Bài giảng Kỹ thuật số ứng dụng - Chương 2: Các phần tử logic cơ bản-Flip Flop
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Trang 34
2.3. FLIP – FLOP (FF)
2.3.1. Khái niӋm
Flip-Flop (viӃt tҳt là FF) là mҥch dao ÿӝng ÿa hài hai trҥng thái bӅn, ÿѭӧc xây dӵng trên cѫ sӣ
các cәng logic và hoҥt ÿӝng theo mӝt bҧng trҥng thái cho trѭӟc.
2.3.2. Phân loҥi
Có hai cách phân loҥi các Flip-Flop:
- Phân loҥi theo tín hiӋu ÿLӅu khiӇn ÿӗng bӝ.
- Phân loҥi theo chӭc năng.
1. Phân loҥi FF theo tín hiӋu ÿLӅu khiӇn ÿӗng bӝ
*ӗm có hai loҥi:
- Không có tín hiӋu ÿLӅu khiӇn ÿӗng bӝ (FF không ÿӗng bӝ).
- Có tín hiӋu ÿLӅu khiӇn ÿӗng bӝ (FF ÿӗng bӝ).
a. FF không ÿ͛ng b͡
'ҥng 1: RSFF không ÿӗng bӝ dùng cәng NOR (sѫꢀÿӗ hình 2.43)
Q
S
0
0
1
1
R
0
1
0
1
Q
Q0
0
1
R
1
Q
X
S
2
Hình 2.43. RSFF không ÿ͛ng b͡ s͵ dͭng c͝ng NOR và b̫ng tr̩ng thái
'a vào b̫ng chân tr͓ cͯa c͝ng NOR ÿ͋ gi̫i thích ho̩t ÿ͡ng cͯa s˯ꢀÿ͛ m̩ch này:
- S = 0, R = 1 Þ Q = 0. Q=0 hӗi tiӃp vӅ cәng NOR 2 nên cәng NOR 2 có hai ngõ vào bҵng 0
= 1. Vұy, Q = 0 và = 1.
Þ Q
Q
- S = 1, R = 0 Þ
= 0. = 0 hӗi tiӃp vӅ cәng NOR 1 nên cәng NOR 1 có hai ngõ vào bҵng 0
Q
Q
Q = 1. Vұy, Q = 1 và
= 0.
Q
Þ
- Giҧ sӱ ban ÿҫu: S = 0, R = 1 Þ Q = 0 và
= 1.
Q
1Ӄu tín hiӋu ngõ vào thay ÿәi thành: S = 0, R = 0 (R chuyӇn tӯ 1 ® 0) ta có:
+ S = 0 và Q = 0 Þ = 1
Q
+ R = 0 và = 1
Q = 0
RSFF giӳ nguyên trҥng thái cNJ trѭӟc ÿó.
Þ
Q
Þ
- Giҧ sӱ ban ÿҫu: S = 1, R = 0 Þ Q = 1 và
= 0.
Q
1Ӄu tín hiӋu ngõ vào thay ÿәi thành: R = 0, S = 0 (S chuyӇn tӯ 1 ® 0) ta có:
+ R = 0 và = 0 Þ Q = 1
Q
+ S = 0 và Q = 1 Þ Q = 0 Þ RSFF giӳ nguyên trҥng thái cNJ trѭӟc ÿó.
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Trang 35
'ҥng 2:RSFF không ÿӗng bӝ dùng cәng NAND (sѫꢀÿӗ hình 2.44)
Q
S
0
0
1
1
R
0
1
0
1
Q
X
1
1
S
0
Q0
Q
R
2
Hình 2.44. RSFF không ÿ͛ng b͡ s͵ dͭng c͝ng NAND và b̫ng tr̩ng thái
'ӵa vào bҧng chân trӏ cӫa cәng NAND ÿӇ giҧi thích hoҥt ÿӝng cӫa mҥch này:
0
1
" xi =1
$xi = 0
ì
í
î
y =
Ta có:
-
= 0, R = 1 Þ Q = 1. Q = 1 hӗi tiӃp vӅ cәng NAND 2 nên cәng NAND 2 có hai ngõ vào
S
Eҵng 1 vұy = 0.
Q
R
- S = 0, = 1 Þ Q = 1. Q = 1 hӗi tiӃp vӅ cәng NAND 1 nên cәng NAND 1 có hai ngõ vào
Eҵng 1 vұy Q = 0.
- S = R = 0 Þ
= Q = 1 ÿây là trҥng thái cҩm.
Q
R
- S = = 1: Giҧ sӱ trҥng thái trѭӟc ÿó có Q = 1, Q = 0 Þ hӗi tiӃp vӅ cәng NAND 1 nên cәng
NAND 1 có mӝt ngõ vào bҵng 0 vұy Q = 1 Þ RSFF giӳ nguyên trҥng thái cNJ.
Nhѭ vұy gӑi là FF không ÿӗng bӝ bӣi vì chӍ cҫn mӝt trong hai ngõ vào S hay R thay ÿәi thì ngõ
ra cNJng thay ÿәi theo.
9Ӆ mһt kí hiӋu, các RSFF không ÿӗng bӝꢀÿѭӧc ký hiӋu nhѭ sau:
R
S
Q
S
Q
R
a)
b)
Hình 2.45. Ký hi͏u các FF không ÿ͛ng b͡
a. R,S tác ÿ͡ng mͱc 1 - b. R,S tác ÿ͡ng mͱc 0
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
b. FF ÿ͛ng b͡
Trang 36
Xét sѫꢀÿӗ RSFF ÿӗng bӝ vӟi sѫꢀÿӗ mҥch, ký hiӋu và bҧng trҥng thái hoҥt ÿӝng nhѭ hình 2.46.
Trong ÿó: Ck là tín hiӋu ÿLӅu khiӇn ÿӗng bӝ hay tín hiӋu ÿӗng hӗ (Clock). Khҧo sát hoҥt ÿӝng cӫa
Pҥch:
S
Q
3
1
S
S
Q
Q
Ck
Ck
Q
2
R
R
4
R
Hình 2.46. RSFF ÿ͛ng b͡: S˯ꢀÿ͛ logic và ký hi͏u
- Ck = 0: cәng NAND 3 và 4 khóa không cho dӳ liӋu ÿѭa vào. Vì cәng NAND 3 và 4 ÿӅu có ít
nhҩt mӝt ngõ vào Ck = 0 Þ
= R =1 Þ Q = Q0 : RSFF giӳ nguyên trҥng thái cNJ.
S
- Ck = 1: cәng NAND 3 và 4 mӣ. Ngõ ra Q sӁ thay ÿәi tùy thuӝc vào trҥng thái cӫa S và R.
+ S = 0, R = 0 Þ S =1, =1 Þ Q = Q0
S
X
0
R
X
0
Ck
0
Q
Q0
Q0
0
R
R
+ S = 0, R = 1 Þ S =1, = 0 Þ Q = 0
1
R
+ S = 1, R = 0 Þ S = 0, = 1 Þ Q = 1
0
1
1
R
+ S = 1, R = 1 Þ S = 0, = 0 Þ Q = X
1
0
1
1
Trong trѭӡng hӧp này tín hiӋu ÿӗng bӝ Ck tác ÿӝng mӭc 1. Trong
trѭӡng hӧp Ck tác ÿӝng mӭc 0 thì ta mҳc thêm cәng ÿҧo nhѭ sau (hình
2.47):
1
1
1
X
S
Q
3
1
S
Q
S
Ck
Ck
R
Q
Q
2
R
4
R
Hình 2.47
Tùy thuӝc vào mӭc tích cӵc cӫa tín hiӋu ÿӗng bӝ Ck, chúng ta có các loҥi tín hiӋu ÿLӅu khiӇn:
- Ck ÿLӅu khiӇn theo mӭc 1.
- Ck ÿLӅu khiӇn theo mӭc 0.
- Ck ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn lên (sѭӡn trѭӟc).
- Ck ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng (sѭӡn sau).
a. Mͱc 1
b. Mͱc 0
c. S˱ͥn lên
d. S˱ͥn xu͙ng
Hình 2.48. Các lo̩i tín hi͏u ÿL͉u khi͋n Ck khác nhau
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Trang 37
Xét FF có Ck ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn lên (sѭӡn trѭӟc):
Sѭӡn lên và mӭc logic 1 có mӕi quan hӋ vӟi nhau, vì vұy mҥch tҥo sѭӡn lên là mҥch cҧi tiӃn cӫa
Pҥch tác ÿӝng theo mӭc logic 1.
6ѭӡn lên thӵc chҩt là mӝt xung dѭѫng có thӡi gian tӗn tҥi rҩt ngҳn. ĈӇ cҧi tiӃn các FF tác ÿӝng
theo mӭc logic 1 thành FF tác ÿӝng theo sѭӡn lên ta mҳc vào trѭӟc FF ÿó mӝt mҥch tҥo sѭӡn lên
nhѭ hình vӁ.
Ck
S
0ҥch
Wҥo sѭӡn
lên
Ck
t
0
0
R
Xung sau khi qua
t
Pҥch tҥo sѭӡn lên
Hình 2.49. S˯ꢀÿ͛ kh͙i FF tác ÿ͡ng theo s˱ͥn lên và d̩ng sóng
Ӣ mҥch tҥo sѭӡn ngѭӡi ta lӧi dөng thӡi gian trӉ cӫa tín hiӋu khi ÿi qua phҫn tӱ logic. Ĉӕi vӟi
Pҥch tҥo sѭӡn ngѭӡi ta lӧi dөng thӡi gian trӉ cӫa tín hiӋu khi ÿi qua cәng NOT.
Ck
Ck
t
t
x1
x2
y
0
x2
0
x1
y
S
t
t
Ck
0
R
Hình 2.50
0
Xét sѫꢀÿӗ mҥch tҥo sѭӡn lên và dҥng sóng nhѭ hình 2.50 : Mҥch tҥo sѭӡn lên gӗm mӝt cәng
AND 2 ngõ vào và mӝt cәng NOT. Tín hiӋu x1 tӯ cәng NOT ÿѭӧc ÿѭa ÿӃn cәng AND cùng vӟi tín
hiӋu x2ꢀÿi trӵc tiӃp (x2 = Ck). Do tính chҩt trӉ cӫa tín hiӋu Ck khi ÿi qua cәng NOT nên x1 bӏ trӉ mӝt
khoҧng thӡi gian, vì vұy tín hiӋu ngõ ra cӫa cәng AND có dҥng mӝt xung dѭѫng rҩt hҽp vӟi thӡi
gian tӗn tҥi chính bҵng thӡi gian trӉ (trӉ truyӅn ÿҥt) cӫa cәng NOT. Xung dѭѫng hҽp này ÿѭӧc ÿѭa
ÿӃn ngõ vào ÿӗng bӝ cӫa FF ÿLӅu khiӇn theo mӭc logic 1. Tҥi các thӡi ÿLӇm có sѭӡn lên cӫa tín hiӋu
xung nhӏp Ck sӁ xuҩt hiӋn mӝt xung dѭѫng tác ÿӝng vào ngõ vào ÿӗng bӝ cӫa FF ÿLӅu khiӇn ngõ ra
Q thay ÿәi trҥng thái theo các ngõ vào. Sѫꢀÿӗ mҥch FF có tín hiӋu Ck ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn lên nhѭ
hình 2.51.
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Trang 38
S
Q
3
4
1
2
S
Ck
y
Q
R
R
Hình 2.51. FF có tín hi͏u Ck ÿL͉u khi͋n theo s˱ͥn lên
Xét FF có Ck ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng (sѭӡn sau):
0ҥch tҥo sѭӡn xuӕng là mҥch cҧi tiӃn tác ÿӝng mӭc logic 0. Sѫꢀÿӗ mҥch và dҥng sóng ÿѭӧc cho ӣ
hình 2.52. Trên hình 2.53 là ký hiӋu trên sѫꢀÿӗ mҥch và sѫꢀÿӗ thӵc hiӋn Flip-Flop tác ÿӝng theo
Vѭӡn xuӕng.
b)
a)
Ck
x2
Ck
x1
t
y
0
0
x2
t
Hình 2.52. M̩ch t̩o s˱ͥn xu͙ng
a. S˯ꢀÿ͛ m̩ch
x1
y
t
b. D̩ng sóng
0
t
0
S
Q
a)
3
4
1
S
Ck
y
Q
2
R
R
b)
S
Q
Hình 2.53
a. S˯ꢀÿ͛ m̩ch thc hi͏n
b. Ký hi͏u
Ck
R
Q
(Sinh viên t gi̫i thích ho̩t ÿ͡ng cͯa các m̩ch này).
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Ý nghƭa cӫa tín hiӋu ÿӗng bӝ Ck:
Trang 39
Ĉӕi vӟi các FF ÿӗng bӝ, các ngõ ra chӍ thay ÿәi trҥng thái theo ngõ vào DATA khi xung Ck tӗn tҥi
Pӭc 1 (ÿӕi vӟi FF tác ÿӝng mӭc 1), hoһc xung Ck tӗn tҥi mӭc 0 (ÿӕi vӟi FF tác ÿӝng mӭc 0), hoһc
xung Ck ӣ sѭӡn lên (ÿӕi vӟi FF tác ÿӝng sѭӡn lên), xung Ck ӣ sѭӡn xuӕng (ÿӕi vӟi FF tác ÿӝng
Vѭӡn xuӕng), còn tҩt cҧ các trѭӡng hӧp khác cӫa Ck thì ngõ ra không thay ÿәi trҥng thái theo các
ngõ vào mһc dù lúc ÿó các ngõ vào có thay ÿәi trҥng thái.
2. Phân loҥi FF theo chӭc năng
a. RSFF
Ĉó là FF có các ngõ vào và ngõ ra ký hiӋu nhѭ hình vӁ.
Trong ÿó:
S
Q
- S, R : các ngõ vào dӳ liӋu.
- Q, : các ngõ ra.
Q
Ck
R
- Ck : tín hiӋu xung ÿӗng bӝ
Q
*ӑi Sn và Rn là trҥng thái ngõ vào Data ӣ xung Ck thӭ n.
Qn , Qn+1 là trҥng thái cӫa ngõ ra Q ӣ xung Ck thӭ n và thӭ (n+1).
Hình 2.55. Ký hi͏u RSFF
Lúc ÿó ta có bҧng trҥng thái mô tҧ hoҥt ÿӝng cӫa RSFF:
Sn
Rn
Qn+1
Qn
0
Ý nghƭa
Giӳ nguyên trҥng thái trѭӟc ÿó
Xóa ngõ ra Q
0
0
0
1
1
0
1
ThiӃt lұp ngõ ra Q
Trҥng thái cҩm
1
1
X
/ѭu ý rҵng trҥng thái khi cҧ 2 ngõ vào S = R = 1 lúc ÿó cҧ 2 ngõ ra có cùng mӭc logic, ÿây là
trҥng thái cҩm cӫa RSFF (thѭӡng ÿѭӧc ký hiӋu X).
%ҦNG ĈҪU VÀO KÍCH CӪA FLIP-FLOP:
TiӃp theo chúng ta sӁꢀÿi xây dӵng bҧng ÿҫu vào kích cӫa RSFF. %̫ng ÿ̯u vào kích g͛m 2
ph̯n, ph̯n bên trái li͏t kê ra các yêu c̯u c̯n chuy͋n ÿ͝i cͯa FF, và ph̯n bên ph̫i là các ÿL͉u
ki͏n tín hi͏u ÿ̯u vào kích c̯n ÿ̫m b̫o ÿ͋ꢀÿ̩t ÿ˱ͫc các s chuy͋n ÿ͝i ̭y. NӃu các ÿLӅu kiӋn ÿҫu
vào ÿѭӧc ÿҧm bҧo thì FF sӁ chuyӇn ÿәi theo ÿúng yêu cҫu.
Thӵc chҩt bҧng ÿҫu vào kích cӫa FF là sӵ khai triӇn bҧng trҥng thái cӫa FF.
Ta viӃt lҥi bҧng trҥng thái cӫa RSFF ӣ dҥng khai triӇn nhѭ sau:
Sn
0
0
0
0
1
1
1
1
Rn
0
Qn
0
Qn+1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
X
X
1
1
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Trang 40
Trong bҧng này, tín hiӋu ngõ ra ӣ trҥng thái tiӃp theo (Qn+1) sӁ phө thuӝc vào tín hiӋu các ngõ
vào data (S, R) và tín hiӋu ngõ ӣ ra trҥng thái hiӋn tҥi (Qn).
Tӯ bҧng khai triӇn trên ta xây dӵng ÿѭӧc bҧng ÿҫu vào kích cho RSFF:
Qn
0
Qn+1
Sn
0
Rn
X
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
X
0
&NJng tӯ bҧng trҥng thái khai triӇn ta có thӇ tìm ÿѭӧc phѭѫng trình logic cӫa RSFF bҵng cách lұp
Vѫꢀÿӗ Karnaugh nhѭ sau:
Qn+1
Qn
n
n
S R 00 01 11 10
0 0 0 X 1
1 1 0 X 1
7ӯ bҧng Karnaugh này ta có phѭѫng trình logic cӫa RSFF:
n
n
n
n +1
Q
= S + R Q
Vì ÿLӅu kiӋn cӫa RSFF là S.R= 0 nên ta có phѭѫng trình logic cӫa RSFF ÿѭӧc viӃt ÿҫy ÿӫ nhѭ
sau:
n
n
n
n +1
Q
= S + R Q
SR=0
'ҥng sóng minh hӑa hoҥt ÿӝng cӫa RSFF trên hình 2.56:
Ck
t
1
3
2
4
5
0
S
t
0
0
R
Q
t
t
0
Hình 2.56. Ĉ͛ th͓ thͥi gian d̩ng sóng RSFF
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Trang 41
b. TFF
TFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiӋu và bҧng trҥng thái hoҥt ÿӝng nhѭ hình vӁ (hình 2.57):
Trong ÿó:
- T: ngõ vào dӳ liӋu
- Q, Q: các ngõ ra
- Ck: tín hiӋu xung ÿӗng bӝ.
Tn
Qn+1
Qn
Qn
T
Q
0
Ck
1
Q
Hình 2.57. Ký hiӋu và bҧng trҥng thái hoҥt ÿӝng cӫa TFF
*ӑi Tn là trҥng thái cӫa ngõ vào DATA T ӣ xung Ck thӭ n.
*ӑi Qn , Qn+1 là trҥng thái cӫa ngõ ra ӣ xung Ck thӭ n và (n+1).
Lúc ÿó ta có bҧng trҥng thái hoҥt ÿӝng khai triӇn cӫa TFF.
7ӯ bҧng trҥng thái này ta có nhұn xét:
+ Khi T=0: mӛi khi có xung Ck tác ÿӝng ngõ ra Q giӳ nguyên trҥng thái cNJ trѭӟc ÿó.
+ Khi T=1: mӛi khi có xung Ck tác ÿӝng ngõ ra Q ÿҧo trҥng thái so vӟi trҥng thái trѭӟc ÿó.
Tn
0
Qn
0
Qn+1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
7ӯ bҧng trҥng thái khai triӇn cӫa TFF ta tìm ÿѭӧc bҧng ÿҫu vào kích cӫa TFF nhѭ sau:
Qn
0
Qn+1
Tn
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
Phѭѫng trình logic cӫa TFF:
Qn+1
Qn+1 = (Tn + Qn )(Tn + Qn )
ViӃt gӑn hѫn:
Qn+1 = Tn Å Qn
Tn .Qn + Tn .Qn
=
(dҥng chính tҳc 1)
(dҥng chính tҳc 2).
Hoһc:
(SV có th͋ l̵p Karnaugh và t͙i thi͋u hóa ÿ͋ tìm ph˱˯ng trinh logic cͯa TFF).
Trên hình 2.58 minh hӑa ÿӗ thӏ thӡi gian dҥng sóng cӫa TFF.
- Tín hiӋu ra Q ÿҫu tiên luôn luôn ӣ mӭc logic 0
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Trang 42
- Tín hiӋu Ck(1) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu T dѭӟi mӭc logic 1. Theo bҧng trҥng
thái : T0 = 1 và Q0 = 0 Þ Q1 =
= 1.
0
Q
- Tín hiӋu Ck(2) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu T dѭӟi mӭc logic 0. Theo bҧng trҥng
thái : T1 = 0 và Q1 = 1 Þ Q2 = Q1 = 1 (Giӳ nguyên trҥng thái trѭӟc ÿó).
- Tín hiӋu Ck(3) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu T dѭӟi mӭc logic 1. Theo bҧng trҥng
thái: T2 = 1 và Q2 = 1
Q3 =
= 0.
Þ
Q2
Ck
1
t
2
3
0
T
t
0
Q
t
0
Hình 2.58
Trѭӡng hӧp ngõ vào T luôn luôn bҵng 1 (luôn ӣ mӭc logic 1):
Ck
1
t
2
3
4
5
0
T
t
0
Q
t
0
Hình 2.59. D̩ng sóng ngõ ra khi T=1
Khi T=1 thì dҥng sóng ngõ ra Q ÿѭӧc cho trên hình vӁ. Ta có nhұn xét rҵng chu kǤ cӫa ngõ ra Q
Eҵng 2 lҫn chu kǤ tín hiӋu xung Ck nên tҫn sӕ cӫa ngõ ra là:
fCK
fQ =
2
9ұy, khi T=1 thì TFF giӳ vai trò mҥch chia tҫn sӕ xung vào Ck.
7әng quát: Ghép nӕi tiӃp n TFF vӟi nhau sao cho ngõ ra cӫa TFF trѭӟc sӁ nӕi vӟi ngõ vào cӫa
TFF ÿӭng sau (Cki+1 nӕi vӟi Qi ) và lúc bây giӡ tҩt cҧ các ngõ vào DATA T ӣ tҩt cҧ các TFF ÿӅu
giӳ mӭc logic 1, lúc ÿó tҫn sӕ tín hiӋu ngõ ra sӁ là:
fCK
2n
f
=
Qn
Yӟi Qn là tín hiӋu ngõ ra cӫa TFF thӭ n; fCK là tҫn sӕ xung clock ӣ ngõ vào ÿӗng bӝ TFF ÿҫu tiên.
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Trang 43
c. DFF
DFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiӋu nhѭ hình 2.60.
%ҧng trҥng thái
D
Q
Qn+1
Dn
Ck
0
1
0
Q
1
Hình 2.60. Ký hi͏u DFF
Trong ÿó: D là ngõ vào dӳ liӋu. Q, Q : các ngõ ra. Ck: tín hiӋu xung ÿӗng bӝ.
*ӑi Dn là trҥng thaïi cӫa ngõ vào DATA D ӣ xung Ck thӭ n.
*ӑi Qn, Qn+1 là trҥng thái cӫa ngõ ra ӣ xung Ck thӭ n và (n+1).
Khai triӇn bҧng trҥng thái cӫa DFF ÿӇ tìm bҧng ÿҫu vào kích cӫa DFF, ta có:
Dn
0
Qn
0
Qn+1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
%ҧng ÿҫu vào kích cӫa DFF:
Qn
0
Qn+1
Dn
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
Phѭѫng trình logic cӫa DFF:
Qn+1 = Dn
Trên hình 2.61 là ÿӗ thӏ thӡi gian dҥng sóng cӫa DFF:
Ck
1
t
2
3
4
5
0
D
t
0
Q
t
Hình 2.61. Ĉ͛ th͓ thͥi gian d̩ng sóng cͯa DFF
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Trang 44
Gi̫i thích d̩ng sóng cͯa tín hi͏u trên hình 2.61:
- Tín hiӋu ra Q ÿҫu tiên luôn luôn ӣ mӭc logic 0, Q0 = 0
- Tín hiӋu Ck(1) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu D dѭӟi mӭc logic 1. Theo bҧng trҥng
thái ta có: D0 = 1 Þ Q1 = 1
- Tín hiӋu Ck(2) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu D dѭӟi mӭc logic 0. Theo bҧng trҥng
thái ta có :D1 = 0 Þ Q2 = 0
..v..v..
D
Q
DFF ÿóng vai trò mҥch chia tҫn sӕ:
Ck
Trên hình 2.62 là sѫꢀÿӗ mҥch DFF thӵc hiӋn chӭc năng chia tҫn
Q
Vӕ. Ӣ mҥch này ngõ ra ꢀÿѭӧc nӕi ngѭӧc trӣ vӅ ngõ vào D.
Q
- Tín hiӋu ra Q0 ÿҫu tiên luôn ӣ mӭc logic 0:
Q0 = 0 Þ
= D1 = 1
Q0
- Tín hiӋu Ck(1) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu D1
Gѭӟi mӭc logic 1. D1 = 1 Þ Q1 = 1 Þ = D2= 0.
Hình 2.62.
Q1
- Tín hiӋu Ck(2) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu D2 dѭӟi mӭc logic 0. D2 = 0 Þ Q2 =
Q2
0 Þ
= D3 = 1.
- Tín hiӋu Ck(3) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu D3 dѭӟi mӭc logic 1. D3 = 1 Þ Q3 =
1
3 = D4 = 0.
Þ Q
- Tín hiӋu Ck(4) ÿLӅu khiӇn theo sѭӡn xuӕng nhìn tín hiӋu D4 dѭӟi mӭc logic 0. Þ Q4 = 0
..v..v..
Ck
1
t
2
3
4
5
0
0
D
t
Q
t
0
Hình 2.63. Ĉ͛ th͓ thͥi gian d̩ng sóng m̩ch hình 3.62
Nhұn xét vӅ tҫn sӕ ngõ ra:
fCK
fQ =
Þ DFF giӳ vai trò nhѭ mҥch chia tҫn sӕ.
2
Ӭng dөng cӫa DFF:
- Dùng DFF ÿӇ chia tҫn sӕ.
- Dùng DFF ÿӇ lѭu trӳ dӳ liӋu ÿӇ chӃ tҥo các bӝ nhӟ và thanh ghi.
- Dùng DFF ÿӇ chӕt dӳ liӋu.
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Trang 45
d. JKFF
JKFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiӋu nhѭ hình vӁ :
Trong ÿó:
J
Q
- J, K là các ngõ vào dӳ liӋu.
Ck
K
- Q, Q là các ngõ ra.
Q
- Ck là tín hiӋu xung ÿӗng bӝ.
*ӑi Jn , Kn là trҥng thái ngõ vào J,K ӣ xung Ck thӭ n.
*ӑi Qn, Qn+1 là trҥng thái ngõ ra Q ӣ xung Ck thӭ n và (n+1).
Lúc ÿó ta có bҧng trҥng thái mô tҧ hoҥt ÿӝng cӫa JKFF:
Hình 2.65. JKFF
J
0
0
1
1
K
0
Qn+1
Qn
0
1
0
1
Q n
1
Phѭѫng trình logic cӫa JKFF:
Qn+1 = Jn
Qn + Kn .Qn
7ӯ bҧng trҥng thái ta thҩy JKFF khҳc phөc ÿѭӧc trҥng thái cҩm cӫa RSFF, khi J=K=1 ngõ ra ӣ
trҥng thái kӃ tiӃp ÿҧo mӭc logic so vӟi ngõ ra ӣ trҥng thái hiӋn tҥi.
ĈӇ tìm bҧng ÿҫu vào kích cӫa JKFF ta khai triӇn bҧng trҥng thái nhѭ sau:
Jn
Kn
Qn
Qn+1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
7ӯ bҧng khai triӇn trên ta xây dӵng ÿѭӧc bҧng ÿҫu vào kích cho JKFF nhѭ sau:
Qn
Qn+1
Sn
Rn
X
X
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
X
X
1
0
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Ĉӗ thӏ thӡi gian dҥng sóng cӫa JKFF:
Ck
Trang 46
t
1
3
2
4
5
0
J
t
0
K
t
0
Q
t
0
Hình 2.66. Ĉ͛ th͓ thͥi gian d̩ng sóng JKFF
Nhұn xét quan trӑng:JKFF là mҥch ÿLӋn có chӭc năng thiӃt lұp trҥng thái 0, trҥng thái 1,
chuyӇn ÿәi trҥng thái và duy trì trҥng thái căn cӭ vào các tín hiӋu ÿҫu vào J, K và xung nhӏp ÿӗng
Eӝ Ck. Nhѭ vұy có thӇ nói JKFF là mӝt FF rҩt vҥn năng.
Trong thӵc tӃ, chúng ta có thӇ dùng JKFF ÿӇ thӵc hiӋn chӭc năng cӫa các FF khác: JKFF thay
thӃ cho RSFF, JKFF thӵc hiӋn chӭc năng cӫa TFF và DFF, các sѫꢀÿӗ thӵc hiӋn ÿѭӧc trình bày trên
hình 2.67:
T
D
S
J
Q
J
Q
J
Q
Ck
Ck
K
Ck
K
K
Q
R
Q
Q
Hình 2.67. Dùng JKFF thc hi͏n chͱc năng cͯa RSFF, TFF, DFF
Trên cѫ sӣ khҧo sát vӅ 4 loҥi FF phân chia theo chӭc năng, chúng ta có thӇ xây dӵng mӝt bҧng
ÿҫu vào kích tәng hӧp cho cҧ 4 loҥi FF nhѭ sau:
Qn
0
Qn+1
Sn
0
Rn
X
0
Jn
0
Kn
X
X
1
Tn
0
Dn
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
X
X
1
0
1
X
0
0
0
1
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Trang 47
2.3.3. Sӵ chuyӇn ÿәi lүn nhau giӳa các loҥi FF
ꢀ Ĉa sӕ FF trên thӏ trѭӡng là loҥi JK, D trong khi kӻ thuұt sӕ yêu cҫu tҩt cҧ các loҥi FF. NӃu biӃt
cách chuyӇn ÿәi giӳa các loҥi FF vӟi nhau thì có thӇ phát huy tác dөng cӫa loҥi FF sҹn có.
Trên thӵc tӃ, có thӇ chuyӇn ÿәi qua lҥi giӳa các loҥi FF khác nhau. Có 2 phѭѫng pháp ÿӇ thӵc
hiӋn chuyӇn ÿәi giӳa các loҥi FF:
- phѭѫng pháp biӃn ÿәi trӵc tiӃp.
- phѭѫng pháp dùng bҧng ÿҫu vào kích và bҧng Karnaugh.
1. Phѭѫng pháp biӃn ÿәi trӵc tiӃp:
ꢀ Ĉây là phѭѫng pháp sӱ dөng các ÿӏnh lý, tiên ÿӅ cӫa ÿҥi sӕ Boole ÿӇ tìm phѭѫng trình logic tín
hiӋu kích thích ÿӕi vӟi FF xuҩt phát. Sѫꢀÿӗ khӕi thӵc hiӋn phѭѫng pháp này nhѭ sau (hình 3.68):
FF ÿích
Q
Logic
FF
Ĉҫu vào
chuyӇn ÿәi
xuҩt phát
Q
Hình 2.68
Ck
TFF chuyӇn ÿәi thành DFF, RSFF, JKFF:
- TFF ® RSFF:
n
n
n
RSFF có pt:
Qn+1 = S + R Q
(1)
Sn Rn = 0
Qn+1 = Tn
(ÿLӅu kiӋn cӫa RSFF)
TFF có pt:
Qn
(2)
Å
So sánh (1) và (2) ta có:
Sn + R Qn = Tn
n
Qn
Å
Theo tính chҩt cӫa phép toán XOR, ta có:
n
n
n
n
n
Tn = Qn Å(Sn +
Q ) = Q (S + R Q ) + Q (S +
Qn)
n
n n
n
R
Q
R
= Qn
R + S
= Qn R + S
+ Sn Rn = Qn Rn + Sn
Q
n
n
n
n
n
n
n
n
n
S
S
Q
n
n
n
n
n
9ұy: T = Q R + S Q
6ѫꢀÿӗ mҥch thӵc hiӋn:
R
T
Q
Q
S
Ck
Hình 2.69. Chuy͋n ÿ͝i TFF thành RSFF
- TFF® DFF:
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Trang 48
DFF có phѭѫng trình logic:
TFF có phѭѫng trình logic:
Ĉӗng nhҩt 2 phѭѫng trình:
Qn+1 = Dn
Qn+1 = Tn
Dn = Tn
Qn
Qn
Tn = Dn Å Qn
Å
Å
Theo tính chҩt cӫa phép XOR ta suy ra:
Sѫꢀÿӗ mҥch thӵc hiӋn:
T
Q
Q
D
Ck
Ck
Hình 2.70. Chuy͋n ÿ͝i TFF thành DFF
- TFF® DFF: Thӵc hiӋn biӃn ÿәi hoàn toàn tѭѫng tӵ (nhѭ trѭӡng hӧp chuyӇn ÿәi tӯ TFF
sang RSFF) ta có logic chuyӇn ÿәi:
n
n
n
n
n
T = K Q + J Q
Sѫꢀÿӗ mҥch chuyӇn ÿәi tӯ TFF sang JKFF
K
J
T
Q
Ck
Q
Hình 2.71. Chuy͋n ÿ͝i TFF thành JKFF
DFF chuyӇn ÿәi thành TFF, RSFF, JKFF:
- DFF TFF:
®
DFF có phѭѫng trình logic:
Qn+1 = Dn
TFF có phѭѫng trình logic:
Qn+1 = Tn Å Qn
Ĉӗng nhҩt 2 phѭѫng trình ta có: Dn = Tn
Qn
Å
Sѫꢀÿӗ mҥch thӵc hiӋn chuyӇn ÿәi (hình 2.72):
D
Q
Q
T
Ck
Ck
Hình 2.72. Chuy͋n ÿ͝i DFF thành TFF
- DFF RSFF:
®
RSFF có phѭѫng trình logic: Qn+1 = Sn + R Qn
n
ꢀ Ĉӗng nhҩt vӟi phѭѫng trình cӫa DFF ta có: Dn = Sn + R Qn
n
Sѫꢀÿӗ mҥch thӵc hiӋn chuyӇn ÿәi:
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
Trang 49
D
Q
R
S
Ck
Q
Hình 2.73. Chuy͋n ÿ͝i tͳ DFF sang RSFF
- DFF® JKFF:
Hoàn toàn tѭѫng tӵ ta có logic chuyӇn ÿәi tӯ DFF sang JKFF:
Dn = Jn
+ K Q
n
n
n
Q
Sѫꢀÿӗ mҥch chuyӇn ÿәi trên hình 2.74:
K
J
D
Q
Ck
Q
Hình 2.74. Chuy͋n ÿ͝i DFF thành JKFF
RSFF chuyӇn ÿәi thành TFF, DFF, JKFF:
RSFF có pt:
Qn+1 = Sn + Rn Qn
Sn Rn = 0 (ÿLӅu kiӋn cӫa RSFF)
Khi thӵc hiӋn chuyӇn ÿәi tӯ RSFF sang các FF khác cҫn kiӇm tra ÿLӅu kiӋn ràng buӝc cӫa RSFF
ÿó là: RnSn = 0.
- RSFF® TFF:
TFF có phѭѫng trình logic: Qn+1 = Tn
Qn
Å
Ĉӗng nhҩt vӟi phѭѫng trình cӫa RSFF ta có:
Sn + R Qn = Tn
Qn = Tn
+ T Qn
n
n
n
Å
Q
Tӯ biӇu thӭc này, nӃu ta ÿӗng nhҩt:
Sn = Tn
n
Q
Rn = Tn
thì suy ra:
n
n
n
n
n
n
n
S R = T Q .T = T Q ¹ 0
nên không thӓa mãn ÿLӅu kiӋn cӫa RSFF.
Thӵc hiӋn biӃn ÿәi tiӃp:
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
S + R Q = T
+ T Q = T
+ T Q +
Q
Q
Q
Q
n
n
Sn +
Q = T Q + (
+ Q )Q = T Q + T Q Q
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
R
T
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Ĉӗng nhҩt 2 vӃ ta có:
Trang 50
Sn = Tn
n
Q
R
Q
Q
Rn = Tn Qn
thӓa mãn ÿLӅu kiӋn: RnSn = 0.
6ѫꢀÿӗ thӵc hiӋn: hình 2.75.
T
Ck
S
Hình 2.75. Chuy͋n ÿ͝i RSFF sang TFF
- RSFF® DFF: Qn+1 = Dn
Ĉӗng nhҩt 2 phѭѫng trình: Sn + R Qn = Dn
n
Thӵc hiӋn biӃn ÿәi:
Sn + R Qn = Dn = Dn (Qn +
) = D Q + D
(a)
n
n
n
n
n
n
Q
Q
Mһt khác biӇu thӭc cӫa RSFF có thӇ biӃn ÿәi nhѭ sau:
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
Sn +
Q = S (Q + Q ) +
Qn
R
Q = S Q + S Q +
n
n
R
R
n
n
n
= SnQn (Rn + R ) + Sn
+ R Q
n
Q
= SnQn
+ S Q +
Qn
n
n
n
n
R
R
n
= R Qn (1 + Sn) + Sn
n
Q
n
n
n
n
= R Q + S
(b)
Q
Tӯ (a) và (b) ta có:
n
Dn Qn+ Dn
= R Qn + Sn
n
n
Q
Q
D
R
Q
Q
Ĉӗng nhҩt 2 vӃ suy ra:
Sn = Dn
Ck
S
Rn = D
n
thӓa mãn ÿLӅu kiӋn RnSn = 0.
6ѫꢀÿӗ thӵc hiӋn: hình 2.76.
Hình 2.76. RSFF® DFF
- RSFF JKFF:
®
Ĉӗng nhҩt 2 phѭѫng trình logic cӫa RSFF và JKFF ta có:
Qn+1 = Sn + R Qn = Jn
+ K Q
n
n
n
n
Q
n n
n
n
n
n
= Jn
+ K Q + Q
= Jn
+ ( K +
)Q = J
+
Q K Q
Qn
n
n
n
n
n
n
n
Q
Q
Q
Q
So sánh ta có:
Sn = Jn
n
Q
K
R
Q
Rn = KnQn
Ck
S
thӓa mãn ÿLӅu kiӋn cӫa RSFF.
6ѫꢀÿӗ thӵc hiӋn: hình 2.77.
J
Q
Hình 2.77. RSFF® JKFF
Chѭѫng 2. Các phҫn tӱ logic cѫ bҧn – Flip Flop
JKFF chuyӇn ÿәi thành TFF, DFF, RSFF:
Trang 51
Nhѭꢀÿã trình bày ӣ trên, JKFF là mӝt FF vҥn năng, có thӇ dùng JKFF ÿӇ thay thӃ cho RSFF hoһc
dùng JKFF thӵc hiӋn chӭc năng DFF, TFF. Sѫꢀÿӗ thӵc hiӋn các mҥch này nhѭꢀӣ hình 2.67. Phҫn
này tұp trung chӭng minh các biӇu thӭc logic chuyӇn ÿәi tӯ JKFF sang các FF khác.
n
n
Qn+1 = J Q +
Qn
n
K
JKFF có phѭѫng trình logic:
- JKFF® TFF:
n
n
n
n
TFF có phѭѫng trình logic: Qn+1 = T Å Q = T Q +
Qn
n
T
So sánh vӟi phѭѫng trình cӫa JKFF ta suy ra logic chuyӇn ÿәi:
Jn = Tn
Kn = Tn
- JKFF DFF:
®
DFF có phѭѫng trình logic: Qn+1 = Dn
ViӃt lҥi biӇu thӭc này ta có: Qn+1=Dn=Dn (Qn +
) = D Q + D
n
n
n
n
n
Q
Q
So sánh vӟi biӇu thӭc cӫa JKFF ta có logic chuyӇn ÿәi:
Jn = Dn
Kn =
n
D
- JKFF® RSFF:
Ĉӕi vӟi RSFF có phѭѫng trình logic ÿã tìm ÿѭӧc ӣ công thӭc (b):
Qn+1 = Sn + R Qn = Sn
+ R Qn
(b)
n
n
n
Q
So sánh vӟi phѭѫng trình logic cӫa JKFF ta có logic chuyӇn ÿәi:
Jn = Sn
Kn = Rn
2. Phѭѫng pháp dùng bҧng ÿҫu vào kích và bҧng Karnaugh:
Trong phѭѫng pháp này, các ÿҫu vào dӳ liӋu (data) hay ÿҫu vào kích cӫa FF ban ÿҫu là hàm ra
Yӟi các biӃn là trҥng thái ngõ ra Qn và các ÿҫu vào data cӫa FF cҫn chuyӇn ÿәi. ĈӇ thӵc hiӋn
chuyӇn ÿәi ta dӵa vào bҧng tín hiӋu ÿҫu vào kích cӫa các FF và lұp bҧng Karnaugh, thӵc hiӋn tӕi
giҧn ÿӇ tìm logic chuyӇn ÿәi. Bҧng tín hiӋu ÿҫu vào kích tәng hӧp nhѭ sau:
Qn
0
Qn+1
Sn
0
Rn
X
0
Jn
0
Kn
X
X
1
Tn
0
Dn
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
X
X
1
0
1
X
0
0
0
1
Xét các trѭӡng hӧp cө thӇ:
- chuyӇn ÿәi tӯ JKFF
TFF
: J = f (T,Qn) và K = f (T,Qn)
: J = f (D,Qn) và K = f (D,Qn)
®
- chuyӇn ÿәi tӯ JKFF ® DFF
- chuyӇn ÿәi tӯ JKFF ® RSFF : J = f (S,R,Qn) và K = f (S,R,Qn)
- chuyӇn ÿәi tӯ RSFF
TFF
: R = f (T,Qn) và S = f (T,Qn)
: R = f (D,Qn) và S = f (D,Qn)
®
- chuyӇn ÿәi tӯ RSFF ® DFF
- chuyӇn ÿәi tӯ RSFF JKFF : R = f (J, K,Qn) và S = f (J,K,Qn)
®
Khoa ĈTVT – ĈHBKĈN – Tháng 08.2006
Trang 52
- chuyӇn ÿәi tӯ TFF ® DFF
- chuyӇn ÿәi tӯ TFF ® RSFF
- chuyӇn ÿәi tӯ TFF ® JKFF
: T = f (D,Qn)
: T = f (R,S,Qn)
: T = f (J,K,Qn)
: D = f (T,Qn)
: D = f (R,S,Qn)
: D = f (J,K,Qn)
- chuyӇn ÿәi tӯ DFF TFF
®
- chuyӇn ÿәi tӯ DFF ® RSFF
- chuyӇn ÿәi tӯ DFF JKFF
®
Ví dө 1: ChuyӇn ÿәi tӯ JKFF ® DFF dùng phѭѫng pháp bҧng.
Ta có các hàm cҫn tìm:
J = f (D, Qn) và K = f (D, Qn)
'ӵa vào bҧng ÿҫu vào kích tәng hӧp ta lұp bҧng Karnaugh:
K
Qn
J
Qn
D
D
0
1
0
1
1
0 X X
1 1
0 0
0
1 X X
J = D
D
K =
7ӕi giҧn theo dҥng chính tҳc 1 ta có: J = D và K = D .
Ví dө 2: ChuyӇn ÿәi tӯ JKFF RSFF dùng phѭѫng pháp bҧng.
®
Ta có các hàm cҫn tìm:
J = f (S,R,Qn)
K = f (S,R,Qn)
'ӵa vào bҧng ÿҫu vào kích tәng hӧp lұp bҧng Karnaugh (xem bҧng).
7ӕi giҧn theo dҥng chính tҳc 1 ta có: J = S và K = R.
J
Qn
K
Qn
SR
SR
00 01 11 10
00 01 11 10
0
0
X
X
1
X
0
X
X
X
X
0
0
1
0
1
X
X
X
1
J = S
K = R
19 trang
29680
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật số ứng dụng - Chương 2: Các phần tử logic cơ bản-Flip Flop", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_ky_thuat_so_ung_dung_chuong_2_cac_phan_tu_logic_co.pdf
