Tổng hợp và phân tích mạch logic tuần tự

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (213.22 KB, 52 trang )

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)
t/h vào

Mạch logic
tổ hợp
Mạch nhớ

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
Ví dụ 2.2
a1

a2

a1

Y

y
a2

1

2

1

2

3

2

1

4

5

2 1

a2
Y
Z

y

Z

5

2.2.3. Biểu diễn bằng hình vẽ mô tả công nghệ
Ví dụ 2.3
m

b0

b1

a0

a1

6

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

Ví dụ 2.4
Trạng thái

Tín hiệu vào
a1
00

01

11

Tín hiệu
ra

a0
10

A+

A-

1

1

0

1 (sang phải)

2

2 (trên đường sang phải)

2

3

1

0

3 (sang trái)

4

3

0

1

4 (trên đường sang trái)

4

0

1

1

8

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

Chuyển các quá trình
công nghệ thành các
biến logic

Tối thiểu hóa hàm
logic

Rút gọn bảng chuyển
Thực hiện mạch nhớ
Mã hóa biến trung gian
Xác định các hàm logic cho
biến trung gian và biến ra

9

• Ví dụ 2.5:

m

a0

a1

A+
A-

• Xác định các biến vào ra:
• Graph chuyển trạng thái:
00
00
0

•

a0a1
A+A10
10
1

(vào)
(ra)
00
10
2

01

01
3

00
01
4

Lập bảng chuyển trạng thái MI
Trạng thái

Tín hiệu vào:a0a1
a1
a0
00
01
11
10

Tín hiệu
ra
A+

A-

1

0

1 (sang phải)

2

2 (trên đường sang phải)

2

3

1

0

4

3

0

1

0

1

3

(sang trái)

4 (trên đường sang trái)

4

1

1

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

Bảng M I
Trạng thái

Tín hiệu vào:a0a1
a1
a0
00
01
11
10

Tín hiệu
ra
A+

A-

1

0

1 (sang phải)

2

2 (trên đường sang phải)

2

3

1

0

4

3

0

1

0

1

(sang trái)

3

4 (trên đường sang trái)

1

+

2

a1

3

+

4

2

4

01

1

4

Bảng M II
10

1

3

3

a0

1

01

10

1
12

• Xác định và mã hóa biến trung gian
– Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin

2

S min

N

(N: số hàng của M II)

– N = 2  Smin = 1  chọn biến trung gian X:
X
1

2

3

4

– Lập bảng Các nô để xác định hàm điều khiển cho
biến trung gian X: f ( X ) a1  a 0. X
a1

a1

a0

a0
2
X

0

4

1

1
3
3

1
1

1

0
0

X

0

1

0

1

1

0
13

• Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều
khiển các biến ra
Cho biến A+:
a1

a1

a0

a0
2
X

10

4

01

1
3

01

10

1
X

0

1
0

A  X
Cho biến A-

a1
a0

0
X

1

0
1

A  X
14

• Sơ đồ nguyên lý
a1
X

a0
X

X

X

• Nếu thay X bằng A-, chuyện gì xảy ra?
• Trong

A+

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

A-

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
00
0
1

10
1
2

md
T

(vào)
(ra)

00
1
3

01

0
4

11
0
5

16

• Bảng chuyển trạng thái M I & M II
Bảng M I
Trạng thái

Tín hiệu vào: md
00

01

11

10

1

1

4

5

2

0

2

3

4

5

2

1

3

3

4

5

2

1

4

1

4

5

2

0

5

1

4

5

2

0

d

Bảng M II

1

+

Tín hiệu ra
T

4
2

+
+

5
3

1

3

0

1

0
4
0
4

m
5

0

1
2

0

1

5

2
17

• Xác định và mã hóa biến trung gian:
– Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X =T
X
1

4

2

5
d

1

X

0

1

3

0
4

m
5

40

0

1
2

0

1

5
d

0

X

1

0

0

3

2
m

0

0

1

f ( X ) md  Xd
(m  X )d

1
18

• Sơ đồ rơ le-tiếp điểm

m
m

d

T

d

T

T

T
a1
A-

a0
A-

A-

A+
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
–

–
–
–
m

A: M1 làm việc
B: M2 làm việc
C: M1, M2 nghỉ việc
M1 làm việc trước rồi M2 mới làm việc
b0

b1

m

b0

b1

a0

a0

a1

a1

20

• Ví dụ 2.7:
m

b0
B-

a0

b1

B+
A+

A-

a1

• Xác định các biến vào ra:
• Graph chuyển trạng thái:

a0a1b0b1
A+A-B+B-

1010
1000
1

1010
0010
5

0 0000
0000

0010
1000
2

0110
0100
3

0010
0100
4

(vào)
(ra)

1000
0010
6

1001
0001
7

1000
0001
8

21

b0

m

• Nhận xét:
– Ma trận MI lớn
– Có thể rút gọn số biến vào:

B-

a0

B+
A+

•
•
•
•

b1

A-

a = 0 từ khi a0 = 1 đến khi a1 = 1
a1

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)
ab
A+A-B+B-

• Biến vào ra:
00
10
00
• Graph chuyển
trạng
thái
1000
0100
0010
1

2

3

01
0001
4
22

Bảng M I
Trạng thái

Tín hiệu vào:ab
b
a
00 01 11 10

2

+
+

A+

A-

B+

B-

1

1

2

1

0

0

0

2

3

2

0

1

0

0

3

3

4

0

0

1

0

4

1

4

0

0

0

1

b

Bảng M II
1

Tín hiệu ra

4
3

1

3

1000

0010

4

4

0001

a
2
0100
2
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)
X

1

4

2
b