Bài giảng Điện tử số - Chương 5: Mạch logic tuần tự - Nguyễn Trung Hiếu

Bài giảng Điện tử sốV1.0 116
Nội dung
Chương 1: Hệ đếm
Chương 2: Đại số Boole và các phương pháp biểu diễn hàm
Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS
Chương 4: Mạch logic tổ hợp
 Chương 5: Mạch logic tuần tự
Chương 6: Mạch phát xung và tạo dạng xung
Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn
Bài giảng Điện tử sốV1.0 117
Mạch logic tuần tự
Bài giảng Điện tử sốV1.0 118
Nội dung
 Khái niệm chung và mô hình toán học
 Phần tử nhớ của mạch tuần tự
 Phương pháp mô tả mạch tuần tự
 Phân tích mạch tuần tự
 Thiết kế mạch tuần tự
 Mạch tuần tự đồng bộ
 Mạch tuần tự không đồng bộ
 Hiện tượng chu kỳ và chạy đua trong mạch không đồng bộ
 Một số mạch tuần tự thông dụng
Bài giảng Điện tử sốV1.0 119
Khái niệm chung và mô hình toán học
 Khái niệm chung
 Mạch logic tuần tự hay còn gọi là mạch dãy - Sequential Circuit.
 Hoạt động của hệ này có tính chất kế tiếp nhau, tức là trạng thái hoạt động của
mạch điện không những phụ thuộc trực tiếp lối vào mà còn phụ thuộc vào trạng
thái bên trong trước đó của chính nó. Nói cách khác các hệ thống này làm việc
theo nguyên tắc có nhớ.
 Mô hình toán học
 Z = f(Q, X) 
X - tập tín hiệu vào.
Q - tập trạng thái trong trước đó của mạch.
W - hàm kích.
Z - các hàm ra
 Biểu diễn khác: Z = f (Q(n), X); Q (n +1) = f (Q(n), X)
Q(n +1): là trạng thái tiếp theo của mạch.
Q(n): là trạng thái bên trong trước đó.
Mạch tổ hợp
Mạch nhớ
x1
x2
xi
z1
z2
zj
Q1 Ql W1 Wk
Sơ đồ khối của mạch tuần tự.
Bài giảng Điện tử sốV1.0 120
Trigơ – Phần tử nhớ của mạch tuần tự
 Định nghĩa: Trigơ là phần tử có khả năng lưu trữ (nhớ) một trong hai trạng thái 0 và 1.
TRIGƠ
TRIGƠ D TRIGƠ T TRIGƠ RS TRIGƠ JK KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐỒNG BỘ
LOẠI THƯỜNG CHÍNH - PHỤ
 Cấu trúc
 Trigơ có từ 1 đến một vài lối điều khiển, có hai lối ra
luôn luôn ngược nhau là Q và . Tuỳ từng loại trigơ
có thể có thêm các lối vào lập (PRESET) và lối vào
xoá (CLEAR). Ngoài ra, trigơ còn có lối vào đồng bộ
(CLOCK). Hình bên là sơ đồ khối tổng quát của trigơ.
 Phân loại:
 Theo chức năng làm việc của của các lối vào điều khiển:
 Trigơ 1 lối vào như trigơ D, T;
 Trigơ 2 lối vào như trigơ RS, trigơ JK.
 Theo phương thức hoạt động thi ta có hai loại:
 Trigơ không đồng bộ
 Trigơ đồng bộ, có hai loại: trigơ thường và trigơ chính-phụ (Master-Slave). 
TRIGƠ
Các
lối vào
điều
khiển
Clock
PR
CLR
Q
Q
Q
Bài giảng Điện tử sốV1.0 121
Trigơ RS (1)
 Trigơ RS là loại có hai lối vào điều khiển S, R. Chân S gọi là lối vào "lập" (SET) 
và R được gọi là lối vào "xoá" (RESET).
Sơ đồ khối:
Q
S
R
QS
R
Q
S
R
C
S
R
Sơ đồ nguyên lý của trigơ RS và
RS đồng bộ
Bảng TT của trigơ RS
X
1
0
Q
Qk
Cấm
Lập
Xóa
Nhớ
Mod hoạt động
11
01
10
00
RS
NhớQXX0
Bảng TT của trigơ RS đồng bộ cổng NAND
1
0
1
0
R
X
1
0
Q
Qk
Cấm11
Lập11
Xóa01
Nhớ01
Mod hoạt độngSC
Q
Q
Q
Bài giảng Điện tử sốV1.0 122
Trigơ RS (2)
 Tri gơ RS không đồng bộ
1
1
01
X
X
11
011
000
Q
1000
RS Q
S
R
1
0
1
0
1
0
1
0
S
X
0
1
1
X
0
1
0
Qk
1
1
0
0
1
1
0
0
R
0
0
0
Q
1
1
1
1
0
Q
Bảng trạng thái Bảng Các nô
Đồ hình trạng thái
KQ = S+ R.Q
RS = 0(dieu kien de tranh to hop cam)



Biểu thức
Bài giảng Điện tử sốV1.0 123
Trigơ RS (3)
 Tri gơ RS không đồng bộ
Q
S
R
1
0
1
0
1
0
1
0
S
X
0
1
1
X
0
1
0
Qk
1
1
0
0
1
1
0
0
R
0
0
0
Q
1
1
1
1
0
Q
Bảng trạng thái
S
R
Q
t4t3t2t1
Đồ thị dạng xung
Bài giảng Điện tử sốV1.0 124
Trigơ RS (4)
 Tri gơ RS đồng bộ
C
S
R
CS=1
(lập)
CR=1
(xóa)
CRS=1
(không xác định)
Bảng trạng thái
Đồ thị dạng xung
NhớQXX0
Bảng TT của trigơ RS đồng bộ
cổng NAND
1
0
1
0
R
X
1
0
Q
Qk
Cấm11
Lập11
Xóa01
Nhớ01
Mod h.độngSC
Bài giảng Điện tử sốV1.0 125
Trigơ D
 Trigơ D là loại trigơ có một lối vào điều khiển D.
 Biểu thức: Qk = D, mỗi khi xuất hiện xung nhịp C.
 Sơ đồ khối:
 Ứng dụng: thường dùng làm bộ ghi dịch dữ liệu hay bộ chốt dữ liệu.
1
0
1
0
Qk
1
0
1
0
D
0
0
1
Q
1
Bảng trạng thái Đồ hình trạng thái
Bài giảng Điện tử sốV1.0 126
Trigơ T
 Trigơ T là loại trigơ có môt lối vào điều khiển T. Mỗi khi có xung tới lối
vào T thì lối ra Q sẽ thay đổi trạng thái.
 Biểu thức: 
 Sơ đồ khối:
KQ = TQ+ TQ = T Q
Q_
Q
Qk
0
1
T
Bảng trạng thái
rút gọn
Đồ hình trạng thái
0
1
1
0
Qk
1
0
1
0
Q
0
0
1
T
1
Bảng trạng thái
Bài giảng Điện tử sốV1.0 127
Trigơ JK (1)
 Trigơ JK là loại trigơ có hai lối vào điều khiển J, K.
 Ưu điểm hơn trigơ RS là không còn tồn tại tổ hợp cấm bằng các đường hồi tiếp từ
Q về chân R và từ về S.
 Trigơ JK còn có thêm đầu vào đồng bộ C. Trigơ có thể lập hay xoá trong khoảng
thời gian ứng với sườn âm hoặc sườn dương của xung đồng bộ C. Ta nói, trigơ JK 
thuộc loại đồng bộ.
Q
Bài giảng Điện tử sốV1.0 128
Trigơ JK (2)
U1
NAND_2
U2
NAND_2
U3
NAND_2
U4
NAND_2
J
K
Q
Q_
U7
NAND_2
U8
NAND_2
J
K
Q
Q_
U5
NAND_3
U6
NAND_3
C
0111
1011
1101
1001
Bảng TT đầy đủ
1
0
1
0
Q
0
0
1
0
Qk
10
10
00
00
KJ
Bảng TT 
rút gọn
Q’
1
0
Q
Qk
11
01
10
00
KJ
QXX0
Bảng TT của trigơ
JK đồng bộ
1
0
1
0
K
Q’
1
0
Q
Qk
1
1
0
0
1
JC
Bài giảng Điện tử sốV1.0 129
Bảng hàm kích thích của các loại Trigơ
100X0X11
011X1001
11X10110
00X0X000
DTKJRSQkQ
Bài giảng Điện tử sốV1.0 130
Phương pháp mô tả mạch tuần tự
 Phương trình logic (hay phương pháp đại số)
 Bảng trạng thái
 Bảng chuyển đổi trạng thái
 Bảng tín hiệu ra
 Đồ hình trạng thái
 Mô hình Mealy thực hiện ánh xạ
 Mô hình Moore
 Đồ thị dạng xung
Bài giảng Điện tử sốV1.0 131
Phân tích mạch tuần tự - Lý thuyết
 Viết chương trình logic:
 Viết chương trình logic cho lối vào đồng bộ, chỉ ra điểu kiện
chuyển trạng thái của các phần tử nhớ.
 Xác định hàm ra:
 Tìm hàm kích thích:
 Căn cứ loại TG để tìm kích thích, phương trình chuyển đổi trạng
thái (chính là phương trình đặc trưng của TG đã cho).
 Phương trình chuyển đổi trạng thái:
 Xác định số tổ hợp trạng thái và thay các tổ hợp này vào các
phương trình kích thích, phương trình chuyển đổi trạng thái để
tính bảng chuyển đổi trạng thái.
 Vẽ đồ hình trạng thái dưới dạng nhị phân hoặc dạng rút
gọn
 Vẽ đồ thị dạng xung gồm:
 Xung đồng hồ,
 Xung của mỗi biến trạng thái,
 Xung ra.
Viết c.trình logic
Xác định hàm ra
Tìm hàm kích thích
Pt chuyển đổi TT
Đồ hình trạng thái
Các bước phân tích mạch tuần tự
Đồ thị dạng xung
Bài giảng Điện tử sốV1.0 132
Phân tích mạch tuần tự - Ví dụ
Bài giảng Điện tử sốV1.0 133
Thiết kế mạch tuần tự - Lý thuyết
 Bài toán ban đầu:
 Nhiệm vụ thiết kế được mô tả bằng ngôn ngữ hoặc bằng lưu đồ
thuật toán.
 Hình thức hoá:
 Từ các dữ kiện đề bài cho mà ta mô tả hoạt động của mạch bằng
cách hình thức hoá dữ kiện ban đầu ở dạng bảng trạng thái, bảng
ra hay đồ hình trạng thái. Sau đó rút gọn các trạng thái của mạch
để có được số trạng thái trong ít nhất.
 Mã hoá trạng thái:
 Mã hoá tín hiệu vào ra, trạng thái trong để nhận được mã nhị phân
(hoặc có thể là các loại mã khác) có tập tín hiệu vào là X, tập tín
hiệu ra là Y, tập các trạng thái trong là Q.
 Hệ hàm của mạch:
 Xác định hệ phương trình logic của mạch và tối thiểu hoá các
phương trình này. Nếu mạch tuần tự khi thiết kế cần dùng các
trigơ và mạch tổ hợp thì tuỳ theo yêu cầu mà ta viết hệ phương
trình cho các lối vào kích cho từng loại trigơ đó.
 Xây dựng sơ đồ:
 Từ hệ phương trình của mạch đã viết được ta xây dựng mạch điện
thực hiện.
Bài toán ban đầu
Hình thức hoá
Mã hoá trạng thái
Hệ hàm của mạch
Sơ đồ
Các bước thiết kế mạch tuần tự
Bài giảng Điện tử sốV1.0 134
Thiết kế mạch tuần tự - Ví dụ
Bài giảng Điện tử sốV1.0 135
Mạch tuần tự đồng bộ
Bài giảng Điện tử sốV1.0 136
Mạch tuần tự không đồng bộ
Bài giảng Điện tử sốV1.0 137
H.tượng c.kỳ và chạy đua trong mạch không ĐB
Bài giảng Điện tử sốV1.0 138
Một số mạch tuần tự thông dụng
Bài giảng Điện tử sốV1.0 139
Câu hỏi