NHẬP MÔN MẠCH SỐ CHƯƠNG 6: MẠCH TUẦN TỰ - BỘ ĐẾM Nội dung  Bộ đếm bất đồng (Asynchronous counters) Hệ số đếm (MOD number) Bộ đếm lên/xuống (Up/ Down counters) Phân tích thiết kế đếm bất đồng Delay mạch (Propagation delay)  Bộ đếm đồng (Synchronous counters) Phân tích đếm đồng (Analyze synchronous counters) Thiết kế đếm đồng (Design synchronous counter)  Thanh ghi (Register) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Bộ đếm bất đồng Xem xét hoạt động đếm 4-bit bên – Clock kết nối đến chân CLK FF A – J K tất FF – Ngõ Q FF A kết nối với chân CLK FF B, tiếp tục kết nối với FF C, D – Ngõ FF D, C, B A tạo thành đếm 4-bit binary với D có trọng số cao (MSB) Bảng thật FF-J_K Note: * tất ngõ vào J K FF đưa vào mức 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Bộ đếm bất đồng Sau cạnh xuống xung CLK thứ 16, đếm quay trở lại trạng thái ban đầu DCBA = 0000 Bảng thật FF-J_K 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Bộ đếm bất đồng  Các FFs không thay đổi trạng thái đồng với xung Clock Trong ví dụ slide trước, Chỉ FF A thay đổi cạnh xuống xung Clock , FF B phải đợi FF A thay đổi trạng thái trước lật, FF C phải đợi FF B thay đổi, tương tự với FF D phải đợi FF C  Có trì hỗn (delay) FF liên tiếp  Chỉ FF có trọng số thấp kết nối với xung Clock  Bộ đếm gọi đếm tích lũy trì hoãn (ripple counter) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Hệ số đếm (MOD number)  Hệ số đếm số trạng thái khác đếm trước đếm lặp lại chu trình đếm Thêm vào Flip-flop tăng hệ số đếm 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Ví dụ  Cần FF cho đếm 1000 sản phẩm? • Đáp án 29 = 512 => FFs đếm tối đa 512 sản phẩm  không thỏa yêu cầu 210 = 1024 => 10 FFs đếm tối đa 1024 > 1000  Thỏa yêu cầu toán 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Ví dụ  Các bước để làm đồng hồ số  Cần FF cho đếm có hệ số đếm 60 (MOD60)? • Đáp án: Khơng có số ngun N để thỏa điều kiện 2N = 60  Số N gần 6, 26 = 64 > 60 11/2/2017 Vì đồng hồ số cần đếm xác  Khơng có đáp án với yêu cầu thiết kế Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Câu hỏi thảo luận Đúng hay sai? Trong đếm bất đồng bộ, tất FF thay đổi trạng thái thời điểm Giả sử đếm ví dụ có giá trị DCBA = 0101 Giá trị đếm sau 27 xung clock tiếp theo? Hệ số đếm ví dụ FF thêm vào đếm? 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Bộ đếm có hệ số đếm < 2N  Bộ đếm bất đồng thông thường giới hạn hệ số đếm 2N (Hệ số đếm lớn với N flip-flop sử dụng)  Xét đếm với mạch cho bên Tất ngõ vào J, K MOD-6 counter? 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 10 Thiết kế đếm bất đồng MOD-X  Ví dụ: Thiết kế đếm lên bất đồng MOD-5 dùng FF-T có xung clock kích cạnh xuống, ngõ vào Preset Clear tích cực cao Biết trạng thái ban đầu đếm Những trạng thái khơng có chu trình đếm đưa giá trị trạng thái đếm Bước 1: Tìm số flip-flop cần dùng nhỏ thỏa yêu cầu tốn (2N >= X) Ta có: 23 >= (MOD-5)  Sử dụng FF 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 17 Thiết kế đếm bất đồng MOD-X  Bước 1: Tìm số flip-flop cần dùng nhỏ thỏa yêu cầu toán (2N >= X) Ta có: 23 >= (MOD-5)  Sử dụng FF 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 18 Thiết kế đếm bất đồng MOD-X  Bước 2: Vẽ lưu đồ chuyển trạng thái đếm - Trạng thái Reset đếm: Q2Q1Q0 = 010 - Trạng thái khơng có chu trình đếm Q2Q1Q0 = 011, 100 - Trạng thái sau reset đếm Q2Q1Q0 = 101 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 19 Thiết kế đếm bất đồng MOD-X  Bước 3: Thiết kế mạch Reset đếm  Trường hợp 1: 2N = X  Mạch không bị Reset  bỏ qua bước  Trường hợp 2: 2N >= X ➢ Dựa vào trạng thái sau Reset đếm ta tạo tín hiệu điều khiển Z đưa vào cổng Preset cổng Clear thích hợp Trạng thái sau reset đếm Q2Q1Q0 = 101 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 20 Thiết kế đếm bất đồng MOD-X  Sử dùng bìa Karnaugh để rút gọn: - Vì cổng PR CLR tích cực mức cao nên tín hiệu điều khiển Z mức cao - Trạng thái Reset đếm tạo tín hiệu điều khiển Z mức cao (“1”) - Những trạng thái chu trình đếm tạo tín hiệu điều khiển Z mức cao (“1”) - Trạng thái Reset đếm: Q2Q1Q0 = 010 - Trạng thái khơng có chu trình đếm Q2Q1Q0 = 011, 100 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch Reset đếm 21 Thiết kế đếm bất đồng MOD-X Bước 4: Vẽ mạch cần thiết kế 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 22 Ví dụ  Thiết kế đếm MOD-60 ví dụ 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 23 Ví dụ  Sử dụng FF-T để thiết kế đếm bất đồng MOD-10 đếm từ giá trị đến Biết FF sử dụng kích cạnh xuống, ngõ vào Pr Clr tích cực mức thấp 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 24 Delay đếm bất đồng  Các FFs không thay đổi trạng thái đồng với xung Clock Trong đếm bất đồng bộ:, Chỉ FF A thay đổi cạnh lên/xuống xung Clock , FF B phải đợi FF A thay đổi trạng thái trước lật, FF C phải đợi FF B thay đổi, tương tự với FF D phải đợi FF C  Có trì hỗn (delay) FF liên tiếp  Chỉ FF có trọng số thấp (FF A) kết nối với xung Clock  Bộ đếm gọi đếm tích lũy trì hỗn (ripple counter) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 25 Delay đếm bất đồng  Bộ đếm tích lũy trì hỗn có thiết kế đơn giản Tuy nhiên, hạn chế đếm delay FF trước tích lũy đến FF sau  Delay toàn mạch lớn  Bộ đếm không phù hợp cho thiết kế hoạt động tần số cao  Để mạch hoạt động chu kì xung Clock phải lớn tổng Delay mạch Tclock  N x tpd Tclock: chu kì xung Clock N: số FF mạch Tpd: delay FF  Tần số tối đa mạch: Fmax=1/(N x tpd) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 26 Delay đếm bất đồng  T=1000ns  tpd=50ns  T  x tpd Bộ đếm hoạt động 11/2/2017 Trạng thái CBA = 100 khơng xuất • T=100ns • tpd=50ns  T < x tpd Bộ đếm hoạt động sai Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 27 Delay đếm bất đồng  Bộ đếm bất đồng khơng hữu ích hoạt động tần số cao, đặc biệt đếm sử dụng nhiều flip-flop  Tuy nhiên, tính đơn giản thiết kế, đếm bất đồng sử dụng mạch khơng đòi hỏi tần số cao 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 28 Câu hỏi thảo luận? Bộ đếm ghi dịch cần nhiều FF đếm Binary thông thường với hệ số đếm (MOD number)? Bộ đếm ghi dịch cần mạch giải mã phức tạp đếm Binary thông thường? Làm để chuyển đổi đếm vòng tròn sang đếm Johnson? Đúng hay Sai? a) Ngõ đếm vòng tròn ln ln xung vuông b) Mạch giải mã cho đếm Johnson đơn giản đếm Binary thông thường? c) Bộ đếm vòng tròn Johnson đếm đồng bộ? Cần FF để thiết kế đếm vòng tròn MOD-16? Bộ đếm Johnson MOD-16? 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 29 Tóm tắt nội dung chương học  Qua Phần - Chương 6, sinh viên cần nắm nội dung sau: Phương pháp thiết kế mạch tuần tự: đếm bất đồng Kiểm chứng thiết kế vẽ giản đồ xung Ưu khuyết điểm đếm bất đồng 30 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Thảo luận? ... Khơng có số nguyên N để thỏa điều kiện 2N = 60  Số N gần 6, 26 = 64 > 60 11 /2/ 2017 Vì đồng hồ số cần đếm xác  Khơng có đáp án với u cầu thiết kế Copyrights 20 16 UIT-CE All Rights Reserved Câu hỏi... 4: Vẽ mạch cần thiết kế 11 /2/ 2017 Copyrights 20 16 UIT-CE All Rights Reserved 22 Ví dụ  Thiết kế đếm MOD -60 ví dụ 11 /2/ 2017 Copyrights 20 16 UIT-CE All Rights Reserved 23 Ví dụ  Sử dụng FF-T để... MOD- 16? Bộ đếm Johnson MOD- 16? 11 /2/ 2017 Copyrights 20 16 UIT-CE All Rights Reserved 29 Tóm tắt nội dung chương học  Qua Phần - Chương 6, sinh viên cần nắm nội dung sau: Phương pháp thiết kế mạch