Khóa luận tốt nghiệp

Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài
Nhân loại đang sống trong những năm đầu của thế kỉ 21- thế kỉ của tri
thức khoa học với sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin và khoa
học ứng dụng. Kĩ thuật điện tử là một trong những ngành có tốc độ phát triển
khá nhanh và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống xã hội. Nhu cầu sử dụng
các thiết bị, máy móc tự động điều khiển bằng điện tử của con người ngày
càng cao.
Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển rất mạnh mẽ.
Sự ra đời của các vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành hạ, khả năng lập trình
ngày càng cao đã đem lại những thay đổi vô cùng to lớn trong ngành kĩ thuật
điện tử.
Với sự phát triển kĩ thuật điên tử như hiện nay, nhu cầu về tiếp xúc với
lĩnh vực số đã trở nên không thể thiếu được. Mạch số đã và đang thâm nhập
vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng.
Để xây dựng một thiết bị số hoàn chỉnh bao giờ cũng cần phải có các
mạch đếm, các thanh ghi, các bộ nhớ Trong đó các mạch đếm là thành phần
cơ bản của các hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, chia tần số,
điều khiển các mạch khác Mạch đếm được sử dụng rất nhiều trong các
mạch điện tử ví dụ như các bộ xử lí, bộ định thời... Đề tài khoá luận tốt nghiệp
của tôi đi vào :

Tìm hiểu tổng quan về các mạch đếm.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích: Tìm hiểu về mạch đếm.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

5

Khóa luận tốt nghiệp
Nhiệm vụ:
- Tìm hiểu lý thuyết về mạch đếm.
- Tìm hiểu một số vi mạch đếm thông dụng.
- Một vài ứng dụng của mạch đếm.
3. Đối tượng nghiên cứu
Tài liệu về mạch đếm.
Tìm hiểu các phần tử cơ bản cấu thành mạch đếm .
Một số sơ đồ mạch đếm.
Một số vi mạch đếm thông dụng và ứng dụng của nó.
4. Phạm vi nghiên cứu
Cơ sở lí thuyết của mạch đếm.
5. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên cơ sở tổng hợp kiến thức.
Nghiên cứu lí thuyết về mạch đếm.
6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các mạch đếm là thành phần cơ bản của hệ thông số, chúng được sử
dụng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển các mạch khácMạch đếm
được dùng rất nhiều trong các mạch điện tử ví dụ như các bộ xử lí, bộ định
thời...
7.Cấu trúc của luận văn
Chương 1: Kiến thức cơ sở về mạch đếm.
Nội dung chương này tìm hiểu về các phần tử cơ bản flip-flop cấu trúc
nên mạch đếm.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

6



Khóa luận tốt nghiệp

Chương 2: Một số mạch đếm thông dụng.
Nội dung chương này tìm hiểu và thiết kế một số sơ đồ mạch đếm
thông dụng.
Chương 3: Giới thiệu một số vi mạch đếm và ứng dụng của mạch đếm.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

7


Khóa luận tốt nghiệp

Nội dung
Chương 1

Kiến thức cơ sở

1.1. Phần tử cơ bản flip-flop (FF)
1.1.1. Định nghĩa
Flip - flop là phần tử có khả năng lưu trữ (nhớ) một trong hai trạng thái
0 hay 1.

Flip

Q


Đầu vào
Flop
Q

Mạch flip - flop
Mạch flip - flop có từ 1 đến một vài đầu vào điều khiển, có hai đầu ra
luôn luôn ngược nhau Q và Q
1.1.2. Hoạt động của flip - flop
Mặc dù về chi tiết các loại FF có thể khác nhau, nhưng mỗi FF vẫn có
thể được coi như gồm hai phần chính:
+ Phần flip - flop cơ bản.
+ Phần điều khiển.
1.1.2.1. Phần flip-flop cơ bản
Phần FF cơ bản gồm hai mạch điện tử giống nhau. Mỗi mạch có 1
(hoặc nhiều hơn) đầu vào và một đầu ra.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

8


Khóa luận tốt nghiệp
Hai mạch được nối với nhau một cách đặc biệt để tạo thành một mạch
kín nghĩa là tạo nên dạng hồi tiếp.

U ra
U cao

U thấp
U vào

Hình 1.1 Phần flip - flop cơ bản
Giả sử đầu ra của mạch 1 ở trạng thái cao (Q = 1) như vậy đầu vào của
mạch 2 cũng ở trạng thái cao do đó đầu ra của mạch 2 phải ở trạng thái thấp
( Q = 0). Trạng thái này thoả mãn chính xác trạng thái đầu vào của mạch 1 ở
trạng thái thấp. Cả hai đầu vào đều được thoả mãn, mạch ở trạng thái ổn định.
Lập luận trương tự ta thấy rằng trạng thái Q = 0, cũng là trạng thái ổn định với
Q = 1.

Tóm lại mạch FF cơ bản có hai trạng thái ổn định. Nếu ta không thay
đổi gì mạch thì nó có thể ở một trạng thái ổn định và sẽ giữ mãi như thế chừng
nào mạch điện tử còn hoạt động tốt. Tình trạng này trong thực tế thường
không có lợi vì:
- Ta không biết trước được khi cung cấp nguồn cho mạch thì mạch ở
trạng thái nào.
- Ta muốn kiểm soát được trạng thái của mạch và làm mạch thay đổi
trạng thái theo ý muốn của ta.
Để có được ta phải có thêm phần điều khiển.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

9


Khóa luận tốt nghiệp
1.1.2.2. Phần điều khiển
Phần điều khiển FF có hai loại chính là: Điều khiển trực tiếp và điều
khiển đồng bộ.
- Các đầu vào điều khiển trực tiếp: Thường được đưa trực tiếp vào hai
mạch điện thành phần của FF. Chúng được dùng để xác định trực tiếp trạng
thái của Q hoặc bắt Q phải ở một trong hai trạng thái 0 hoặc 1. Hai đầu vào

này thường có tên là SET (hay PRESET) và RESET. Đầu vào SET khi được
kích thích luôn đưa Q đến trạng thái 1 còn đầu vào RESET thì đưa Q về trạng
thái 0.

Hình 1.2 Các dạng tín hiệu điều khiển flip - flop.
- Các đầu vào điều khiển đồng bộ điều khiển FF cơ bản qua trung gian
của một mạch điều khiển đồng bộ và dưới sự kiểm soát của một xung nhịp
(Cp: clock pulse) được đưa vào theo 1 đầu vào riêng. Các đầu ra Q và Q chịu
sự điều khiển của trạng thái lôgic của các đầu vào này khi có xung nhịp. Khi
không có xung nhịp, các đầu vào có thể thay đổi trạng thái mà không gây ảnh
hưởng gì đến Q và Q .
1.1.3. Các phương pháp kích thích flip - flop
Các đầu vào điều khiển cần phải được kích thích một cách hợp lý thì
flip - flop mới thay đổi trạng thái.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

10


Khóa luận tốt nghiệp
Đối với các đầu vào điều khiển trực tiếp, Q thường chịu ảnh hưởng của
mức độ điện thế tại các đầu vào này.
Đối với các đầu vào đồng bộ, điều kiện phải có là: Các điện thế kích
thích phải hiện diện ở đầu vào điều khiển tương ứng khi có xung nhịp.
Đáp ứng của FF đối với các xung đưa vào cũng có nhiều hình thức khác
nhau:
- Có loại FF chỉ thay đổi trạng thái khi mức độ điện thế của xung đang
thay đổi. Người ta nói FF kích thích bằng sườn xung. Đối với FF này người ta
phân biệt FF chạy bằng sườn trước và FF chạy bằng sườn sau.

- Có loại FF thay đổi trạng thái theo mức độ điện thế của xung kích
thích.

Hình 1.3 Hình dạng xung kích thích flip - flop
Các ký hiệu về tính tích cực:
Ký hiệu

Tính tích cực của tín hiệu
Tích cực là mức thấp " L"
Tích cực là mức cao " H"
Tích cực là sườn dương của xung nhịp
Tích cực là sườn âm của xung nhịp.

1.1.4. Phân loại flip - flop
-Theo chức năng làm việc của các đầu vào điều khiển: hiện nay thường
sử dụng FF một đầu vào D - FF, T - FF và loại FF hai đầu vào RS - FF,

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

11


Khóa luận tốt nghiệp
JK - FF. Ngoài ra đôi khi còn gặp FF nhiều đầu vào.
- Theo cách làm việc: ta có loại FF không đồng bộ và đồng bộ. Đối với
loại không đồng bộ, các tín hiệu điều khiển vẫn điều khiển được hoạt động
của FF đúng không cần tín hiệu đồng bộ. Ngược lại ở FF đồng bộ các tín hiệu
điều khiển chỉ điều khiển được hoạt động của FF khi và chỉ khi có tín hiệu
đồng bộ và tín hiệu này là tích cực.
Loại FF đồng bộ được chia làm hai loại: Đồng bộ thường và đồng bộ

chủ - tớ.
Sơ đồ khối của sự phân loại FF:

Hình 1. 4 Cách phân loại FF
1.2. Các loại flip - flop ( FF)
1.2.1. RS-FF
RS - FF là một FF có hai đầu vào điều khiển R, S. Đầu vào S là đầu vào
ghi (Set), đầu vào R là đầu vào xóa (Reset).
Hình 1.5a, là sơ đồ khối của RS - FF không biểu diễn đầu vào điều
khiển đồng bộ và xung nhịp Cp.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

12


Khóa luận tốt nghiệp

Dòng

S

R

Q

Q

1


0

0

0

0

2

0

0

1

1

3

0

1

0

0

4


0

1

1

0

5

1

0

0

1

6

1

0

1

1

7


1

1

0

x

8

1

1

1

x

a)
S

R

Q

0

0

Q


1

0

0

0

1

1

1

1

x

c)
b)

Hình 1.5 RS - FF.
a) Sơ đồ khối của RS - FF .

b) Bảng chân lý của RS - FF.

c) Bảng chức năng rút gọn của hàm RS -FF.
d) Sơ đồ RS - FF không đồng bộ dùng NAND .
e) Sơ đồ RS - FF đồng bộ dùng NAND (có xung nhịp, có Rseset, clear).


Bùi Thị Thư K29E - SPKT

13


Khóa luận tốt nghiệp

Hình 1.5b, trình bày bảng trạng thái của RS - FF. Ba cột đầu R, S, Q là
giá trị của các tín hiệu vào điều khiển (R, S) và trạng thái của FF (Q) ở thời
điểm t. Cột thứ 4 là trạng thái sẽ chuyển biến tới (ký hiệu là Q) của FF sau
thời gian quá độ là t: Q là trạng thái ra của FF ở thời điểm tiếp theo t + t.
Rút gọn bảng 1.5b ta có nhận xét:
- Khi S = R = 0, FF giữ nguyên trạng thái cũ Q = Q.
- Khi S = 0, R = 1 đầu vào xoá (Reset) có tín hiệu FF sẽ chuyển đến
trạng thái 0, nghĩa là Q= 0 dù rằng trước đó FF ở trạng thái 0 hay 1.
- Khi S = 1, R = 0, đầu vào thiết lập " 1" (Set) có tín hiệu, FF sẽ chuyển
đến trạng thái 1, nghĩa là Q = 1.
- Tổ hợp tín hiệu vào R= S = 1 là tổ hợp tín hiệu vào cấm của RS - FF
Phương trình đặc trưng của RS - FF ( viết theo CTT) :
Q = S + R Q.
Từ phương trình đặc trưng có thể xây dựng sơ đồ thực hiện RS - FF chỉ
dùng NAND như hình 1.5d.
1.2.2. T - FF
T - FF là loại flip - flop có một đầu vào điều khiển T.
Sơ đồ khối của nó biểu diễn trên hình 1.6a. Bảng chân lý của T - FF
được cho ở hình 1.6b, bảng chức năng rút gọn hình 1.6c.
Phương trình đặc trưng T - FF được biểu diễn ở dạng :
Q = T Q + T Q = T Q .


Bùi Thị Thư K29E - SPKT

14


Khóa luận tốt nghiệp

T

Q

Q

T

Q

0

0

1

0

Q

0

1


1

1

Q

1

0

1

c)

1

1

0

b)

Hình 1.6 T - FF
a) Sơ đồ khối của T - FF.

b) Bảng chức năng của T- FF.

c) Bảng chức năng rút gọn của hàm T- FF.
d) Sơ đồ T- FF không đồng bộ dùng NAND.

e) Giản đồ dạng sóng của T- FF không đồng bộ.
1.2.3. JK - FF
JK - FF là loại flip - flop có hai đầu vào điều khiển J, K. Sơ đồ khối của

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

15


Khóa luận tốt nghiệp

Hình 1.7 JK - FF
a) Sơ đồ khối của JK - FF

b) Bảng chức năng của JK-FF

c) Bảng chức năng rút gọn của hàm JK - FF. d) Sơ đồ JK - FF không đồng
bộ dùng NAND.
e) Sơ đồ JK- FF đồng bộ dùng NAND
JK - FF được biểu diễn trên hình 1.7a, bảng chân lý của JK - FF cho ở hình
1.7b, từ đó suy ra bảng chân lý rút gọn (hình 1.7c). Ta nhận thấy:
J=K=0

FF giữ nguyên trạng thái cũ

(Q = Q).

J = 0, K = 1 FF luôn chuyển đến trạng thái 0

(Q = 0).


J = 1, K= 0 FF luôn chuyển đến trạng thái 1

(Q = 0).

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

16


Khóa luận tốt nghiệp
J=K=1

FF luôn lật trạng thái

(Q = Q ).

Phương trình đặc trưng của JK có dạng : Q = J Q + K Q.
1.2.4. D - FF
D - FF là loại FF có một đầu vào điều khiển D. Sơ đồ khối, bảng chân
lý và bảng chân lý rút gọn được cho ở hình 1.10 a, b, c.
Phương trình đặc trưng của D - FF có dạng: Q = D.

Hình1.1 D - FF
a) Sơ đồ khối của D - FF.

b) bảng chức năng của D - FF.

c) Bảng chức năng rút gọn của D - FF.


Bùi Thị Thư K29E - SPKT

17


Khóa luận tốt nghiệp
Chương 2

một số mạch đếm thông dụng

2.1. Đại cương về mạch đếm
2.1.1. Định nghĩa
Mạch đếm là một mạch dẫy tuần hoàn được tạo thành từ sự kết hợp của
các flip - flop. Mạch có một đầu vào đếm và một đầu ra. Mạch có số trạng thái
trong bằng chính hệ số đếm (ký hiệu là Kđ)

Hình 2.1 Sơ đồ khối của bộ đếm.
Điều kiện cơ bản để một mạch được gọi là mạch đếm là nó có các trạng
thái khác nhau mỗi khi có xung nhịp vào đếm hay của tín hiệu vào đếm.
Mạch đếm chuyển trạng thái theo một trình tự nhất định. Sau một số lần
Kđ của tín hiệu mạch trở về trạng thái ban đầu.
Mỗi mạch đếm sử dụng một số lượng flip - flop xác định nên số trạng
thái khác nhau tối đa của mạch cũng bị giới hạn, nói cách khác số xung đếm
được sẽ bị giới hạn. Số xung tối đa đếm được gọi là dung lượng của mạch
đếm.
2.1.2. Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm.

Hình 2.2. Đồ hình trạng thái của bộ đếm Kđ

Bùi Thị Thư K29E - SPKT


18


Khóa luận tốt nghiệp
Đồ hình trạng thái của một bộ đếm có hệ số đếm bằng Kđ được mô tả ở
hình 2.2.
Khi không có tín hiệu vào đếm (Xđ), mạch giữ nguyên ở trạng thái
cũ(i i). Khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch sẽ chuyển sang trạng thái kế tiếp
( i i + 1).
Tính chất tuần hoàn của bộ đếm thể hiện ở chỗ: Sau Kđ tín hiệu vào Xđ
mạch lại quay trở về trạng thái xuất phát ban đầu.
Tín hiệu ra của bộ đếm chỉ xuất hiện (Y = 1) duy nhất trong trường hợp:
Bộ đếm đang ở trạng thái Kđ-1 và có tín hiệu vào Xđ. Khi đó bộ đếm sẽ
chuyển về trạng thái 0.
2.1.3. Phân loại bộ đếm:
Có nhiều cách để phân loại bộ đếm, sau đây là một vài cách phân loại:

Hình 2.3 Phân loại bộ đếm.
2.1.3.1. Phân loại theo cách làm việc
- Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter)
Bộ đếm đồng bộ là bộ đếm mà các FF dùng để mã hoá cho các trạng
thái trong của bộ đếm thay đổi trạng thái cùng một lúc khi có tín hiệu vào đếm

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

19


Khóa luận tốt nghiệp

và mọi sự chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái mới Sj) đều không qua
các trạng thái trung gian (hình 2.4a).
Đặc điểm của bộ đếm này là tín hiệu xung nhịp Ck được đưa vào đồng
thời (song song) vào các flip - flop.
- Bộ đếm không đồng bộ (Asynchronous counter)
Bộ đếm không đồng bộ là bộ đếm mà quá trình chuyển trạng thái từ Si
sang trạng thái mới Sj tồn tại ít nhất một FF chuyển trạng thái và các FF
không thay đổi trạng thái cùng một lúc (hình 2.4b).
Đặc điểm của bộ đếm này là tín hiệu xung nhịp Ck không được đưa vào
đồng thời vào các FF.
Các trạng thái trung gian giữa hai trạng thái Si và Sj còn gọi là các trạng
thái quá độ.

a)

b)
Hình 2.4 a) Sự chuyển trạng thái trong của bộ đếm đồng bộ.
b) Sự chuyển biến trạng thái trong của bộ đếm không đồng bộ.
2.1.3.2. Phân biệt theo hệ số đếm (Kđ)
- Bộ đếm có hệ số Kđ = 2n ( n là số tự nhiên).
Ví dụ: Kđ = 2, 4 , 8, 16... Bộ đếm này còn được gọi là bộ đếm có hệ số đếm
cực đại hay chiều dài cực đại ( Maximum Length) vì khi sử dụng n FF để mã

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

20


Khóa luận tốt nghiệp
hoá các trạng thái trong cho bộ đếm thì khả năng đếm tối đa là 2n .

-Bộ đếm có hệ số đếm Kđ 2n .
Ví dụ: Kđ = 3, 6, 10... Vẫn sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong
cho bộ đếm cho nên sẽ có 2n - Kđ trạng thái trong không được sử dụng đến.
2.1.2.3. Phân loại theo hướng đếm
- Bộ đếm thuận (Up Counter).
Bộ đếm thuận là bộ đếm mà mỗi khi có tín hiệu vào đếm Xđ thì trạng
thái trong của bộ đếm tăng lên 1.
- Bộ đếm nghịch (Down Counter )
Bộ đếm nghịch là bộ đếm mà mỗi khi có tín hiệu vào đếm Xđ thì trạng
thái trong của bộ đếm giảm đi 1.
Trong thực tế người ta còn thiết kế bộ đếm thuận nghịch, bộ đếm này
vừa có khả năng đếm thuận vừa có khả năng đếm nghịch. Trong trường hợp
này phải đưa thêm tín hiệu điều khiển đếm thuận hay đếm nghịch.

Hình 2.5 Sơ đồ khối của bộ đếm thuận nghịch
Hình 2.5 là sơ khối của bộ đếm thuận nghịch, trong đó Ctn là tín hiệu
điều khiển việc đếm thuận hay đếm nghịch.
2.1.2.4. Phân loại theo khả năng lập trình
- Bộ đếm có khả năng chương trình hoá (Programmble Counter ): Là bộ
đếm có thể sử dụng với các hệ số đếm khác nhau, tuỳ thuộc vào tín hiệu điều

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

21


Khóa luận tốt nghiệp
khiển đưa vào nó.
-Bộ đếm không có khả năng chương trình hoá.
2.1.4. Mã của bộ đếm

Cùng một bộ đếm, có thể có nhiều cách mã hoá các trạng thái trong
khác nhau. Các cách mã hoá khác nhau sẽ tương ứng với những mạch thực
hiện khác nhau, mặc dù các mạch đó có cùng chức năng, hệ số đếm Kđ... Sau
đây là một vài loại mã thường dùng.
2.1.4.1. Mã nhị phân
Mã nhị phân là loại mã mà các bít của nó trọng số 1. 2 . 4... 2n-1.
Bít trẻ nhất ứng với 20 =1, bít tiếp theo ứng với 21 = 2 và bít già nhất ứng với
2n-1.
2.1.4.2. Mã Grây
Mã Grây là loại mã không có trọng số, khoảng cách Hamming giữa 2 từ
mã kề nhau bằng 1 hay nói cách khác 2 từ mã kề nhau chỉ khác nhau 1 biến.
2.1.4.3. Mã BCD (Binary coded decimal)
Bảng cho ở hình 2.6a, là mã BCD - Normal. Mã này dùng 4 chữ số nhị
phân để mã hoá 1 chữ số thập phân. Nhóm 4 chữ số nhị phân này được gọi là
decard. Để mã hoá các số thập phân nhiều chữ số, người ta dùng các decard
khác nhau.
2.1.4.4. Mã Johnson.
Mã Johnson là mã có đặc điểm:
-Nếu dùng n biến nhị phân thì sẽ mã hóa được tối đa 2n trạng thái.
-Hai từ mã kề nhau chỉ khác nhau một biến. Trong bảng mã các bít
bằng 1 đầy dần lên từ bít trẻ nhất đến bít già nhất và khi đã đầy hết thì nó lại
vơi dần đi từ bít trẻ nhất.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

22


Khãa luËn tèt nghiÖp


M· nhÞ ph©n

A

B

A B C

A B C D

A B C D E

0

0000

0

0

0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0 0

1

0001


1

0

1 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0 0

2

0010

1

1

1 1 0

1 1 0 0

1 1 0 0 0

3

0011

0


1

1 1 1

1 1 1 0

1 1 1 0 0

4

0100

0 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1 0

5

0101

0 0 1

0 1 1 1

1 1 1 1 1

6


0110

0 0 1 1

0 1 1 1 1

7

0111

0 0 0 1

0 0 1 1 1

8

1000

b)

0 0 0 1 1

9

1001

a)

0 0 0 0 1


A

B

C

D

E

F

1

0

0

0

0

0

0

1

0


0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0


0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

c)
H×nh 2.6 a) M· BCD- Normal b)b¶ng m· Johnson
c)B¶ng m· vßng 6 bÝt

Bïi ThÞ Th­ K29E - SPKT


23


Khóa luận tốt nghiệp
2.1.4.5. Mã vòng
Đặc điểm của mã vòng.
- Nếu dùng n biến nhị phân thì mã hoá được n trạng thái.
- Hai từ mã kề nhau luôn luôn khác nhau ở hai biến.
- Trong từ mã chỉ có duy nhất có một bít bằng một, các bít khác bằng
0.Chữ số 1 được dịch từ bít trẻ nhất đến bít già nhất tạo thành một vòng khép
kín.
2.2.Các bước thiết kế bộ đếm
Các bước thiết kế bộ đếm được mô tả ở hình 2.7.

Hình 2.7 Các bước thiết kế bộ đếm.
Bước 1: Vẽ đồ hình trạng thái của bộ đếm.
Căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế như: Hệ số đếm (Kđ) và
một số các yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động của bộ đếm.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

24


Khóa luận tốt nghiệp
Bước 2: Xác định số FF của bộ đếm, mã hoá các trạng thái trong của bộ
đếm theo mã đã cho.
Trước tiên phải xác định được n là số FF cần thiết mã hoá cho Kđ trạng
thái trong của bộ đếm, n phải thoả mãn điều kiện:
- Đối với mã nhị phân và mã Gray:


n > log2 Kđ.

- Đối với mã vòng

n = Kđ.

- Đối với mã John son

n = (1/2) Kđ.

Sau đó mã hoá các trạng thái trong của bộ đếm theo mã đã cho.
Bước 3: Xác định hàm kích cho các FF và hàm ra.
Phương pháp xác định hàm kích cho các FF và hàm ra của bộ đếm có
thể xác định theo hai cách sau:
- Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái bảng ra để xác định các phương
trình đầu vào kích cho các FF và phương trình của hàm ra.
- Dựa trực tiếp vào đồ hình chuyển đổi trạng thái viết các phương trình
đầu vào kích cho các FF và phương trình hàm ra.
Bước 4: Sơ đồ mạch thực hiện.
Từ các phương trình đầu vào kích các FF và phương trình hàm ra, đưa ra
sơ đồ mạch thực hiện.
Trong quá trình thiết kế bộ đếm ta luôn luôn ký hiệu.
A: Là bít trọng số nhỏ nhất:

20

B: Là bít có trọng số:

21


C: Là bít có trọng số :

22

Sau đây ta sẽ thiết kế một số các bộ đếm

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

25


Khóa luận tốt nghiệp
2.2.1. Bộ đếm thuận, nhị phân, đồng bộ với hệ số đếm Kđ = 2n
2.2.1.1. Thiết kế bộ đếm nhị phân động bộ có Kđ = 2

S

A A,

R A SA K A J A

DA

TA

S0

0


1

0 1

x 1

1

1

S1

1

0

1 0

1 x

0

1

a)

b)

Hình 2.8 Bộ đếm thuận, nhị phân, đồng bộ Kđ= 2.
a) Đồ hình trạng thái

b) Bảng trạng thái và giá trị tương ứng của các đầu vào kích các FF
c) Sơ đồ dùng RS - FF

d) Sơ đồ dùng JK - FF

e) Sơ đồ dùng D - FF

f) Sơ đồ dùng T - FF

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

26


Khóa luận tốt nghiệp
Đồ hình trạng thái cho ở hình 2.8.
Do Kđ = 2 cho nên chỉ cần 1 FF để mã hoá cho hai trạng thái trong của
bộ đếm.
Bảng chuyển đổi trạng thái và các giá trị đầu vào kích cho các FF cho ở
hình 2.8.
Lập bảng Karnaugh cho các hàm RA và SA ta xác định được:
RA= A; SA = A
Nếu dùng JK - FF để xây dựng bộ đếm, tương tự ta xác định được:
KA= JA = 1.
Tương tự nếu dùng D- FF và T- FF để xây dựng bộ đếm ta có:
D = A; T = 1
2.2.1.2. Thiết kế bộ đếm nhị phân đồng bộ có Kđ = 4
Do Kđ = 4, lập được đồ hình chuyển đổi trạng thái xác định được số FF
cần dùng để thiết kế bộ đếm (n = 2) và mã hoá các trạng thái đó như trên hình
2.9a, trong đó 2 FF cần thiết mã hoá các trạng thái là A và B.

Lập bảng Karnaugh các hàm RA, SA, JA , KA , TA, RB, SB, JB, KB, TB.
Ta có:
R A= A

RB = AB

SA = A

SB = A

TA = 1

TB = A

J A = KA = 1

J B = KB = A

Sơ đồ mạch thực hiện ứng với RS - FF được cho ở hình 2.9.c, JK - FF
cho ở hình 2.9 d, T - FF cho ở hình 2.9 e.

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

27


Khãa luËn tèt nghiÖp

n


n+1

Cho FF A

A

B A'

B'

RA

SA KA

0

0 1

0 0

1 X

1

0 0

1 1

0


1 1

1

1 0

JA

Cho FF - B
TA

RB

1

1

x

0 x

0

0

0 1

x

1


0

1 x

1

1

1 0

1 x

1

1

0

x 0

x

0

0 1

0 1

x


1

1

0 0

x

1

b)

c)

Bïi ThÞ Th­ K29E - SPKT

28

SB

KB J B

TB


Khóa luận tốt nghiệp
Hình 2.9 a) Đồ hình dạng thái.
b) Bảng trạng thái và giá trị tương ứng của các đầu vào kích
của các FF.

c) Sơ đồ dùng RS - FF.

d) Sơ đồ dùng JK - FF.

e) Sơ đồ dùng T - FF.
2.2.1.3. Thiết kế bộ đếm thuận, đồng bộ, nhị phân Kđ = 8
Tương tự như với trường hợp Kđ = 2 và Kđ = 4. Trường hợp Kđ = 8 ta
cần dùng 3 FF lập đồ hình trạng thái bảng trạng thái và giá trị đầu vào kích
cho các FF. Tối thiểu hoá các hàm này ta nhận được kết quả:
Dùng RS - FF:
R A= A

SA = A

RB = AB

SB = A B

RC = ABC

SC = AB C

Dùng T - FF hoặc JK - FF:
TA = JA = KA = 1
TB = JB = KB = A
TC = JC = KC = AB
2.2.1.4. Thiết kế bộ đếm thuận, đồng bộ nhị phân Kđ = 2n
Quá trình thiết kế tương tự như đã nêu ở phần trước. Trong trường hợp
dùng JK - FF hoặc T - FF để xây dựng bộ đếm này sẽ nhận được kết quả của
các đầu vào kích cho các FF như sau:

TA = JA = KA = 1
TB = JB = KB = A

Bùi Thị Thư K29E - SPKT

29