Tải bản đầy đủ

Bài giảng Điện tử số - Chương 4 pptx

11/13/2009
79
Nội dung chương 4
4.1. Khái niệm
4.2. Các mô hình của hệ dãy
4.3. Các Trigger
4.4. Một số ứng dụng hệ dãy
157
t
5
t
4
t
3
t
2
t
1
X
1
=

0 1 1 0 0
X
2
=
0 1 1 1 0
Bộ
cộng
liên
tiếp
Y
t
5
t
4
t
3
t
2
t
1
X
1
= 0 1 1 0 0
X
2
= 0 1 1 1 0
Y= 1 1 0 1 0
LSB
4.1. Khái niệm
 Hệ dãy: tin tức ở đầu ra không chỉ phụ thuộc tin
tức đầu vào ở thời điểm hiện tại mà còn phụ thuộc
vào quá khứ của các tin tức đó nữa hệ có nhớ.
 Ví dụ: Xét bộ cộng nhị phân liên tiếp. Bộ cộng có 2
đầu vào X1, X2 là 2 số nhị phân cần cộng, đầu ra Y
là tổng của X1, X2.
158
11/13/2009
80
4.1. Khái niệm
Nhận xét: Tín hiệu ra Y là khác nhau ngay cả
trong các trường hợp tín hiệu vào như nhau
 Phân biệt 2 loại quá khứ của tín hiệu vào:
một là loại tín hiệu vào tạo ra số nhớ bằng 0
và hai là loại tín hiệu vào tạo ra số nhớ bằng
1.
 Hai loại này tạo nên 2 trạng thái của bộ cộng
là có nhớ (số nhớ = 1) và không nhớ(số nhớ
= 0).
Ra t
i
: vào t
i
số nhớ t
i-1
: vào t
i-1
số nhớ t
i-2
159
Mô hình Mealy và mô hình Moore
Trạng thái
X
Y
HỆ DÃY
4.2. Các mô hình hệ dãy
Mô hình của hệ dãy được dùng để mô tả hệ dãy thông qua
tín hiệu vào, tín hiệu ra và trạng thái của hệ mà không quan
tâm đến cấu trúc bên trong của hệ.
160
11/13/2009
81
Mealy: mô tả hệ dãy bằng bộ 5
• X : tập hữu hạn các tín hiệu vào. Nếu hệ có m đầu
vào các tín hiệu vào tương ứng là x
1
,x
2
,x
m
• S : tập hữu hạn các trạng thái. Nếu hệ có n trạng
thái các trạng thái tương ứng là s
1
,s
2
,s
n
• Y: tập hữu hạn các tín hiệu ra. Nếu hệ có l đầu ra
ta có các tín hiệu ra tương ứng là y
1
,y
2
,y
l
• Fs: hàm trạng thái. Fs = Fs(X,S)
• Fy : hàm ra. Fy = Fy(X,S)
Moore: cũng dùng bộ 5 như mô hình Mealy
Điều khác biệt duy nhất: Fy = Fy(S)
4.2. Các mô hình hệ dãy
Mealy Moore
161
4.2. Các mô hình hệ dãy
Ví dụ Bộ cộng nhị phân liên tiếp
Xét theo mô hình Mealy:
 Tập tín hiệu vào: X={00,01,10,11}.
 Tập tín hiệu ra: Y = {0,1}.
 Tập trạng thái: S = {s0, s1}
Trạng thái s0 là trạng thái không nhớ hay số nhớ tạo
ra bằng 0.
Trạng thái s1 là trạng thái có nhớ hay số nhớ tạo ra
bằng 1.
162
11/13/2009
82
4.2. Các mô hình hệ dãy
 Hàm trạng thái: (trạng thái hiện tại, trạng thái
tiếp theo)
Fs(s0,11) = s1
Fs(s0,x1x2) = s0 nếu x1x2=00, 01 hoặc 10
Fs(s1,00) = s0
Fs(s1,x1x2) = s1 nếu x1x2=10, 01 hoặc 11.
 Hàm ra:
Fy(s0,00 hoặc 11) = 0
Fy(s0,01 hoặc 10) = 1
Fy(s1,00 hoặc 11) = 1
Fy(s1,01 hoặc 10) = 0
163
4.2. Các mô hình hệ dãy
Xét theo mô hình Moore:
 Tập tín hiệu vào: X={00,01,10,11}.
 Tập tín hiệu ra: Y = {0,1}.
 Tập trạng thái: {s00, s01, s10, s11}
s00 : trạng thái không nhớ, tín hiệu ra bằng 0
s01 : trạng thái không nhớ, tín hiệu ra bằng 1
s10 : trạng thái có nhớ, tín hiệu ra bằng 0
s11 : trạng thái có nhớ, tín hiệu ra bằng 1.
 Hàm trạng thái:
Fs(s00 hoặc s01,00) = s00
Fs(s00 hoặc s01,01) = s01
 Hàm ra:
Fy(s00) = Fy(s10) = 0
Fy(s01) = Fy(s11) = 1
164
11/13/2009
83
S
X
X
1
X
2
X
N
s
1
Fs(s
1
,X
1
),Fy(s
1
,X
1
) Fs(s
1
,X
2
),Fy(s
1
,X
2
) : Fs(s
1
,X
N
),Fy(s
1
,X
N
)
s
2
Fs(s
2
,X
1
),Fy(s
2
,X
1
) Fs(s
2
,X
2
),Fy(s
2
,X
2
) : Fs(s
2
,X
N
),Fy(s
2
,X
N
)
: : : : :
s
n
Fs(s
n
,X
1
),Fy(s
n
,X
1
) Fs(s
n
,X
2
),Fy(s
n
,X
2
) : Fs(s
n
,X
N
),Fy(s
n
,X
N
)
Nếu hệ có m đầu vào thì N <= 2
m
Trạng thái tiếp theo
Trạng thái hiện tại
Tín hiệu ra
4.2. Các mô hình hệ dãy
 Bảng trạng thái Mealy
165
S
X
Y
X
1
X
2
X
N
s
1
Fs(s
1
,X
1
) Fs(s
1
,X
2
) : Fs(s
1
,X
N
) Fy(s
1
)
s
2
Fs(s
2
,X
1
) Fs(s
2
,X
2
) : Fs(s
2
,X
N
) Fy(s
2
)
: : : : : :
s
n
Fs(s
n
,X
1
) Fs(s
n
,X
2
) : Fs(s
n
,X
N
) Fy(s
n
)
Trạng thái hiện tại
Trạng thái tiếp theo
4.2. Các mô hình hệ dãy
 Bảng trạng thái Moore
166
11/13/2009
84
S
x
1
x
2
00 01 11 10
s
0
s
0
,0 s
0
,1 s
1
,0 s
0
,1
s
1
s
0
,1 s
1
,0 s
1
,1 s
1
,0
S
x
1
x
2
Y
00 01 11 10
s
00
s
00
s
01
s
10
s
01
0
s
01
s
00
s
01
s
10
s
01
1
s
10
s
01
s
10
s
11
s
10
0
s
11
s
01
s
10
s
11
s
10
1
Mealy
Moore
4.2. Các mô hình hệ dãy
Ví dụ Bộ cộng nhị phân liên tiếp
167
Đồ hình trạng thái
s
1
s
2
X / Y
Ví dụ Bộ cộng nhị phân liên tiếp
s
0
s
1
11/0
00/1
00/0
11/1
01,10/1
01,10/0
Mealy
s
00
s
10
11
00
00
01,10
s
01
s
11
11
01,10
01,10
01,10
11
00
11
00
Moore
4.2. Các mô hình hệ dãy
168
11/13/2009
85
• Các phần tử cơ bản của hệ dãy là các phần tử nhớ
hay còn gọi là Trigơ
• Trạng thái của trigơ chính là tín hiệu ra của nó.
• Một trigơ có thể làm việc theo 2 kiểu:
- Trigơ không đồng bộ: đầu ra của trigơ thay đổi chỉ
phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào.
- Trigơ đồng bộ: đầu ra của trigơ thay đổi phụ thuộc
vào tín hiệu vào và tín hiệu đồng bộ.
4.3. Các Trigger
169
Các kiểu đồng bộ
 Đồng bộ theo mức:
 Mức cao:
• Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 0
thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái)
• Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 1
thì hệ làm việc bình thường.
 Mức thấp:
• Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 1
thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái)
• Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 0
thì hệ làm việc bình thường.
Đồng bộ theo mức
L
H
170
11/13/2009
86
Các kiểu đồng bộ (tiếp)
 Đồng bộ theo sườn:
 Sườn dương:
• Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn dương
(sườn đi lên, từ 0 → 1) thì hệ làm việc bình
thường
• Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ (giữ
nguyên trạng thái).
 Sườn âm:
• Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn âm
(sườn đi xuống, từ 1 → 0), hệ làm việc bình
thường
• Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ (giữ
nguyên trạng thái).
Đồng bộ theo sườn
171
Các kiểu đồng bộ (tiếp)
Đồng bộ kiểu xung:
 Khi có xung thì hệ làm việc bình thường
 Khi không có xung thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng
thái).
Đồng bộ kiểu xung
172
11/13/2009
87
Có 4 loại trigơ:
RS Reset-Set Xóa - Thiết lập
D Delay Trễ
JK Jordan và Kelly Tên 2 nhà phát minh ra loại trigơ này
T Toggle Bập bênh, bật tắt
4.3. Các Trigger
173
 Sơ đồ khối:
 Trigger RS hoạt động được ở cả 2 chế độ đồng bộ và
không đồng bộ
R
S
Q
Q
CLK
Đồng bộ mức cao
CLK CLK
Đồng bộ mức thấp
CLK
Đồng bộ sườn dương
CLK CLK
Đồng bộ sườn âm
R
S
Q
Q
CLK
SET
CLR
R
S
Q
Q
4.3.1. Trigơ RS – Ký hiệu
174
11/13/2009
88
S Q
CLK
R Q
SR
q
00 01 11 10
0 0 0 1
1 1 0 1
Phương trình trạng thái:
Q S Rq
Q
Q
R
S
1
1
Nhớ Xóa Kxđ Tlập
S: Set, R: Reset
Trạng thái tiếp theo
Trạng thái hiện tại
CLK: CLOCK (đồng hồ, đồng bộ)
Trạng
thái
hiện tại
4.3.1. Trigơ RS – Hàm trạng thái
175
S Q
CLK
R Q
4.3.1. Trigơ RS – Sơ đồ
176
11/13/2009
89
Biểu đồ thời gian
1
0
1
0
1
0
1
0
S
R
Q
Q
Thiết lập Xóa Nhớ 0 Thiết lập Nhớ 1
4.3.1. Trigơ RS
177
Tác dụng của đồng hồ (CLK: CLOCK)
S=1
R=0
Q=0
S=1
R=0
Q=1
S=0
R=1
Q=1
S=0
R=1
Q=0
4.3.1. Trigơ RS
178
11/13/2009
90
Ví dụ
 Cho Trigger RS đồng bộ mức cao và đồ thị
các tín hiệu R, S như hình vẽ. Hãy vẽ đồ thị
tín hiệu ra Q.
179
Ví dụ (tiếp)
180
11/13/2009
91
 Trigger D có 1 đầu vào là D và hoạt động ở 2
chế độ đồng bộ và không đồng bộ.
 Ta chỉ xét trigger D hoạt động ở chế độ đồng
bộ.
D Q
Q
Không đồng bộ
D Q
Q
Đồng bộ
CLK
4.3.2. Trigơ D (Delay)
181
 D xúc phát sườn (edge triggered): đồng bộ theo sườn
dương hoặc sườn âm của tín hiệu đồng hồ và có ký hiệu như sau:
Q = D
Đồng bộ sườn +
Đồng bộ sườn
CLK
CLK
Tuỳ thuộc vào tín hiệu
đồng bộ tích cực theo
mức hay theo sườn mà
có 2 loại trigơ D:
 Chốt D (D latch): đồng bộ theo mức
D Q
CLK
Q
D Q
CLK
Q
4.3.2. Trigơ D (Delay)
182
11/13/2009
92
4.3.2. Trigơ D (Delay)
183
Chốt D
D xúc phát
sườn dương
Trigơ D- Biểu đồ thời gian
184
11/13/2009
93
Ví dụ 1
 Cho chốt D kích hoạt mức cao. Hãy vẽ tín
hiệu ra Q dóng trên cùng trục thời gian với
tín hiệu vào D.
185
Ví dụ 1 (tiếp)
186
11/13/2009
94
Ví dụ 2
 Cho trigger D xúc phát sườn dương. Hãy vẽ
tín hiệu ra Q dóng trên cùng trục thời gian
với tín hiệu vào D.
187
Ví dụ 2 (tiếp)
188
11/13/2009
95
4.3.3. Trigơ JK
• Được đặt tên theo tên 2 nhà phát minh ra nó.
•Trigơ JK chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ.
J
K
Q
Q
CLK
J
K
Q
Q
CLK
J
K
Q
Q
CLK
J
K
Q
Q
CLK
Tích cực mức cao
Tích cực mức thấp
Tích cực sườn dương
Tích cực sườn âm
189
4.3.3. Trigơ JK
qKqJQ
Nhớ
Tlập 0
Tlập 1
Lật
Bảng chuyển trạng thái của JK
190
11/13/2009
96
Q Tq Tq
Nhớ
Lật
4.3.4. Trigơ T
•Trigơ T (Toggle) chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ.
191
4.4. Một số ứng dụng hệ dãy
4.4.1. Bộ đếm và chia tần số
 Bộ đếm dùng để đếm xung. Bộ đếm
môđun N: đếm N-1 xung, xung thứ N
làm cho bộ đếm quay về trạng thái nghỉ
hay trạng thái 0.
 Phân loại:
 Bộ đếm đồng bộ: xung đếm đồng thời là xung đồng hồ
đưa tới các đầu vào CLK
 Bộ đếm không đồng bộ: không cần đưa đồng thời xung
đếm vào các đầu vào CLK
192
11/13/2009
97
a) Bộ đếm không đồng bộ môđun 16
Bộ đếm không đồng bộ môđun 16 dùng
trigơ JK đồng bộ sườn âm đồng hồ.
Bộ đếm môđun 16 có 16 trạng thái
cần 4 trigơ
a) Bộ đếm không đồng bộ
193
n q
4
q
3
q
2
q
1
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
16 0 0 0 0
Bảng đếm xung
n: số xung đếm
q
4
, q
3
,q
2
, q
1
: Trạng thái của 4
trigơ
a) Bộ đếm không đồng bộ
194
11/13/2009
98
J Q
1
CLK
K Q
1
J Q
2
CLK
K Q
2
J Q
3
CLK
K Q
3
J Q
4
CLK
K Q
4
1
1
1
1
1
1
1
1
CLK
Xung đếm
Tv
Tr
Tr = 2 Tv, Fr = Fv/2
a) Bộ đếm không đồng bộ
195
CLR: CLEAR (XÓA). CLR=0 Q = 0
J Q
1
CLK
K CLR Q
1
J Q
2
CLK
K CLR Q
2
J Q
3
CLK
K CLR Q
3
J Q
4
CLK
K CLR Q
4
1
1
1
1
1
1
1
1
CLK
a) Bộ đếm không đồng bộ
Bộ đếm không đồng bộ môđun 10
Khi đến xung thứ 10 thì các q bằng 0
Dùng một tín hiệu Clear làm cho các trigơ = 0
196
11/13/2009
99
Xung vào
(CLK)
J Q
CLK
K Q
J Q
CLK
K Q
J Q
CLK
K Q
ABC
1
FF1 FF2 FF3
Ví dụ Môđun 8
CLK A B C Số
đếm
0 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 1 0 1 5
6 1 1 0 6
7 1 1 1 7
8 0 0 0 0
FF1:
J=K=1, lật trạng thái khi có CLK
FF2,FF3:
J=K
J=K=1: Chế độ lật khi có CLK
J=K=0: Chế độ nhớ khi có CLK
0
0
1
b) Bộ đếm đồng bộ
197
Bộ đếm đồng thời là bộ chia tần số.
Hệ số chia tần số đúng bằng môđun của bộ đếm
 Bộ đếm tiến (tăng):
số đếm tăng lên 1 mỗi khi có 1 xung đếm
Ví dụ Bộ đếm tiến môđun 8: 0-1-2-3-4-5-6-7-0-…
 Bộ đếm lùi (giảm):
số đếm giảm đi 1 mỗi khi có 1 xung đếm
Ví dụ Bộ đếm lùi môđun 8: 7-6-5-4-3-2-1-0-7-…
Các IC được chế tạo làm bộ đếm thường cho phép đếm
theo cả 2 chiều
Bộ đếm và chia tần số
198
11/13/2009
100
Vào nối tiếp – Ra nối tiếp
Vào nối tiếp – Ra song song
Vào song song – Ra nối tiếp
Vào song song – Ra song song
0 1 1 0 1 1 1 0
VÀO RA
0 1 1 0 1 1 1 0
VÀO
RA
0 1 1 0 1 1 1 0
VÀO
RA
0 1 1 0 1 1 1 0
VÀO
RA
4.4.2. Thanh ghi
 Chức năng: Lưu trữ và dịch chuyển thông tin
 Phân loại:
199
Ví dụ: Thanh ghi 4 bit dùng trigơ D
D Q
CLK
CLR Q
D Q
CLK
CLR Q
D Q
CLK
CLR Q
D Q
CLK
CLR Q
A B C
D
Sè liÖu vµo
CLOCK
CLEAR
CLR = 0
Q = 0
4.4.2. Thanh ghi
200
11/13/2009
101
Dòng
VÀO RA
CLR
Số
liệu
CLK A B C D
1 0 0 0 0 0 0 0
2 1 1 0 0 0 0 0
3 1 1 1 1 0 0 0
4 1 1 2 1 1 0 0
5 1 1 3 1 1 1 0
6 1 0 4 0 1 1 1
7 1 0 5 0 0 1 1
8 1 0 6 0 0 0 1
9 1 0 7 0 0 0 0
10 1 0 8 0 0 0 0
11 1 1 9 1 0 0 0
12 1 0 10 0 1 0 0
13 1 0 11 0 0 1 0
14 1 0 12 0 0 0 1
15 1 0 13 0 0 0 0
4.4.2. Thanh ghi
•Bảng số liệu khảo sát
201
Chuông




0
1
1
0
4.4.2. Thanh ghi
202
11/13/2009
102
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0
1
1
Cho dạng tín hiệu CLOCK và START như hình vẽ. Hãy vẽ dóng
trên cùng trục thời gian tín hiệu ở các đầu ra Q
0
, Q
1
, Q
2
, Q
3
và giải
thích.
CLK
START
PR: PRESET
PR = 0 Q = 1
D
1
Q
1
CLK
CLR
D
2
Q
2
CLK
CLR
D
3
Q
3
CLK
CLR
D
0
PR Q
0
CLK
CLOCK
START
203
Bài tập 1
 Cho sơ đồ sau. Giả thiết ban đầu QM = QS = 0.
Hãy vẽ dạng QM và QS dóng trên cùng trục thời
gian cho 4 xung CLOCK và giải thích.
Bài tập 2
204
11/13/2009
103
 Cho sơ đồ
như sau.
Mô tả hoạt
động khi
phím P4
được ấn
Bài tập 3
205
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0
1
1
START
Q
0
Q
2
Q
1
Q
3
Hướng dẫn bài 1
206

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×