Báo cáo bài 11 thực hành điện điện tử cơ bản

BÁO CÁO BÀI 11
Môn: Thực hành Điện – Điện tử cơ bản
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Bài 11. Khảo sát flip-flop và ứng dụng
11.1 Mục tiêu
• Khảo sát các hoạt động của các flip-flop cơ bản.
• Ứng dụng flip-flop để chế tạo các mạch đếm, thanh ghi.
11.2 Câu hỏi chuẩn bị
1. Nêu kí hiệu flip-flop, bảng trạng thái và phương trình của các flip-flop RS, JK, D, T?
• Flip-flop RS
Kí hiệu:
Bảng trạng thái:
S R Q
0 0 Cấm Q
0 1 1 1
1 0 0 0
1 1 Không đổi Cấm
Phương trình:
• Flip-flop JK
Kí hiệu:
Trang 1
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Bảng trạng thái:
 FF nảy bằng cạnh lên:
J K CK Q
0 0 Q
0

(không đổi)
0 1 0
1 0 1
1 1
0
(đảo lại)
 FF nảy bằng cạnh xuống:
J K CK Q
0 0 Q
0
(không đổi)
0 1 0
1 0 1
1 1
0
(đảo lại)
Phương trình:
• Flip-flop D
Trang 2
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Kí hiệu:
Bảng trạng thái:
D Q
0 0 0
0 1 0
1 0 1
1 1 1
Phương trình:
• Flip-flop T
Kí hiệu:

Bảng trạng thái:
T Q
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Phương trình:
11.3 Nội dung
11.3.1 Flip-flop RS
11.3.1.1 Flip-flop RS dùng cổng NAND
Kết nối mạch như Hình 11-1:
Trang 3
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Bảng 11-1 xác định vị trí của linh kiện trên bộ thí nghiệm:
TT Tên thiết bị/tín hiệu Vị trí board số và tên
1 IC 7400 Board số 5
2 IC 7414 Board số 5
Chuyển đổi các SW1 và SW2 rồi điền kết quả vào Bảng 11-2 (bên trái).
Bảng 11-2
FF RS dùng cổng NAND FF RS dùng cổng NOR
S
(SW1)
R
(SW2)
Q
LED1
Q\
LED2
S (SW1) R
(SW2)

Q
LED1
Q\
LED2
0 0 Tắt Tắt 0 0 Tắt Tắt
0 1 Tắt Sáng 0 1 Tắt Sáng
1 0 Sáng Tắt 1 0 Sáng Tắt
1 1 ! ! 1 1 ! !
11.3.1.2 Flip-flop RS dùng cổng NOR
Kết nối mạch như Hình 11-2 do không có cổng NOR nên thay thế bằng cổng OR
và NOT.
Trang 4
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Chuyển đổi các SW1 và SW2 rồi điền kết quả vào Bảng 11-2 (bên phải).
Hãy cho biết trạng thái cấm của FF RS dùng cổng NAND và cổng NOR?
 Trạng thái cấm:
+ FF RS dùng cổng NAND: S = 0, R = 0 , S = 1, R = 1
+ FF RS dùng cổng NOR: S = 1, R = 1
11.3.2 Khảo sát flip-flop – IC 74LS112
11.3.2.1 Khảo sát datasheet của IC 74LS112
Tra cứu datasheet để biết đầy đủ sơ đồ chân, bảng trạng thái, chức năng và các
thông số của IC, sau đây là tóm tắt sơ đồ chân, sơ đồ logic và bảng trạng thái của
IC như Hình 11-3:
Trang 5
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Các trạng thái hoạt động của IC flip-flop 74LS112
Trang 6
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
11.3.2.2 Sơ đồ chân IC 74112 trên bộ thí nghiệm
• Hai IC 74112 gắn trên bộ thí nghiệm có sơ đồ kết nối với test board với các

tên như Hình 11-5.
Trang 7
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
• Hai IC có số thứ tự là IC8 và nằm IC9 ở board số 2 và nguồn IC đã được cung
cấp.
• Các ngõ vào PRE và CLR đã treo lên nguồn Vcc qua điện trở – khi không sử
dụng PRE và CLR xem như chúng đã ở mức 1.
11.3.2.3 Kiểm tra các flip-flop
• Kết nối mạch như Hình 11-6
• Thiết lập các trạng thái ở ngõ vào của flip-flop theo bảng trạng thái, quan
sát trạng thái ở ngõ ra xem có giống như trong datasheet đã cho không?
• Nếu đúng thì tiếp tục kiểm tra các trạng thái còn lại và kiểm tra flip-flop
thứ 2 và IC này còn tốt, nếu không đúng thì IC đã hỏng.
• Kiểm tra tương tự cho IC flip-flop thứ 2.
Chú ý: không cần kiểm tra trạng thái cuối cùng trong bảng trạng thái.
Kết luận: hãy đánh dấu “×” nếu flip-flop hư, đánh dấu “√” nếu flip-flop tốt:
Số thứ tự IC8A IC8B IC9B IC8B
Tốt/hư (“√/×”) √ √ √ √
11.3.3 Thiết kế mạch đếm không đồng bộ
11.3.3.1 Mạch đếm lên 2 bit
Kết nối mạch như Hình 11-7:
Trang 8
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Quan sát tín hiệu xung clk và tín hiệu ra trên các led và điền vào Bảng 11-4 (bên
trái):
Bảng 11-4
Clk LED1 LED0 Thập phân Clk LED1 LED0 Thập phân
0 Tắt Tắt Tắt 0 Sáng Sáng Sáng
1 Tắt Sáng Sáng 1 Sáng Tắt Sáng
2 Sáng Tắt Sáng 2 Tắt Sáng Sáng

3 Sáng Sáng Sáng 3 Tắt Tắt Tắt
4 Tắt Tắt Tắt 4 Sáng Sáng Sáng
Chú ý:trạng thái bắt đầu để điền vào bảng trạng thái khi các ngõ ra Q ở mức 0 [tất
cả led đều tắt] – sau khi nhấn nút reset low. Các ngõ vào kí hiệu 1 là nối lên
nguồn +5V.
11.3.3.2 Mạch đếm xuống 2 bit
Kết nối mạch như Hình 11-8.
Trang 9
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Quan sát tín hiệu xung clk và tín hiệu ra trên các led và điền vào Bảng 11-4 (bên
phải):
11.3.3.3 Mạch đếm lên 4 bit
Kết nối mạch như Hình 11-9:
Nhấn nút “RST_L” rồi quan sát xung clk và tín hiệu ra trên 4 led để lập Bảng 11-
5:
Bảng 11-5
Clk Led3 Led2 Led1 Led0 Led3 Led2 Led1 Led0
0 Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
1 Tắt Tắt Tắt Sáng Tắt Tắt Tắt Sáng
2 Tắt Tắt Sáng Tắt Tắt Tắt Sáng Tắt
3 Tắt Tắt Sáng Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng
Trang 10
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
4 Tắt Sáng Tắt Tắt Tắt Sáng Tắt Tắt
5 Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng
6 Tắt Sáng Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng Tắt
7 Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng
8 Sáng Tắt Tắt Tắt Sáng Tắt Tắt Tắt
9 Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng Tắt Tắt Sáng
10 Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt

11 Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng
12 Sáng Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng Tắt Tắt
13 Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng
14 Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt
15 Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng
16 Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
11.3.3.4 Mạch đếm MOD 10 – đếm lên
Kết nối mạch như Hình 11-10:
• Nhấn nút “RST_L” rồi quan sát xung clk và tín hiệu ra trên 4 led để lập
Bảng 11-5:
11.3.3.5 Mạch đếm xuống 4 bit
Hãy kết nối mạch như Hình 11-11:
Trang 11
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Nhấn nút “RST_L” rồi quan sát xung clk và tín hiệu trên các led và điền vào Bảng
11-6 (bên trái):
Bảng 11-6
Clk Led3 Led2 Led1 Led0 Led3 Led2 Led1 Led0
0 Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng
1 Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt
2 Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng
3 Sáng Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng Tắt Tắt
4 Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng
5 Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt
6 Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng Tắt Tắt Sáng
7 Sáng Tắt Tắt Tắt Sáng Tắt Tắt Tắt
8 Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng Sáng Sáng
9 Tắt Sáng Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng Tắt
10 Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng Tắt Sáng
11 Tắt Sáng Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng Sáng

12 Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt
13 Tắt Tắt Sáng Tắt Sáng Sáng Tắt Sáng
14 Tắt Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt
15 Tắt Tắt Tắt Tắt Sáng Tắt Sáng Sáng
16 Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Sáng Tắt
11.3.3.6 Mạch đếm từ 15 xuống 5
Kết nối mạch như Hình 11-12:
Trang 12
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
• Nhấn nút “RST_L” rồi quan sát xung clk và tín hiệu ra trên 4 led để lập
Bảng 11-6 (bên phải):
11.3.4 Thiết kế mạch đếm đồng bộ
11.3.4.1 Mạch đếm lên 2 bit
Kết nối mạch như Hình 11-13:
Quan sát tín hiệu xung clk và tín hiệu ra trên các led và điền vào Bảng 11-7:
Bảng 11-7
Clk Led0 Led1
0 Tắt Tắt
1 Tắt Sáng
2 Sáng Tắt
3 Sáng Sáng
11.3.4.2 Mạch đếm xuống 2 bit
Trang 13
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Kết nối mạch như Hình 11-14:
Quan sát tín hiệu xung clk và tín hiệu ra trên các led và điền vào bảng trạng thái
Bảng 11-8:
Bảng 11-8
Clk Led0 Led1
0 Sáng Sáng

1 Sáng Tắt
2 Tắt Sáng
3 Tắt Tắt
11.3.4.3 Mạch đếm lên 4 bit
Kết nối mạch như Hình 11-15:
• Nhấn nút “RST_L” rồi quan sát clk và tín hiệu ra các led và điền vào Bảng
11-9 (bên trái):
• Chú ý: nếu tín hiệu CLK không đủ thì dùng IC 7414 đệm CLK trước khi
cấp cho 2 flip-flop Q2, Q3.
11.3.4.4 Mạch đếm xuống 4 bit
Trang 14
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Kết nối mạch như Hình 11-16:
Nhấn nút “RST_L” rồi quan sát xung clk và tín hiệu trên các led và điền vào Bảng
11-9 (bên phải):
Bảng 11-9
Clk Led3 Led2 Led1 Led0 Led3 Led2 Led1 Led0
0 Tắt Tắt Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng Sáng
1 Tắt Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt
2 Tắt Tắt Sáng Tắt Sáng Sáng Tắt Sáng
3 Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt
4 Tắt Sáng Tắt Tắt Sáng Tắt Sáng Sáng
5 Tắt Sáng Tắt Sáng Sáng Tắt Sáng Tắt
6 Tắt Sáng Sáng Tắt Sáng Tắt Tắt Sáng
7 Tắt Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt
8 Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng
9 Sáng Tắt Tắt Sáng Tắt Sáng Sáng Tắt
10 Sáng Tắt Sáng Tắt Tắt Sáng Tắt Sáng
11 Sáng Tắt Sáng Sáng Tắt Sáng Tắt Tắt
12 Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Sáng Sáng

13 Sáng Sáng Tắt Sáng Tắt Tắt Sáng Tắt
14 Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Sáng
15 Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt
16 Tắt Tắt Tắt Tắt Sáng Sáng Sáng Sáng
11.3.5 Các mạch biến đổi FF
11.3.5.1 Mạch điều khiển ON-OFF dùng FF T
Kết nối mạch như Hình 11-17:
Trang 15
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
• Quan sát tín hiệu ngõ ra LED1 (Q) và LED2 khi ấn MONO1 lần thứ nhất,
lần thứ 2, thứ 3.
• Mạch này có chức năng cho phép/không cho phép xung clk qua cổng
AND. LED3 sáng theo đúng tần số của xung CLK.
• Khi ngõ ra Q = 1, LED1 sáng thì cổng AND được phép cho xung CLK qua
và đèn LED2 sẽ chóp tắt theo tần số xung clk hay chóp tắt cùng đèn LED3.
• Khi ngõ ra Q = 0, LED1 tắt thì cổng AND không được phép cho xung
CLK qua và đèn LED2 sẽ tắt.
• Muốn cho phép hay không cho phép xung qua cổng and ta dùng xung
mono để điều khiển.
11.4 Tổng kết
Bài này đã khảo sát IC flip-flop 74LS112 và sử dụng IC này để thiết kế 2
loại mạch đếm cơ bản là mạch đếm đồng bộ và mạch đếm không đồng bộ.
11.5 Câu hỏi ôn tập
1. Hãy vẽ kí hiệu và bảng trạng thái hoạt động FF JK của IC 74112?
Kí hiệu:
Bảng trạng thái:
 FF nảy bằng cạnh lên:
J K CK Q
Trang 16
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10

0 0 Q
0
(không đổi)
0 1 0
1 0 1
1 1
0
(đảo lại)
 FF nảy bằng cạnh xuống:
J K CK Q
0 0 Q
0
(không đổi)
0 1 0
1 0 1
1 1
0
(đảo lại)
2. Hãy vẽ mạch đếm không đồng bộ 2 bit đếm lên, giải thích nguyên lý hoạt
động?
Nguyên lí hoạt động:
- Mạch đếm thường hoạt động ở trạng thái ban đầu là 00 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 00.
- Khi xung đếm ck tác động cạnh xuống đầu tiên thì Q
0
lật trạng thái tức là
Q
0
= 1. Ở cạnh xuống thứ 2 của xung ck, Q

0
lại lật trạng thái một lần nữa,
tức là Q
0
= 0. Như vậy cứ sau mỗi lần tác động của ck Q
0
lại lật trạng thái
một lần, sau 2 lần ck tác động, Q
0
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 Q
0
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 Q
0
lại trở thành ngõ vào xung đếm của FF thứ 2 (FF B) nên tương tự
tần như vậy fQ
1
bằng một nửa fQ
0
.
Trang 17
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
- Như vậy với 2 FF ta có 4 trạng thái logic ngõ ra từ 00 ở xung đếm đầu tiên
đến 11 ở xung đếm thứ 4, tức là trị thập phân ra bằng số xung đếm vào và
vì vậy đây là mạch đếm nhị phân 2 bit
3. Hãy vẽ mạch đếm không đồng bộ 2 bit đếm xuống, giải thích nguyên lý hoạt
động?

Nguyên lí hoạt động:
- Các ngõ ra và cách thức xoá mạch, đưa xung vào giống như ở mạch đếm
không đồng bộ 2 bit đếm lên. Ngõ ra Q của tầng FF đầu đổi trạng thái ở
đổi cạnh xuống của xung vào các ngõ ra khác đổi trạng thái ở cạnh xuống
của ngõ ra Q', tức là cạnh lên của ngõ ra Q
0
của FF kề trước. Dạng sóng ở
ngõ vào và các ngõ ra cùng với mức logic sau mỗi xung vào.
4. Hãy vẽ mạch đếm không đồng bộ 3 bit đếm lên, giải thích nguyên lý hoạt
động?
Nguyên lí hoạt động:
- Mạch đếm thường hoạt động ở trạng thái ban đầu là 00 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 00.
- Khi xung đếm ck tác động cạnh xuống đầu tiên thì Q
0
lật trạng thái tức là
Q
0
= 1. Ở cạnh xuống thứ 2 của xung ck, Q
0
lại lật trạng thái một lần nữa,
Trang 18
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
tức là Q
0
= 0. Như vậy cứ sau mỗi lần tác động của ck Q
0
lại lật trạng thái
một lần, sau 2 lần ck tác động, Q

0
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 Q
0
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 Q
0
lại trở thành ngõ vào xung đếm của FF thứ 2 (FF B) nên tương tự
tần như vậy fQ
1
bằng một nửa fQ
0
.
- Như vậy với 3 FF ta có 8 trạng thái logic ngõ ra từ 000 ở xung đếm đầu
tiên đến 111 ở xung đếm thứ 8, tức là trị thập phân ra bằng số xung đếm
vào và vì vậy đây là mạch đếm nhị phân 3 bit
5. Hãy vẽ mạch đếm không đồng bộ 3 bit đếm xuống, giải thích nguyên lý hoạt
động?
Nguyên lí hoạt động:
- Các ngõ ra và cách thức xoá mạch, đưa xung vào giống như ở mạch đếm
không đồng bộ 3 bit đếm lên. Ngõ ra Q của tầng FF đầu đổi trạng thái ở
đổi cạnh xuống của xung vào các ngõ ra khác đổi trạng thái ở cạnh xuống
của ngõ ra Q', tức là cạnh lên của ngõ ra Q
0
của FF kề trước. Dạng sóng ở
ngõ vào và các ngõ ra cùng với mức logic sau mỗi xung vào.
6. Hãy vẽ thanh ghi dịch 4 bit dùng FF D, giải thích nguyên lý hoạt động?
Trang 19

Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
Nguyên lí hoạt động:
- Thanh ghi, trước hết được xoá (áp xung CLEAR) để đặt các ngõ ra về 0.
Dữ liệu cần dịch chuyển được đưa vào ngõ D của tầng FF đầu tiên (FF0).
Ở mỗi xung kích lên của đồng hồ ck, sẽ có 1 bit được dịch chuyển từ trái
sang phải, nối tiếp từ tầng này qua tầng khác và đưa ra ở ngõ Q của tầng
sau cùng (FF3).
7. Hãy vẽ mạch đếm vòng 4 bit dùng FF D, giải thích nguyên lý hoạt động?
Nguyên lí hoạt động:
- Khi mới bật nguồn cho mạch đếm chạy, ta không biết bit 1 nằm ở ngõ ra
của tầng nào. Do đó, cần phải xác lập dữ liệu dịch chuyển ban đầu cho bộ
đếm. Ta có thể dùng ngõ Pr và Cl để làm, giả sử trạng thái ban đầu là 1000
vậy ta có thể reset tầng FF 3 để đặt Q3 mức 1, các tầng khác thì xoá bằng
clear.
- Giả sử ban đầu chỉ cho D0 = 1, các ngõ vào tầng FF khác là 0. Bây giờ cấp
xung ck đồng bộ khi ck lên cao, dữ liệu 1000 được dịch sang phải 1 tầng
do đó Q0 = 1, các ngõ ra khác là 0. Tiếp tục cho ck xuống thấp lần nữa, Q1
sẽ lên 1, các ngõ ra khác là 0. Như vậy sau 4 nhịp xung ck thì Q3 lên 1 và
đưa về làm D0 = 1. mạch đã thực hiện xong 1 chu trình.
8. Hãy vẽ mạch đếm Johnson 4 bit dùng FF D, giải thích nguyên lý hoạt động?
Nguyên lí hoạt động:
- Mạch đếm Johnson có một chút thay đổi so với đếm vòng ở chỗ ngõ ra đảo
tầng cuối được đưa về ngõ vào tầng đầu. Hoạt động của mạch cũng giải
Trang 20
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
thích tương tự. Với n tầng FF thì đếm vòng xoắn cho ra 2n số đếm do đó
nó còn được coi là mạch đếm mod 2n (đếm nhị phân cho phép đếm với chu
kỳ đếm đến 2n).
9. Hãy vẽ mạch đếm vòng 4 bit dùng FF D, giải thích nguyên lý hoạt động?
Tương tự câu 7

10. Hãy giải thích cách thiết kế mạch FF T từ FF D?
Nếu đầu vào bằng với Q ra, flip-flop giữ trạng thái của nó. Nếu chúng khác nhau,
flip-flop thay đổi trạng thái.
T = D xor Q
Q Q next D T
0 0 0 0
0 1 1 1
1 0 0 1
1 1 1 0
11. Hãy thiết kế FF D từ flip-flop T?
Trang 21
Báo cáo Thực hành điện điện tử cơ bản Báo cáo Bài 10
D = T xor Q
Q Q next T D
0 0 0 0
0 1 1 1
1 0 1 0
1 1 0 1
Trang 22