Chng 5. H tun t Trang 101
Chng 5
TUN T
5.1. KHÁI NIM CHUNG
ch sc chia thành hai loi chính : H t hp và h tun t.
i vi h t hp: tín hiu ngõ ra trng thái k tip ch ph thuc vào trng thái hin ti ca
ngõ vào, mà bt chp trng thái hin ti ca ngõ ra. Nh vy, khi các ngõ vào thay i trng thái (b
qua thi gian tr ca tín hiu i qua phn t logic) thì lp tc ngõ ra thay i trng thái.
i vi h tun t: Các ngõ ra trng thái k tip va ph thuc vào trng thái hin ti ca ngõ
vào, ng thi còn ph thuc trng thái hin ti ca ngõ ra.
Do ó, vn thit k h tun t s khác so vi h t hp và c s thit k h tun t là da trên
các Flip - Flop (trong khi vic thit k h t hp da trên các cng logic).
ûc khác, i vi h tun t, khi các ngõ vào thay i trng thái thì các ngõ ra không thay i
trng thái ngay mà chn cho n khi có mt xung u khin (gi là xung ng h Ck) thì lúc ó
các ngõ ra mi thay i trng thái theo các ngõ vào. Nh vy h tun t còn có tính ng b và tính
nh (có kh nng lu tr thông tin, lu tr d liu), nên h tun t là c s thit k các b nh.
5.2. BM
5.2.1. i cng
m c xây dng trên c s các Flip - Flop (FF) ghép vi nhau sao cho hot ng theo
t bng trng thái (qui lut) cho trc.
lng FF s dng là s hàng ca bm.
m còn c s dng to ra mt dãy a ch ca lnh u kin, m s chu trình thc
hin phép tính, hoc có th dùng trong vn thu và phát mã.
Có th phân loi bm theo nhiu cách:
- Phân loi theo c s các hm: m thp phân, bm nh phân.
Trong ó bm nh phân c chia làm hai loi:
+ Bm vi dung lng m 2n.
+ Bm vi dung lng m khác 2n (m modulo M).
- Phân loi theo hng m gm: ch m lên (m tin), mch m xung (m lùi),
ch m vòng.
- Phân loi mch m theo tín hiu chuyn: bm ni tip, bm song song, bm
n hp.
- Phân loi da vào chc nng u khin:
+ Bm ng b: S thay i ngõ ra ph thuc vào tín hiu u kin Ck.
+ Bm không ng b.
c dù có rt nhiu cách phân loi nhng ch có ba loi chính: m ni tip (không ng
),
m song song
(ng b),
m hn hp
.
Bài ging K THUT S Trang 102
5.2.2. Bm ni tip
1. Khái nim
m ni tip là bm trong ó các TFF hoc JKFF gi chc nng ca TFF c ghép ni
tip vi nhau và hot ng theo mt loi mã duy nht là BCD 8421. i vi loi bm này, các
ngõ ra thay i trng thái không ng thi vi tín hiu u khin Ck (tc không chu su khin
a tín hiu u khin Ck) do ó mch m ni tip còn gi là mch m không ng b.
2. Phân loi
- m lên.
- m xung.
- m lên /xung.
- m Modulo M.
a. m lên
Ðây là bm có ni dung tng dn. Nguyên tc ghép ni các TFF (hoc JKFF thc hin chc
ng TFF) to thành bm ni tip còn ph thuc vào tín hiu ng b Ck. Có 2 trng hp
khác nhau:
- Tín hiu Ck tác ng theo sn xung: TFF hoc JKFF c ghép ni vi nhau theo qui
lut sau:
Ck
i+1
= Q
i
- Tên hiu Ck tác ng theo sn lên: TFF hoc JKFF c ghép ni vi nhau theo qui lut
sau:
Ck
i+1
=
i
Q
Trong ó T luôn luôn gi mc logic 1 (T = 1) và ngõ ra ca TFF ng trc ni vi ngõ vào
Ck ca TFF ng sau.
minh ha chúng ta xét ví d v mt mch m ni tip, m 4, m lên, dùng TFF.
lng TFF cn dùng: 4 = 2
2
→
dùng 2 TFF.
Trng hp Ck tác ng theo sn xung
(hình 5.1a):
T
Ck
1
T
Ck
2
Q
2
Q
1
11
Ck
Clr
Hình 5.1a
Ck
Chng 5. H tun t Trang 103
Trng hp Ck tác ng theo sn lên (hình 5.1b):
Trong các s mch này Clr (Clear) là ngõ vào xóa ca TFF. Ngõ vào Clr tác ng mc thp,
khi Clr = 0 thì ngõ ra Q ca FF b xóa v 0 (Q=0).
Gin thi gian ca mch hình 5.1a :
ng trng thái hot ng ca mch hình 5.1a:
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
2
Q
1
Q
2
Q
1
1
2
3
4
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
T
Ck
1
T
Ck
2
Q
2
Q
1
11
Ck
Clr
1
Q
Q
2
H 5.1b
Ck
1
2
3 4
5
7
8
1
1 1
10 0 0 0
0 0
00
1
1
1
1
Ck
Q
1
Q
2
Hình 5.2a. Gin thi gian mch hình 5.1a
Bài ging K THUT S Trang 104
Gin thi gian mch hình 5.1b :
ng trng thái hot ng ca mch hình 5.1b :
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
2
Q
1
Q
2
Q
1
1
2
3
4
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
b. m xung
ây là bm có ni dung m gim dn. Nguyên tc ghép các FF cng ph thuc vào tín hiu
u khin Ck:
- Tín hiu Ck tác ng sn xung: TFF hoc JKFF c nghép ni vi nhau theo qui lut
sau:
Ck
i+1
=
i
Q
- Tín hiu Ck tác ng sn xung: TFF hoc JKFF c nghép ni vi nhau theo qui lut
sau:
Ck
i+1
= Q
i
Trong ó T luôn luôn gi mc logic 1 (T = 1) và ngõ ra ca TFF ng trc ni vi ngõ vào
Ck ca TFF ng sau.
1
2
3 4
5
7
8
1
1 1
10 0 0 0
00
00 11
1
1
Ck
Q
1
Q
2
11
1
1
0
0 0
0
1
Q
Hình 5.2b. Gin thi gian mch hình 5.1b
Chng 5. H tun t Trang 105
Ví d: Xét mt mch m 4, m xung, m ni tip dùng TFF.
lng TFF cn dùng: 4 = 2
2
⇒
dùng 2 TFF.
mch thc hin khi s dng Ck tác ng sn xung và Ck tác ng sn lên ln lt
c cho trên hình 5.3a và 5.3b :
T
Ck
1
T
Ck
2
Q
2
Q
1
11
Ck
Clr
H 5.3b
Ck
Hình 5.3a
Ck
T
Ck
1
T
Ck
2
Q
2
Q
1
11
Ck
Clr
1
Q
Q
2
Hình 5.4a. Gin thi gian mch H 5.3a
1
2
3 4
5
7
8
Ck
Q
1
Q
2
11
1
1
0
0
0
0
1
Q
0
0
00 11
1
1
0
0
Bài ging K THUT S Trang 106
ng trng thái hot ng ca mch hình 5.3a:
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
2
Q
1
Q
2
Q
1
1
2
3
4
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
0
Gin thi gian ca mch hình 5.3b:
ng trng thái hot ng ca mch hình 5.3b :
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
2
Q
1
Q
2
Q
1
1
2
3
4
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
c. m lên/xung:
i X là tín hiu u khin chiu m, ta quy c:
+ Nu X = 0 thì mch m lên.
+ Nu X = 1 thì m xung.
Ta xét 2 trng hp ca tín hiu Ck:
- Xét tín hiu Ck tác ng sn xung:
Lúc ó ta có phng trình logic:
iii1i
QXQX.QXCk ⊕=+=
+
- Xét tín hiu Ck tác ng sn lên:
Lúc ó ta có phng trình logic:
iii1i
QXX.QQ.XCk ⊕=+=
+
Hình 5.4b. Gin thi gian mch hình 5.3b
1
2
3 4
5
7
8
1
1 1
1
0 0 0 0
0
0
0
1
1
1 1
Ck
Q
1
Q
2
0
Chng 5. H tun t Trang 107
d. m modulo M:
ây là bm ni tip, theo mã BCD 8421, có dung lng m khác 2
n
.
Ví d: Xét mch m 5, m lên, m ni tip.
lng TFF cn dùng: Vì 2
2
= 4 < 5 < 8 = 2
3
⇒
duìng 3 TFF.
y bm này s có 3 u ra (chú ý: S lng FF tng ng vi su ra).
ng trng thái hot ng ca mch:
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
3
Q
2
Q
1
Q
3
Q
2
Q
1
1
2
3
4
5
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1/0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1/0
u dùng 3 FF thì mch có thm c 8 trng thái phân bit (000 → 111 tng ng 0→7).
Do ó, s dng mch này thc hin m 5, m lên, thì sau xung Ck th 5 ta tìm cách a t hp
101 v 000 có ngha là mch thc hin vic m li t t hp ban u. Nh vy, bm sm t
000 → 100 và quay v 000 tr li, nói cách khác ta ã m c 5 trng thái phân bit.
xóa bm v 000 ta phân tích: Do t hp 101 có 2 ngõ ra Q
1
, Q
3
ng thi bng 1 (khác vi
các t hp trc ó) ( ây chính là du hiu nhn bit u khin xóa bm. Vì vy xóa b
m v 000:
- i vi FF có ngõ vào Clr tác ng mc 0 thì ta dùng cng NAND 2 ngõ vào.
- i vi FF có ngõ vào Clr tác ng mc 1 thì ta dùng cng AND có 2 ngõ vào.
Nh vy s mch m 5 là s ci tin t mch m 8 bng cách mc thêm phn t cng
NAND (hoc cng AND) có hai ngõ vào (tùy thuc vào chân Clr tác ng mc logic 0 hay mc
logic 1) c ni n ngõ ra Q
1
và Q
3
, và ngõ ra ca cng NAND (hoc AND) sc ni n ngõ
vào Clr ca bm (cng chính là ngõ vào Clr ca các FF).
Trong trng hp Clr tác ng mc thp s mch thc hin m 5 nh trên hình 5.5 :
T
Ck
1
T
Ck
2
Q
2
Q
1
11
Ck
Clr
T
Ck
3
Q
3
1
Hình 5.5. Mch m 5, m lên
Bài ging K THUT S Trang 108
Y
1
C1
R1
Y
VCC
1
Hình 5.7. Mch
Reset mc 0
Chú ý
:
Do trng thái ca ngõ ra là không bit trc nên mch có thm t trng thái ban u là 000
ta phi dùng thêm mch xóa tng ban u xóa b m v 0 (còn gi là mch RESET ban
u). Phng pháp thc hin là dùng hai phn t thng R và C.
Trên hình 5.7 là mch Reset mc 0 (tác ng mc 0). Mch hot ng nh sau: Do tính cht
n áp trên t C không t bin c nên ban u mi cp ngun Vcc thì V
C
= 0 ( ngõ ra Clr = 0
và mch có tác ng Reset xóa bm, sau ó t C c np n t ngun qua n tr R vi thi
ng np là τ = RC nên n áp trên t tng dn, cho n khi t C np y thì n áp trên t xp x
ng Vcc
⇒
ngõ ra Clr = 1, mch không còn tác dng reset.
Chú ý khi thit k: Vi mt FF, ta bit c thi gian xóa (có trong
Datasheet do nhà sn xut cung cp), do ó ta phi tính toán sao cho thi
gian t C np n t giá tr ban u n giá trn áp ngng phi ln
n thi gian xóa cho phép thì mi m bo xóa c các FF.
ch cho phép xóa bm tng (H 5.8) và bng tay (H 5.9):
Ck
Q
1
Q
2
1
1 1
1
0
0
0
0
0 0
00
0
1
1
1 1
1
0
0
0
1
2
3
4
5 7 8
9
106
0
0
0
0
00
00
1
Q
3
Hình 5.6. Gin thi gian mch m 5, m lên
T
Ck
1
T
Ck
2
Q
2
Q
1
1
1
Ck
Clr
T
Ck
3
Q
3
1
Y
1
R1
C1
Y
VCC
1
Hình 5.8. Mch cho phép xóa bm tng
Chng 5. H tun t Trang 109
T
Ck
1
T
Ck
2
Q
2Q
1
1
1
Ck
Clr
T
Ck
3
Q
3
1
Y
1
R1
C1
Y
VCC
1
Y
1
Hình 5.9. Mch cho phép xóa bm tng và bng tay
u m ca bm ni tip: n gin, d thit k.
Nhc m: Vi dung lng m ln, s lng FF s dng càng nhiu thì thi gian tr tích ly
khá ln. Nu thi gian tr tích ly ln hn mt chu k tín hiu xung kích thì lúc by gi kt qu
m s sai. Do ó, khc phc nhc m này, ngi ta s dng bm song song.
5.2.3. Bm song song
1. Khái nim
m song song là bm trong ó các FF mc song song vi nhau và các ngõ ra s thay i
trng thái di su khin ca tín hiu Ck. Chính vì vy mà ngi ta còn gi bm song song
là bm ng b.
ch m song song c s dng vi bt k FF loi nào và có thm theo qui lut bt k
cho trc. Vì vy, thit k bm ng b (song song) ngi ta da vào các bng u vào kích
a FF.
2. Mch thc hin
i vi bm song song dù m lên hay m xung, hoc là m Modulo M (m lên/m
xung) u có cách thit k chung và không ph thuc vào tín hiu Ck tác ng sn lên, sn
xung, mc 0 hay mc 1.
Các bc thc hin :
- T yêu cu thc t xây dng bng trng thái hot ng ca bm.
- Da vào bng u vào kích ca FF tng ng xây dng các bng hàm giá tr ca các
ngõ vào d liu (DATA) theo ngõ ra.
- Dùng các phng pháp ti thiu ti thiu hóa các hàm logic trên.
- Thành lp s logic.
Ví d
:
Thit k mch m ng b, m 5, m lên theo mã BCD 8421 dùng JKFF.
Trc ht xác nh s JKFF cn dùng: Vì 2
2
= 4 < 5 < 8 = 2
3
⇒ dùng 3 JKFF ⇒ có 3 ngõ ra Q
1
,
Q
2
, Q
3
.
Ta có bng trng thái mô t hot ng ca bm nh sau:
Bài ging K THUT S Trang 110
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
3
Q
2
Q
1
Q
3
Q
2
Q
1
1
0 0 0 0 0 1
2
0 0 1 0 1 0
3
0 1 0 0 1 1
4
0 1 1 1 0 0
5
1 0 0 0 0 0
chng 3 chúng ta ã xây dng c bng u vào kích cho các FF và ã có c bng u
vào kích tng hp nh sau:
Q
n
Q
n+1
S
n
R
n
J
n
K
n
T
n
D
n
0 0 0 X 0 X 0 0
0 1 1 0 1 X 1 1
1 0 0 1 X 1 1 0
1 1 X 0 X 0 0 1
ó ta suy ra bng hàm giá tr ca các ngõ vào data theo các ngõ ra nh sau :
Xung Trng thái hin ti Trng thái k tip
vào Q
3
Q
2
Q
1
Q
3
Q
2
Q
1
J
3
K
3
J
2
K
2
J
1
K
1
1 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X
2 0 0 1 0 1 0 0 X 1 X X 1
3 0 1 0 0 1 1 0 X X 0 1 X
4 0 1 1 1 0 0 1 X X 1 X 1
5 1 0 0 0 0 0 X 1 0 X 0 X
Chng 5. H tun t Trang 111
p bng Karnaugh ti thiu hóa ta c:
u ý: Khi thit k tính toán ta dùng các phng pháp ti thiu a v phng trình logic ti
gin. Nhng trong thc t thì ôi lúc không phi nh vy. Ví d: K
3
= 1, K
3
= Q
3
hay K
3
=
2
Q
u úng, nhng khi lp ráp thc t ta chn K3 =
2
Q
tránh dây ni dài gây nhiu cho mch.
logic: Hình 5.10
00 01 11
10
0
1
Q
3
Q
2
Q
1
J
1
x
01 1
x x x x
J
1
= Q
1
00 01 11
10
0
1
Q
3
Q
2
Q
1
K
1
x
xx x
1 1 x x
K
1
= 1 = Q
1
00 01 11
10
0
1
Q
3
Q
2
Q
1
J
2
x
00 x
1 x x x
J
2
= Q
1
00 01 11
10
0
1
Q
3
Q
2
Q
1
K
2
x
0x 0
x 1 x x
K
2
= Q
1
00 01 11
10
0
1
Q
3
Q
2
Q
1
J
3
x
X0 0
0 1 x x
J
2
= Q
1
Q
2
00 01 11
10
0
1
Q
3
Q
2
Q
1
K
3
x
0x 0
x 1 x x
K
3
= 1 = Q
3
=
21
QQ =
Ck
1
Q
1
1
Q
J
1
K
1
Ck
2
Q
2
2
Q
J
2
K
2
Ck
3
Q
3
3
Q
J
3
K
3
Q
3
Q
2
Q
1
C
k
Clr
3
Q
Hình 5.10. S mch m lên m 5, m song song
Bài ging K THUT S Trang 112
Gii thích hot ng ca bm:
- Ban u dùng mch RC xóa v 0
⇒
Q
1
= Q
2
= Q
3
= 0.
J
1
= K
1
=1 ; J
2
= K
2
= Q
2
= 0 ; J
3
= 0, K
3
= 1.
- Khi Ck
1
: Các trng thái ngõ ra u thay i theo trng thái ngõ vào DATA trc ó.
J
1
= K
1
= 1 ⇒ Q
1
=
0
1
Q
= 1.
J
2
= K
2
= 1 ⇒ Q
2
=
0
2
Q = 0.
J
3
= 0, K
3
= 1 ⇒ Q
3
= 1 bt chp trng thái trc ó.
(Hoc J
3
= 0, K
3
= 0 ⇒ Q
3
=
0
3
Q
= 0) ⇒ Q
3
Q
2
Q
1
= 001.
Lúc ó: J
1
= K
1
=
3
Q = 1; J
2
=K
2
= Q
1
= 1; J
3
=Q
2
.Q
1
= 0, K
3
= 1.
(Hoc K
3
= Q
3
= 0).
- Khi Ck
2
:
J
1
= K
1
= 1 ⇒ Q
1
=
1
1
Q
= 0.
J
2
= K
2
= 1 ⇒ Q
2
=
1
2
Q
= 1.
J
3
= 0, K
3
= 1 ⇒ Q
3
= 0.
(Hoc J
3
= 0, K
3
= 0 ⇒ Q
3
=
1
3
Q = 0) ⇒ Q
3
Q
2
Q
1
= 010.
Lúc ó: J
1
= K
1
=
3
Q = 1 ; J
2
= K
2
= Q
1
= 0; J
3
= 0, K
3
= 1.
(Hoc K
3
=
2
Q
= 0).
- Khi Ck
3
:
J
1
= K
1
= 1 ⇒ Q
1
=
2
1
Q
= 1.
J
2
= K
2
= 0 ⇒ Q
2
=
0
2
Q = 1.
J
3
= 0, K
3
= 1 ⇒ Q
3
=0 bt chp trng thái trc ó.
(Hoc J
3
= 0, K
3
= 0 ⇒ Q
3
=
2
3
Q
= 0 ) ⇒ Q
3
Q
2
Q
1
= 011.
Lúc ó: J
1
= K
1
=
3
Q = 1; J
2
= K
2
= Q
1
= 1; J
3
= Q
2
.Q
1
= 1, K
3
= 0.
(Hoc K
3
= 1).
- Khi Ck
4
:
J
1
= K
1
= 1 ⇒ Q
1
=
3
1
Q
= 0.
J
2
= K
2
= 1 ⇒ Q
2
=
3
2
Q
= 0.
J
3
= 0, K
3
= 1
⇒
Q
3
=1 bt chp trng thái trc ó.
(Hoc J
3
= 0, K
3
= 0 ⇒ Q
3
=
0
3
Q = 0 ) ⇒ Q
3
Q
2
Q
1
= 100.
Lúc ó: J
1
= K
1
=
3
Q = 1; J
2
= K
2
= Q
1
= 0; J
3
= Q
2
.Q
1
= 0, K
3
= 1.
(Hoc K
3
= Q
3
= 0).
-
Khi Ck
5
:
J
1
= K
1
= 1 ⇒ Q
1
=
4
1
Q = 0.
J
2
= K
2
= 1 ⇒ Q
2
=
4
2
Q = 0.
J
3
= 0, K
3
= 1 ⇒ Q
3
=0 bt chp trng thái trc ó.
⇒
Q
3
Q
2
Q
1
= 000 .
Lúc ó: J
1
= K
1
=
3
Q = 1; J
2
= K
2
= Q
1
= 0; J
3
= Q
2
.Q
1
= 0, K
3
= 1.
ch tr v trng thái ban u.
Chng 5. H tun t Trang 113
5.2.4. m thun nghch
thit k mch cho phép va m lên va m xung, ta thc hin nh sau:
- Cách 1: p hàm J
lên
, J
xung
, K
lên
, K
xung
(gi s ta dùng JKFF).
i X là tín hiu u khin. Xét 2 trng hp:
+ Nu quy c X = 0: m lên; X = 1: m xung.
Lúc ó ta có phng trình logic:
J =
X
. J
lên
+ X. J
xung
K =
X
. K
lên
+ X. K
xung
+ u quy c X = 1: m lên; X = 0: m xung.
Lúc ó ta có phng trình logic:
J = X. J
lên
+
X
. J
xung
K = X. K
lên
+
X
.K
xung
- Cách 2: p bng trng thái tng hp cho cm lên và m xung.
Xung vào X Trng thái h.ti
Trng thái k J
3
K
3
J
2
K
2
J
1
K
1
1
2
Sau ó thc hin các bc ging nh bm ng b.
5.2.5. m hn hp
m hn hp là bm mà trong ó bao gm cm ni tip và m song song. ây là b
m ch to khá nhiu trong thc t và kh nng ng dng ca bm hn hp khá ln so vi b
m song song.
Ví d: Bm 7490 bên trong bao gm 2 bm ó là bm 2 ni tip và bm 5 song
song. Hai bm này tách ri nhau. Do ó, tùy thuc vào vic ghép hai bm này li vi nhau mà
ch có th thc hin c vic m thp phân hoc chia tn s.
Trng hp 1: 2 ni tip, 5 song song (hình 5.11).
J
K
Ck
1
Ck
2
B
m 5
song song
B
m
2 n
i
tip
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
1
Ck
Clr
Hình 5.11. Bm 2 ni tip ghép vi bm 5 song song
Bài ging K THUT S Trang 114
Q
1
ca bm 2 gi vai trò xung Ck cho bm 5 song song.
Gin thi gian ca 2 ni tip 5 song song (hình 5.12) :
Nhn xét: Cách ghép này dùng m thp phân, nhng không dùng chia tn s.
ng trng thái mô t hot ng ca mch:
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
4
Q
3
Q
2
Q
1
Q
4
Q
3
Q
2
Q
1
1 0 0 0 0 0 0 0 1
2 0 0 0 1 0 0 1 0
3 0 0 1 0 0 0 1 1
4 0 0 1 1 0 1 0 0
5 0 1 0 0 0 1 0 1
6 0 1 0 1 0 1 1 0
7 0 1 1 0 0 1 1 1
8 0 1 1 1 1 0 0 0
9 1 0 0 0 1 0 0 1
10 1 0 0 1 0 0 0 0
Trng hp 2: 5 song song, 2 ni tip.
Q
3
ca bm 5 song song gi vai trò xung Ck cho bm 2.
Ck
Q
1
Q
2
1
1
1
1
0
0
0
0
0 0
00
0
1
1
1 1
1
0
0
0
1
2
3
4
5 7 8
9
106
0
11
0
0
000
1
Q
3
0 0 0
0 0
0
0
0
1
1
Q
4
Hình 5.12. Gin thi gian 2 ni tip ghép vi 5 song song
Ck
1
B
m 5
song song
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
J
K
Ck
2
B
m 2
n
i tip
Ck
Clr
Hình 5.13. Bm 5 song song ghép vi 2 ni tip
Chng 5. H tun t Trang 115
Gin thi gian ca 5 song song ni tip 2.
Nhn xét: Cách ghép này không c dùng m thp phân, nhng li thích hp cho vic
chia tn s.
ng trng thái mô t hot ng ca mch :
Xung vào Trng thái hin ti Trng thái k tip
Ck Q
4
Q
3
Q
2
Q
1
Q
4
Q
3
Q
2
Q
1
1 0 0 0 0 0 0 0 1
2 0 0 0 1 0 0 1 0
3 0 0 1 0 0 0 1 1
4 0 0 1 1 0 1 0 0
5 0 1 0 0 0 1 0 1
6 1 0 0 0 1 0 0 1
7 1 0 0 1 1 0 1 0
8 1 0 1 0 1 0 1 1
9 1 0 1 1 1 1 0 0
10 1 1 0 1 0 0 0 0
5.3. THANH GHI DCH CHUYN VÀ B NH
5.3.1. Khái nim
Thanh ghi dch và b nhu c ng dng trong lu tr d liu, trong ó thanh ghi do kh
ng lu tr ca nó có hn nên chc s dng nh b nh tm thi (lu kt qu các phép tính).
Còn b nh có kh nng lu tr các bit d liu khá ln, v mc cu to b nhc xây dng trên
s các thanh ghi (Nhiu thanh ghi hp thành b nh)
5.3.2. Thanh ghi dch chuyn
1. Khái nim
Thanh ghi c xây dng trên c s các DFF (hoc các FF khác thc hin chc nng ca DFF)
và trong ó mi DFF s lu tr 1 bit d liu.
Ck
Q
1
Q
2
1
1
1
1
0
0
0
0
0 0
00
0
1
0
1 1
1
0
0
0
1
2
3
4
5 7 8
9
106
1
00
0
0
000
1
Q
3
0 0 0
0 0
1 1 1
1
0
Q
4
Hình 5.14. Gin thi gian m 5 song song ghép 2 ni tip
Bài ging K THUT S Trang 116
to thanh ghi nhiu bit, ngi ta ghép nhiu DFF li vi nhau theo qui lut nh sau:
- Ngõ ra ca DFF ng trc c ni vi ngõ vào DATA ca DFF sau (D
i+1
= Q
i
) ( thanh
ghi có kh nng dch phi.
- Hoc ngõ ra ca DFF ng sau c ni vi ngõ vào DATA ca DFF ng trc (D
i
=
Q
i+1
) ( thanh ghi có kh nng dch trái.
2. Phân loi
Phân loi theo s bit d liu lu tr: 4 bit, 5 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit. i vi thanh ghi ln 8 bit,
ngi ta không dùng h TTL mà dùng h CMOS.
Phân loi theo hng dch chuyn d liu trong thanh ghi:
- Thanh ghi dch trái.
- Thanh ghi dch phi.
- Thanh ghi va di phi va di trái.
Phân loi theo ngõ vào d liu:
- Ngõ vào d liu ni tip.
- Ngõ vào d liu song song: Song song không ng b, song song ng b.
Phân loi theo ngõ ra:
- Ngõ ra ni tip.
- Ngõ ra song song.
- Ngõ ra va ni tip va song song.
3. Nhp d liu vào FF
Nhp d liu vào FF bng chân Preset (Pr): (xem hình 5.15)
- Khi Load = 0 : Cng NAND 3 và 2 khóa → ngõ vào Pr = Clr = 1
→ FF t do → d liu A không nhp vào c FF.
- Khi Load = 1 : Cng NAND 2 và 3 m, ta có: Pr =
A
, Clr = A.
u A = 0
→
Pr = 1, Clr = 0
→
Q = A = 0.
u A = 1 → Pr = 0, Clr = 1 → Q = A = 1.
y Q = A
→
d liu A c nhp vào FF.
Tuy nhiên, cách này phi dùng nhiu cng logic không kinh t và phi
dùng chân Clr là chân xóa nên phi thit k xóa ng b.
khc phc nhng nhc m ó dùng mch nh trên hình 5.16 :
- Chân Clr trng tng ng vi mc logic 1.
- Khi Load = 0 : cng NAND khóa
→
Pr = Clr =1
→
FF t do. D
liu không c nhp vào FF.
- Khi Load = 1 : cng NAND m
→
Pr =
A
.
Gi s ban u : Q = 0.
u A = 0 → Pr = 1, Clr = 1 ⇒ Q = Q
0
= 0.
u A = 1
→
Pr = 0, Clr = 1
⇒
Q = 1.
y Q = A → D liu A c nhp vào FF.
Chú ý
: Phng pháp này òi hi trc khi nhp phi xóa FF v 0.
Pr Clr
A
Load
Hình 5.16
Pr Clr
A
Load
1
2
3
Hình 5.15
Chng 5. H tun t Trang 117
Ví d: Xét mt thanh 4 bit có kh nng di phi (hình 5.17).
Trong ó:
- DSR (Data Shift Right): Ngõ vào Data ni tip (ngõ vào dch phi).
- Q
1
, Q
2
,Q
3
, Q
4
: các ngõ ra song song.
gii thích hot ng ca mch, ta da vào bng trng thái ca DFF.
Gi s ban u : Ngõ vào nhp Load = 1 → A, B, C, D c nhp vào thanh ghi dch:
Q
1
= A, Q
2
= B, Q
3
= C, Q
4
= D.
Hot ng dch phi ca thanh ghi:
- Xét FF
1
: D = DSR
1
, Q
1
= A.
u DSR
1
= 0
→
Q = 0 ; nu DSR
1
= 1
→
Q = 1.
t lun: Sau mt xung Ck tác ng sn xung thì Q
1
= DSR
1
.
- Lúc ó FF
2
, FF
3
,FF
4
: Q
2
= A, Q
3
= B, Q
4
= C.
c là sau khi Ck tác ng sn xung thì ni dung trong thanh ghi c di sang phi 1 bit.
Sau 4 xung, d liu trong thanh ghi c xut ra ngoài và ni dung DFF c thay th bng các d
liu t ngõ vào DATA ni tip DSR
1
, DSR
2
, DSR
3
, DSR
4
.
Ta có bng trng thái hot ng ca mch:
Trng thái hin ti Trng thái k
Xung
vào
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
1 A B C D DSR
1
A B C
2 DSR
1
A B C DSR
2
DSR
1
A B
3 DSR
2
DSR
1
A B DSR
3
DSR
2
DSR
1
A
4 DSR
3
DSR
2
DSR
1
A DSR
4
DSR
3
DSR
2
DSR
1
Trng hp ngõ ra
Q
c ni vi ngõ vào d liu ni tip DSR (hình 5.18).
Ck
1
Q
1
1
Q
J
1
K
1
Ck
2
Q
2
2
Q
J
2
K
2
Ck
3
Q
3
3
Q
J
3
K
3
Load
Q
2
Q
1
C
k
Clr
Ck
4
Q
4
4
Q
J
4
K
4
Q
3
Q
4
A
B C D
DSR
Hình 5.17. Thanh ghi dch phi
Bài ging K THUT S Trang 118
Ta có bng trng thái hot ng ca mch hình 5.18:
Trng thái hin ti Trng thái kXung
vào
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
1 0 0 0 0 1 0 0 0
2 1 0 0 0 1 1 0 0
3 1 1 0 0 1 1 1 0
4 1 1 1 0 1 1 1 1
5 1 1 1 1 0 1 1 1
6 0 1 1 1 0 0 1 1
7 0 0 1 1 0 0 0 1
8 0 0 0 1 0 0 0 0
ây là mch c ng dng nhiu trong thc t.
5.3.3. B nh
1. Các khái nim
- bào nh (Memory cell)
ó là thit b hay mch n t dùng lu tr 1 bit.
Ví d: FF lu tr 1 bit, tn khi np n thì lu tr 1 bit, hoc mt m trên bng t.
- T nh (Memory word )
Là nhóm các bit trong mt b nh.
Ví d: Mt thanh ghi gm 8 DFF có th lu tr t nh là 8 bit.
Trong thc t, kích thc ca t nh có th thay i trong các loi máy tính t 4 ( 64 bit.
- Byte:
t nhóm t nh 8 bit.
- Dung lng b nh
Ch kh nng lu tr ca b nh.
Ví d: 1K = 2
10
; 2K = 2
11
; 4K = 2
12
; 1M = 2
20
.
- a ch
Dùng xác nh các vùng ca các t trong b nh.
Xét b nh gm 16 ngn nh tng ng 16 t, ta cn dùng 4 ng a ch (2
4
= 16 → có 4
ng a ch). Nh vy có mi quan h gia a ch và dung lng b nh.
Ck
1
Q
1
1
Q
J
1
K
1
Ck
2
Q
2
2
Q
J
2
K
2
Ck
3
Q
3
3
Q
J
3
K
3
PrPr
C
k
Clr
Ck
4
Q
4
4
Q
J
4
K
4
Pr
Pr
DSR
Hình 5.18.
Chng 5. H tun t Trang 119
Ví d : qun lý c b nh có dung lng là 8 Kbytes thì cn 13 ng a ch.
- Hot ng c (READ)
c là xut d liu t b nh ra ngoài.
c ni dung mt ô nh cn thc hin:
+ a a ch tng ng vào các ng a ch A.
+ Khi tín hiu u khin c tác ng thì lúc by gi d liu cha trong các ngn nh tng
ng vi vùng a ch xác nh trên sc xut ra ngoài.
- Hot ng vit (WRITE)
Vit là ghi d liu t bên ngoài vào bên trong b nh.
Mun vit phi thc hin:
+ t các a ch tng ng lên các ng a ch.
+ t d liu cn vit vào b nh lên các ng d liu.
+ Tích cc tín hiu u khin ghi.
Khi ghi d liu t bên ngoài vào bên trong b nh thì d liu c s mt i và c thay th bng
liu mi.
- B nh không bay hi
Ch loi b nh mà d liu không mt i khi mt ngun n.
- B nh bay hi
Ch loi b nh lu tr d liu khi còn ngun n và khi mt ngun n thì d liu s b mt.
- RAM (Random Access Memory)
ü nh truy xut ngu nhiên, c vit tùy ý, còn c gi là RWM (Read/Write Memory). ây
là loi b nh cho phép c d liu cha bên trong ra ngoài và cho phép nhp d liu t bên
ngoài vào trong.
- ROM (Read Only Memory)
nh chc. Ch cho phép c d liu trong ROM ra ngoài mà không cho phép d liu ghi
liu t bên ngoài vào trong b nh.
- SM (Static Memory)
nh tnh là loi b nh lu tr d liu cho n khi mt n áp cung cp mà không cn làm
i d liu bên trong. Ví d: SRAM.
- DM (Dynamic Memory)
nhng là loi b nh có th mt d liu khi n áp cung cp cha b mt, vì vy cn có c
ch làm ti d liu. u m ca loi b nh này là tc truy xut nhanh, giá thành h. Ví d:
DRAM.
- B nh tun t
Ví d: a mm, a cng, bng t.
2.ROM (Read Only Memory)
- MROM (Mask ROM): c lp trình bi nhà sn xut.
u và nhc m: Ch có tính kinh t khi sn xut hàng lot nhng li không phc hi c khi
chng trình b sai hng.
- PROM (Programmable ROM): ây là loi ROM cho phép lp trình bi nhà sn xut. Nhc
m: Nu hng không phc hi c.
- EPROM (Erasable PROM): ó là loi PROM có th xóa và lp trình li. Có hai loi
EPROM: EPROM c xóa bng tia cc tím (Ultralviolet EPROM) và EPROM xóa bng xung
n (Electrical EPROM). Tui th ca EPROM ph thuc vào thi gian xóa.
Bài ging K THUT S Trang 120
ng dng ca ROM: Cha chng trình u khin vào ra ca máy tính, PC, µP, µC, ROM BIOS
(ROM Basic Input/Output System). Dùng cha ký t: ROM ký t. Dùng cha các bin i
hàm.
3.RAM (Random Access Memory)
DRAM: RAM ng, làm vic theo hai pha. Mt pha chn a ch hàng, mt pha chn a ch ct.
Do ó, s chân a ch thc hin trên IC nh hn mt na so vi RAM hoc ROM.
SRAM : RAM tnh, có tc truy xut nhanh hn DRAM, do ó giá thành ch to t hn.
4.T chc b nh
Gi s CPU hay µP có 16 ng a ch và 8 ng d liu. Nu dùng qun lý b nh thì
qun lý c dung lng b nh ti a là 64 KBytes (2
16
= 64K).
Gi s 64 KBytes phân thành các loi sau: 1 ROM 8K, và 7 RAM 8K.
chn ln lt tng b nh xut d liu và vì còn tha 3 dng a ch là A
13
, A
14
, A
15
nên
ta dùng mch gii mã t 3 → 8.
Trên hình 5.21 là s mch gii mã a ch dùng IC 74138.
D
0
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
D
7
A
1
A
2
A
3
A
4
CS
ROM
16 x 8
Hình 5.19. S khi ca ROM 16x8 = 128 bit
cs
138
8
ROM
13
cs
138
8
RAM
1
13
cs
138
8
RAM
2
13
cs
138
8
RAM
3
13
cs
13 8
RAM
4
cs
13 8
RAM
5
cs
13 8
RAM
6
cs
13 8
RAM
7
8
16
Hình 5.20. T chc b nh
Chng 5. H tun t Trang 121
Y
0
(CS / ROM )
Y
1
(CS / RAM
1
)
Y
2
(CS / RAM
2
)
Y
3
(CS / RAM
3
)
Y
4
(
CS
/ RAM
4
)
Y
5
(CS / RAM
5
)
Y
6
(CS / RAM
6
)
Y
7
(CS / RAM
7
)
A
13
A
14
A
15
IC 74138
3 → 8
Hình 5.21. Mch gii mã a ch
n b nh ca h thng:
A
15
A
14
A
13
A
12
A
11
A
10
A
9
A
8
A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
a ch Hex
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F F F H
ROM
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 H
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 F F F H
RAM
1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 H
0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 F F F H
RAM
2
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 H
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 F F F H
RAM
3
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 H
1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 F F F H
RAM
4
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 0 H
1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B F F FH
RAM
5
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 0 0 0 H
1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D F F FH
RAM
6
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E 0 0 0 H
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F F F F H
RAM
7