Bài giảng Kỹ thuật số (chương 7) pot

1
1
Chương 7
Bộđếmvàthanhghi
Th.S Đặng NgọcKhoa
Khoa Điện-ĐiệnTử
2
Bộđếm không đồng bộ
 Xét bộđếm4 bit ở hình 7-1
 Xung clock chỉđược đưa đến FF A, ngõ vào J,
K củatấtcả các FF đều ở mứclogic 1.
 Ngõ ra của FF sau đượcnối đến ngõ vào CLK
của FF trướcnó.
 Ngõ ra D, C, B, A là mộtsố nhị phân 4 bit với
D là bit có trọng số cao nhất.
 Đây là bộđếm không đồng bộ vì trạng
thái của các FF không thay đổi cùng với
xung clock.
2
3
Hình 7-1 Bộđếm 4 bit
4
Quy ướcvề trọng số
 Trong phầnlớncácmạch, dòng tín hiệu
thường chạytừ trái sang phải.
 Trong chương này, nhiềumạch điệncó
dòng tín hiệuchạytừ phải sang trái.
 Ví dụ, trong hình 7-1:
 Flip-Flop A: LSB
 Flip-Flop D: MSB
3

5
Số MOD
 Số MOD là số trạng thái trong mộtchu
kỳ củamộtbộđếm.
 Bộđếm trong hình 7-1 có 16 trạng thái
khác nhau, do vậynólàbộđếm MOD-16
 Số MOD củamộtbộđếm đượcthayđổi
cùng vớisố Flip-Flop.
 Số MOD ≤ 2
N
6
Số MOD
 Ví dụ
 Mộtbộđếm đượcsử dụng để đếmsảnphẩm
chạyqua mộtbăng tải. Mỗisảnphẩm điqua
băng chuyền, bộ cảmbiếnsẽ tạiramột xung.
Bộđếmcókhả năng đếm được 1000 sản
phẩm. Hỏiítnhấtphải có bao nhiêu Flip-Flop
trong bộđếm?
 Trả lời: 1000 ≤ 2
10
= 1024. Phảicó10 FF
4
7
Chia tầnsố
 Trong mộtbộđếm, tín hiệungõracủaFF
cuối cùng (MSB) có tầnsố bằng tầnsố
ngõ vào chia cho số MOD. Mộtbộđếm
MOD-N là bộ chia N.
8

Ví dụ 7-1
 Ví dụ mạch tạoradaođộng xung vuông có
tầnsố 1Hz.
 Tạoratínhiệu xung vuông 50Hz từ lưới điện.
 Cho điqua bộđếm MOD-50 để chia tầnsố 50 lần.
 Có đượctínhiệu xung vuông tầnsố 1Hz
5
9
Trễ trong bộđếm không đồng bộ
 Cấutrúccủabộđếm không đồng bộ khá
đơngiảnnhưng vấn đề trễ khi truyềntín
hiệuqua mỗiFF sẽ làm hạnchế tầnsố
củabộđếm.
 Vớibộđếm không đồng bộ ta phảicó

T
clock
≥
N
x
t
pd

F
max
=
1/(
N
x
t

pd
)
10
Trễ trong bộđếm không đồng bộ
 Bộđếm3 bit
vớinhững tần
số xung clock
khác nhau
6
11
Câu hỏi?
 Trong bộđếmbất đồng bộ, tấtcả các FF
thay đổitrạng thái cùng mộtlúc? Sai
 Giả sử bộđếm trong hình 7-1 đang ở
trạng thái 0101. Sau 27 xung clock, trạng
thái củabộđếmsẽ là bao nhiêu? 0000
 Số MOD củabộđếmcó5 Flip-Flop?
12
Bộđếm đồng bộ
 Trạng thái củatấtcả các FF sẽđượcthay
đổi cùng mộtlúcvới xung clock.
 Hình sau mô tả hoạt động củamộtbộ
đếm đồng bộ
 Mỗi FF có ngõ vào J, K đượckếtnốisaocho
chúng ở trạng thái cao chỉ khi ngõ ra củatất
cả các FF sau nó đều ở trạng thái cao.
 Bộđếm đồng bộ có thể hoạt động vớitầnsố
cao hơnbộđếm không đồng bộ.
7
13

Bộđếm đồng bộ MOD-16
14
Hoạt động củamạch
 B thay đổitrạng thái theo xung clock chỉ
khi A = 1.
 C thay đổitrạng thái theo xung clock chỉ
khi A = B = 1.
 D thay đổitrạng thái theo xung clock chỉ
khi A = B = C = 1.
8
15
Bảng chân trị
16
Bộđếmcósố MOD < 2
N
 Sử dụng ngõ vào không đồng bộ (clear,
set) để buộcbộđếmbỏđimộtsố trạng
thái.
 Trong hình 7-2, ngõ ra cổng NAND được
nối đến ngõ vào không đồng bộ CLEAR
củamỗi Flip-Flop.
 Khi A=0, B=C=1, (CBA = 110
2
= 6
10
) ngõ
ra cổng NAND sẽ tích cựcvàcácFF sẽ bị
CLEAR về trạng thái 0.
9
17

Hình 7-2 BộđếmMOD-6
18
Trạng thái tạm
 Lưuý rằng trong hình 7-2, 110 là một
trạng thái tạmthời. Mạch chỉ tồntại ở
trạng thái này trong thờigianrấtngắn
sau đósẽ chuyển sang trạng thái 000.
 000Æ001Æ010Æ011Æ100Æ101Æ000
 Ngõ ra của FF C có tầnsố bằng 1/6 tầnsố
ngõ vào.
10
19
Sơđồtrạng thái
20
Thiếtkế bộđếmMOD-X
 Bước1: Tìm số FF nhỏ nhất sao cho 2
N
≥
X. KếtnốicácFF lạivới nhau. Nếu2
N
= X
thì không làm bước2 và3.
 Bước2: Nốimộtcổng NAND đếnngõvào
CLEAR củatấtcả các FF.
 Bước3: Xác định FF sẽởmứccaoứng với
trạng thái bộđếm = X. Nốingõracủacác
FF đếnngõvàocủacổng NAND.
11
21
Bộđếm MOD-14 và MOD-10

Bộđếm không đồng bộ
22
Bộđếm MOD-14 và MOD-10
Bộđếm đồng bộ
12
23
Bộđếmthậpphân
 Bộđếmthậpphân
 Là bấtkỳ bộđếmnàocómườitrạng thái
phân biệt.
 Bộđếm BCD
 Là mộtbộđếmthậpphânmàcáctrạng thái
trong bộđếmtương ứng từ 0000 (zero) đến
1001 (9)
24
BộđếmMOD-60 khôngđồng bộ
13
25
Ví dụ 7-2
 Xác định mạch bộđếm đồng bộ MOD-60
26
Câu hỏi?
 Trong bộđếmMOD-13, ngõracủa FF nào
đượcnối đếnngõvàocổng NAND của
mạch clear?
 Tấtcả các bộđếm BCD là bộđếmthập
phân?
 Cho mộtbộđếmthậpphân, tầnsố ngõ
vào là 50KHz. Tầnsố ngõ ra là bao nhiêu?
14

27
Bộđếmxuống không đồng bộ
 111Æ110Æ101Æ100Æ011Æ010Æ001Æ
000
 Bộđếmlêncóthể chuyển thành bộđếm
xuống bằng cách sử dụng những ngõ ra
đảo để lái các ngõ vào xung clock.
28
Bộđếmxuống MOD-8
15
29
Bộđếmxuống đồng bộ
 Bộđếmxuống đồng bộ có cấutạohoàn
toàn tương tự như bộđếmlênđồng bộ.
 Chỉ khác là sử dụng các ngõ ra đảo để
điềukhiển.
30
Bộđếmlên/xuống đồng bộ
16
31
IC bộđếm không đồng bộ
 IC 74LS293 họ TTL
 Có 4 J-K Flip-Flop, Q
3
Q
2
Q
1
Q
0

 Mỗi FF có một ngõ vào CP (clock pulse) tương
tự như ngõ vào CLK. Ngõ vào clock củaQ
1
và
Q
0
đượcnối đến chân 11 và chân 10.
 Ngõ vào clear củamỗi FF đượcnối đếnngõra
củamộtcổng NAND hai ngõ vào MR
1
và MR
2
.
 Q
3
Q
2
Q
1
đượcnốivớinhauhìnhthànhnênmột
bộđếm3 bit.
 Q
0
không đượcnối đếncácphầnkhác.
32
IC bộđếm không đồng bộ
17
33
Ví dụ 7-3
 Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm

MOD-16
34
Ví dụ 7-4
 Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm
MOD-10
18
35
Ví dụ 7-5
 Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm MOD-14
 Trường hợpnàycầnphảisử dụng thêm một
cổng AND
36
Ví dụ 7-6
 Sử dụng IC 74LS293 thiếtlậpbộđếm
MOD-60
 Sử dụng 2 IC mắcnốitiếp nhau.
19
37
IC bộđếm
 GiớithiệuIC bộđếm7 bit họ CMOS
38
IC bộđếm đồng bộ
 TTL 74ALS160
 Bộđếmcó4 FF
 FF thay đổitrạng thái theo cạng dương của
xung clock
 IC có một ngõ vào CLEAR không đồng bộ.
 Bộđếmcóthể preset đếnbấtkỳ giá trị nào
(theo các ngõ vào A, B, C, và D) bằng cách
tích cựcngõvàoLOAD.

 Bộđếm được điềukhiểnbởi các ngõ vào khác
nhau, thể hiệntrongbảng Function table.
20
39
74ALS160
40
74ALS160
 Ví dụ
21
41
74ALS160
 Ví dụ
42
74ALS160
 Có thể kếthợpnhiềuIC để tạoramộtbộ
đếmlớnhơn
22
43
IC bộđếm đồng bộ
 74ALS193/HC193
 Bộđếm đồng bộ
 MOD-16
 Presettable up/down
 Preset không đồng bộ
 Master reset không đồng bộ
44
IC 74ALS193
23
45
IC 74ALS193

 Mạch tạoraTC
U
và TC
D
46
74ALS193 - bộđếmlên
24
47
74ALS193 - bộđếmxuống
48
Ví dụ 7-7
 Bộđếmxuống MOD-5
25
49
IC 74ALS193
 Kếthợp nhiềuIC để mở rộng bộđếm
50
Giảimãbộđếm
 Giảimãlàbiết đổigiátrị nhị phân ở ngõ
ra thành giá trị thập phân.
 Bộ giải mã sau tích cựcmứccao, cóthể
sử dụng các đèn LED để thể hiệncácsố
thậpphântừ 0 – 7.