Bài giảng Điện tử số - Chương 5, Phần c: Bộ đếm thanh ghi

1 
ĐIỆN TỬ SỐ 
Digital Electronics 
Bộ môn Kỹ thuật Vi xử lý 
Khoa Vô tuyến Điện tử 
Học viện Kỹ thuật Quân sự 
2 
1. Bộ đếm 
1. Bộ đếm 
 Khái niệm: Bộ đếm là một mạch tuần tự có 1 đầu vào (Xđ) và thường 
có 1 đầu ra. Dưới tác động của xung đếm đầu vào bộ đếm sẽ chuyển 
trạng thái tuần tự theo một chu trình khép kín đã định trước 
 Tham số đặc trưng: hệ số đếm kđ 
 Đồ hình trạng thái: 
 Mã của bộ đếm: 
 Thông dụng là mã nhị phân , BCD, Gray... 
3 
- Theo hệ số đếm: nhị phân, thập phân, cơ số M 
- Theo hướng đếm: Đếm thuận/ngược/hai chiều 
- Có khả năng lập trình hay không 
- Theo cách thức làm việc: 
 Bộ đếm không đồng bộ: không đồng thời đưa tín 
hiệu đếm vào các đầu vào của các FF 
 Bộ đếm đồng bộ: có xung đếm đồng thời là xung 
đồng hồ clock đưa vào tất cả các FF của bộ đếm 
Phân loại bộ đếm: 
Các trạng thái cấm trong bộ đếm 
 Đối với các bộ đếm không sử dụng hết các từ mã 
có thể có 
4 
 5 
Ví dụ. Một bộ đếm nhị phân 
có kđ = 8 với mã nhị phân 
thuận và ngược 
Thiết kế bộ đếm đồng bộ 
 Bước 1. Đồ hình trạng thái của bộ đếm 
 Không cần thể hiện tín hiệu ra mà chỉ cần thể hiện sự chuyển biến trạng 
thái của bộ đếm. 
 Bước 2. Mã hoá trạng thái 
 Mã hoá trạng thái của bộ đếm bằng một bộ mã cụ thể. 
 Bước 3. Xây dựng hàm kích 
 Chọn loại FF, thường là FF-JK, hay FF-T do tính chất chuyển mạch của 
các loại FF này và có nhiều trạng thái bất định làm mạch đơn giản hơn. 
 Cách 1: Tương tự như với mạch tuần tự thông thường. 
 Cách 2: Xuất phát từ các phương trình chuyển trạng thái của bộ đếm và 
phương trình đặc trưng của FF. 
 Bước 4. Biến đổi đại số 
 Bước 5. Sơ đồ mạch 
 Bước 6. Kiểm tra khả năng tự khởi động 
 Lập bảng chuyển trạng thái cho các trạng thái cấm để xác định được khả 
năng tự khởi động hay các chu trình cấm của bộ đếm để xử lý. 
6 
Bộ đếm nhị phân (kđ=8, mã Gray) 
7 
Bộ đếm đồng bộ nhị phân tổng quát 
8 
 Q0 thay đổi trạng thái khi có 
xung vào đếm. 
 Qi chỉ thay đổi trạng thái 
(0 1 hay 1 0) khi và chỉ 
khi tất cả các đầu ra của các 
FF trước (Qi-1 đến Q0) đều = 
1 và có xung vào đếm xđ. 
9 
Bộ đếm đồng bộ cơ số 8, đếm thuận 
J
K
CLK
Q0 J
K
CLK
Q1 J
K
CLK
Q2
CLOCK
1
Bộ đếm nhị phân tổng quát, đếm thuận 
10 
Bộ đếm đồng bộ cơ số 8, đếm ngược 
11 
Bộ đếm đồng bộ cơ số 8, đếm thuận nghịch 
12 
Bộ đếm đồng bộ cơ số 10 (mã NBCD) 
13 
Xây dựng hệ hàm kích từ bảng trạng thái 
Trạng thái 
cũ 
D C B A 
Trạng thái 
mới 
D’C’B’A’ 
FFD FFC FFB FFA 
JD KD JC KC JB KB JA KA 
0 0 0 0 0 0 0 1 0 x 0 x 0 x 1 x 
0 0 0 1 0 0 1 0 0 x 0 x 1 x x 1 
0 0 1 0 0 0 1 1 0 x 0 x x 0 1 x 
0 0 1 1 0 1 0 0 0 x 1 x x 1 x 1 
0 1 0 0 0 1 0 1 0 x x 0 0 x 1 x 
0 1 0 1 0 1 1 0 0 x x 0 1 x x 1 
0 1 1 0 0 1 1 1 0 x x 0 x 0 1 x 
0 1 1 1 1 0 0 0 1 x x 1 x 1 x 1 
1 0 0 0 1 0 0 1 x 0 0 x 0 x 1 x 
1 0 0 1 0 0 0 0 x 1 0 x 0 x x 1 
14 
Từ phương trình chuyển trạng thái của bộ 
đếm và phương trình đặc trưng của FF 
15 
KQJQQ 
16 
Bộ đếm không đồng bộ 
 Xung đếm được đưa đến một (một số) chân Ck của các 
FF trọng số thấp, đầu ra Q (hay Q đảo) của FF có trọng 
số thấp được đưa đến Ck của FF có trọng số cao hơn. 
 Ví dụ: Bộ đếm từ 0 đến 15 và có 16 trạng thái 
 Mã hóa nhị phân 4-bit 
 Cần 4 FF (giả sử dùng FF-JK) 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
17 
Bộ đếm không đồng bộ cơ số 16 
 Bảng đếm: 
18 
 Biểu đồ thời gian: 
 NX: Bộ đếm này đồng thời cũng là bộ chia tần số 
Bộ đếm không đồng bộ cơ số 16 
19 
 Có 10 trạng thái cần dùng 4 FF 
 Giả sử dùng FF-JK có đầu vào CLR (CLEAR: xóa) tích cực 
ở mức thấp 
 Nếu CLR = 0 thì q = 0 
 Cứ mỗi khi đếm đến xung thứ 10 thì tất cả các đầu ra Q bị 
xóa về 0 
 Sơ đồ: (J=K=1 với mọi FF) 
Bộ đếm không đồng bộ cơ số 10 
20 
Bộ đếm ngược không đồng bộ cơ số 8 
 Giả sử dùng FF JK có đầu vào PR (PRESET: thiết lập 
trước) tích cực ở mức thấp 
 Nếu PR = 0 thì q = 1 
 Đầu tiên cho PR = 0 thì q2q1q0 = 111 
 Sau đó cho PR = 1, hệ hoạt động bình thường 
xung q2 q1 q0 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
Số đếm 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
0 
7 
21 
Bộ đếm lùi không đồng bộ cơ số 8 
Bộ đếm kđ=8, không đồng bộ, đếm thuận 
nghịch 
22 
Bộ đếm đặt lại trạng thái 
 Đọc giáo trình 
23 
Một số IC đếm 
 Đọc giáo trình 
24 
25 
2. Thanh ghi 
 Thanh ghi có cấu tạo gồm các FF nối với nhau 
 Chức năng: 
 Để lưu trữ tạm thời thông tin 
 Dịch chuyển thông tin 
 Lưu ý: cả thanh ghi và bộ nhớ đều dùng để lưu trữ 
thông tin, nhưng thanh ghi có chức năng dịch 
chuyển thông tin. Do đó, thanh ghi có thể sử dụng 
làm bộ nhớ, nhưng bộ nhớ không thể làm được 
thanh ghi. 
26 
Phân loại 
 Vào nối tiếp ra nối tiếp 
 Vào nối tiếp ra song song 
 Vào song song ra nối tiếp 
 Vào song song ra song song 
0 1 0 1 0 0 1 1 
0 1 0 1 0 0 1 1 
0 1 0 1 0 0 1 1 
0 1 0 1 0 0 1 1 
27 
Ví dụ 
 Thanh ghi 4 bit vào nối tiếp ra song song dùng các 
FF-D 
28 
Ví dụ (tiếp) 
 Bảng số liệu khảo sát: