Bài giảng Mạch số - Bài 4: Mạch đếm

Bài 4: MẠCH ĐẾM Được tạo thành từ sự kết hợp các FF mạch có 1 ngõ cho tín hiệu xung clock vào và nhiều ngõ ra . Các ngõ ra này thường là ngõ Q của các FF vì Q có một trong hai trạng thái 0 và 1 nên sự sắp xếp các ngõ ra này cho phép ta trình bày kết quả dưới dạng ch uỗi số nhị phân n bit với n là số FF và bít là đơn vị của FF. I. Đại cương Vậy điều kiện để một mạch trở thành mạch đếm là nó phải có các trạng thái khác nhau mỗi lần có xung clock vào và số trạng thái tối đa đếm được gọi là dung lượng mạch đếm 2 n . Khi đã đạt đến trạng thái tối đa nếu tiếp tục kích thích mạch thì mạch sẽ trở về trạng thái ban đầu ta nói mạch đếm có tính tuần hoàn . MẠCH ĐẾM n ngõ ra   Có nhiều cách kết hợp các FF, nên cũng có nhiều loại mạch đếm , ta chỉ đưa ra làm 2 loại mạch cơ bản là mạch đếm nhị phân và mạch đếm Modulo M và trong mỗi loại ta có 2 phương pháp kích thích đồng bộ và không đồng bộ .   II. Mạch đếm nhị phân 1. Phương pháp không đồng bộ J CK K QA QA J CK QB QB K J CK QC QC K 1 1 1 1 1 0 0 CK 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 QA 1 0 1 QB 1 0 QC CK CK Q C Q B Q A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Ta dùng 3 FF dưới dạng FF J-K mắc theo phương pháp không đồng bộ như hình vẽ quan sát bảng trạng thái ta thấy rằng bảng trạng thái là số nhị phân tăng dần có 8 trạng thái với 8 = 2 3 và 3 là số FF, vì mạch đếm tăng dần nên gọi là mạch đếm lên . Thay vì lấy ngõ ra Q nối với FF phía sau , ta có thể lấy ngõ ra nối với FF phía sau , lúc đó ta thực hiện được mạch đếm xuống . J CK K QA QA J CK QB QB K J CK QC QC K 1 1 1 1 1 0 0 CK 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 QA 1 0 1 QB 1 0 QC CK CK Q C Q B Q A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Ta thêm một số cổng logic để thực hiện mạch đếm lên hay xuống . 1 CLK Q Q CLR CLK Q Q CLR CLK Q Q CLR Q C Q B Q A Up/down 1: đếm lên ; 0: đếm xuống Thí dụ : IC đếm không đồng bộ : IC TTL 7490 ( thập giai BCD), 7492 (chi cho 12), 7493 ( hai nhi phân 4 bit). IC CMOS 4040 ( nhị phân 12 bit), 4024 ( nhị phân 7 bit) 2. Phương pháp đồng bộ Q A thay đổi trạng thái khi có cạnh xuống của xung clock nên T A được giữ ở cao : T A = 1 ( hoặc T A = CK). Q B thay đổi trạng thái khi có xung clock nếu Q A = 1, nên T B được nối đến Q A : T B = Q A . Q C thay đổi trạng thái khi có xung clock nếu có cả Q A và Q B = 1, nên T C là cổng AND với 2 ngõ vào là Q A và Q B : T C = Q A Q B = T B Q A . Trong hình vẽ , các ngõ vào J, K của FF được nối chung thành ngõ vào T. Nhìn vào bảng sự thật của mạch đếm nhị phân bất đồng bộ , ta thấy : J CLK T A Q J CLK T B Q J CLK T C Q Q A Q B Q C 1 CK Thí dụ : IC đếm đồng bộ 74190 ( đếm lên/xuống thập giai , Preset bất đồng bộ , không có Clear), 74192 ( đếm lên/xuống thập giai , Preset và Clear bất đồng bộ ), 74193 ( đếm lên xuống 4 bit, Preset và Clear bất đồng bộ ) III. Mạch đếm Modulo M Chỉ có M trạng thái hay cho một trạng thái xác định trước , sau M xung CK, mạch trở về trạng thái ban đầu . M = 7  n FF  2 n > M, ta phải chọn n nhỏ Sau khi xác định được M ta đi tìm số n-FF sao cho 2 n > M với n nhỏ nhất . Với n-FF ta có tối đa 2 n trạng thái nhưng chỉ sử dụng có M trạng thái nên bỏ đi 2 n - M trạng thái . Để bỏ đi 2 n - M trạng thái ta dùng phương pháp hồi tiếp từ ngõ ra FF cuối về ngõ vào FF đầu ( đồng bộ và trực tiếp ) Ví dụ : M = 3, cần 2 FF Để thực hiện mạch đếm Modulo M ta có 1 số nguyên tắc sau : J 3 CLK 1 K 2 Q 5 Q 6 J 11 CLK 13 K 12 Q 9 Q CK QB QA 0 1 2 3 0 0 1 0 0 1 0 0 M = 3, dùng 2 FF M = 5, dùng 3 FF CK QC QB QA 0 1 2 3 4 5 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 J 3 CLK 1 K 2 Q 5 Q 6 J 11 CLK 13 K 12 Q 9 Q J 11 CLK 13 K 12 Q 9 Q 1 2 3 Dùng mạch nhị phân không đồng bộ lấy trạng thái cuối hồi tiếp về ngõ điều khiển trực tiếp. M = 7 QA QB QC Clear CK CK QC QB QA 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 Thực hiện mạch đếm Modulo lớn ta ráp nhiều mạch Modulo nhỏ . Thực hiện mạch đếm Modulo nhỏ ta dùng IC đếm Modulo lớn . IC 74LS90 R01 R02 R91 R92 QD QC QB QA 1 0 0 0 x x 1 x x x 0 0 0 1 x 0 0 x x 1 0 x x 0 0 1 0 0 0 0 0 1 Mạch đếm 5x2 : mạch 2 trước , mạch 5 sau 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 QA 1 0 1 QB 1 0 QC CK 9 10 1 0 QD