Chương 1: CƠ SỞ KỸ thuật số giới thiệU
Mạch chốt là mạch có thể cài lại, giữ lại trạng thái logic ngõ vào
tải về 1.11 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- 1.2. Ví dụ mạch chốt cổng NOR
- 1.3. Ứng dụng của mạch chốt
- 1.4.Ví dụ mạch Chốt NAND khi có xung đồng hồ
- Bài 2: MẠCH ĐẾM. 2.1. Khái niệm và phân loại: Khái niệm
- 2.2.Mạch đếm không đồng bộ (mạch đếm nối tiếp)
- 2.2.1.Mạch đếm nhị phân
- 2.2.2. Mạch đếm thập phân: a,Sơ đồ mạch
1.1.Mạch chốt là mạch có thể cài lại, giữ lại trạng thái logic ngõ vào. 
Hình 5.2. Kí hiệu khối chốt SR và bảng hoạt động. 1.2. Ví dụ mạch chốt cổng NOR:
Ta thấy rằng các mạch tuần tự dù là mạch chốt đã khảo sát ở trên hay các mạch cao hơn thì đều được cấu tạo bởi cổng logic cơ bản. Mặc dù tự thân cồng logic không thể lưu trữ được dữ liệu nhưng khi biết kết hợp với nhau theo một cách thức cho phép tuỳ theo mức độ phức tạp, quy mô kết hợp mà sẽ có mạch chốt, mạch lật, ghi dịch hay hơn nữa là các bộ nhớ, xử lý. 1.3. Ứng dụng của mạch chốt: Mạch chốt như tên gọi của nó được sử dụng nhiều trong các hệ thống số cần chốt hay đệm dữ liệu trước khi được xử lý điều khiển hay truyền nhận. Ngoài ra nó còn được sử dụng làm mạch chống dội và mạch tạo dạng sóng vuông.
Hình 5.4. Chốt NAND chống dội.
Một mạch chốt cơ bản kết hợp với một số linh kiện R, C để tạo nên mạch dao động sóng vuông do ngõ ra lật trạng thái qua lại giữa mức 1 và 0. Mạch thiết lập và xoá tự động theo thời hằng nạp xả của tụ C và trở R.
Hình 5.5. Ứng dụng chốt tạo dao động sóng vuông. 1.4.Ví dụ mạch Chốt NAND khi có xung đồng hồ: Như đã nói đến ở phần trước, các mạch tuần tự còn có một đặc tính nữa là tính đồng bộ mà mạch chốt chưa thể hiện. Trong hệ thống mạch logic, các mạch phải thay đổi trạng thái có trật tự hay đồng bộ nhau thì mới có thể khống chế các trạng thái ra theo các thời điểm chọn trước. Lúc này người ta sử dụng chân Ck (clock_đồng hồ: vì thông thường tín hiệu trên chân này có sóng dạng điện áp như tín hiệu của đồng hồ) minh hoạ qua hình sau
Bài 2: MẠCH ĐẾM. 2.1. Khái niệm và phân loại:
Bộ đếm được xây dựng trên các cơ sở các Flip – Flop (FF) ghép lại với nhau sao cho hoạt động theo một bảng trạng thái (qui luật) cho trước. Số lượng của FF sử dụng là số hàng của bộ đếm. Bộ đếm còn được sử dụng để tạo ra một dãy địa chỉ của lệnh điều khiển, đếm số chu trình thực hiện phép tính, hoặc có thể dùng trong vấn đề thu và phát mã.
Trong đó bộ đếm nhị phân được chia thành 2 loại:
Mặc dù có rất nhiều cách phân loại nhưng thức tế chỉ có 3 loại chính: Bộ đếm nối tiếp (Không đồng bộ), Bộ đếm song song (đồng bộ), bộ đếm hỗn hợp. 2.2.Mạch đếm không đồng bộ (mạch đếm nối tiếp): Bộ đếm nối tiếp là bộ đếm trong đó các TFF hoặc JKFF giữ chức năng của TFF được ghép nối với nhau và hoạt động theo một loại mã duy nhất là BCD 8421. Đối với loại bộ đếm này, các ngõ ra thay đổi trạng thái không đồng thời với tín hiệu điều khiển Ck (tức không chịu sự điều khiển của tín hiệu điều khiển Ck) do đó mạch đếm nối tiếp còn gọi là mạch đếm không đồng bộ. 2.2.1.Mạch đếm nhị phân: Các bộ đếm này có sơ đồ rất đơn giản, với đặc điểm:
Ví dụ đối với bộ đếm nhị phân không đồng bộ Kđ = 2n dùng các FF : A, B, C, …N với A là cột trẻ nhất, N là cột có trọng số lớn nhất, ta có :
a, Sơ đồ của bộ đếm nhị phân không đồng bộ: Kđ = 8, đếm thuận dùng JKFF cho ở hình 5.7a, đếm nghịch dùng TFF ở hình 5.7b: 
a, 
b, Hình 5.7: Sơ đồ bộ đếm nhị phân, không đồng bộ Kđ = 8. a, Đếm thuận dùng JKFF; b,Đếm nghịch dùng TFF. Dạng sóng ở các đầu ra của các FF của bộ đếm thuận Kđ = 8 cho ở hình 5.8. Đồ thị dạng sóng này là đồ thị lý tưởng vì không xét đến sự trễ của các FF. Trong thực tế sự trễ của các FF là không thể bỏ qua được, nó ảnh hưởng đến tần số làm việc của bộ đếm.
Mạch đếm thường hoạt động ở trạng thái ban đầu là 0000 do đó một xung tác động mức thấp sẽ được áp vào ngõ Cl của các tầng FF để đặt trạng thái ngõ ra là 0000. Khi xung đếm ck tác động cạnh xuống đầu tiên thì Q0 lật trạng thái tức là Q0 = 1. Ở cạnh xuống thứ 2 của xung ck, Q0 lại lật trạng thái một lần nữa, tức là Q0 = 0. Như vậy cứ sau mỗi lần tác động của ck Q0 lại lật trạng thái một lần, sau 2 lần ck tác động, Q0 lặp lại trạng thái ban đầu, do đó nếu xung ck có chu kì là T và tần số là f thì xung ngõ ra Q0 sẽ có chu kì là 2T và tần số còn 1/2f. Như vậy xung đếm ck đã được chia đôi tần số sau 1 tầng FF. Do Q0 lại trở thành ngõ vào xung đếm của FF thứ 2 (FF B) nên tương tự tần như vậy fQ1 bằng một nửa fQ0. Với 4 tầng FF thì Như vậy với 4 FF ta có 16 trạng thái logic ngõ ra từ 0000(010) ở xung đếm đầu tiên đến 1111 (1510) ở xung đếm thứ 16, tức là trị thập phân ra bằng số xung đếm vào và vì vậy đây là mạch đếm nhị phân 4 bit (có 4 tầng FF, tần số được chia đổi sau mỗi tầng) hay mạch đếm chia 16. Mạch được xếp vào loại mạch đếm lên vì khi số xung đếm vào tăng thì số thập phân ra tương ứng cũng tăng. Nhưng để ý rằng chỉ có 16 trạng thái ra nên ở xung đếm ck thứ 16 mạch được tự động xoá về 0 để đếm lại. Muốn có nhiều trạng thái ra hơn thì phải nối thêm tầng FF. Tổng quát với hoạt động như trên nếu có n FF thì sẽ tạo ra 2n trạng thái ngõ ra. Số trạng thái ngõ ra hay số lượng số đếm khác nhau còn được gọi là Modulus (viết tắt : Mod) do đó, mạch đếm trình bày ở trên còn gọi là mạch đếm mod 16 2.2.2. Mạch đếm thập phân: a,Sơ đồ mạch: Mạch đếm mod 10 được nối như sau: 
Hình 5.9. Mạch đếm mod 10 Cần để ý là ở xung đếm ck thứ 10 khi số đếm vừa lên 10 thì các trạng thái logic ngõ ra được đưa về khống chế ngõ Cl ngay do đó có thể thấy là số 10 không kịp hiện ra đã phải chuyển về 0. Thực tế thì do thời gian trì hoãn giữa các cổng logic khoảng vài ns nên vẫn có số đếm 10 trong khoảng thời gian này, ta chỉ quan tâm tới ảnh hưởng này khi cần đòi hỏi mạch hoạt động với độ chính xác cao như trong máy vi tính chẳng hạn. Ảnh hưởng của trì hoãn được thể hiện rõ hơn qua giản đồ xung sau (hình 5.10). Thực tế thì cách thiết kế mạch đếm không theo hệ nhị phân lợi dụng ngõ clear như ở trên không được dùng do: + Các ngõ ra do được nối với tải khác nhau ảnh hưởng đến ngõ đưa về, rồi trì hoãn truyền qua các cổng logic nữa sẽ phát sinh xung nhọn, các tầng FF sẽ không được xoá đồng thời. + Hơn nữa ngõ clear không còn được tự do để xoá mạch lúc mong muốn. 
Hình 5.10.Trì hoãn truyền của mạch đếm không đồng bộ mod 10. Do vậy có một cách tạo mạch đếm trên là nghiên cứu sự liên hệ giữa các trạng thái ở các ngõ ra rồi thử nối chúng với các ngõ vào J, K của tầng nào đó cho tới khi thoả bảng trạng thái. Hãy xem cách nối như thế nào: Trước hết hãy nhìn vào giản đồ xung của mạch đếm mod 16. Tới số đếm thứ 10 thì mạch phải reset trở lại. - Ngõ ra Q0 không thay đổi gì dù có được xoá hay không vì nó theo xung ck - Ngõ ra Q1 tới đó phải giữ nguyên trạng thái trong 2 chu kì của xung ck nữa do đó ngõ J, K phải ở mức 0 trong khoảng thời gian này, ta có thể nối từ chân Q3 về J1, K1 vì lúc này Q3 đang ở mức 0 (nó cũng lên 1 sau khi bị xoá). - Ngõ ra Q2 tới lúc xoá vẫn ở 0 nên không cần thay đổi gì tầng FF 2. - Ngõ ra Q3 khi xoá phải trở lại mức 0 ban đầu, lúc này Q1 ở cao, Q2 ở thấp đồng thời Q0 đang đi xuống, do đó có thể nối Q0 tới ngõ ck của FF 3 và nối cổng and từ Q1 và Q2. Kết quả nối mạch như sau: 
Hình 5.11 Mạch đếm mod 10. Cuối cùng kiểm tra lại thấy thoả hoạt động. Nhưng cách này xem ra “khá rắc rối và như là đoán mò”. Thực ra nó lại rất hay, nó có một phương pháp thiết kế rất đúng và bài bản ta sẽ gặp lại ở phần thiết kế mạch đếm đồng bộ ở phần sau. Có rất nhiều IC đếm không đồng bộ cả họ TTL và CMOS. Ở đây chỉ giới thiệu một số IC hay dùng:
|
