Kỹ thuật số Chương 5: Mạch tuần tự

m không đồng bộ a. Mạch đếm không đồng bộ n tầng đếm lên (n=4) Trong các mạch đếm đồng bộ, xung CK không tác động đồng thời lên các FF. Từ bảng trạng thái của mạch đếm đồng bộ n tầng đếm lên (trình bày ở trên), ta thấy nếu dùng FF JK với xung đồng hồ tác động cạnh xuống thì có thể lấy ngã ra của tầng trước làm xung đồng hồ CK cho tầng sau, với điều kiện các ngõ vào JK đều được đưa lên mức cao. Ta được mạch đếm không đồng bộ 4 bit, đếm lên. Ta được kết quả như hình sau: Giáo trình Kỹ Thuật Số Chủ biên Võ Thanh Ân Trang 66 Hình: Mạch đếm không đồng bộ n tầng đếm lên. Dưới đây là tín hiệu của xung CK và ngã ra của các FF. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 Tổ hợp các số tạo bởi các ngã ra các FF D, C, B, A là số nhị phân từ 0 đến 15. b. Mạch đếm không đồng bộ n tầng đếm xuống (n=4) Để có mạch đếm không đồng bộ n tầng đếm xuống, ta nối Q của tầng trước vào ngã vào CK của tầng sau. Dưới đây là sơ đồ mạch, sơ đồ xung CK và sơ đồ các ngã ra của các FF. Hình: Mạch đếm không đồng bộ n tầng đếm xuống. + + J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Cl + Q A Q B Q C Q D A B C D + CK QA QB QC QD + + J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Cl + Q A Q B Q C Q D A B C D + Tổ Tin Học Trang 67 Chủ biên Võ Thanh Ân Dưới đây là tín hiệu của xung CK và ngã ra của các FF. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Tổ hợp các số tạo bởi các ngã ra các FF D, C, B, A là số nhị phân từ 15 xuống 0. c. Mạch đếm không đồng bộ n tầng đếm lên, xuống Để có mạch n tầng đếm lên hoặc xuống, ta dùng một mạch đa hợp 2→1 có ngã vào điều khiển C để chọn Q hoặc Q đưa vào tầng sau qua các cổng AND. Trong mạch dưới đây, C = 0 mạch đếm xuống, C = 1 mạch đếm lên. Hình: Mạch đếm không đồng bộ n tầng đếm lên, xuống. CK QA QB QC QD ++ J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Cl + Q C Q D C D J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Q A Q B A B C Giáo trình Kỹ Thuật Số Chủ biên Võ Thanh Ân Trang 68 d. Mạch đếm không đồng bộ modulo – N (N = 10) i. Ki•u Reset Để thiết kế mạch đếm kiểu Reset, trước nhất người ta lập bảng trạng thái cho số đếm. CK QD QC QB QA Dec Xóa 0 0 0 0 0 1↓ 0 0 0 1 1 2↓ 0 0 1 0 2 3↓ 0 0 1 1 3 4↓ 0 1 0 0 4 5↓ 0 1 0 1 5 6↓ 0 1 1 0 6 7↓ 0 1 1 1 7 8↓ 1 0 0 0 8 9↓ 1 0 0 1 9 10↓ 0(1) 0 0(1) 0 10 Quan sát bảng trên ta thấy, ở xung thứ 10, nếu theo cách đếm 4 tầng thì QD và QB phải lên 1 (số trong ngoặc). Lợi dụng 2 trạng thái này ta dùng một cổng NAND 2 ngã vào để đưa các tín hiệu về xoá các FF, ta được mạch đếm như dưới đây. Hình: Mạch đếm 10 kiểu Reset. ii. Ki•u Preset Trong kiểu Preset các ngã vào của các FF sẽ được đặt trước hoặc nối với một ngã ra nào đó hoặc một mạch tổ hợp có ngã vào nối với các ngã ra của các FF để khi mạch đếm đến trạng thái thứ N thì tất cả các FF tự động quay về 0. Thường người ta sẽ quan sát bảng trạng thái và kết hợp với phương pháp MARCUS để xác định JK của các FF và để dễ thiết kế, người ta phân N = 2n. N’ (N’<N) rồi kết hợp hai mạch đếm n bit và N’. Ví dụ: Để thiết kế mạch đếm 10, ta chỉ cần thiết kế mạch đếm 5 rồi kết hợp với 1 FF (mạch đếm 2). Dưới đây là bảng trạng thái của mạch đếm 5. + + J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q + Q A Q B Q C Q D A B C D + Tổ Tin Học Trang 69 Chủ biên Võ Thanh Ân Số xung CK vào Số nhị phân Số thập phân QD QC QB Xóa 0 0 0 0 1 0 0 1 1 2 0 1 0 2 3 0 1 1 3 4 1 0 0 4 5 0 0 0 0 Giả sử FF JK có xung CK tác động cạnh xuống. Từ bảng trên ta thấy, có thể dùng tín hiệu ngã ra của FF B làm xung đồng hồ cho FF C. CKC = QB FF C, FF D dùng xung CK của hệ thống và ngã vào JK được xác định theo phương pháp MARCUS. CK QD QC QB JD KD JC KC Xóa 0 0 0 0 × 1 × 1↓ 0 0 1 0 × × 1 2↓ 0 1 0 0 × 1 × 3↓ 0 1 1 1 × × 1 4↓ 1 0 0 × 1 0 × 5↓ 0 0 0 Ta thấy ngay KD = KB = 1. Dùng bảng đồ Karnaugh xác định JD và JB. QCQB QD 00 01 11 10 QCQB QD 00 01 11 10 0 1 0 1 × × 1 1 × × × × 1 × × × JD = QC.QB DB QJ = Dưới đây là mạch đếm 10 thiết kế theo kiểu 2×5, với mạch đếm 5 có được từ kết quả trên. Hình: Mạch đếm 10 kiểu 2×5. IC 7490 là IC đếm 10, có sơ đồ mạch với các ngã vào Reset như dưới đây. + + J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Cl + Q A Q B Q C Q D A B C D + Giáo trình Kỹ Thuật Số Chủ biên Võ Thanh Ân Trang 70 Hình: Sơ đồ mạch IC 7490. Dưới đây là bảng sự thật cho các ngã vào Reset. Reset Input Output R0(1) R0(2) RS(1) RS(1) QD QC QB QA 1 1 0 × 0 0 0 0 1 1 × 0 0 0 0 0 × × 1 1 1 0 0 1 × 0 × 0 Đếm Đếm Đếm Đếm 0 × 0 × Đếm Đếm Đếm Đếm 0 × × 0 Đếm Đếm Đếm Đếm × 0 0 × Đếm Đếm Đếm Đếm IC 7490 có thể thực hiện một trong 2 cách mắc sau: - Mạch đếm 2×5. Nối QA vào ngã vào B, xung CK vào ngã vào A. - Mạch đếm 5×2. Nối QD vào ngã vào A, xung CK vào ngã vào B. Hai cách mắc trên cho kết quả số đếm khác nhau nhưng cùng một chu kỳ 10. Tần số tín hiệu của ngã ra sau bằng 1/10 tần số xung CK. Dưới đây là bảng trạng thái cho 2 trường hợp nói trên. QD QC QB QA QD QC QB QA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 Đếm 2×5 Đếm 5×2 + + J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q B + Q A Q B Q C Q D + A RS(1) RS(2) R0(1) R0(2) Tổ Tin Học Trang 71 Chủ biên Võ Thanh Ân 4. Mạch đếm vòng a. Giới thiệu Mạch đếm vòng thực chất là mạch ghi dịch trong đó ta cho hồi tiếp từ một ngã ra nào đó về ngã vào để thực hiện một chu kỳ đếm. Tuỳ đường hồi tiếp mà ta có chu kỳ đếm khác nhau. Sau đây, ta khảo sát một vài loại mạch đếm vòng phổ biến. b. Hồi tiếp từ QD về JA và DQ về KA Hình: Mạch hồi tiếp từ QD về JA và Q về KA. Đối với mạch này, sự đếm vòng chỉ thấy khi có đặt trước ngã ra. Ta xét các ví dụ đặt trước QA = 1 và đặt trước QA = QB = 1, ta được bảng dưới đây. CK QD QC QB QA Dec CK QD QC QB QA Dec Preset 0 0 0 1 1 Preset 0 0 1 1 3 1↓ 0 0 1 0 2 1↓ 0 1 1 0 6 2↓ 0 1 0 0 4 2↓ 1 1 0 0 12 3↓ 1 0 0 0 8 3↓ 1 0 0 1 9 4↓ 0 0 0 1 1 4↓ 0 0 1 1 3 : : : : : : : : : : : : Đặt trước QA = 1 Đặt trước QA = QB = 1 c. Hồi tiếp từ DQ về JA và QD về KA Hình: Hồi tiếp từ DQ về JA và QD về KA. J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Cl Q A Q B Q C Q D A B C D J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Cl Q A Q B Q C Q D A B C D Giáo trình Kỹ Thuật Số Chủ biên Võ Thanh Ân Trang 72 Mạch này còn có tên là mạch Johnson. Mạc có chu kỳ đếm mặc nhiên mà không cần đặt trước. Nếu đặt trước, mạch sẽ cho các chu kỳ khác nhau, tùy vào tổ hợp đặt trước. Bảng dưới đây là chu kỳ đếm mặc nhiên. CK QD QC QB QA Dec Preset 0 0 0 0 0 1↓ 0 0 0 1 1 2↓ 0 0 1 1 3 3↓ 0 1 1 1 7 4↓ 1 1 1 1 15 5↓ 1 1 1 0 14 6↓ 1 1 0 1 12 7↓ 1 0 0 0 8 8↓ 0 0 0 0 0 Không đặt trước d. Hồi tiếp từ DQ về JA và QC về KA Hình: Hồi tiếp từ DQ về JA và QC về KA. CK QD QC QB QA Dec Preset 0 0 0 0 0 1↓ 0 0 0 1 1 2↓ 0 0 1 1 3 3↓ 0 1 1 1 7 4↓ 1 1 1 0 14 5↓ 1 1 0 1 12 6↓ 1 0 0 0 8 7↓ 0 0 0 0 0 Không đặt trước J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q J Q CK K Cl Q Cl Q A Q B Q C Q D A B C D