Bài giảng Kỹ thật số - Chương 5: Mạch tuần tự

Chương 5: Mạch tuần tự 1 
MẠCH TUẦN TỰ 
 CHỐT RS 
 FLIPFLOP 
 MẠCH GHI DỊCH 
 MẠCH ĐẾM 
CHƢƠNG 5 
Chương 5: Mạch tuần tự 2 
 MẠCH TUẦN TỰ 
Mạch tuần tự: Trạng thái ngõ ra không những phụ thuộc vào trạng thái của ngõ 
vào mà còn phụ thuộc vào trạng thái của ngõ ra trước đó (được hồi tiếp trở thành 
ngõ vào thông qua phần tử nhớ) ta nói mạch tuần tự có tính nhớ. 
Q+=f(Q, A, B, C, D,) 
Ngõ ra Q+ là hàm logic của các biến ngõ vào và ngõ ra Q trước đó. 
Mạch tuần tự: Chia làm 2 loại 
• Mạch đồng bộ: Xung đồng hồ CK tác động đồng thời, trạng thái ngõ ra không 
thay đổi ngay sau khi trạng thái ngõ vào thay đổi mà phải đợi đến khi xuất 
hiện một xung lệnh. 
• Mạch không đồng bộ: Xung đồng hồ CK tác động không đồng thời, trạng thái 
ngõ ra thay đổi ngay sau khi trạng thái ngõ vào thay đổi (với độ trì hoãn 
truyền nào đó). 
* Phần tử cơ bản tạo thành mạch tuần tự là Flip-Flop (FF – Mạch lật). 
Chương 5: Mạch tuần tự 3 
 FLIPFLOP 
- FF cũng có thể có thêm ngõ vào với chức năng khác 
Chương 5: Mạch tuần tự 4 
 FLIPFLOP 
- FF được tạo nên từ mạch chốt (Latch): Chốt là cài lại, giữ lại. 
- Điểm khác nhau giữa mạch chốt và FF: FF thì chịu sự tác động 
của xung CK, còn mạch chốt thì không. 
 Mạch chốt + Xung CK Mạch Flip-Flop 
1. Chốt RS 
 Có 2 loại: Chốt cổng NOR và chốt cổng NAND 
Chương 5: Mạch tuần tự 5 
a. Chốt RS tác động mức cao có ngã vào R và S tác động mức cao. 
 (Dùng cổng NOR) 
R S Q Q+ Trạng thái 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
1 
0 
Tác dụng nhớ 
Q+ = Q 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
Đặt (Set) 
Q+ = 1 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
1 
1 
Đặt lại (Reset) 
Q+ = 0 
1 
1 
1 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
R S Q+ 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
Q 
1 
0 
Cấm 
Ký hiệu 
Ngõ ra Q ban đầu là trạng thái giả sử 
Chương 5: Mạch tuần tự 6 
b. Chốt RS tác động mức thấp có ngã vào R và S tác động mức thấp. 
 Dùng cổng NAND 
R S Q+ Tr thái 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
1 
1 
0 
Q 
Cấm 
Giữ 
Ký hiệu 
Tính chất của cổng NAND: có 1 
ngõ vào = 0 Ngõ ra Y=1 
Để có chốt RS tác động mức cao dùng 
cổng NAND, người ta thêm vào 2 
cổng đảo ở các ngõ vào. 
0 
1 
Chương 5: Mạch tuần tự 7 
2. Flip-Flop RS 
Vào Ra 
CK S R Q+ TT 
0 
1 
1 
1 
1 
x 
0 
0 
1 
1 
x 
0 
1 
0 
1 
Q 
Q 
0 
1 
1 
Giữ 
Giữ 
Cấm 
Chốt RS + Xung CK FF-RS: Mạch hoạt động có tính đồng bộ, ngõ ra thay đổi 
trạng thái có trật tự 
a. FF- RS có xung CK tác động mức cao 
FF- RS có xung CK tác động mức cthấp 
- Khi CK=1, bất chấp R, S: 
Ngõ ra giữ trạng thái, 
- Khi CK=0: Mạch mới tác 
động. 
Chương 5: Mạch tuần tự 8 
b. Flip Flop RS có ngã vào Preset và Clear 
Khi vừa cấp điệnn ngõ ra FF ở trạng thái ngẫu nhiên nào đó. Để áp đặt trước trạng thái 
nhất định cho ngõ ra, ta thêm vào FF các ngõ vào Preset và Clear. Có thể đặt trước Q 
= 1 (Preset) hoặc Q = 0 (Clear). 
Pr Cl CK S R Q+ 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
x 
x 
x 
0 
1 
1 
1 
1 
x 
x 
x 
x 
0 
0 
1 
1 
x 
x 
x 
x 
0 
1 
0 
1 
1 
1 
0 
Q 
Q 
0 
1 
1 
Cấm 
Giữ 
Giữ 
Cấm 
Chương 5: Mạch tuần tự 9 
c. Flip Flop RS chủ tớ: Để khắc phục trạng thái cấp của RS-FF 
S R CK Q+ 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
 
 
 
 
Q 
0 
1 
Bất định 
Chương 5: Mạch tuần tự 10 
d. Flip Flop JK 
J K Q 
R= 
KQ 
CK Q+ TT 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
 
 
 
 
 
 
 
 
Q=0 
Q=1 
Q=0 
0 
1 
Q=1 
1 
0 
Giữ 
Giữ 
Giữ 
Reset 
Set 
Giữ 
Set 
Reset 
J K CK Q+ 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
 
 
 
 
JK-FF được tạo ra từ FF-RS 
Chương 5: Mạch tuần tự 11 
e. Flip Flop D D CK Q+ 
0 
1 
 
 
0 
1 
1 
0 
f. Flip Flop T 
T CK Q+ TT 
0 
1 
 
 
Giữ 
Đảo 
g. Mạch chốt D 
G D Q+ 
0 
1 
1 
x 
0 
1 
Q 
0 
1 
Chốt D giống FF-D, Xung CK được 
thay bằng ngõ vào cho phép G 
Chương 5: Mạch tuần tự 12 
3. Mạch ghi dịch(Shift Register) 
Do mỗi FF có khả năng nhớ 1 bit ở ngõ ra cho đến khi có 1 xung CK 
tác động nên người ta mắc nối tiếp nhiều FF lại để tạo thành mạch 
ghi dịch sẽ nhớ được nhiều bit. 
- Mạch dịch phải: Ta mắc mạch gồm 4 FF D nối thành chuỗi 
(ngã ra Q của FF trước nối vào ngã vào D của FF sau) và các ngã 
vào CK
 được nối chung lại (các FF chịu tác động đồng thời). 
Mạch ghi dịch này có khả năng dịch phải. 
Ngã vào DA
 của FF đầu tiên được gọi là ngã vào dữ liệu nối tiếp, 
các ngã ra QA, QB, QC, QD
 là các ngã ra song song, ngã ra của FF 
cuối cùng (FF D) là ngã ra nối tiếp. 
Chương 5: Mạch tuần tự 13 
Vào Ra 
Cl CK DA QA QB QC QD 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
x 
 
 
 
 
 
 
 
x 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
Mạch dịch phải 
Chương 5: Mạch tuần tự 14 
Vào Ra 
Cl CK D4 QA QB QC QD 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
x 
 
 
 
 
 
 
 
x 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
Mạch dịch trái 
Chương 5: Mạch tuần tự 15 
IC
 7
4
1
6
4
IC
 7
4
9
5
Chương 5: Mạch tuần tự 16 
- Mạch đếm được thiết kế từ JK-FF hoặc T-FF. Lợi dụng tính đảo 
trạng thái của FF JK khi J=K=1. 
- Chức năng của mạch đếm là đếm số xung CK
 đưa vào ngã vào 
hoặc thể hiện số trạng thái có thể có của các ngã ra. 
- Về lĩnh vực tần số của tín hiệu thì mạch đếm có chức năng chia 
tần, nghĩa là tần số của tín hiệu ở ngã ra là kết quả của phép chia 
tần số của tín hiệu CK
 ở ngã vào cho số đếm của mạch. 
- Ta có các loại: mạch đếm đồng bộ, không đồng bộ và đếm 
vòng. 
 MẠCH ĐẾM 
Chương 5: Mạch tuần tự 17 
- Tất cả các FF chịu tác động đồng thời của xung CK 
Mạch đếm đồng bộ (Synchonous Counter - còn gọi là 
mạch đếm song song) 
1. Mạch đếm đồng bộ n tẩng (đếm 2n trạng thái), đếm lên (count up). 
- Thiết kế mạch đếm n tầng, đếm lên (n=3) 
• Xác định số FF cần dùng, Lập bảng trạng thái suy ra cách mắc 
các ngõ vào JK của các FF sao cho khi có xung CK tác động thì 
các ngõ ra của FF thay đổi trạng thái giống như bảng trạng thái đã 
lập 
• Với n=3 Cần 3 FF, mạch sẽ đếm được 2n=8 trạng thái từ 0 7. 
Giả sử dùng FF tác động ở cạnh xuống của xung CK 
Chương 5: Mạch tuần tự 18 
CK7 QC QB QA Số đếm 
Xóa 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
0 
7 
Lập bảng trạng thái – với QC là MSB 
Chương 5: Mạch tuần tự 19 
Từ kết quả trên vẽ mạch đếm đồng bộ 3 bit như sau: 
* TA=JA=KA=1 
* TB=JB=KB=QA 
* TC=JC=KC=QA.QB 
Chương 5: Mạch tuần tự 20 
2. Mạch đếm đồng bộ n tẩng (đếm 2n trạng thái), đếm xuống (count down). 
- TK mạch đếm n tầng, đếm xuống (n=3) 
Lập bảng trạng thái – với QC là MSB 
CK QC QB QA Số đếm 
Xóa 
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 
0 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
0 
Chương 5: Mạch tuần tự 21 
Từ kết quả trên vẽ mạch đếm đồng bộ 3 bit như sau: 
Chương 5: Mạch tuần tự 22 
3. Mạch đếm đồng bộ Modulo–N (N 2n) – Không theo số nhị phân 
Thiết kế: Trước tiên phải chọn số tầng (Số FF). 
Số tầng n phải thỏa điều kiện: 2n-1 < N < 2n 
CK J K Q Q+ H 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
1 
KQQJH 
P.P dùng hàm Chuyển: Cho thấy sự thay đổi trạng thái của FF, mỗi 
loại FF sẽ có hàm chuyển riêng. (dùng hàm chuyển của FF-JK). 
Hàm Chuyển có giá trị H=1 khi Q+ Q và trị H=0 khi Q+ = Q 
KQ 
J 
00 01 11 10 
0 
1 
1 
1 1 1 
H 
Chương 5: Mạch tuần tự 23 
3. Mạch đếm đồng bộ Modulo–N (N 2n) – Không theo số nhị phân 
Để thiết kế mạch đếm cụ thể ta sẽ xác định hàm H của từng FF, 
sau đó đem so sánh với biểu thức hàm H của FF-JK 
Từ đó suy J, K của các FF của mạch cần thiết kế. 
KQQJH 
VD: Thiết kế mạch đếm 10 đồng bộ dùng FF JK 
Bước 1: Chọn số tầng: 2n-1 < N < 2n có nghĩa 24-1 < 10 < 24 
 Số FF là 4, Dùng FF-JK (A, B, C, D với D là MSB) có xung CK tác 
động bằng cạnh xuống. 
 PP thiết kế: dùng hàm chuyển của JK-FF: KQQJH 
Chương 5: Mạch tuần tự 24 
Bước 2: Lập bảng trạng thái của mạch đếm 10 và giá trị của hàm H 
CK QD QC QB QA QD+ QC+ QB+ QA+ HD HC HB HA 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
Chương 5: Mạch tuần tự 25 
Bước 3: Lập bảng Karnaugh, so sánh với hàm chuyển KQQJH 
KQQJH 
Chương 5: Mạch tuần tự 26 
Lập bảng Karnaugh, so sánh với hàm chuyển KQQJH 
Chương 5: Mạch tuần tự 27 
CK QD QC QB QA HD HC HB HA QD+ QC+ QB+ QA+ 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
AD
ABCD
ABCC
ADBB
AA
QK
Q.Q.QJ
Q.QKJ
Q.QKJ
1KJ
Chương 5: Mạch tuần tự 28 
- Là các mạch đếm mà các FF chịu sự tác động của xung CK không 
đồng thời. 
- Cần quan tâm đến chiều tác động của xung CK 
Mạch đếm không đồng bộ 
1. Mạch đếm không đồng bộ n tẩng (đếm 2n trạng thái), đếm lên 
- Thiết kế mạch đếm n tầng, đếm lên (n=4) 
• Lập bảng trạng thái suy ra cách mắc các ngõ vào JK của các FF 
sao cho khi có xung CK tác động thì các ngõ ra của FF thay đổi 
trạng thái giống như bảng trạng thái đã lập 
• Với n=4 Cần 4 FF, mạch sẽ đếm được 2n=16 trạng thái từ 0 
15. Giả sử dùng FF tác động ở cạnh xuống của xung CK 
• Do xung CK tác động bởi cạnh xuống có thể lấy ngõ ra của 
tầng trước làm xung CK của tầng sau. 
Chương 5: Mạch tuần tự 29 
Lập bảng trạng thái 
CK QD QC QB QA Số đếm 
Xóa 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
16 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
0 
Chương 5: Mạch tuần tự 30 
Chương 5: Mạch tuần tự 31 
2. Mạch đếm không đồng bộ n tẩng (đếm 2n trạng thái), đếm xuống 
Chương 5: Mạch tuần tự 32 
Chương 5: Mạch tuần tự 33 
3. Mạch đếm không đồng bộ modulo – N (N = 10) 
Kiểu Reset: 
Số xung CK 
vào 
Số nhị phân ra Số thập phân 
tƣơng ứng QD QC QB QA 
Xoá 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0(1) 
0 
0 
0 
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 
1 
0 
1 
0 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
34 
Mạch đếm không đồng bộ modulo – N kiểu Preset: 
- Phân tích số đếm N = 2n.N’ (N’<N) kết hợp hai mạch đếm n bit và N’ 
Thiết kế mạch đếm 10 = 2 x 5 mạch đếm 5 kết hợp với một FF 
Số xung 
CK vào 
Số nhị phân ra Số thập phân 
tƣơng ứng QD QC QB 
Xóa 
1 
2 
3 
4 
5 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
2 
3 
4 
0 
Chương 5: Mạch tuần tự 35 
Dùng hàm Chuyển 
CK QD QC QB HD HB 
1 
2 
3 
4 
5 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
1K
Q.QJ
QC
1KJ
1K
QJ
D
BCD
BKC
CC
B
DB
36 
IC7490 
Reset Inputs Outputs 
R0(1) R0(2) R0(3) R0(4) QD QC QB QA 
1 
1 
0 
x 
x 
0 
0 
x 
1 
1 
x 
0 
0 
x 
x 
0 
0 
x 
1 
1 
x 
0 
x 
0 
x 
0 
1 
1 
0 
x 
0 
x 
0 
0 
1 
1 
Đếm 
nt 
nt 
nt 
0 
0 
0 
0 
Đếm 
nt 
nt 
Nt 
0 
0 
0 
0 
Đếm 
nt 
nt 
Nt 
0 
0 
1 
1 
Đếm 
nt 
nt 
nt 
37 
QD QC QB QA 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
QD QC QB QA 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
Đếm 2x5 Đếm 5x2 
Chương 5: Mạch tuần tự 
38 
Mạch đếm vòng: Hồi tiếp từ QD JA và QD KA 
CK QD Q
C 
QB QA Số TP 
Preset 
1 
2 
3 
4 
: 
0 
0 
0 
1 
0 
: 
0 
0 
1 
0 
0 
: 
0 
1 
0 
0 
0 
: 
1 
0 
0 
0 
1 
: 
1 
2 
4 
8 
1 
: 
CK QD Q
C 
QB QA Số TP 
Preset 
1 
2 
3 
4 
: 
0 
0 
1 
1 
0 
: 
0 
1 
1 
0 
0 
: 
1 
1 
0 
0 
1 
: 
1 
0 
0 
1 
1 
: 
3 
6 
12 
9 
3 
: 
Đặt trước QA = 1 Đặt trước QA = QB = 1 
Mạch đếm vòng 
Chương 5: Mạch tuần tự 39 
CK QD QC QB QA Số TP 
Preset 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
3 
7 
15 
14 
12 
8 
0 
Chương 5: Mạch tuần tự 40 
CK QD QC QB QA Số TP 
Preset 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
3 
7 
14 
12 
8 
0