Slide Chương II Tổng hợp và phân tích mạch logic tuần tự

Chương II
Tổng hợp và phân tích mạch
logic tuần tự
1
2.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự
2.1.1. Định nghĩa: Mạch logic tuần tự là mạch logic mà tín hiệu
ra của mạch không những phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, mà
còn phụ thuộc vào thứ tự, thời gian tác động của tín hiệu vào
2.1.2. Tính chất
–
Có nhớ
–
Có yếu tố thời gian
–
Cùng 1 tín hiệu vào, tín hiệu ra có thể khác nhau (các trạng thái
trong hay trạng thái làm việc)
Mạch logic
tổ hợp
Mạch nhớ
t/h vào t/h ra
2
2.1.3. Phân loại
–
Mạch logic tuần tự đồng bộ: việc chuyển trạng thái
trong mạch không những chỉ phụ thuộc vào tín
hiệu đầu vào, trạng thái trong trước đó, mà còn
phụ thuộc vào xung đồng bộ
•
Dùng phổ biến trong máy tính (môn ĐT số)
–
Mạch logic tuần tự không đồng bộ: việc chuyển

trạng thái trong mạch chỉ phụ thuộc vào tín hiệu
đầu vào, trạng thái trong trước đó
•
Không có tín hiệu đồng bộ
•
Thường gặp trong công nghệ của các máy sản xuất công
nghiệp
3
2.2. Biểu diễn mạch logic tuần tự
2.2.1. Biểu diễn bằng lời nói, chữ viết mô tả một
quá trình công nghệ
Ví dụ 2.1 : 3 nút ấn điều khiển động cơ M
–
Ấn nút A: động cơ quay thuận
–
Ấn nút B: động cơ quay nghịch
–
Ấn nút C: động cơ dừng
4
2.2.2. Biểu diễn bằng đồ thị thời gian
Y
a1
y
Z
a2
a2
y
a1
a2
Y

Z
1 2 1 1 12 3 2 54 2
5
Ví dụ 2.2
2.2.3. Biểu diễn bằng hình vẽ mô tả công nghệ
m
a0
a1
b0
b1
6
Ví dụ 2.3
2.2.4. Biểu diễn bằng hàm tác động
F = +A (+X, +Y) –B –Y +C +Z –C –Z –X +Y
+D –Y
–
Thường viết cho 1 chu kỳ làm việc
–
Các chữ cái đầu bảng chữ cái (A,B,C): tín hiệu vào
–
Các chữ cái cuối bảng chữ cái (X,Y,Z): tín hiệu ra
–
Dấu cộng “+”: tín hiệu xuất hiện hoặc phần tử làm
việc
–
Dấu trừ “- “: tín hiệu mất đi hoặc phần tử nghỉ việc
–
Dấu ngoặc “()”: xảy ra hoặc ảnh hưởng đồng thời
7
2.2.5. Biểu diễn bằng bảng chuyển trạng thái

–
Các cột ghi các biến vào và biến ra
–
Các hàng ghi các trạng thái trong hệ
Trạng thái Tín hiệu vào Tín hiệu
ra
00 01 11 10 A+ A-
(sang phải) 2 1 0
(trên đường sang phải) 3 1 0
(sang trái) 4 0 1
(trên đường sang trái) 1 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
a0
a1
8
Ví dụ 2.4
2.3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
2.3.1. Phương pháp ma trận trạng thái
Yêu cầu công nghệ
Mã hóa bài toán
Lập bảng chuyển trạng thái
Rút gọn bảng chuyển
Rút gọn bảng chuyển

Mã hóa biến trung gian
Xác định các hàm logic cho
biến trung gian và biến ra
Chuyển các quá trình
công nghệ thành các
biến logic
Tối thiểu hóa hàm
logic
Thực hiện mạch nhớ
9
•
Ví dụ 2.5:
a0 a1
A+
A-
m
•
Xác định các biến vào ra:
•
Graph chuyển trạng thái:
•
Lập bảng chuyển trạng thái MI
a0a1
A+A-
(vào)
(ra)
00
00
10
10

00
10
01
01
00
01
1 2 3 40
Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu
ra
00 01 11 10 A+ A-
(sang phải) 2 1 0
(trên đường sang phải) 3 1 0
(sang trái) 4 0 1
(trên đường sang trái) 1 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
a0
a1
10
•
Lập bảng chuyển trạng thái M II: rút gọn M I

B1: Nhập hàng


Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra.

Trên cùng 1 cột biến vào, các hàng có cùng số ký hiệu trạng
thái.

Trạng thái ổn định nhập với không ổn định sẽ ghi trạng thái
ổn định.

Trạng thái (/không) ổn định nhập với 1 ô trống sẽ ghi trạng
thái (/không) ổn định

B2: Nhập trạng thái tương đương

Hai trạng thái tương đương:
•
Là các trạng thái ổn định nằm trên cùng 1 cột và có
cùng giá trị đầu ra
•
Khi cùng thay đổi tín hiệu đầu vào, các trạng thái đó
chuyển tới trạng thái kế tiếp sau và các trạng thái kế tiếp
này cũng có cùng giá trị đầu ra

Nhập 2 trạng thái tương đương: thay bằng cùng 1 ký hiệu có
chỉ số nhỏ
(sau đó có thể nhập hàng nếu cần)
11
Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu
ra
00 01 11 10 A+ A-
(sang phải) 2 1 0

(trên đường sang phải) 3 1 0
(sang trái) 4 0 1
(trên đường sang trái) 1 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
Bảng M I
a0
a1
Bảng M II
3
1
2
1
4 3
10 10
01 01
a0
a1
1
2
3 4
+
+
12

•
Xác định và mã hóa biến trung gian
–
Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin
(N: số hàng của M II)
–
N = 2 ⇒ Smin = 1 ⇒ chọn biến trung gian X:
–
Lập bảng Các nô để xác định hàm điều khiển cho
biến trung gian X:
N
S
≥
min
2
1
X
2 3
4
a0
a1
X
2 1
4 3
0
0
1 1
0
1
3

1
a0
a1
X
0
0
1
1
0
1
XaaXf .01)( +=
13
•
Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều
khiển các biến ra
a0
a1
X
2 1
4 3
10
10
01 01
a0
a1
X
1
1
0
0

Cho biến A+:
Cho biến A-
a0
a1
X
0
0
1
1
XA
=+
XA
=−
14
•
Sơ đồ nguyên lý
X
a1
X
A+
a0
A-
X
X
•
Nếu thay X bằng A-, chuyện gì xảy ra?
•
Trong các hàng của M II, các
trạng thái ổn định đều có cùng
giá trị đầu ra, có thể cho phép

dùng biến ra làm biến trung gian
15
•
Ví dụ 2.6: 2 nút ấn m và d, 1 thiết bị điện T
–
Ấn nút m: đóng điện cho T
–
Ấn nút d: cắt điện của T
•
Chọn các biến vào ra:
•
Graph chuyển trạng thái
md
T
(vào)
(ra)
00
0
10
1
00
1
01
0
1 2 3 4
5
11
0
16
•

Bảng chuyển trạng thái M I & M II
Trạng thái Tín hiệu vào: md
00 01 11 10
Tín hiệu ra
T
4 5 2 0
3 4 5 1
4 5 2 1
1 5 2 0
1 4 2 0
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Bảng M II
2
4 5
1
3 2
0
1
1 0
m
d

1
4
2 3
+
+
5
+
4 5
0 0
1
0
Bảng M I
17
•
Xác định và mã hóa biến trung gian:
–
Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X =T
2
4 5
1
3 2
0
1
1 0
m
d
5
4 5
0 0
1

0
1
X
4 2
3
X
0 0 0 1

1 0 0
m
d
1
X
dXm
dXdmXf
)(
)(
+=
+=
18
•
Sơ đồ rơ le-tiếp điểm
T
m d
T
A-
a1
A-
A+
a0

A-
T
m d
T
19
•
BTVN:
•
Cho 3 nút ấn A, B, C điều khiển động cơ M
–
A: chạy thuận
–
B: chạy ngược
–
C: Dừng
•
Cho 3 nút ấn A, B, C điều khiển động cơ M1, M2
–
A: M1 làm việc
–
B: M2 làm việc
–
C: M1, M2 nghỉ việc
–
M1 làm việc trước rồi M2 mới làm việc
m
a0
a1
b0
b1 m

a0
a1
b0
b1
20
•
Ví dụ 2.7:
•
Xác định các biến vào ra:
•
Graph chuyển trạng thái:
a0a1b0b1
A+A-B+B-
(vào)
(ra)
0000
0000
1 2 3 4
0
m
a0
a1
b0
b1
A-
A+
B-
B+
5 6 7 8
1010

1000
0010
1000
0110
0100
0010
0100
1010
0010
1000
0010
1001
0001
1000
0001
21
•
Nhận xét:
–
Ma trận MI lớn
–
Có thể rút gọn số biến vào:
•
a = 0 từ khi a0 = 1 đến khi a1 = 1
•
a = 1 từ khi a1=1 đến khi a0 = 1
•
b = 0 từ khi b0 = 1 đến khi b1 = 1
•
b = 1 từ khi b1=1 đến khi b0 = 1

(BTVN: thiết lập hàm của a, b với đầu vào a0, a1 và b0,
b1)
•
Biến vào ra:
•
Graph chuyển trạng thái
ab
A+A-B+B-
m
a0
a1
b0
b1
A-
A+
B-
B+
00
1000
1 2 3 4
10
0100
00
0010
01
0001
22
Trạng thái Tín hiệu vào:ab Tín hiệu ra
00 01 11 10 A+ A- B+ B-
2 1 0 0 0

3 0 1 0 0
4 0 0 1 0
1 0 0 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
Bảng M I
a
b
Bảng M II
2
4
1
23
4
1000
0100
0010
0001
a
b
1
4
2 3
+

+
23
•
Xác định và mã hóa biến trung gian:
–
Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X
(không thể lấy biến ra là biến trung gian)
1
X
4 2
3
XbaXf +=)(
2
4
1
23
4
0
1
1
0
a
b
0 0 1
1 0 1
a
b
X
X
1

0
24
•
Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều
khiển các biến ra
a
b
X
a
b
X
1
0
Cho biến A+:
Cho biến A-
a
b
X
0 0
0
1
XbA
=+
aA =−
1
2
3
4
1000
0100

0010
0001
0
0
25