Bài giảng Điện tử số - Chương 5: Mạch logic tuần tự (Mạch dãy) (Phần 1)

1 
ĐIỆN TỬ SỐ 
Digital Electronics 
Bộ môn Kỹ thuật vi xử lý 
Khoa Vô tuyến điện tử 
Học viện kỹ thuật quân sự 
2 
Điện tử số 
 CHƯƠNG 5 
MẠCH LOGIC TUẦN TỰ 
(MẠCH DÃY) 
Bộ môn Kỹ thuật Vi xử lý, Khoa Vô tuyến điện tử 
Học viện Kỹ thuật quân sự 
3 
Nội dung chính 
1. Định nghĩa 
2. Mô hình 
3. Các phương pháp biểu diễn 
4. Mạch tuần tự đồng bộ và không đồng bộ 
5. Mạch tuần tự dạng Mealy và dạng Moore 
6. Các phần tử nhớ 
4 
1. Định nghĩa 
 Mạch tuần tự là mạch số mà tín hiệu ra không chỉ 
phụ thuộc vào tín hiệu vào tại thời điểm hiện tại mà 
còn phụ thuộc vào giá trị trước đó của tín hiệu vào. 
 Còn được gọi là mạch logic có nhớ. 
 Phải có phần tử nhớ và các phần tử logic cơ bản. 
5 
Phân loại mạch tuần tự 
 Mạch tuần tự đồng bộ: khi làm việc cần có 1 tín 
hiệu đồng bộ để giữ nhịp cho toàn bộ hệ hoạt động. 
 Mạch tuần tự không đồng bộ: không cần tín hiệu 
này để giữ nhịp chung cho toàn bộ hệ hoạt động. 
6 
2.Mô hình chung của mạch tuần tự 
Mạch tổ hợp
Các phần tử 
nhớ
Inputs Outputs
7 
a. Mô hình Mealy 
 Mô hình Mealy mô tả mạch tuần tự thông qua 5 
tham số: 
 X = {x1, x2, ..., xn} 
 Y = {y1, y2, ..., yl} 
 S = {s1, s2, ..., sm} 
 FS(S, X) 
 FY(S, X), trong đó: 
 X là tập hợp hữu hạn n tín hiệu đầu vào 
 Y là tập hợp hữu hạn l tín hiệu đầu ra 
 S tập hợp hữu hạn m trạng thái trong của hệ 
 FS là hàm biến đổi trạng thái. Đối với mô hình kiểu Mealy thì FS phụ 
thuộc vào S và X → S’ = FS(S, X) 
 FY là hàm tính giá trị đầu ra: Y = FY(S, X) 
8 
b. Mô hình Moore 
 Mô hình Moore giống như mô hình Mealy, nhưng 
khác ở chỗ là Y chỉ phụ thuộc vào S: 
Y = FY(S) 
9 
3. Các phương pháp biểu diễn mạch tuần tự 
 Mô tả bằng đồ thị thời gian 
 Mô tả bằng đồ hình trạng thái 
 Mô tả bằng bảng 
Mô tả bằng giản đồ thời gian 
10 
11 
Đồ hình trạng thái 
Ví dụ: 
12 
Đồ hình trạng thái 
s0 s1
11/0
00/1
00/0
01,10/1
01,10/0
11/1
13 
Ví dụ: Đồ hình trạng thái 
s00/0 s01/1
01,10
00
00 01,10
s10/0 s11/1
11
01,10
11
01,10 11
00
11
00
14 
Bảng chuyển trạng thái – Bảng ra 
15 
6.2 Các phần tử nhớ 
 Phần tử cơ bản của mạch tuần tự là các phần tử nhớ 
 Đầu ra của phần từ nhớ chính là trạng thái của nó 
 Một phần tử nhớ có thể làm việc theo 2 kiểu: 
 Phần tử nhớ không đồng bộ (Latch: chốt): đầu ra của nó 
thay đổi chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào (có thể thêm tín 
hiệu cho phép kích hoạt theo mức) 
 Phần tử nhớ đồng bộ (FF: flip-flop): đầu ra của nó thay đổi 
phụ thuộc vào tín hiệu vào và tín hiệu đồng bộ (kích hoạt 
theo sườn) 
16 
Các kiểu kích thích cho Latch 
 Theo mức: 
 Mức cao: 
 Khi tín hiệu cho phép có giá trị logic 
bằng 0 thì mạch giữ nguyên trạng thái 
 Khi tín hiệu cho phép có giá trị logic 
bằng 1 thì mạch làm việc bình thường. 
 Mức thấp: 
 Khi tín hiệu cho phép có giá trị logic 
bằng 1 thì mạch giữ nguyên trạng thái 
 Khi tín hiệu cho phép có giá trị logic 
bằng 0 thì mạch làm việc bình thường. 
Kích thích theo mức
L
H
17 
Các kiểu đồng bộ cho Flip-Flop 
 Đồng bộ theo sườn: 
 Sườn dương: 
 Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn 
dương (sườn đi lên, từ 0 → 1) thì 
mạch làm việc bình thường. 
 Trong các trường hợp còn lại, mạch 
giữ nguyên trạng thái. 
 Sườn âm: 
 Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn 
âm (sườn đi xuống, từ 1 → 0), mạch 
làm việc bình thường. 
 Trong các trường hợp còn lại, mạch 
giữ nguyên trạng thái. 
Đồng bộ theo sườn
18 
Các kiểu đồng bộ (tiếp) 
 Đồng bộ kiểu xung: 
 Khi có xung thì mạch làm việc bình thường. 
 Khi không có xung thì mạch nghỉ (giữ nguyên trạng thái). 
Đồng bộ kiểu xung
19 
Các loại phần tử nhớ 
 Có 4 loại phần tử nhớ: 
 RS Reset - Set Xóa - Thiết lập 
 D Delay Trễ 
 JK Jordan và Kelly Tên 2 nhà phát minh 
 T Toggle Bập bênh, bật tắt 
20 
a. Latch và FF loại RS 
 Sơ đồ khối: 
 Phần tử nhớ RS hoạt động được ở cả 2 chế độ đồng bộ và không đồng bộ 
R
S
Q
Q
CLK
Đồng bộ mức cao
CLK CLK
Đồng bộ mức thấp
CLK
Đồng bộ sườn dương
CLK CLK
Đồng bộ sườn âm
R
S
Q
Q
CLK
SET
CLR
R
S
Q
Q
21 
Bảng chuyển trạng thái của Latch-RS 
RQSQ 
RS
Q 00
0
1
01 11 10
0 1 X 0
1 1 X 0
nhớ
thiết 
lập
không 
xác 
định
xóa
Q’ 
Q’ là trạng thái kế tiếp của Q 
22 
Ví dụ 
 Cho RS Latch đồng bộ mức cao và đồ thị các tín 
hiệu R, S như hình vẽ. Hãy vẽ đồ thị tín hiệu ra Q. 
(EN) 
23 
Ví dụ (tiếp) 
(EN) 
24 
b. Latch và FF loại D 
 FF D có 1 đầu vào là D và hoạt động ở 2 chế độ 
đồng bộ và không đồng bộ. 
 Ta chỉ xét FF D hoạt động ở chế độ đồng bộ. 
D Q
Q
Không đồng bộ
D Q
Q
Đồng bộ
CLK
25 
FF D đồng bộ 
 D kích thích theo mức gọi là chốt D (Latch) 
 FF D đồng bộ theo sườn được gọi là kích thích sườn (Edge 
triggered) 
D Q
QCLK
D Q
QCLK
26 
Bảng chuyển trạng thái của D 
D
Q 0
0
1
1
0 1
0 1
Q’ = D
Q’ 
27 
Ví dụ 1 
 Cho Latch loại D đồng bộ theo mức cao. Hãy vẽ tín 
hiệu ra Q dóng trên cùng trục thời gian với tín hiệu 
vào D. 
28 
Ví dụ 1 (tiếp) 
29 
Ví dụ 2 
 Cho FF D đồng bộ theo sườn dương. Hãy vẽ tín 
hiệu ra Q dóng trên cùng trục thời gian với tín hiệu 
vào D. 
30 
Ví dụ 2 (tiếp) 
31 
c. FF JK 
 Phần tử nhớ JK chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ 
 Sơ đồ khối: 
J
K
Q
Q
EN
J
K
Q
Q
CLK
J
K
Q
Q
CLK
J
K
Q
Q
EN
Kích thích theo mức 
cao
Kích thích theo mức 
thấp
Đồng bộ theo sườn 
dương
Đồng bộ theo sườn 
âm
32 
Bảng chuyển trạng thái của JK 
J ~ S; K ~ R 
KQJQQ 
JK
Q 00
0
1
01 11 10
0 0 1 1
1 0 0 1
nhớ xóa lật
thiết 
lập
Q’ 
33 
d. Latch và FF loại T 
 Phần tử nhớ loại T chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ 
 Sơ đồ khối: 
T Q
QCLK
34 
Bảng chuyển trạng thái của phần tử nhớ loại T 
T
Q 0
0
1
1
0 1
1 0
nhớ lật
TQTQTQQ  
Q’ 
Xác định đầu vào kích cho FF 
Ví dụ với FF-JK: 
35 
Xây dựng FF từ một FF khác 
 Ví dụ xây dựng FF-D từ FF-JK: 
36