Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 5: Flip, Flops - Đặng Ngọc Khoa

11
Chương 5
Flip – Flops
Th.S Đặng Ngọc Khoa
Khoa Điện - Điện Tử
2
Giới thiệu
„ Sơ đồ hệ thống số tổng quát bao gồm
thành phần nhớ và các cổng logic
23
Flip-Flops
„ Thành phần nhớ phổ biến nhất là các Flip-
flop, flip-flop được cấu thành từ những
cổng logic đơn giản.
„ Ký hiệu tổng quát của một flip-flop
4
Mạch chốt cổng NAND
„ Mạch chốt cổng NAND là một flip-flop đơn giản.
„ Mạch chốt có hai ngõ vào là set và clear (preset).
„ Ngõ vào tích cực mức thấp, ngõ ra sẽ thay đổi
trạng thái khi có xung thấp ở ngõ vào.
„ Khi mạch ở trạng thái set
„ Khi mạch ở trạng thái clear (preset)
1 Q và0Q ==
0 Q và1Q ==
35
Mạch chốt cổng NAND
Mạch chốt cổng NAND có hai trạng thái ổn
định (trạng thái chốt) ứng với trường hợp
SET = CLEAR = 1.
6
Trạng thái SET mạch chốt
Khi ngõ vào SET chuyển từ trạng thái cao
xuống trạng thái thấp, trong cả hai trường
hợp ngõ ra Q sẽ ở trạng thái cao
47
Trạng thái clear mạch chốt
Khi ngõ vào CLEAR chuyển từ trạng thái cao
xuống trạng thái thấp, trong cả hai trường
hợp ngõ ra Q sẽ ở trạng thái thấp
8
Mạch chốt cổng NAND
„ SET = RESET = 1. Trạng thái ổn định, ngõ ra vẫn giữ
trạng thái trước đó.
„ SET = 0, RESET = 1. Q ở mức cao.
„ SET = 1, RESET = 0. Q ở mức thấp.
„ SET = RESET = 0. Ngõ ra không được xác định chính
xác do cả hai trạng thái set và clear cùng tác động.
59
Mô tả tương đương mạch chốt
Ngõ ra mạch chốt nhớ trạng thái trước đó và
ngõ ra chỉ có thể thay đổi khi một trong hai
ngõ vào ở trạng thái tích cực
10
Ví dụ 5-1
„ Khóa chống nảy
611
Mạch chốt cổng NOR
„ Tương tự như mạch chốt cổng NAND chỉ khác vị
trí hai ngõ ra Q và Q được thay đổi cho nhau.
„ Ngõ vào tích cực mức cao
12
Dạng sóng mạch chốt cổng NOR
713
Ví dụ 5-2
„ Khi mất nguồn ánh sáng hệ thống sẽ báo động.
„ Công tắc SW1 dùng đề reset hệ thống
14
Đồng bộ và bất đồng bộ
„ Hệ thống số có thể hoạt động ở trạng thái:
„ Bất đồng bộ (Asynchronously): Trạng thái ngõ
ra sẽ thay đổi khi có bất kỳ sự thay đổi nào ở
ngõ vào.
„ Đồng bộ (Synchronously): Ngõ ra chỉ thay đổi
tại những thời điểm có cạnh xung clock (đồng
bộ với cạch xung clock)
815
Xung clock
„ Với hệ thống đồng bộ, ngõ ra thay đổi trạng
thái tại những thời điểm có cạnh xung clock.
„ Cạnh xung dương Positive-going transitions (PGT)
„ Cạnh xung âm: Negative-going transitions (NGT)
16
Flip-Flops và xung clock
„ Trong các FF có ngõ vào xung clock (CLK)
„ (a) Xung clock tích cực cạnh dương
„ (b) Xung clock tích cực cạnh âm
917
Dạng sóng của SC-FF
18
SC-FF tích cực cạnh âm
10
19
Cấu trúc bên trong SC-FF
„ Bao gồm:
„ Mạch phát hiện cạnh xung
„ Mạch thiết lập trạng thái
„ Mạch chốt cổng NAND
20
Mạch phát hiện cạnh xung
Phát hiện cạnh dương Phát hiện cạnh âm
11
21
JK-FF
„ Hoạt động giống SC-FF. J là ngõ set, K là
ngõ clear
„ Khi cả J và K đều ở mức cao, ngõ ra sẽ đảo
trạng thái so với trạng thái trước đó.
„ Có thể tích cực cạnh dương hay cạnh âm
xung clock.
22
JK-FF
12
23
JK-FF tích cực cạnh âm
24
Cấu trúc bên trong của JK-FF
„ Khác nhau duy nhất giữa JK và SC-FF là
JK có phần hồi tiếp tín hiệu.
13
25
D Flip-Flop
„ Chỉ có một ngõ vào D, tương ứng với ngõ
vào data.
„ Ngõ ra Q sẽ có cùng giá trị với ngõ vào D 
khi có tác động của cạnh xung clock.
„ Trong những thời điểm khác, D-FF sẽ lưu
giá trị trước đó của nó.
„ Được sử dụng trong ứng dụng truyền dữ
liệu song song
26
D Flip-Flop
14
27
D-FF và JK-KK
„ Có thể tạo ra D-FF từ JK-FF
28
Truyền dữ liệu song song
15
29
Mạch chốt D
„ Không có mạch phát hiện cạnh xung
„ Ngõ vào xung clock được thay bằng ngõ
vào enable
„ Ngõ ra được xác định theo ngõ vào chỉ khi
enable ở mức cao
30
Mạch chốt D
16
31
Ví dụ 5-3
32
Ngõ vào không đồng bộ
„ S, C, J, K và D được gọi là những ngõ vào
đồng bộ bởi vì ảnh hưởng của chúng đồng
bộ với xung clock.
„ Ngõ vào không đồng bộ hoạt động độc
lập với những ngõ vào đồng bộ, chúng có
thể set (1) hoặc clear (0) Flip-Flop vào bất
kỳ thời điểm nào.
17
33
JK-FF với ngõ vào không đồng bộ
34
Ví dụ 5-4
18
35
Ứng dụng của Flip-Flop
36
Ứng dụng của FF
„ Một số ứng dụng của flip-flop
„ Bộ đếm
„ Lưu dữ liệu nhị phân
„ Truyền dữ liệu nhị phân giữa các thiết bị
19
37
Đồng bộ tín hiệu
„ Đa số hệ thống hoạt động ở chế độ đồng
bộ.
„ Các tín hiệu tự nhiên là những tín hiệu
không đồng bộ.
„ Chúng ta phải đồng bộ những tín hiệu này
với xung clock.
38
Đồng bộ tín hiệu
„ Tín hiệu không đồng bộ A có thể tạo ra
những mẫu xung không đúng.
20
39
Đồng bộ tín hiệu
40
Lưu và truyền dữ liệu
„ FF thường được sử dụng để lưu và truyền
dữ liệu dạng nhị phân.
„ Nhóm FF sử dụng để lưu data là thanh ghi
„ Dữ liệu được truyền khi data chuyển đổi
giữa những FF hoặc thanh ghi.
„ Trong trường hợp truyền đồng bộ, cần
phải có xung đồng bộ
21
41
Truyền dữ liệu đồng bộ
42
Truyền dữ liệu song song
22
43
Thanh ghi dịch
„ Trong trường hợp này dữ liệu sẽ được
truyền nối tiếp.
44
Truyền data giữa hai thanh ghi
23
45
Chia tần số
46
Bộ đếm
24
47
Câu hỏi?