Bài giảng điện tử số part 5 potx

Bài ging N T S 1 Trang 52
3.3. FLIP – FLOP (FF)
3.3.1. Khái nim
Flip-Flop (vit tt là FF) là mch dao ng a hài hai trng thái bn, c xây dng trên c s
các cng logic và hot ng theo mt bng trng thái cho trc.
3.3.2. Phân loi
Có hai cách phân loi:
- Phân loi theo tín hiu u khin.
- Phân loi theo chc nng.
1. Phân loi FF theo tín hiu u khin ng b
m có hai loi:
- Không có tín hiu u khin ng b (FF không ng b).
- Có tín hiu u khin ng b (FF ng b).
a. FF không ng b
ng 1: RSFF không ng b dùng cng NOR (s hình 3.43)
a vào bng chân tr ca cng NOR  gii thích hot ng ca s mch này
:
- S = 0, R = 1 ⇒ Q = 0. Q=0 hi tip v cng NOR 2 nên cng NOR 2 có hai ngõ vào bng 0
⇒
Q = 1. Vy, Q = 0 và Q = 1.
- S = 1, R = 0 ⇒ Q= 0. Q= 0 hi tip v cng NOR 1 nên cng NOR 1 có hai ngõ vào bng 0
⇒ Q = 1. Vy, Q = 1 và
Q = 0.
- Gi s ban u: S = 0, R = 1 ⇒ Q = 0 và
Q = 1.
u tín hiu ngõ vào thay i thành: S = 0, R = 0 (R chuyn t 1 → 0) ta có:
+ S = 0 và Q = 0 ⇒
Q = 1
+ R = 0 và
Q = 1 ⇒ Q = 0 ⇒ RSFF gi nguyên trng thái c trc ó.
- Gi s ban u: S = 1, R = 0 ⇒ Q = 1 và

Q = 0.
u tín hiu ngõ vào thay i thành: R = 0, S = 0 (S chuyn t 1 → 0) ta có:
+ R = 0 và Q = 0 ⇒ Q = 1
+ S = 0 và Q = 1 ⇒
Q = 0 ⇒ RSFF gi nguyên trng thái c trc ó.
Q
Q
R
S
1
2
S R Q
0 0 Q
0
0 1 0
1 0 1
1 1 X
Hình 3.43. RSFF không ng b s dng cng NOR và bng trng thái
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 53
ng 2: RSFF không ng b dùng cng NAND (s hình 3.44)
a vào bng chân tr ca cng NAND:



=∃
=∀
=
0x1
1x0
y

i
i
Ta có:
-
S
= 0,
R
= 1 ⇒ Q = 1. Q = 1 hi tip v cng NAND 2 nên cng NAND 2 có hai ngõ vào
ng 1 vy Q = 0.
-
S
= 0,
R
= 1 ⇒ Q = 1. Q = 1 hi tip v cng NAND 1 nên cng NAND 1 có hai ngõ vào
ng 1 vy Q = 0.
-
S
=
R
= 0 ⇒ Q = Q = 1 ây là trng thái cm.
-
S
=
R
= 1: Gi s trng thái trc ó có Q = 1, Q = 0 ⇒ hi tip v cng NAND 1 nên cng
NAND 1 có mt ngõ vào bng 0 vy Q = 1 ⇒ RSFF gi nguyên trng thái c.
Nh vy gi là FF không ng b bi vì ch cn mt trong hai ngõ vào S hay R thay i thì ngõ
ra cng thay i theo.
 mt kí hiu, các RSFF không ng bc ký hiu nh sau:
R

QS
R Q
S
Hình 3.45. Ký hiu các FF không ng b
a. R,S tác ng mc 1 - b. R,S tác ng mc 0
a) b)
Hình 3.44. RSFF không ng b s dng cng NAND và bng trng thái
S
R
Q
1
2
Q
S R Q
0 0 X
0 1 1
1 0 0
1 1 Q
0
Bài ging N T S 1 Trang 54
b. FF ng b
Xét s RSFF ng b vi s mch, ký hiu và bng trng thái hot ng nh hình 3.46.
Trong ó: Ck là tín hiu u khin ng b hay tín hiu ng h (Clock). Kho sát hot ng ca
ch:
- Ck = 0: cng NAND 3 và 4 khóa không cho d liu a vào. Vì cng NAND 3 và 4 u có ít
nht mt ngõ vào Ck = 0 ⇒
S
=
R
=1 ⇒ Q = Q

0
: RSFF gi nguyên trng thái c.
- Ck = 1: cng NAND 3 và 4 m. Ngõ ra Q s thay i tùy thuc vào trng thái ca S và R.
+ S = 0, R = 0 ⇒
S
=1,
R
=1 ⇒ Q = Q
0
+ S = 0, R = 1 ⇒
S
=1,
R
= 0 ⇒ Q = 0
+ S = 1, R = 0 ⇒
S
= 0,
R
= 1 ⇒ Q = 1
+ S = 1, R = 1 ⇒
S
= 0,
R
= 0 ⇒ Q = X
Trong trng hp này tín hiu ng b Ck tác ng mc 1. Trong
trng hp Ck tác ng mc 0 thì ta mc thêm cng o nh sau (hình
3.47):
Tùy thuc vào mc tích cc ca tín hiu ng b Ck, chúng ta có các loi tín hiu u khin:
- Ck u khin theo mc 1.
- Ck u khin theo mc 0.

- Ck u khin theo sn lên (sn trc).
- Ck u khin theo sn xung (sn sau).
S R Ck Q
X X 0 Q
0
0 0 1 Q
0
0 1 1 0
1 0 1 1
1 1 1 X
S Q
Ck
R Q
S
R
Q
1
2
Q
3
4
R
S
Ck
Hình 3.46. RSFF ng b: S logic và ký hiu
S
R
Q
1
2

Q
3
4
R
S
Ck
S Q
Ck
R
Q
Hình 3.47
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 55
S
R
ch
o sn
lên
Ck
Xung sau khi qua
ch to sn lên
Ck
t
t
0
0
Hình 3.49. S khi FF tác ng theo sn lên và dng sóng
Xét FF có Ck u khin theo sn lên (sn trc)
:
Sn lên và mc logic 1 có mi quan h vi nhau, vì vy mch to sn lên là mch ci tin ca
ch tác ng theo mc logic 1.

n lên thc cht là mt xung dng có thi gian tn ti rt ngn.  ci tin các FF tác ng
theo mc logic 1 thành FF tác ng theo sn lên ta mc vào trc FF ó mt mch to sn lên
nh hình 3.49.
 mch to sn ngi ta li dng thi gian tr ca tín hiu khi i qua phn t logic. i vi
ch to sn ngi ta li dng thi gian tr ca tín hiu khi i qua cng NOT.
Xét s mch to sn lên và dng sóng nh hình 3.50 : Mch to sn lên gm mt cng
AND 2 ngõ vào và mt cng NOT. Tín hiu x1 t cng NOT c a n cng AND cùng vi tín
hiu x
2
i trc tip (x
2
= Ck). Do tính cht tr ca tín hiu Ck khi i qua cng NOT nên x
1
b tr mt
khong thi gian, vì vy tín hiu ngõ ra ca cng AND có dng mt xung dng rt hp vi thi
gian tn ti chính bng thi gian tr (tr truyn t) ca cng NOT. Xung dng hp này c a
n ngõ vào ng b ca FF u khin theo mc logic 1. Ti các thi m có sn lên ca tín hiu
xung nhp Ck s xut hin mt xung dng tác ng vào ngõ vào ng b ca FF u khin ngõ ra
a. Mc 1
b. Mc 0 c. Sn lên d. Sn xung
Hình 3.48. Các loi tín hiu u khin Ck khác nhau
S
Ck
R
y
x
1
x
2
Ck

t
y
0
t
x
1
0
t
x
2
0
Ck
t
0
Hình 3.50
Bài ging N T S 1 Trang 56
Q thay i trng thái theo các ngõ vào. S mch FF có tín hiu Ck u khin theo sn lên nh
hình 3.51.
Xét FF có Ck u khin theo sn xung (sn sau)
:
ch to sn xung là mch ci tin tác ng mc logic 0. S mch và dng sóng c cho 
hình 3.52. Trên hình 3.53 là ký hiu trên s mch và s thc hin Flip-Flop tác ng theo
n xung.
(Sinh viên t gii thích hot ng ca các mch này).
S
R
Q
1
2
Q

3
4
R
S
y
Ck
Hình 3.51. FF có tín hiu Ck u khin theo sn lên
y
x
1
x
2
Ck
Ck
t
0
t
x
2
x
1
0
t
0
t
y
0
Hình 3.52. Mch to sn xung
a.  mch
b. ng sóng

a)
b)
S
R
Q
1
2
Q
3
4
R
S
y
Ck
S Q
Ck
R
Q
Hình 3.53
a.  mch thc hin
b. Ký hiu
a)
b)
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 57
Ý ngha ca tín hiu ng b Ck:
i vi các FF ng b, các ngõ ra ch thay i trng thái theo ngõ vào DATA khi xung Ck tn ti
c 1 (i vi FF tác ng mc 1), hoc xung Ck tn ti mc 0 (i vi FF tác ng mc 0), hoc
xung Ck  sn lên (i vi FF tác ng sn lên), xung Ck  sn xung (i vi FF tác ng
n xung), còn tt c các trng hp khác ca Ck thì ngõ ra không thay i trng thái theo các
ngõ vào mc dù lúc ó các ngõ vào có thay i trng thái.

Phng pháp u khin theo kiu ch t (Master - Slaver)
:
 i vi phng pháp này khi xung Ck tn ti mc logic 1 d liu sc nhp vào FF, còn khi
Ck tn ti mc logic 0 thì d liu cha trong FF c xut ra ngoài.
V mt cu to bên trong gm 2 FF: mt FF thc hin chc nng ch (Master) và mt FF thc
hin chc nng t (Slaver).
Hot ng ca FF u khin theo kiu ch/t: (hình 3.54)
+ Ck = 1: FF2 m, d liu c nhp vào FF2. Qua cng o Ck = 0 ( FF1 khóa nên gi nguyên
trng thái c trc ó.
+ Ck = 0: FF2 khóa nên gi nguyên trng thái c trc ó. Qua cng o Ck = 1 ( FF1 m, d liu
c xut ra ngoài.
Chú ý: Tín hiu Ck có thc to ra t mch dao ng a hài không trng thái bn.
3.3.2.2. Phân loi FF theo chc nng
a. RSFF
ó là FF có các ngõ vào và ngõ ra ký hiu nh hình v.
Trong ó:
- S, R : các ngõ vào d liu.
- Q,
Q : các ngõ ra.
- Ck : tín hiu xung ng b
i S
n
và R
n
là trng thái ngõ vào Data  xung Ck th n.
Q
n
, Q
n+1
là trng thái ca ngõ ra Q  xung Ck th n và th (n+1).

Lúc ó ta có bng trng thái mô t hot ng ca RSFF:
R
S
Ck
Q
1
2
Q
3
4
5
6
7
8
FF
1
FF
2
Hình 3.54. Phng pháp u khin theo kiu ch t
S Q
Ck
R
Q
Hình 3.55. Ký hiu RSFF
Bài ging N T S 1 Trang 58
S
n
R
n
Q

n+1
0 0 Q
n
0 1 0
1 0 1
1 1 X
u ý rng trng thái khi c 2 ngõ vào S = R = 1 lúc ó c 2 ngõ ra có cùng mc logic, ây là
trng thái cm ca RSFF (thng c ký hiu X).
Tip theo chúng ta si xây dng bng u vào kích ca RSFF. ng u vào kích gm 2
phn, phn bên trái lit kê ra các yêu cu cn chuyn i ca FF, và phn bên phi là các u
kin tín hiu u vào kích cn m bo t c các s chuyn i y. Nu các u kin u
vào c m bo thì FF s chuyn i theo úng yêu cu. Thc cht bng u vào kích ca FF là
 khai trin bng trng thái ca FF.
Ta vit li bng trng thái ca RSFF  dng khai trin nh sau:
S
n
R
n
Q
n
Q
n+1
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 X
1 1 1 X

Trong bng này, tín hiu ngõ ra  trng thái tip theo (Q
n+1
) s ph thuc vào tín hiu các ngõ
vào data (S, R) và tín hiu ngõ  ra trng thái hin ti (Q
n
).
T bng khai trin trên ta xây dng c bng u vào kích cho RSFF:
Q
n
Q
n+1
S
n
R
n
0 0 0 X
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 X 0
ng t bng trng thái khai trin ta có th tìm c phng trình logic ca RSFF bng cách lp
 Karnaugh nh sau:
00
01 11 10
0 0 0 X 1
1 1 0 X 1
 bng Karnaugh này ta có phng trình logic ca RSFF:
n
Q
n
R

n
S
1n
Q +=
+
S
n
R
n
Q
n
Q
n+1
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 59
Vì u kin ca RSFF là S.R= 0 nên ta có phng trình logic ca RSFF c vit y  nh
sau:
n
Q
n
R
n
S
1n
Q +=
+
SR=0
ng sóng minh ha hot ng ca RSFF trên hình 3.56:
b. TFF
TFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiu và bng trng thái hot ng nh hình v (hình 3.57):
Trong ó:

- T: ngõ vào d liu
- Q,: các ngõ ra
- Ck: tín hiu xung ng b.
i T
n
là trng thái ca ngõ vào DATA T  xung Ck th n.
i Q
n
, Q
n+1
là trng thái ca ngõ ra  xung Ck th n và (n+1).
Lúc ó ta có bng trng thái hot ng khai trin ca TFF.
 bng trng thái này ta có nhn xét:
+ Khi T=0: mi khi có xung Ck tác ng ngõ ra Q gi nguyên trng thái c trc ó.
+ Khi T=1: mi khi có xung Ck tác ng ngõ ra Q o trng thái.
Hình 3.56.  th thi gian dng sóng RSFF
Ck
t
t
S
t
R
0
0
0
1
2
3
4 5
t

0
Q
T Q
Ck
Q
Q
n
Q
n
0
1
T
n
Q
n+1
Hình 3.57. Ký hiu TFF và bng trng thái hot ng
Bài ging N T S 1 Trang 60
Ck
t
t
T
t
Q
0
0
0
1
2 3
Hình 3.58
T

n
Q
n
Q
n+1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
 bng trng thái khai trin ca TFF ta tìm c bng u vào kích ca TFF nh sau:
Q
n
Q
n+1
T
n
0
0
1
1
0
1

0
1
0
1
1
0
Phng trình logic ca TFF:
Q
n+1
=
nnnn
Q.T.QT + (dng chính tc 1)
Hoc: )QT)(Q(TQ
nnnn1n
++=
+
(dng chính tc 2).
Vit gn hn:
nn1n
QTQ ⊕=
+
(SV có th lp Karnaugh và ti thiu hóa  tìm phng trinh logic ca TFF).
Trên hình 3.58 minh ha  th thi gian dng sóng ca TFF.
- Tín hiu ra Q u tiên luôn luôn  mc logic 0
- Tín hiu Ck(1) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 1. Theo bng trng
thái : T
0
= 1 và Q
0
= 0 ⇒ Q

1
=
0
Q = 1.
- Tín hiu Ck(2) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 0. Theo bng trng
thái : T
1
= 0 và Q
1
= 1 ⇒ Q
2
= Q
1
= 1 (Gi nguyên trng thái trc ó).
- Tín hiu Ck(3) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 1. Theo bng trng
thái: T
2
= 1 và Q
2
= 1 ⇒ Q
3
=
2
Q = 0.
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 61
Trng hp ngõ vào T luôn luôn bng 1 (luôn  mc logic 1):
Khi T=1 thì dng sóng ngõ ra Q c cho trên hình v. Ta có nhn xét rng chu k ca ngõ ra Q
ng 2 ln chu k tín hiu xung Ck nên tn s ca ngõ ra là:
2
f

f
CK
Q
=
y, khi T=1 thì TFF gi vai trò mch chia tn s xung vào Ck.
ng quát: Ghép ni tip n TFF vi nhau sao cho ngõ ra ca TFF trc s ni vi ngõ vào ca
TFF ng sau (Ck
i+1
ni vi Q
i
) và lúc bây gi tt c các ngõ vào DATA T  tt c các TFF u
gi mc logic 1, lúc ó tn s tín hiu ngõ ra s là:
n
CK
Q
2
f
f
n
=
i Q
n
là tín hiu ngõ ra ca TFF th n; f
CK
là tn s xung clock  ngõ vào ng b TFF u tiên.
c. DFF
DFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiu nh hình 3.60.
Trong ó: D là ngõ vào d liu. Q, Q : các ngõ ra. Ck: tín hiu xung ng b.
i D
n

là trng thaïi ca ngõ vào DATA D  xung Ck th n.
i Q
n
, Q
n+1
là trng thái ca ngõ ra  xung Ck th n và (n+1).
Khai trin bng trng thái ca DFF  tìm bng u vào kích ca DFF, ta có:
D
n
Q
n
Q
n+1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
Ck
t
t
T
t

Q
0
0
0
1
2 3 4 5
Hình 3.59. Dng sóng ngõ ra khi T=1
0
1
0
1
D
n
Q
n+1
ng trng thái
D Q
Ck
Q
Hình 3.60. Ký hiu DFF
Bài ging N T S 1 Trang 62
ng u vào kích ca DFF:
Q
n
Q
n+1
D
n
0
0

1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Phng trình logic ca DFF:
Q
n+1
= D
n
Trên hình 3.61 là  th thi gian dng sóng ca DFF:
Gii thích dng sóng ca tín hiu trên hình 3.61:
- Tín hiu ra Q u tiên luôn luôn  mc logic 0, Q
0
= 0
- Tín hiu Ck(1) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D di mc logic 1. Theo bng trng
thái ta có: D
0
= 1 ⇒ Q
1
= 1
- Tín hiu Ck(2) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D di mc logic 0. Theo bng trng
thái ta có :D
1
= 0 ⇒ Q

2
= 0
v v
DFF óng vai trò mch chia tn s
:
Trên hình 3.62 là s mch DFF thc hin chc nng chia tn
.  mch này ngõ ra
Qc ni ngc tr v ngõ vào D.
- Tín hiu ra Q
0
u tiên luôn  mc logic 0:
Q
0
= 0 ⇒
0
Q = D
1
= 1
- Tín hiu Ck(1) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D
1
di mc logic 1. D
1
= 1 ⇒ Q
1
= 1
⇒
1
Q = D
2
= 0.

- Tín hiu Ck(2) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D
2
di mc logic 0. D
2
= 0 ⇒ Q
2
=
0 ⇒
2
Q = D
3
= 1.
Ck
t
t
D
t
Q
0
0
1
2
3 4 5
Hình 3.61.  th thi gian dng sóng ca DFF
D Q
Ck
Q
Hình 3.62.
Chng 3. Các phn t logic c bn Trang 63
- Tín hiu Ck(3) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D

3
di mc logic 1. D
3
= 1 ⇒ Q
3
=
1 ⇒
3
Q = D
4
= 0.
- Tín hiu Ck(4) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D
4
di mc logic 0. ⇒ Q
4
= 0
v v
Nhn xét v tn s ngõ ra:
2
f
f
CK
Q
= ⇒ DFF gi vai trò nh mch chia tn s.
ng dng ca DFF
:
- Dùng DFF  chia tn s.
- Dùng DFF  lu tr d liu  ch to các b nh
và thanh ghi.
- Dùng DFF  cht d liu.

Trên hình 3.64 là s mch ng dng DFF  cht d
liu. Hot ng ca mch nh sau:
- E=1: O
0
= D
0
, O
1
= D
1
nên tín hiu c a n
các FF.
- E=0: O
0
= D
0
, O
1
= D
1
→ cht d liu tr li.
d. JKFF
JKFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiu nh hình v :
Trong ó:
- J, K là các ngõ vào d liu.
- Q,
Q là các ngõ ra.
- Ck là tín hiu xung ng b.
i J
n

, K
n
là trng thái ngõ vào J,K  xung Ck th n.
i Q
n
, Q
n+1
là trng thái ngõ ra Q  xung Ck th n và (n+1).
Lúc ó ta có bng trng thái mô t hot ng ca JKFF:
J K Q
n+1
0
0
0
1
Q
n
0
Ck
t
t
D
t
Q
0
0
0
1
2
3 4 5

Hình 3.63.  th thi gian dng sóng mch hình 3.62
D Q
Ck
D Q
Ck
O
0
O
1
D
0
D
1
E
Hình 3.64. Cht d liu dùng DFF
J Q
Ck
K Q
Hình 3.65. JKFF
Bài ging N T S 1 Trang 64
1
1
0
1
1
Q
n
Phng trình logic ca JKFF:
Q
n+1

= J
n
nnn
.QKQ +
 bng trng thái ta thy JKFF khc phc c trng thái cm ca RSFF, khi J=K=1 ngõ ra 
trng thái k tip o mc logic so vi ngõ ra  trng thái hin ti.
 tìm bng u vào kích ca JKFF ta khai trin bng trng thái nh sau:
J
n
K
n
Q
n
Q
n+1
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0
 bng khai trin trên ta xây dng c bng u vào kích cho JKFF nh sau:
Q
n
Q
n+1
S
n

R
n
0 0 0 X
0 1 1 X
1 0 X 1
1 1 X 0
 th thi gian dng sóng ca JKFF:
Ck
t
t
J
t
K
0
0
0
1
2
3
4 5
t
0
Q
Hình 3.66.  th thi gian dng sóng JKFF