coøn giöõ nguyeân traïng thaùi 1, trong khi ñoù coù FF ñaõ laät veà O. Do Rd = P , ta bieát raèng chæ caàn moät FF laät veà O thì Hình 6-2-36. Maïch caûi tieán cuûa boä ñeám SN maát, roài tín hieäu Rd = 0 cuõng maát. Moät khi Rd = 0 maát thì FF naøo khoâng kòp laät seõ khoâng coù caùch naøo laät veà khoâng nöõa. Hình 6-2-36 laø maïch ñieän giaûi quyeát vaán ñeà naøy. Trong maïch caûi tieán, Elip Flop RS keùo daøi Rd = 0 moät chuùt, do ñoù baûo ñaûm tín hieäu reát coù thôøi gian taùc duïng duø daøi ñeå boä ñeám xoaù veà 0 chaéc chaén. 148
Bình thöôøng Flip Flop RS caên baûn (do caùc coång A, B caáu truùc neân) ôû traïng thaùi 0 döôùi taùc duïng cuûa CP, Rd = Q = 1. Khi boä ñeám ñeám ñeán giaù trò SN – 1 = S11 = 1011, neáu xuaát hieän theâm 1 xung ñeám CP, vaøo khoaûng söôøn aâm cuûa noù boä ñeám laät töø Sn – 1 ñeán SN = S12 = 1100, laøm cho P =Q4 Q3 = 0 , Flip Flop RS caên baûn laäp 1, Q = 1, Q = Rd = 0, boä ñeám reset veà o, töùc laø laät veà So = 0000. Chæ khi naøo boä ñeám baét ñaàu ñeám laïi töø So söôøn döông xung CP qua coång C ñöôïc ñaûo pha roài môùi laät Flip Flop RS cô baûn veà 0, Q = 0, Q = 1 = Rd (tín hieäu xoaù veà 0 bò trieät tieâu). Vaäy thôøi gian Rd = 0 keùo daøi theâm nhieàu; neáu tæ soá beà roäng xung CP vôùi chu kì cuûa noù laø 50% thì thôøi gian töông öùng Rd = 0 laø moät nöûa chu kì xung CP. Neáu boä ñeám nhò phaân caáu truùc baèng maïch kích baèng söôøn döông xung ñeám CP thì khoâng caàn coång NOT © nöõa, maïch ñieän nhö hình 6-2-37. Hình 6-2-37. Boä ñeám nhò phaân kích söôøn döông Neáu khoâng coù yeâu caàu ñaëc bieät cao veà ñoä tin caäy, noùi chung ngöôøi ta vaãn hay duøng maïch ñieän ñôn giaûn hình 6-2-35. Söû duïng boä ñeám IC, caáu ttruùc boä ñeám N phaân raát ñôn giaûn tieän lôïi. Caùch laøm naøy cuõng khaù kinh teá. Duøng 2 IC boä ñeám nhò phaân 4 soá coù theå caáu truùc boä ñeám N = 1 \ 256. Duøng 2 IC boä ñeám thaäp phaân coù theå caáu truùc boä ñeám N = 1 \ 100. Hình 6-2-38 bieåu thò boä ñeám N = 84 caáu trucù töø 2IC boä ñeám thaäp phaân. Hình 6-2-38. Boä ñeám N = 84. a) Sô ñoà nguyeân lùyù b) Maïch caûi tieán 149
Hình 6-2-39 laø boä ñeám N = 12 caáu truùc töø boä ñeám nhò phaân dò boä 4 soá (IC). Phaàn trong khung neùt ñöùt laø sô ñoà logic cuûa IC. Noái QA vaø B vôùi nhau thì ñöôïc boä ñeám thuaän nhò phaân dò boä 4 soá. Roài caên cöù vaøo quy ñònh phaûn hoài xoaù veà 0, ta noái QD vôùi Ro(1) , Qc vôùi Ro(2) thì baây giôø coù boä ñeám thuaän dò boä N = 12. Xung ñeám CP ñöa ñeán ñaáu vaøo A. Hình 6-2-39. Boä ñeám thuaän dò boä N = 12 . 6.3. BOÄ NHÔÙ Boä nhôù laø moät linh kieân quan troïng cuûa maïch soá. Boä nhôù thöôøng ñöôïc duøng ñeå löu giöõ taïm thôøi döõ lieäu, leänh Moät Flip Flop coù theå nhôù 1 bit (nhò phaân), muoán nhôù maø nhò phaân n bit phaûi duøng n Flip Flop. 6.3.1. Boä nhôù cô baûn Maïch ñieän naøy chæ coù chöùc naêng tieáp nhaän tín hieäu nhò phaân maõ hoaù vaø xoaù tín hieäu ñaõ nhôù tröôùc. Caên cöù vaøo söï khaùc bieät trong caùch tieáp nhaän tín hieäu nhò phaân maõ hoaù, boä nhôù cô baûn chia laøm hai loaïi : hai nhòp vaø moät nhòp. 1) Caùch tieáp nhaän hai nhòp Hình 6-3-1.Caùch tieáp nhaän hai nhòp a) Caáu truùc maïch ñieän Hình 6-3-1 laø boä nhôù 4 bit do caùc Flip Flop RS cô baûn caáu truùc neân. Maïch ñieän coù 4 ñaàu vaøo döõ lieäu D4 D3 D2 D1 moät ñaàu vaøo xoaù, moät ñaàu vaøo ñieàu khieån tieáp nhaän döõ lieäu vaø 4 ñaàu ra Q4 Q3 Q2 Q1. b) Quaù trình tieáp nhaän tín hieäu nhò phaân maõ hoaù Ñaàu tieân phaûi xoaù veà 0 : Duøng xuyeân aâm (goïi laø xung xoaù hay xung Reset) ñöa caùc FF ñeàu laät veà 0. 150
Sau ñoù laø naïp soá lieäu : Duøng xung döông (goïi laø xung tieáp nhaän hay xung naïp soálieäu) ñeâ môû thoâng caùc coång 1 \ 4, ñöa töø maõ D4 D3 D2 D1 naïp vaøo boä nhôù vaø löu giöõu laïi. Töø phöông trình ñaëc tröng cuûa Flip Flop RS cô baûn, sau khi xoaù veà 0: n n n Q4 Q3 Q2 Q1 = 00000 Khi xung naïp xuaát hieän : n n n n Q4 +1 Q3 +1Q2 + 1Q1 +1= D4 D3 D2 D1 Vì caû quaù trình coâng taùc goàm 2 böôùc, neân ñöôïc goïi laø caùch tieáp nhaän hai nhòp 2) Caùch tieáp nhaän moät nhòp (maïch ñieän 6-3-2) Hình 6-3-2. Caùch tieáp nhaän moät nhòp. Trong hình 6-3-2, F4 F3 F2 F1 laø 4 Flip Flop RS cô baûn, D4 D3 D2 D1 laø ñaàu vaøo soá lieäu, Q4 Q3 Q2 Q1 laø ñaàu ra, ngoaøi ra coøn coù ñaàu vaøo ñieàu khieån tieáp nhaän. Neáu xem xeùt toaøn boä caùc FF vaø caùc coång cuûa noù moät theå thì maïch ñieän 6-3-2 thöïc teá laø do 4 maïch choát D caáu truùc neân, vôùi ñaàu vaøo ñieàu khieån tieáp nhaän laø ñaàu vaøo xung ñoàng hoà cuûa maïch choát, töùc laø CP. Phöông trình ñaëc tröng cuûa maïch choát D laø Q n +1= D vôùi ñieàu kieän xuaát hieän CP. Vaäy trong maïch ñieän hình 6-3-2, khi xuaát hieän xung tieáp nhaän, Flip Flop chuyeån ñoåi traïng thaùi Hình 6-3-3. Boä nhôù tieáp nhaän moät nhòp duøng Flip Flop D. 151
n n n n Q4 +1 Q3 +1Q2 + 1Q1 +1= D4 D3 D2 D1 töùc laø boä nhôù tieáp nhaän vaø löu giöõu tín hieäu nhò phaân maõ hoaù. Maïch ñieän naøy hoaøn thaønh chöùc naêng boä nhôù chæ trong moät böôùc, neân ñöôïc goïi laø maïh tieáp nhaän moät nhòp. Roõ raøng chuùng ta coù theå duøng caùc loaïi Flip Flop D, RS, JK ñeå caáu truùc boä nhôù cô baûn. Hình 6-3-3 giôùi thieäu boä nhôù 4 bít duøng Flip Flop D 3) IC boä nhôù cô baûn Vi maïch boä nhôù cô baûn bao goàm caùc Flip Flop vaø caùc ñoång ñieàu khieån lieân quan ñöôïc cheá taïo trong moät chip. Caên cöù vaøo söï khaùc bieät veà caáu truùc, caùc vi maïch boä nhôù phaân thaønh boä nhôù ñôn (chæ coù 1 boä nhôù trong 1 voû) vaø boä nhôù gheùp (moät soá boä nhôù ñöôïc ñoùng goùi chung trong 1 voû). Hình 6-3-4 laø boä nhôù 4 bít duøng Flip Flop D, ngoaøi ra coøn hay gaëp caùc boä nhôù keùp 2 x 5, 2 x 6 v.v Caùc boä nhôù do maïch choát caáu truùc neân thöôøng coù maïch choát caáu truùc neân thöôøng coù maïch choát hai chieàu 8 bít, maïch choát 4 bít coù Hình 6-3-4.IC boä nhôù 4 Flip ñaàu vaøo xoaù vaø maïch choát keùp 2 x 4. IC boä nhôù Flop D gheùp ñieån hình coù boä nhôù 4 x 4,8 x 2 v.v .6.3.2. Boä ghi dòch Boä ghi dòch ngoaøi chöùc naêng löu giöõ ra, coøn coù chöùc naêng dòch töøng bít theo nhòp xung ñoàng hoà. Döõ lieäu löu giöõ trong boä ghi dòch döôùi taùc duïng cuûa xung dòch (shist) coù theå tuaàn töï dòch traùi hay dòch phaûi. 1) Boä ghi dòch moät höôùng Hình 6-3-5 laø boä ghi dòch moät höôùng caáu truùc baèng Flip Flop D. Ñaàu ra Q cuûa moãi FF tuaàn töï noái ñeán ñaàu vaøo D cuûa FF tieáp sau; chæ coù ñaàu vaøo D cuûa FF thöù nhaát tieáp nhaän döõ lieäu. Cöù moãi khi xuaát hieän söôøn döông xung ñoàng hoà thì döõ lieäu maõ hoaù ñöôïc dòch vaøo F1, ñoàng thôøi traïng thaùi cuûa moãi FF cuõng dòch ñeán FF tieáp theo. Giaû söû töø maõ ñaàu vaøo laø 1011, döôùi taùc duïng caûu xung dòch, thì ình huoáng dòch cuûa töø maõ trong Hình 6-3-5. Boä ghi dòch noät höôùng. boä ghi dòch nhö baûng 6.3.1. Coù theå thaáy 152