Bài giảng Nhập môn mạch số - Chương 6: Mạch tuần tự. Bộ đếm (Phần 3) - Trần Văn Cường

CHƯƠNG 6: MẠCH TUẦN TỰ
- BỘ ĐẾM (tt)
NHẬP MÔN MẠCH SỐ
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 2
Nội dung
 Bộ đếm bất đồng bộ (Asynchronous counters)
Hệ số của bộ đếm (MOD number)
Bộ đếm lên/xuống (Up/ Down counters)
Phân tích và thiết kế bộ đếm bất đồng bộ
Delay của mạch (Propagation delay)
 Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counters)
Phân tích bộ đếm đồng bộ (Analyze synchronous counters)
Thiết kế bộ đếm đồng bộ (Design synchronous counter)
 Thanh ghi (Register)
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 3
Bộ đếm đồng bộ
(Synchronous Counters)
 Bộ đếm đồng bộ hay bộ đếm song song là bộ đếm
trong đó các FF được kích đồng thời bởi một xung
Clock.
 Tín hiệu Clock được kết nối tới ngõ vào CLK của tất cả
các FF trong mạch Delay của mạch sẽ bằng với delay 
của mỗi FF.
 Khác với bộ đếm bất đồng bộ, bộ đếm đồng bộ có thể
được thiết kế để tạo ra chuỗi đếm bất kì theo mong muốn
của người thiết kế
Ví dụ: Phân tích mạch đếm ở hình bên dưới
Bước 1: Tìm phương trình ngõ vào của các FF
S1 = Q’1Q’0
R1 = Q1
S0 = Q’0
R0 = Q’1 Q0
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 4
Phân tích bộ đếm đồng bộ
(Analyze Synchronous Counters)
Ví dụ: Phân tích mạch 
đếm ở hình bên 
Bước 2: Lập bảng chuyển trạng thái
S1 = Q’1Q’0
R1 = Q1
S0 = Q’0
R0 = Q’1 Q0
Bảng sự thật FF-S_R
TTHT: Trạng thái hiện tại (Current State)
TTKT: Trạng thái kế tiếp (Next State)
Bảng chuyển trạng thái
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 5
Phân tích bộ đếm đồng bộ
(Analyze Synchronous Counters)
Ví dụ: Phân tích mạch 
đếm ở hình bên dưới
Bước 3: Vẽ lưu đồ chuyển trạng thái của bộ đếm
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 6
Phân tích bộ đếm đồng bộ
(Analyze Synchronous Counters)
Thiết kế bộ đếm đồng bộ?
Thiết kế bộ đếm đồng bộ
(Design Synchronous Counter)
 Bộ đếm đồng bộ có thể được thiết kế để tạo ra chuỗi
đếm bất kì theo mong muốn của người thiết kế
11/2/2017 7Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved.
Mô tả đầy đủ của một Flip-flop
 FF có thể được mô tả bằng ký hiệu hình học, bảng sự
thật, bảng đặc tính, phương trình đặc tính hoặc bảng
kích thích
 Bảng đặc tính: Một bảng chỉ ra trạng thái kế tiếp
như một hàm của trạng thái hiện tại và ngõ vào của
của mỗi FF
 Phương trình đặc tính: Một biểu thức chỉ ra quan hệ
của trạng thái kế tiếp theo trạng thái hiện tại và ngõ
vào của mỗi FF
 Bảng kích thích: Một bảng liệt kê các yêu cầu ngõ
vào (input) để FF chuyển từ trạng thái hiện tại đến
trạng thái kế tiếp
11/2/2017 8Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved.
Ký hiệu Bảng sự thật Bảng đặc tính
Phương trình đặc tính
Bảng kích thích
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 9
Các kiểu mô tả của FF-D
Q+ = T Q+
Ký hiệu Bảng sự thật Bảng đặc tính
Phương trình đặc tính
Bảng kích thích
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 10
Các kiểu mô tả của FF-T
Ký hiệu Bảng sự thật
Bảng đặc tính
Phương trình đặc tính
Bảng kích thích
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 11
Các kiểu mô tả của FF-SR
Ký hiệu
Bảng sự thật
Bảng đặc tính
Phương trình đặc tính
Bảng kích thích
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 12
Các kiểu mô tả của FF-JK
Ví dụ: Sử dụng FF-J_K để thiết kế một bộ đếm có chuỗi đếm như
bảng bên cạnh
C B A
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
0 0 0
etc.
 Bước 1: Tìm số FF nhỏ nhất thỏa yêu cầu bài toán
Do chu trình đếm 0-1-2-3-4-0- nên số FF tối thiểu phải là 3
Lưu ý: Thuộc tính (đếm lên/xuống) của bộ đếm 
đồng bộ chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại và 
trạng thái kế tiếp mà không quan tâm đến tính 
chất của FF (kích cạnh lên/xuống)
 Khác với bộ đếm bất đồng bộ
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 13
Thiết kế bộ đếm đồng bộ
 Bước 2: Vẽ biểu đồ chuyển trạng thái (state diagram) của bộ
đếm
Lưu ý: - vẽ tất cả các trạng thái có thể
- những trạng thái không có trong chu trình đếm, có thể cho
chuyển đến một trạng thái có trong chu trình đếm
C B A
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
0 0 0
etc.
CBA
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 14
Thiết kế bộ đếm đồng bộ
 Bước 3: Lập bảng trạng thái (state table)
- Sử dụng biểu đồ chuyển trạng thái để lập một bảng bao gồm các trạng
thái hiện tại và trạng thái kế
CBA
Bảng trạng thái của mạch 
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 15
Thiết kế bộ đếm đồng bộ
 Bước 4: Lập bảng kích thích của mạch (circuit excitation table)
- Dựa vào trạng thái hiện tại và trạng thái kế tiếp, thêm các cột giá trị
ngõ vào mỗi FF vào bên phải bảng chuyển trạng thái
Bảng kích thích của mạch 
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 16
Thiết kế bộ đếm đồng bộ
 Bước 5: Sử dụng bìa Karnaugh (bìa K) để tìm phương trình ngõ
vào của các FF được sử dụng
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 17
Thiết kế bộ đếm đồng bộ
 Bước 6: Vẽ mạch cần thiết kế
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 18
Thiết kế bộ đếm đồng bộ
Đúng hay Sai?
1. Thiết kế bộ đếm đồng bộ để thực hiện chuỗi đếm sau:
0010, 0011, 0100, 0111, 1010, 1111, và lặp lại.
2. Thiết kế bộ đếm đồng bộ để thực hiện chuỗi đếm sau:
0010, 0011, 0100, 0111, 1010, 0100, 1111 và lặp lại.
Đáp án:
1. Đúng (có thể thiết kế được)
2. Sai (không thiết kế được)
Trạng thái “0100” đã xuất hiện 2 lần trong chu trình đếm.
, , , , , 0100, 111 và lặp lại
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 19
Câu hỏi thảo luận?
 Bộ đếm có khả năng định giá trị ban đầu là bộ đếm có thể định giá trị 
ban đầu trước khi bộ đếm hoạt động. 
- Việc định giá trị ban đầu có thể thực hiện đồng bộ hoặc bất đồng bộ
 Thao tác định giá trị ban đầu cho bộ đếm còn được gọi là nạp dữ liệu 
song song (parallel loading) cho bộ đếm
Bộ đếm lên đồng bộ
nạp dữ liệu song song bất đồng bộ
1. Đưa giá trị dữ liệu mong 
muốn vào các ngõ vào song 
song (P2P1P0)
2. Điều khiển PL = 0 để nạp 
dữ liệu ban đầu vào bộ đếm
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 20
Bộ đếm có khả năng định giá trị ban đầu
Câu hỏi thảo luận?
• Thế nào là bộ đếm có khả năng định giá trị ban đầu?
• Mô tả sự khác nhau giữa định giá trị theo kiểu đồng bộ 
(synchornous presetting) và theo kiểu bất đồng bộ (asynchronous 
presetting)?
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 21
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 22
Nội dung
 Bộ đếm bất đồng bộ (Asynchronous counters)
Hệ số của bộ đếm (MOD number)
Bộ đếm lên/xuống (Up/ Down counters)
Phân tích và thiết kế bộ đếm bất đồng bộ
Delay của mạch (Propagation delay)
 Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counters)
Phân tích bộ đếm đồng bộ (Analyze synchronous counters)
Thiết kế bộ đếm đồng bộ (Design synchronous counter)
 Thanh ghi (Register)
Truyền dữ liệu thanh ghi
(Register Data Transfer)
 Thanh ghi nối tiếp (Serial register): dữ liệu được nạp vào thanh
ghi theo dạng nối tiếp từ phải sang trái hoặc từ trái sang phải
 Thanh ghi song song (Parallel register): dữ liệu được nạp vào
thanh ghi theo dạng song song.
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 23
Ngõ vào nối tiếp - ngõ ra nối tiếp (SISO)
(serial in/serial out)
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 24
Thanh ghi nối tiếp
SH/LD = 0 parallel in/serial out
SH/LD = 1 serial in/serial out
Ngõ vào song song - ngõ ra nối tiếp (PISO)
(Parallel in/serial out)
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 25
Thanh ghi nối tiếp
Ngõ vào nối tiếp - ngõ ra song song (SIPO)
(serial in/parallel out)
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 26
Thanh ghi nối tiếp
Thanh ghi song song
 Thanh ghi song song (Parallel register): dữ liệu được nạp vào
thanh ghi theo dạng song song, khi không nạp giá trị ngõ ra được
giữ nguyên
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved. 27
28
11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE. All Rights Reserved.
Tóm tắt nội dung chương học
 Qua Phần 3 - Chương 6, sinh viên cần nắm những nội
dung chính sau:
Phương pháp thiết kế, phân tích mạch tuần tự: các bộ đếm
đồng bộ
Kiểm chứng thiết kế bằng vẽ giản đồ xung
Ưu và khuyết điểm của bộ đếm đồng bộ
Chức năng, hoạt động và ứng dụng của các thanh ghi
Thảo luận?