Tuthienbao com xung so 185 2588

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

tuthienbao.com

KỸ THUẬT XUNG - SỐ

Biên soạn: Đoàn Thị Thanh Thảo
Phạm Văn Ngọc

Lưu hành nội bộ
THÁI NGUYÊN 2010

Phần 1: Kỹ thuật xung

1


Chương 1:
KHÁI NIỆM CHUNG
1. Tín hiệu xung và tham số:
1.1. Định nghĩa
Các tín hiệu điện áp hay dòng điện biến đổi theo thời gian được chia thành 2
loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc (gián đoạn).
Tín hiệu liên tục còn gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự. Tín hiệu rời rạc
gọi là tín hiệu xung hay số
Tiêu biểu cho tín hiệu liên tục là tín hiệu sin, như hình 1, với tín hiệu sin ta có
thể tính được biên độ của tín hiệu tại từng thời điểm khác nhau.
V
Vp
+

+
-

-Vp

+

+

+

-

-

-

-

t

Hình 1.1: Tín hiệu hình sin
Ngược lại tiêu biểu cho tín hiệu rời rạc là tín hiệu vuông, dạng tín hiệu như
hình 2, biên độ của tín hiệu chỉ có 2 giá trị mức cao V H và mức thấp VL, thời gian
chuyển mức tín hiệu từ mức cao sang mức thấp và ngược là rất ngắn coi như bằng 0
V

V

VH

VH

VL
t
a)

t
VL
b)

Hình 1.2: a, xung vuông điện áp > 0. b, xung vuông điện áp đều nhau
Tín hiệu xung không chỉ có tín hiệu xung vuông mà còn có mốt số dạng tín hiệu
khác như xung tam giác, răng cưa, xung nhọn, xung nấc thang có chu kỳ tuần hoàn
theo thời gian với chu kỳ lặp lại T.

2


u

u

t

t
B. Xung nhọn (vi phân)

A: xung tam giác

u

u

t

C. Xung răng cư a
(hàm mũ - tích phân)

t
D. xung nấc thang

Hình 1.3: Các dạng tín hiệu xung:
Trong nhiều trường hợp xung tam giác có thể coi là xung răng cưa
Các dạng xung cơ bản trên rất khác nhau về dạng sóng, nhưng có điểm chung là
thời gian tồn tại xung rất nhắt, sự biến thiên biên độ từ tấp lên cao (xung nhọn) và từ
cao xuống thấp (nấc thang, tam giác) xảy ra rất nhanh
Định nghĩa: Tín hiệu xung điện áp hay xung dòng điên là những tín hiệu có thời gian
tồn tại rất ngắn, có thể so sánh với quá trình quá độ trong mạch điện mà chúng tác
dụng.
1.2. Các tham số cơ bản của tín hiệu xung:
Tín hiệu xung vuông như hình 1 là một tín hiệu xung vuông lý tưởng, thực tế
khó có 1 xung vuông nào có biên độ tăng và giảm thẳng đứng như vậy:
u

u

Um
0.9Um

tx

Um
0

t ng

Um

T
A, xung vuông lý tưởng

0.1Um
0
t

Δu

t tr

tđ
tx

ts

t

B, xung vuông thự c tế

Hình 1.4 Dạng xung

3


Xung vuông thực tế với các đoạn đặc trưng như: sườn trước, đỉnh, sườn sau.
Các tham số cơ bản là biên độ Um, độ rộng xung tx, độ rộng sườn trước ttr và sau ts,
độ sụt đỉnh ∆u
-

Biên độ xung Um xác định bằng giá trị lớn nhất của điện áp tín hiệu xung có
được trong thời gian tồn tại của nó.

-

Độ rộng sườn trước ttr, sườn sau ts là xác định bởi khoảng thời gian tăng và
thời gian giảm của biên độ xung trong khoảng giá trị 0.1Um đến 0.9Um .

-

Độ rộng xung Tx xác định bằng khoảng thời gian có xung với biên độ trên mức
0.1Um (hoặc 0.5Um).

-

Độ sụt đỉnh xung ∆u thể hiện mức giảm biên độ xung tương tứng từ 0.9Um
đến Um.
Với dãy xung tuần hoàn ta có các tham số đặc trưng như sau:

-

Chu kỳ lặp lại xung T là khoảng thời gian giữa các điểm tương ứng của 2
xung kế tiếp, hay là thời gian tương ứng với mức điện áp cao tx và mức điện
áp thấp tng
T = tx + tng (1)

-

Tần số xung là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian.
F=

1
T

(2)

-

Thời gian nghỉ tng là khoảng thời gian trống giữa 2 xung liên tiếp có điện nhỏ
hơn 0.1Um (hoặc 0.5Um).

-

Hệ số lấp đầy γ là tỷ số giữa độ rộng xung tx và chu kỳ xung T
γ=

tx
T

(3)

Do T = tx + tng vậy ta luôn có γ < 1
-

Độ rỗng của xung Q là tỷ số giữa chu kỳ xung T và độ rộng xung tx.
Q=

T
tx

(4)

* Trong kỹ thuật xung - số người ta sử dụng phương pháp số đối với tín hiệu
xung với quy ước chỉ có 2 trạng thái phân biệt

4


- Trạng thái có xung (tx) với biên độ lớn hơn một ngưỡng UH gọi là trạng thái
cao hay mức “1”, mức UH thường chọn cỡ từ 1/2Vcc đến Vcc.
- Trạng thái không có xung (tng) với biên độ nhỏ hơn 1 ngưỡng UL gọi là trạng
thái thấp hay mức “0”, UL được chọn tùy theo phần tử khóa (tranzito hay IC)
- Các mức điện áp ra trong dải UL < U < UH được gọi là trạng thái cấm
2. Các dạng điện áp đơn giản và phản ứng của mạch điện RC – RL đối với
dạng xung.
Trong lý thuyết về mạch lọc người ta chia mạch lọc thành 2 loại là mạch lọc
thụ động và mạch lọc tích cực, các mạch lọc thụ động dùng các phần tử cơ bản R-LC còn được chia thành một số loại
Theo linh kiện có mạch lọc RC, RL, LC
Theo tần số chọn lọc có: mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc
thông dải và mạch lọc chặn dải tùy theo các sắp xếp của từng loại linh kiện trong
mạch mà ta sẽ được các mạch lọc tương ứng.

2.1. Khái niệm
- Để xác định điện áp đầu ra của mạch điện tuyến tính ura(t) khi đầu vào tác
dụng một điện áp uvào(t) có dạng phức tạp ta có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng để
xác định điện áp lối ra phụ thuộc vào điện áp lối vào.
- Khi tín hiệu lối vào phức tạp ta phân tích thành dạng tín hiệu đơn giản lối vào
rồi từ đó ta tính kết quả tại đầu ra của từng thành phần tín hiệu đơn giản ura(1)(t),
ura(2)(t), … cuối cùng ta thực hiện lấy tổng tín hiệu ra tại ta được tín hiệu ra ura(t)
- Những dạng xung cơ bản là dạng xung hình chữ nhật, hình thang, hình tam
giác, hình chuông, dạng e mũ.
- Tín hiệu vào có thể là tổng của tín hiệu điện áp hay dòng điện của dạng xung
dưới đây
a.
u
E
t0

t

Là dạng tín hiệu xung vuông đột biến

5


 E khi t >= t 0
khi t < t 0

U(t) = E.1(t0) = 
0

Trong đó hàm 1(t) là hàm xung đơn vị hay hàm đóng mạch tại thời điểm t = t 0 (t0

1 khi t >= t 0

> 0) ta có 1(t0) = 1(t – t0) = 0 khi t < t
0



b.

u

α = arctg (k )
t0

t

Dạng điện áp biến đổi theo quy luật đường thẳng
k (t − t 0 ) khi t >= t 0
khi t < t 0
 0

U(t) = k(t – t0).1(t0) = 

Với hệ số góc α = arctg (k )
c.
u
E
t0

t

Dạng điện áp biến đổi theo quy luật hàm số mũ
U(t) = E[1 – exp(-α(t – t0)].1(t0)
 E[1 − exp(−α (t − t 0 ))] khi t >= t 0
0
khi t >= t 0


=

d. Ví dụ: một số trường hợp thay đổi dạng xung phức tạp thành dạng xung đơn
giản
* Dạng xung vuông
t1 <= t <= t 2
t < t1 or t > t 2

1 khi
U(t) = 
 khi

U(t) = u (t) + u (t) với
1

2

1 khi t >= t1
khi t < t1

U1(t) = 1(t0) = 
0

Tx

u
1
t1

t2

u
1

U (t)
t1

-1

t
1

t2

t
U2(t)

6


− 1 khi t >= t 2
khi t < t 2

U2(t) = -1(t0) = 
0

u

1

2

3

t1

t2

u

4

u(t) = u (t) + u (t) + u (t) + u (t)

t

t3 t4

U1(t)
a1

α 1= arctg (k )

k (t − t1 ) t >= t1
Trong đó u1(t) = 
t < t1
 0

t1

t2

a1

U4(t)
t3 t4

a1

a2

a2
t
U3(t)

U2(t)

α 1= arctg (k )

− k (t − t 2 ) t >= t 2
U2(t) = 
0

t < t2

h(t − t 3 ) t >= t 3
U2(t) = 
t < t3
 0

a2

a1

* Dạng xung hình thang

α 2 = arctg (h)

− h(t − t 4 ) t >= t 4
U2(t) = 
0
t < t4


α 2 = arctg (h)

* Dạng hàm mũ
U(t) = u1(t) + u2(t) với

u

 E (1 − exp(−α (t − t1 )))1(t ) khi t >= t1
0

khi t < t1


t1

U1(t) = 

t2

t

u
t2

− E (1 − exp(−α (t − t 2 )))1(t ) khi t >= t 2
U (t) = 
0
khi t < t 2


t

t1

2

0

 E (1 − exp(−α (t − t )))
1

Ta có u(t) = 
 E exp(−α (t − t1 ))

0


t < t1
t1 <= t <= t 2
t 2 <= t <= t 3
t >= t 3

* Dạng răng cưa.
k (t − t1 )


u(t) =  E exp(− β (t − t 2 ))

0

t1 <= t <= t 2
t 2 <= t <= t 3
t 3 <= t

u
a
u

t2

t1

U(t) = u1(t) + u2(t) + u2(t) trong đó:
U1(t) = k(t – t1)
U2(t) = -k(t – t2)

a
t1

t >= t1

t

t3

u1(t)

t2

t3

a

t
u3(t)

t >= t2

u2(t)

7

U3(t) = -E(1 – exp(-β(t – t2))) t >= t2
2.2. Mạch lọc RC:
Cơ bản có mạch lọc thông thấp và mạch lọc thông cao
V0

R
V0

Vi
2

Vi

fC
B. Đáp ứ ng tần số

A. Mạch lọc thông thấp

f

Hình 1.5: Mạch lọc RC và đáp ứng xung của mạch lọc
- Tần số cắt của mạch lọc là FC =
V0 =

Vi
2

1

2π RC

(5) tương ứng với điện áp

V0 là biên độ điện áp lối ra, Vi là biên độ điện áp lối vào

- Điện áp lối ra của mạch lọc thông thấp là v0 (t ) =

1
vi (t )dt (6)
RC ∫

- Điện áp lối ra của mạch lọc thông cao là v0 (t ) = RC

dvi (t )
dt

(7)

- Trong đó v0(t), vi(t) là điện áp tín hiệu lối ra và lối vào tại thời điểm t
2.3. Mạch RL
Người ta có thể dùng điện trở R kết hợp với cuộn cảm L để tạo thành các
mạch lọc thay cho tụ C, do tích chất của L và C ngược nhau ZL = jω L , ZC =

1
do
jω C

đó khi dùng mạch lọc thông thấp, thông cao RL thì cách mắc ngược lại với mạch RC

8


L

R
V0

Vi

V0

Vi

R

L

B. Mạch l ọc thông cao

A. Mạch lọc thông thấp

Hình 1.6: Mạch lọc thông thấp, thông cao dùng RL
Đáp ứng tần số như mạch lọc RC. Tần số cắt của mạch lọc là FC =
Điện áp lối ra của mạch lọc thông thấp là v0 (t ) =
Điện áp lối ra của mạch lọc thông cao là v0 (t ) =

R
vi (t )dt
L∫

R
2π L

(8)

(9)

L dvi (t )
R dt

(10)

3. Phản ứng của mạch lọc RC đối với các xung đơn
3.1. Điện áp lấy ra trên điện trở (mạch vi phân)
C

V0
Vi

R

i

Hình 1.7: Mạch RC điện áp lấy ra trên R
Tín hiệu lối vào là vi(t) tuần hoàn với chu kỳ T, tần số góc là ω = 2π T , tín hiệu
lối ra là v0(t)
Trở kháng của mạch là Z = R 2 + 

2

1 
 1 
 = R 1+ 

 ωC 
 ω RC 

Khi đó đặt FC =

2

(11)

1
là tần số cắt của mạch
2π RC

9


Dòng điện trong mạch là i (t ) =

vi (t )
Z

(12)

vi (t )

vR (t ) = R.i (t ) =

 1 
1+ 

 ω RC 

2

Điện áp lối ra biến thiên sau khoảng thời gian ∆t là từ t0 đến t1 là
∆v0 (t ) =

dvi (t )
2
(13)
 1  dt
1+ 

 ω RC 
1

Khi đó ta có lối vào là tín hiệu xung vuông thì lối ra là tín hiệu xung vi phân
v0

vi

v0

t

t

A. Tín hiệu vào

B. Tín hiệu ra

t

Các tín hiệu ra v ớ i RC thay đổi

HHình 1.8: Đáp ứng xung lối vào và ra của mạch RC lối ra trên R
Tín hiệu lối vào là Sin thì tín hiệu lối ra là sin sớm pha 900
vi (t ) = Asin(ω t) thì tín hiệu lối ra là
v0 (t ) = ω

1
 1 
1+ 

 ω RC 

2

Acos(ωt ) = ω

1
 1 
1+ 

 ω RC 

2

A sin(ωt + 900 )

3.2. Tín hiệu lấy ra trên tụ điện:
R
V0
Vi

10


Hình 1.9: Mạch RC lối ra trên C
Tín hiệu lối vào là vi(t) tuần hoàn với chu kỳ T, tần số góc là ω = 2π T , tín hiệu
lối ra là v0(t)
Trở kháng của mạch là Z = R 2 + 

2

1 
 1 
 = R 1+ 

 ωC 
 ω RC 

Khi đó đặt FC =

2

1
là tần số cắt của mạch
2π RC

Dòng điện trong mạch là i (t ) =

Điện áp lối ra trên tụ là

vC (t ) =

vi (t )
Z
q (t ) 1
= i (t )dt =
C
C

1
 1 
RC 1 + 

 ω RC 

2

vi (t )dt

Điện áp lối ra thay đổi khoảng thời gian ∆t là
vC (t ) =

1
 1 
RC 1 + 

 ω RC 

2

∫ v (t )dt

Vi

i

V0

V0

A. xung lối vào

t

t
B. xung lối ra khi tích RC thay đổi

t

Hình 1.10: Đáp ứng xung lối ra của mạch RC lối ra trên C
vi (t ) = Asin(ω t) thì tín hiệu lối ra là

v0 (t ) =

1
 1 
ω RC 1 + 

 ω RC 

2

A sin(ωt − 900 )

4. Chế độ khóa của tranzito
4.1. Các yêu cầu cơ bản:
Tranzito làm việc ở chế độ khóa hoạt động như một khóa điện tử đóng mở
mạch với tốc độ nhanh (từ 10-9 đến 10-6 s) do đó nó có nhiều đặc điểm khác so với
chế độ khuếch đại như đã khảo sát trước đó ở phần nguyên lý kỹ thuật điện tử
- Yêu cầu cơ bản với tranzito làm việc ở chế độ khóa là điện áp đầu ra có 2
trạng thái khác biệt là:
11


* Ura >= UH khi Uvào <= UL
* Ura =< UL khi Uvào >= UH
Chế độ khóa của tranzito được xác định bằng chế độ điện áp hay dòng điện
một chiều cung cấp từ ngoài qua 1 mạch phụ trợ (điện trở làm khóa thường đóng hay
mở). Việc chuyển trạng thái của khóa thường được thực hiện nhờ một tín hiệu xung
có cực tính thích hợp tác động tới đầu vào. Tùy trường hợp mà tranzitor có thể
chuyển trạng thái tuần hoàn nhờ một mạch hồi tiếp dương phản hồi từ đầu ra tới

đầu vào của mạch khi đó không cần xung điều khiển như mạch dao động đa hài
dùng tranzitor ta sẽ khảo sát bài sau:
Xét mạch điện như xau
+ECC
IC

ura

RB
uv

IB

RC

uCE
uBE

Rt

Hình 1.11: Mạch khóa đảo dùng tranzitor
Khi làm việc lựa chọn giá trị UL, UH, RB, RC cho phù hợp để mạch làm việc ở
chế độ khóa
Trạng thái đóng:
Khi lối vào uV = 0 (tương ứng uV < UL) nên UB = 0, tranzitor không phân cực nên
nhưng dẫn tức tranzitor ở trạng thái đóng (cấm) khi đó dòng IB = 0 và IC = 0
Điện áp lối ra trên cực C của tranzitor khi không có trở tải Rt là
ura = +ECC, hay ura = ECC – ICRC = ECC
Khi có trở tải Rt được mác thêm vào mạch (hoặc lối ra được đưa tới lối vào của
mạch tiếp theo với trở tải lối vào Rt) thì điện áp lối ra (Ecc = Vcc)

Rt
VCC
Ura = VCC. Rt + RC , chọn RC = Rt khi đó ura = 2 hay ura = ECC/2

12


ura = ECC/2 là mức nhỏ nhất của điện áp ra mứcc cao ở trạng thái H, do đó để
phân biệt được chắc chắn với trạng thái H ta chọn UH < ECC/2 (ví dụ chọ UH = 1.5 V
khi ECC = 5V) và điện áp vào phải nằm dưới mức UL để đảm bảo tranzitor vẫn bị
đóng chắc chắn tức UL = UVmax, khi đó điện áp lối vào phụ thuộc vào tường loại
tranzitor, như là tranzitor silic chọn UL = 0.4V
Trạng thái dẫn bão hòa: Khi có xung điều khiển cực tính dương đưa tới lối
vào (hoặc nguồn 1 chiều) chó điện áp vào Uvào >= UH, khi đó tranzitor sẽ chuyển
trạng thái mở (thông bão hòa), khi đó điện áp lối ra phải thỏa mãn điều kiện U ra <=
UL, khi đó điện trở RC ta phải chọn cho phù hợp để thời gian quá độ đủ nhỏ và dòng
IC không quá lớn.
Khi ở trạng thái bão hòa ta có điện áp rơi trên cực Bazơ của tranzitor UBEbh = 0.6
÷ 0.8 V (với tranzitor silic) và UBEbh = 0.3V (với tranzitor germani)
Và điện áp rơi trên cực Colector của tranzitor là UC = UCEbh = 0.1 ÷ 0.2V
Do đó dòng IC bão hòa được tính như sau: I C =

ECC − U CEbh
.
RC

Khi có dòng trên trở tải RC ta tính dòng cực Bazơ với hệ số khuếch đại dòng β
khi đó ta có thể chọn trở tải cực Bazơ cho phù hợp
IB =

IC
, trong trường hợp cần chọn tranzitor ở trạng thái bão hòa sâu (trạng thái
β

bão hòa bền vững) ta có thể tính dòng IB theo công thức sau:
IB = k

IC
β

(k là hệ số bão hòa sâu, k ≈ 2 ÷ 5 lần so với trạng thái bắt đầu

đạt mức bão hòa của tranzitor)
Và điện trở tải lối vào RB được chọn theo công thức
RB =

UV − U BEbh
.
I Bbh

Ví dụ 1: Khi dùng tranzitor silic với RC = 5 kΩ khi đó xác định chọn RB khi lối
vào Uv = UH = 1.5V thì Ura <= UL = 0.4V, hệ số khuếch đại dòng là β = 100
Dòng ICbh ≈

 E − 0.2 
ECC
5
=
= 1mA hay  CC


RC
5000
RC



Khi đó dòng Bazơ ở trạng thái bão hòa là:

13


IBbh =

I Cbh
1
=
= 0.01mA = 10 µ A
β
100

Để tranzitor ở trạng thái bão hòa bền vững ta chọn I Bbh = 50 µ A (tương ứng với
mức dự chữ 5 lần) khi tranzitor thông bão hòa UBE = 0.6V với tranzitor silic
Trở tải lối vào RB =

U V −U BE (1.5 − 0.6)V
=
= 18k Ω
I Bbh
50 µ A

Ví dụ 2: Mạch điện như trên tranzitor silic với ECC = 12V, trở tải RC = 1.2 kΩ ,
hệ số khuếch đại dòng điện là 100 lần và độ dữ trữ k = 3 lần, điện áp lối vào Ui =
1.5V. Xác định trở tải lối vào RB cho phù hợp?
Dòng IC ở trạng thái bão hòa là
I Cbh =

E CC −U CEbh (12 − 0.2)
=
≈ 10mA
RC
1.2*103

Dòng IB ở trạng thái bão hòa là
I Bbh = k

I Cbh
10
=3
= 0.3mA
β
100

Điện trở RB được chọn có trị số như sau
RB =

UV − U BEbh 1.5 − 0.8
=
= 2.33k Ω
I Bbh
0.3*10−3

Chọn điện trở tiêu chuẩn là RB = 2.4 kΩ
4.2. Đặc tính truyền đạt
Đặc tính truyền đạt của tranzitor để đánh giá mức độ tin cậy của khóa, người
ta định nghĩa các tham số độ dự trữ chống nhiễu ở mức cao SH và độ dự trữ chống
nhiễu mức thấp SL như sau
SH = Ura đóng – UH
SL = UL – Ura mở
Ura đóng, Ura mở là các điện áp lối ra thực tế của tranzitor lúc đóng hay mở tương
ứng. Với trường hợp như ví dụ 1 trên ta có
SH = Ura đóng – UH = 2.5 – 1.5 = 1V (khi UV <= UL)
SL = UL – Ura mở = 0.4 – 0.2 = 0.2 (khi UV >= UH)

14


Vùng bão
hòa

U0
Vùng
cấm

2.5
2

SH
Vùng khóa

UH

1

0.4
0.2

UBEbh

SL
UL

1

UH

2

UV

3

Hình 1.12: Đặc tính truyền đạt của tranzitor
Ở đây vùng cấm tương đương với vùng transitor làm việc trong miền khuếch
đại tuyến tính
Từ đặt tính truyền đạt trên ta có thể đạt được mức SH lớn khi ta chọn ECC, RC,
RB cho thích hợp
Do SL khá nhỏ do đó chúng ta cần phải quan tâm đến tính chống nhiễu với mức
thấp. Do Urabh = UCEbh không thể giảm nhỏ hơn do đặc tính của tranzitor do đó muốn
tăng SL ta cần phải tăng mức UL. Khi đó thay vì trở tải lối vào RB người ta mắc thêm
vào cực Bazơ của tranzitor một vài con Diode và điện trở phân áp cho tranzitor hoạt
động

ECC

ECC

RC

RC
U ra

R1

Ura

R1

UV

UV
R2

R2

A.

B.
ECC
RC
Ura

R1

UV
R2
C.

-E

Hình 1.13: Các biện pháp nâng cao SL

15


5. Chế độ khóa của khuếch đại thuật toán
Khi làm việc ở chế độ xung, mạch vi điện tử tuyến tính hoạt động như một
khóa điện tử đóng, mở nhanh, điểm làm việc luôn nhằm trong vùng bão hòa của đặc
tuyến truyền đạt Ura= f(Uvào). Khi đó điện áp lối ra chỉ nằm ở 1 trong 2 mức bão hòa
−
+
U ram
ax và U ramax ứng với biên độ UV đủ lớn. Ta xét các mạch so sánh như sau

+VCC
Ui+
Ui -

U0
-VCC

Hình 1.14: Mạch khuếch đại so sánh
Đây là mạch khuếch đại so sánh dùng 2 nguồn nuôi đối xứng ±VCC , điện áp đặt
vào lối vào không đảo (+) gọi là Ui+ và điện áp đặt vào lối vào đảo (-) là UiTùy thuộc điện áp của 2 lối vào đảo và không đ�, K của các FF B và D bằng phương pháp MARCUS:

Ta có ngay KD=KB=1
Dùng bảng Karnaugh xác định JD và JB

Hình 5.12 là mạch đếm 10 thiết kế theo kiểu đếm 2x5 với mạch đếm 5 có được từ
kết quả trên.

Hình 5.12

202


IC 7490 là IC đếm 10, có cấu tạo như mạch (Hình 5.12) thêm các đầu vào Reset 0 và
Reset 9 có sơ đồ mạch (Hình 5.13)

Hình 5.13
Bảng sự thật cho các đầu vào Reset:

Dùng IC 7490, có thể thực hiện một trong hai cách mắc:
- Mạch đếm 2x5: Nối QA vào đầu vào B, xung đếm (CK) vào đầu vào A.
- Mạch đếm 5x2: Nối QD vào đầu vào A, xung đếm (CK) vào đầu vào B
Hai cách mắc cho kết quả số đếm khác nhau nhưng cùng một chu kỳ đếm 10.
Tần số tín hiệu ở đầu ra sau cùng bằng 1/10 tần số xung CK (nhưng dạng tín hiệu ra
khác nhau).
Dưới đây là hai bảng trạng thái cho hai trường hợp nói trên.

203


Đếm 2x5

Đếm 5x2

Hình 5.14 cho thấy dạng sóng ở các đầu ra của hai mạch cùng đếm 10 nhưng hai
kiểu đếm khác nhau:
- Kiểu đếm 2x5 cho tín hiệu ra ở QD không đối xứng
- Kiểu đếm 5x2 cho tín hiệu ra ở QA đối xứng

Hình 5.14
5.2.3 Mạch đếm vòng
Thực chất là mạch ghi dịch trong đó ta cho hồi tiếp từ một đầu ra nào đó về
đầu vào để thực hiện một chu kỳ đếm. Tùy đường hồi tiếp mà ta có các chu kỳ đếm
khác nhau.
Sau đây ta khảo sát vài loại mạch đếm vòng phổ biến.
5.2.3.1. Hồi tiếp từ QD về JA và QD về KA

Hình 5.15

204


Đối với mạch này, sự đếm vòng chỉ thấy được khi có đặt trước đầu ra
- Đặt trước QA =1, ta được kết quả như bảng

- Nếu đặt trước QA = QB = 1 ta có bảng:

5.2.3.2. Hồi tiếp từ QD về JA và QD về KA (Hình 5.16)

Hình 5.16
Mạch này còn có tên là mạch đếm Johnson. Mạch có một chu kỳ đếm nmặc

hiên mà không cần đặt trước và nếu có đặt trước, mạch sẽ cho các chu kỳ khác nhau
tùy vào tổ hợp đặt trước đó. Bảng dưới là chu kỳ đếm mặc nhiên.

205


5.2.3.3. Hồi tiếp từ QD về JA và QC về KA (Hình 5.17)

Hình 5.17
Bảng trạng thái:

Ví dụ về thiết kế mạch đếm:
1. Dùng FF JK thiết kế mạch đếm 6, đồng bộ
Bảng trạng thái và hàm chuyển mạch đếm 6:

206


HC = 1 ⇒ JC =KC = 1
Xác định JA, KA, JB, KB
Bảng Karnaugh cho hai hàm chuyển HA & HB

Mạch điện:

2. Thiết kế mạch đếm 7 không đồng bộ, dùng FF JK có đầu vào xung đồng hồ tác
động bởi cạnh lên của CK.
Bảng trạng thái:

207

Nhận xét bảng trạng thái ta thấy mỗi lần QB thay đổi từ 1 xuống 0 thì QA đổi
trạng thái, mà FF có xung đồng hồ tác động bởi cạnh lên nên ta có thể lấy QB làm
xung đồng hồ cho FFA và JA=KA=1.
FF B và FFC sẽ dùng xung đồng hồ hệ thống, dùng phương pháp MARCUS
để xác định J & K của các FF này.
Ta thấy ngay KC=1

5.3. BỘ GHI DỊCH
Các thông tin nhị phân có thể được lưu trữ nhờ các trigơ có vai trò như một ô
nhớ số nhị phân. Đấu nối tiếp nhiều trigơ D ta nhận được một bộ ghi dịch: Mỗi khi
có xung nhịp đặt vào cửa nhịp, thông tin vào cửa D sẽ được dịch từ một ô sang ô tiếp
theo từ F0 ÷ F3, đây là phương pháp ghi nối tiếp thông tin vào các ô nhớ.

208


Bộ ghi dịch 4 bít nhị phân với khả năng ghi và nhớ 4 bit thông tin cấu tạo từ 4
trigơ JK nối kiểu trigơ D được cho trên hình 5.17. Có hai khả năng lấy thông tin ra
khỏi bộ ghi dịch: lấy ra đồng thời ở Q0 ÷ Q3 (kiểu song song) sau 4 nhịp ghi nối tiếp
hoặc lấy ra lần lượt tại Q3 các thông tin vào trước đó 4 nhịp.
Xung xoá
D
(Số
liệu
cần ghi
dịch)

J
C

K

Q1

Q0
RQ
0

F0

Q2

J R Q1
C
K
Q1
F1

Q0

J
C
K

RQ
2
Q2

Q3

J
C
K

F2

RQ
3
Q3

F3

C (Xung nhịp)

Hình 5.17 : Bộ ghi dịch đưa vào nối tiếp dùng Trigơ JK nối kiểu trigơ
D
Nhịp

Q0

Q1

Q2

Q3

0

0

0

0

0

1

D1

0

0

0

2

D2

D1

0

0

3

D3

D2

D1

0

4

D4

D3

D2

D1

5

D5

D4

D3

D2

6

D6

D5

D4

D3

7

D7

D6

D5

D4

Trạng thái ra của bộ ghi dịch 4 bit hình 5.17 theo trật tự xung nhịp
Ngoài ra còn cách ghi song song (đồng thời) vào các ô nhớ như hình 5.18.
- G0 ÷ G7 là các cổng 3 trạng thái với đặc điểm: Tín hiệu điều khiển G="1"
đầu ra được nối với đầu vào, G ="0" đầu ra ở trạng thái trở kháng cao.
- Khi lệnh ghi nhận trị "1" thông tin nhị phân D0 ÷ D7 được ghi vào các trigơ D
(F0 ÷ F7), kết thúc lệnh ghi (nhận trị "0") thông tin nhị phân được lưu trữ trong đó.

209


Khi có lệnh đọc (G nhận trị "1")
Xung xoá

Lệnh

"đọc"

F0
D0

D

Q
G0

C R
F1
D1

D

Q
G1

C R

D7

F7
D

Q

C R

G7

Lệnh "ghi"

Hình 5.18: Bộ ghi cấu trúc vào - ra
song song (8 bit)
các cổng 3 trạng thái được mở, thông tin nhị phân được gửi tới địa chỉ cần nhận.
Các thao tác ghi - đọc được thực
hiện đồng thời với cả 8 bit thông tin.
Ngoài ra người ta còn kết hợp phương pháp nối tiếp và song song trong một bộ
ghi dịch để sử dụng linh hoạt các ưu thế của mỗi cách đồng thời tạo khả năng
chuyển từ một dãy thông tin nối tiếp thành dạng song song hoặc ngược lại. Hình
5.19 đưa ra cấu trúc một bộ ghi dịch 4 bit kiểu này, sử dụng 4 trigơ D kết hợp với
các cổng logic phụ.
Số liệu đưa vào bộ ghi dịch hình 5.19 có thể tuần tự (kiểu nối tiếp) ở đầu vào
D hay kiểu đồng thời ở các đầu P0 ÷ P3 tuỳ theo xung điều khiển L và xung nhịp C.

210


Q0

(Xung

R
C
(Xung
®ång bé)

C

Q1

R
Q0

C

F0

G1

(Sè
Dvµo

G2
P0

L

C

D

D
G00

R
Q1

G3

R
Q2

G4
P1

G5

G6
P2

R
Q3

Dra

D
F2

G02

Q3

C

D
F1

G01

Q2

F3

G03

G8

G7
P3

(TÝn hiÖu ®iÒu

Hình 5.19: Bộ ghi dịch 4 bit hỗn hợp.
Khi L = 0 thì với việc có xung nhịp C, thông tin D sẽ được dịch phải 1 bit
hướng F0 → F3. Lúc L = 1 thì khi có xung nhịp C, thông tin P0 ÷ P3 sẽ được đưa đồng
thời vào F0 ÷ F 3. Việc lấy số liệu ra cũng có thể đồng thời cả 4 bit trên các lối ra Q 0
÷ Q3 hay tuần tự trên lối ra Dra kiểu vào trước ra trước sau 4 nhịp của xung C.
Kết cấu hình 5.19 cho phép sử dụng linh hoạt và khai thác hết các ưu điểm của
mỗi phương pháp ghi dịch kiểu tuần tự hay đồng thời.
5.4. BỘ NHỚ
5.4.1. Các khái niệm
Đối với các thiết bị số, khả năng chứa đựng được dữ liệu là một yêu cầu quan
trọng. Chẳng hạn trong máy tính, các con số cần thiết trong phép toán phải được lưu
trữ ngay trong máy. Còn các thiết bị điều khiển số thì lệnh điều khiển cũng phải
được lưu trữ để thực hiện dần theo một trình tự nào đó. Vì vậy, bộ nhớ là một thành
phần không thể thiếu được của các thiết bị số.
Khi nghiên cứu về bộ nhớ, thông tin hay dữ liệu lưu chuyển trong các thiết bị

số đều phải viết dưới dạng mã hệ 2, tức là một chuỗi kết hợp bởi 0 và 1 và được
biểu diễn bởi hai mức điện thế khác nhau.
Thông thường, thông tin hay dữ liệu được tạo thành từ một đơn vị cơ bản gọi
là từ (word). Một từ có chiều dài nhất định tuỳ theo loại máy, chẳng hạn 8 bit, 16 bit,

211