Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 5.2: Bộ đếm (Counter)

Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 5.2: Bộ đếm (Counter). Chương này cung cấp cho sinh viên những nội dung kiến thức gồm: bộ đếm đồng bộ (bộ đếm song song); FSM loại Mealy Z = f(Inputs, Current_State); vấn đề lựa chọn FF sử dụng; logic diagram 74193;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 5.2: Bộ đếm (Counter)Bộ đếm (Counter) 1Bộ đếm (Counter)▪ Bộ đếm được xây dựng trên cơ sở các FF ghép lại với nhau và hoạt động theo 1 bảng trạng thái cho trước▪ Ứng dụng: – Tạo địa chỉ của lệnh điều khiển, địa chỉ bộ nhớ – Đếm số chu trình thực hiện phép tính / lệnh – Thu phát mã trong truyền số liệu – etc. 2Bộ đếm (tt)▪ Phân loại bộ đếm – Theo cơ sở các hệ đếm: • Đếm thập phân: đếm dung lượng M bất kỳ • Đếm nhị phân: đếm dung lượng 2n, – Theo hướng đếm • Đếm lên (nội dung bộ đếm tăng dần – Đếm thuận) • Đếm xuống (nội dung bộ đếm giảm dần – Đếm nghịch) • Đếm thuận/nghịch • Đếm vòng – Theo tín hiệu điều khiển (cách ghép các FF) • Đếm không đồng bộ (đếm nối tiếp)  Quan tâm • Đếm đồng bộ (đếm song song)  Quan tâm • Đếm hỗn hợp 3 Bộ đếm đồng bộ(bộ đếm song song) 4Bộ đếm đồng bộ (đếm song song)▪ Bộ đếm đồng bộ, hay bộ đếm song song, là 1 trường hợp đặc biệt của máy trạng thái hữu hạn FSM → cách thiết kế và phân tích tương tự như FSM – FSM loại Moore – FSM loại Mealy 5Bộ đếm đồng bộ (đếm song song)▪ Bộ đếm đồng bộ là bộ đếm có các ngõ ra thay đổi đồng bộ (cùng 1 lúc) với tín hiệu xung Clock (Ck)▪ Đặc điểm: – Sử dụng FF bất kỳ (T, RS, D, JK) – Quy luật đếm bất kỳ (bộ mã bất kỳ: 8421, Gray, .v..v..) – Không phụ thuộc xung clock tích cực sườn âm/dương▪ Sử dụng bảng đầu vào kích để thiết kế bộ đếm đồng bộ 6Thiết kế bộ đếm đồng bộ▪ Cho trước yêu cầu thiết kế: – Bộ đếm đồng bộ (đếm song song) – Số trạng thái đếm N (Kđ), quy luật đếm, loại FF sử dụng▪ Các bước thiết kế bộ đếm đồng bộ 1. Xác định giản đồ chuyển trạng thái của bộ đếm, số lượng FF cần sử dụng. 2. Xây dựng bảng trạng thái mô tả hoạt động bộ đếm 3. Dựa vào bảng đầu vào kích của FF tương ứng để mở rộng bảng trạng thái và xây dựng bảng giá trị các ngõ vào dữ liệu của FF tương ứng theo các ngõ ra Q 4. Tối thiểu hóa tìm hàm các ngõ vào dữ liệu của FF theo các ngõ ra Q ở trạng thái hiện tại 5. Vẽ sơ đồ mạch thực hiện 6. Phân tích tín hiệu theo thời gian 7Ví dụ thiết kế bộ đếm đồng bộ▪ Thiết kế mạch đếm đồng bộ, đếm 5 (Kđ=5), đếm lên, theo mã BCD 8421 sử dụng JKFF có xung Ck tích cực sườn lên?1. Số JKFF cần dùng: 3 JKFF, có 3 ngõ ra Q3, Q2, Q1 – Vai trò của xung Ck tích cực sườn lên?2. Giản đồ trạng thái bộ đếm 8Ví dụ thiết kế bộ đếm đồng bộ (tt)3. Lập bảng trạng thái, dựa vào bảng đầu vào kích của JKFF để xây dựng hàm các ngõ vào dữ liệu J và K theo các ngõ ra 2 3 1 9Ví dụ thiết kế bộ đếm đồng bộ (tt)4. Tối thiểu hóa tìm hàm của Ji và Ki theo các ngõ ra Qi ở trạng thái hiện tại (i = 1, 2, 3) 10Ví dụ thiết kế bộ đếm đồng bộ (tt) 11 Ví dụ thiết kế bộ đếm đồng bộ (tt)5. Vẽ sơ đồ thực hiện bộ đếm 12Các ví dụ khác về đếm đồng bộ▪ Thiết kế bộ đếm đồng bộ bằng cách kết hợp các yêu cầu sau đây: – Số trạng thái bộ đếm N = 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, ... – Chiều đếm: đếm lên, đếm xuống, đếm thuận nghịch – Dùng DFF, JKFF, RSFF, TFF – Mã 8421, Mã Gray, 5421, 84-2-1, 2421, 5121, ...▪ Đếm đồng bộ thuận nghịch: xem bài giảng▪ Đếm hỗn hợp = Đếm nối tiếp + Đếm song song – Tăng dung lượng đếm 13Các ví dụ khác về đếm đồng bộ (tt)▪ Nhận xét: có thể xem thiết kế bộ đếm đồng bộ là một trường hợp đặc biệt và đơn giản của thiết kế các máy trạng thái hữu hạn Finite State Machines (FSM)▪ Ví dụ: Thiết kế bộ đếm đồng bộ thực hiện đếm theo quy luật sau đây sử dụng RSFF: 000 → 001 → 011 → 111 → 110 → 100 ➔ Homework? why not? 14Bài tập 1▪ Thiết kế bộ đếm đồng bộ, Kđ=6, đếm xuống, đếm theo mã 8421, sử dụng JKFF. Gọi Z là tín hiệu ra của mạch: – Z=1 khi giá trị đếm = 5, – Z=0 trong các trường hợp khác.▪ Trạng thái tiếp theo tương ứng với các tổ hợp nhị phân không sử dụng là trạng thái ban đầu (“000”) 15Bài tập 1 (tt) 16Bài tập 2▪ Thiết kế bộ đếm đồng bộ, đếm thuận nghịch, đếm 4, theo mã 8421, với DIR là tín hiệu điều khiển chiều đếm – DIR = 0: đếm lên – DIR = 1: đếm xuống▪ Khi đếm đến 3 thì báo ngõ r ...