Tài liệu Kỹ thuật số - Chương 5 Mạch tuần tự (Sequential Circuits) ppt

1
Kỹ Thuật Số
Kỹ Thuật Số
2
Chương 5
Mạch tuần tự
(Sequential Circuits)
3

Tìm hiểu các phần tử nhớ cơ bản

Biểu diễn trạng thái

Phân tích, thiết kế các loại bộ đếm đồng bộ và bất đồng bộ

Tìm hiểu thanh ghi, bộ đếm

Ứng dụng của bộ đếm
4
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu

Trạng thái ngõ ra của mạch ở mỗi thời điểm không chỉ phụ
thuộc trạng thái của ngõ vào ở thời điểm đó mà còn phụ thuộc
vào trạng thái của mạch ở thời điểm trước đó.

Mạch tuần tự có khả năng nhớ

Mỗi trạng thái của mạch được gọi là trạng thái trong

Đặc điểm:
Đặc điểm:
5

Mạch tuần tự gồm một mạch tổ hợp và các phần tử nhớ nối
với nhau thành một vòng hồi tiếp.

Các phần tử nhớ (còn được gọi là Flip Flop) là những mạch
có khả năng lưu trữ thông tin nhị phân bên trong còn gọi là biến
trạng thái của mạch tuần tự
Sơ đồ khối của mạch tuần tự:
Sơ đồ khối của mạch tuần tự:
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu
6

Mạch tuần tự đồng bộ (Synchronous): Hoạt động của các Flip
Flop trong mạch được đồng bộ bằng một xung nhịp hay còn gọi là
xung clock.
Phân loại:
Phân loại:
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu
7

Mạch tuần tự bất đồng bộ(Asynchronous):

Không có xung nhịp đồng
bộ, các Flip Flop chỉ hoạt
động theo hàm chức năng,
có thể tác động vào bất cứ
thời điểm nào.
Phân loại:
Phân loại:
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu
8
Gọi:

X=(X
1
,X
2
,…,X
n
) là tập các tín hiệu vào.

Y=(Y
1
,Y
2
,…,Y
n
) là tập các biến trạng thái trong.


Z=(Z
1
,Z
2
,…,Z
n
) là tập các tín hiệu ra

Hàm ra F(X
n
,Y
n
) là hàm xác định trạng thái ra thông qua trạng
thái vào và trạng thái trong.

Hàm chuyển đổi trạng thái G(X
n
,Y
n
) là hàm xác định trạng thái
trong tại một thời điểm thông qua trạng thái vào và trạng thái trong
ở thời điểm trước đó
Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu
9


Phương pháp đại số: Dùng biểu thức đại số để xác định quan
hệ giữa các biến trạng thái vào, biến trạng thái trong và biến trạng
thái ra thông qua hàm ra F và hàm chuyển đổi trạng thái G.
Ví dụ: Cho mạch tuần tự có hai trạng thái vào là X
1
và X
2
, hai trạng
thái ra Z
1
và Z
2
, hai trạng thái trong Y
1
và Y
2
với các hàm ra :
F(X
1
, Y
1
) = Z
2
F(X
1
, Y
2
) = Z
2
F(X

2
, Y
1
) = Z
1
F(X
2
, Y
2
) = Z
1
Và các hàm chuyển đổi trạng thái:
G(X
1
, Y
1
) = Y
2
G(X
2
, Y
2
) = Y
1
G(X
1
, Y
2
) = Y
2

G(X
2
, Y
1
) = Y
1

Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu
10

Bng trng thỏi: Dựng bng lit kờ tt c cỏc trng thỏi vo,
trng thỏi trong v trng thỏi ra theo ỳng quy lut hot ng ca
mch.
Vớ d: Lp bng trng thỏi mụ t mch tun t cho vớ d trờn:
Cỏc phng phỏp mụ t mch tun t:
Cỏc phng phỏp mụ t mch tun t:
5.1
5.1
Gii thiu
Gii thiu
Traùng thaựi
trong hieọn
taùi Y
n
Traùng thaựi trong keỏ tieỏp Y

n+!
Traùng thaựi ra Z
n+1
X
1
X
2
X
1
X
2
Y
1
Y
2
Y
1
Z
2
Z
1
Y
2
Y
2
Y
1
Z
2
Z

1
11

Graph trạng thái (đồ hình trạng thái): là sơ đồ biểu diễn các
trạng thái trong, trạng thái vào, trạng thái ra và quy luật chuyển đổi
giữa chúng.
-
Graph Mealy: Tín hiệu ra phụ thuộc cả trạng thái vào và trạng thái
trong.
-
Graph Moore: Tín hiệu ra chỉ phụ thuộc các trạng thái trong.

Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu

X
2

Y
2
/Z
2

X
1

X
2

X
1

Y
1
/Z
1

12

Giản đồ xung (Đồ thị thời gian): Dùng giản đồ xung biểu diễn
trình tự dãy các tín hiệu vào và dãy các trạng thái ra theo thời gian
Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
Các phương pháp mô tả mạch tuần tự:
5.1
5.1
Giới thiệu
Giới thiệu
13

Q, : Các ngõ ra thuận và đảo.

Ngõ lập (Preset): Khi ở mức tích cực, ngõ ra của FF được thiết
lập ở trạng thái Q=1 mà không phụ thuộc các ngõ vào khác.

Ngõ xóa (Clear): Khi ở mức tích cực ngõ ra của FF được thiết
lập ở trạng thái Q=0 mà không phụ thuộc các ngõ vào khác.

5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Sơ đồ khối chung:
Sơ đồ khối chung:
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự là Flip-Flop (FF).
CK
IN
Q
Q
Laäp
Xoùa
Q

14

CK (Clock): Dựng ng b hot ng ca cỏc FF. Tựy theo
thi im tỏc ng ca tớn hiu ra theo tớn hiu vo m ta cú FF kớch
bng mc (mc cao, mc thp) hoc kớch bng cnh xung (cnh lờn,
cnh xung).
FF kớch bng FF kớch bng FF kớch bng FF kớch bng
mc cao mc thp cnh lờn cnh xung
5.2
5.2
Phn t c bn ca mch tun t
Phn t c bn ca mch tun t
S khi chung:
S khi chung:
: Caùnh leõn (Sửụứn leõn)

: Caùnh xuoỏng (Sửụứn xuoỏng)
Clock
15

Sơ đồ khối:
D-FF tác động cạnh lên D-FF tác động cạnh xuống

Bảng trạng thái:
Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):
Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
16

Hàm chức năng:

Bảng kích thích:
Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):
Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
17

Graph trạng thái:

Giản đồ xung:

Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):
Flip-Flop loại D (D-FF, Delay):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự

1
D = 1
D = 0
D = 0
D = 1
0

CK
D
Q
18

Sơ đồ khối:
T-FF tác động cạnh lên T-FF tác động cạnh xuống

Bảng trạng thái:
Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):
Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
19


Hàm chức năng:

Bảng kích thích:
Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):
Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
20

Graph trạng thái:

Giản đồ xung:
Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):
Flip-Flop loại T (T-FF, Toggle):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
1
T = 0T = 0
T = 1
T = 1
0

CK
T
Q

21

Sơ đồ khối:
SR-FF tác động cạnh lên SR-FF tác động cạnh xuống

Bảng trạng thái:
Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):
Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự


CK

S

Q


R

Q
22

Hàm chức năng:

Bảng kích thích:
Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):

Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
23

Graph trạng thái:

Giản đồ xung:
Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):
Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự

1
R = 0
S = 0
SR = 01
SR = 10
0

CK
S
R
Q
24
Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):

Flip-Flop loại SR (SR-FF, Set-Reset):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Nhận xét:

Khi nối S qua cổng NOT tới R thì SR-FF tương đương với D-
FF.

Không được nối chung S và R
25

Sơ đồ khối:
JK-FF tác động cạnh lên JK-FF tác động cạnh xuống

Bảng trạng thái:
Flip-Flop loại JK (JK-FF):
Flip-Flop loại JK (JK-FF):
5.2
5.2
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự
Phần tử cơ bản của mạch tuần tự