Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 5.1: Hệ tuần tự (Sequential circuits)

Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 5.1: Hệ tuần tự (Sequential circuits). Chương này cung cấp cho sinh viên những nội dung kiến thức gồm: khái niệm và đặc điểm; các hệ tuần tự tiêu biểu; Finite State Machine (FSM) - Máy trạng thái hữu hạn; FSM loại Moore - Z = f (current_state);... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 5.1: Hệ tuần tự (Sequential circuits) Chương 5 Hệ Tuần Tự (Sequential Circuits) Huỳnh Việt Thắng Email: thanghv@dut.udn.vn Url: https://sites.google.com/site/hvthangete/Đà Nẵng, 2013Đà Nẵng, 2019Dẫn nhập (1/2)▪ Mạch số được chia thành hai nhóm: – mạch số tổ hợp, và – mạch số tuần tự▪ Mạch số tuần tự còn được gọi là hệ tuần tự hay mạch dãy (Sequential Circuits).▪ Đặc điểm của mạch số tuần tự là trạng thái hiện tại của mạch – i) vừa phụ thuộc vào tín hiệu vào của mạch ở hiện tại, – ii) vừa phụ thuộc vào trạng thái trước đó của mạch.▪ Chính do đặc điểm này, mạch tuần tự được thực hiện dựa trên phần tử cơ sở là các Flip-Flop. 2Dẫn nhập (2/2)▪ Trong đa số các trường hợp sử dụng, mạch tuần tự được điều khiển bởi cùng một tín hiệu xung clock và được gọi là mạch tuần tự đồng bộ (synchronous sequential circuits).▪ Trong trường hợp mạch tuần tự không có tín hiệu xung clock thì được gọi là mạch tuần tự không đồng bộ (asynchronous sequential circuits).▪ Mạch tuần tự đồng bộ dễ dàng thiết kế hơn so với mạch tuần tự không đồng bộ.▪ Trong giáo trình này, chúng ta sẽ phân tích và thiết kế các mạch tuần tự đồng bộ. 3Khái niệm và Đặc điểm▪ Hệ Tuần Tự (Sequential Circuits) là hệ có các ngõ ra ở trạng thái hiện tại là hàm của: – các ngõ vào ở trạng thái hiện tại, VÀ – ngõ ra ở trạng thái trước đó Qn = f (các tín hiệu vào hiện tại, Qn-1)▪ Đặc điểm – được thiết kế dựa trên Flip-Flop (FF) – ngõ ra thay đổi trạng thái đồng bộ với tín hiệu Clock – có tính đồng bộ – có tính nhớ 4 Các hệ tuần tự tiêu biểu▪ Máy trạng thái hữu hạn – Finite State Machine (FSM) ▪ Các mạch điều khiển, Bộ đếm song song (Bộ đếm đồng bộ)▪ Bộ đếm (Counter) – Bộ đếm nối tiếp (Bộ đếm không đồng bộ) – Bộ đếm song song (Bộ đếm đồng bộ  FSM) – Bộ đếm hỗn hợp (Nối tiếp + Song song)▪ Thanh ghi dịch (Shift Registers)▪ Bộ nhớ bán dẫn (Memory) + Tổ chức bộ nhớ 5Finite State Machine (FSM) Máy trạng thái hữu hạn 6Khái niệm▪ Mạch tuần tự (Sequential Circuits) được xây dựng trên cơ sở các Flip-Flop (FF) và các khối mạch logic tổ hợp (các cổng logic)▪ Có thể chia làm 2 nhóm mạch – Mạch tuần tự đồng bộ (Synchronous Sequential Circuits) – Mạch tuần tự không đồng bộ (Asynchronous Sequential Circuits)▪ Chỉ xem xét mạch tuần tự đồng bộ▪ Mạch tuần tự còn được gọi Máy trạng thái hữu hạn (Finite State Machine: FSM) – FSM loại Moore (Moore FSM) – FSM loại Mealy (Mealy FSM) 7Sơ đồ khối FSM Next State Logic (J,K), State Register Output Logic (S,R), (T) (D) Current State 2 1 3▪ W: các tín hiệu vào; Q: trạng thái hiện tại của FSM; Z: tín hiệu ra của FSM▪ 3 khối chính – Khối 1 (State Register): Khối thanh ghi trạng thái, gồm các FFs mắc song song (cùng clock) xác định trạng thái hiện tại (Current State) của FSM – Khối 2 (Next State Logic): Logic tổ hợp xác định trạng thái kế tiếp (Next State) của FSM – Khối 3 (Output Logic): Logic tổ hợp xác định tín hiệu ra của FSM▪ Clock: xung đồng bộ, FSM sẽ chuyển (cập nhật) trạng thái tại mỗi chu kỳ của xung Clock (giá trị các FFs được cập nhật) 8Moore FSM vs. Mealy FSM Mealy FSM Next State Logic (J,K), State Register Output Logic (S,R), (T) (D) Current State 2 1 3▪ Tín hiệu ra Z phụ thuộc vào trạng thái Q hiện tại▪ Tùy thuộc vào tính chất của tín hiệu ra Z có phụ thuộc trực tiếp vào tín hiệu vào W hay không mà FSM có thể phân chia thành 2 loại: – FSM loại Moore: tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại Q – FSM loại Mealy: tín hiệu ra phụ thuộc vào cả trạng thái hiện tại Q và tín hiệu vào W (tín hiệu màu đỏ trong sơ đồ khối)▪ Edward Moore & George Mealy 9FSM loại MooreZ = f (current_state) 10Ví dụ thiết kế FSM loại Moore đơn giản▪ Thiết kế một mạch phát hiện chuỗi bít vào (sequence detector) hoạt động như sau: – mạch có 1 tín hiệu vào w, 1 tín hiệu ra z, – xung đồng bộ Ck tích cực sườn lên (positive edge), tín hiệu Reset tích ...