Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 2: Flip Flop. Bộ đếm. Thanh ghi - Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức

ảo ngõ 
vào J rồi đưa nó vào ngõ vào K, như hình 4-10 bên dưới. Khi D ở mức 
logic 0, JK bằng 01, và flip-flop sẽ được xóa khi nó được kích. Khi D ở 
mức logic 1, JK bằng 10, và flip-flop sẽ được đặt khi nó được kích.
MẠCH GHI DỊCH
Sơ đồ nguyên tắc và vận chuyển 
sơ đồ một mạch ghi dịch 4 bit đơn giản, 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 .
MẠCH GHI DỊCH
Các mạch ghi dịch được phân loại tùy vào số bit (số FF), chiều dịch (phải/trái), các 
ngã vào/ra (nối tiếp/song song).
MẠCH GHI DỊCH
Để có mạch dịch trái, dữ liệu nối tiếp đưa vào ngã vào D của FF cuối 
cùng và các ngã ra của FF sau nối ngược trở lại ngã vào của FF trước
Cho dữ liệu nối tiếp vào ngã vào D của FF 
4, sau mỗi xung đồng hồ, dữ liệu truyền từ 
tầng sau ra tầng trước. Giả sử chuỗi dữ 
liệu giống như trên, trạng thái các ngã ra 
của các FF cho ở bảng
Vài IC ghi dịch tiêu biểu 
Trên thị trường hiện có khá nhiều loại IC ghi dịch, có đầy đủ các chức 
năng dịch phải trái, vào/ra nối tiếp, song song. Sau đây, chúng ta khảo 
sát 2 IC tiêu biểu: 
- IC 74164: dịch phải 8 bit; 
- IC 7495: 4 bit , dịch phải, trái, vào/ra nối tiếp/song song . 
Vài IC ghi dịch tiêu biểu 
IC 7495: 
Ý nghĩa các chân:
S: Mode control input
Ds: Serial Data input
P0 - P3 : Parrallel data inputs
CP1 : Serial Clock 
CP2 : Parrallel clock 
Q0 - Q3 : Parrallel outputs 
Ứng dụng của ghi dịch 
Ghi dịch có khá nhiều ứng dụng:
 Một số nhị phân khi dịch trái 1 bit, giá trị được nhân lên gấp đôi và được chia
hai khi dịch phải một bit.
Thí dụ số 1010.00 = 1010 khi dịch trái thành 10100.0 = 2010 và khi dịch phải
thành 101.000 = 510.
 Trong máy tính thanh ghi (tên thường gọi của mạch ghi dịch) là nơi lưu tạm
dữ liệu để thực hiện các phép tính, các lệnh cơ bản như quay, dịch ....
 Ngoài ra, mạch ghi dịch còn những ứng dụng khác như: tạo mạch đếm vòng,
biến đổi dữ liệu nối tiếp ↔ song song, dùng thiết kế các mạch đèn trang trí,
quang báo. . . ..
II. Bộ đếm 
Bộ đếm thường được dùng ở dạng các khối cơ bản làm sẵn nhờ các mạch logic khác. Chúng
được dùng để đếm, xử lý các phép tính, đo và chia tần số, thao tác số học, và cho nhiều
mục đích khác. Bộ đếm được chế tạo từ các loại flip-flop JK, RS hoặc D và có thể được phân
thành 2 loại cơ bản; các bộ đếm không đồng bộ hoặc các bộ đếm đồng bộ.
Các bộ đếm không đồng bộ cũng được xem như các bộ đếm nối tiếp, và các bộ đếm đồng bộ
cũng được xem như các bộ đếm song song.
Trong một bộ đếm không đồng bộ, ngõ clock chỉ được kết nối với flip-flop đầu tiên. Mỗi flip-flop
tiếp theo được kích bởi ngõ ra của flip-flop trước nó. Bộ đếm đếm số xung clock xuất hiện trong
một dãy đếm tại ngõ vào của flip-flop đầu tiên. Ngõ ra của tất cả các flip-flop tương ứng với một
số nhị phân. Số này là số lượng xung clock xuất hiện tại ngõ vào của flip-flop đầu tiên trong một
dãy đếm. Mỗi xung clock pulse đại diện cho một món đồ chẵng hạn như một thùng chất lỏng đi
qua một băng tải trong một nhà máy.
Bộ đếm đồng bộ dùng cách kích mà tất cả các flip-flop đều được kích đồng thời bởi clock hệ
thống.
Mạch đếm không đồng bộ 
Là các mạch đếm mà các FF không chịu tác động 
đồng thời của xung CK. ngõ clock chỉ được kết 
nối với flip-flop đầu tiên. 
Mỗi flip-flop tiếp theo được kích bởi ngõ ra 
của flip-flop trước nó
Khi thiết kế mạch đếm không đồng bộ ta phải 
quan tâm tới chiều tác động của xung đồng hồ CK. 
1. Bộ đếm dùng flip-flop
Bộ đếm có thể được thiết kế để đếm từ bất kỳ số nhị phân nào mong 
muốn trước khi nó bắt đầu việc đếm một chuỗi số nào đó. Số trạng thái 
liên tiếp mà một bộ đếm cụ thể đếm đến cùng trước khi lặp lại được gọi là 
môđun của nó, hay nói cách đơn giản là số mod.
Ngõ ra của FF đầu tiên bên trái là bít có trọng số nhỏ nhất (LSB). Ngõ ra 
của FF cuối cùng bên phải biểu thị bít có trọng số lớn nhất (MSB). Trong 
một dãy đếm, ngõ ra của bộ đếm đi từ 0000 (010) đến 1111 (1510), hay 16 
trạng thái trước khi quay trở lại 0000 lần nữa.
Mạch đếm không đồng bộ, n tầng, đếm lên (n=4):
(H 5.22) 
Từ bảng trạng thái của mạch đếm 4 bit, ta 
thấy nếu dùng FF JK tác động bởi cạnh xuống 
của xung đồng hồ thì có thể lấy ngã ra của 
tầng trước làm xung đồng hồ CK cho tầng sau, 
với điều kiện các ngã vào JK của các FF đều 
được đưa lên mức cao. Ta được mạch đếm 
không đồng bộ, 4 bít, đếm lên .
Tổ hợp các số tạo bởi các ngã ra các FF D, C, B, A là số nhị phân từ 0 đến 15
Mạch đếm không đồng bộ, n tầng, đếm xuống (n=4):
Mạch đếm không đồng bộ, n tầng, đếm lên, xuống (n=4):
Để có mạch đếm lên hoặc đếm xuống người ta dùng các mạch đa hợp 2→1 
với ngã vào điều khiển C chung để chọn Q hoặc Q của tầng trước nối vào CK
tầng sau tùy theo yêu cầu về cách đếm. 
khi C =1, Q nối vào CK , mạch đếm lên và khi C = 0, Q nối vào CK , mạch đếm 
xuống 
Mạch đếm không đồng bộ, n tầng, đếm lên, xuống (n=4):
Trên thực tế , để đơn giản, ta có thể thay đa hợp 2→1 bởi một cổng EX-OR, 
ngã điều khiển C nối vào một ngã vào cổng EX-OR, ngã vào còn lại nối với ngã 
ra Q của FF và ngã ra của cổng EX-OR nối vào ngã vào CK của FF sau, mạch 
cũng đếm lên/xuống tùy vào C=0 hay C=1
Mạch đếm không đồng bộ modulo - N (N=10)
Để thiết kế mạch đếm kiểu Reset, trước nhất người ta lập bảng trạng thái 
cho số đếm
Bộ đếm mod-N có thể được thiết lập nhờ khả năng của cổng và reset mạch 
để điều khiển số trạng thái cho phép. Bộ đếm BCD, ví dụ, là một bộ đếm có 
thể đếm tới 15 (với 4 flip-flop) nhưng mod của nó giới hạn đến 10 nhờ cổng 
đặc biệt. Dãy số đếm cho một bộ đếm mod-10 là từ 0000 đến 1001 (0 đến 9 
trong hệ thập phân). Bộ đếm này cần đến 4 flip-flop kết nối như bộ đếm nối 
tiếp như trong hình 4-15. Sau số đếm 1001, flip-flop phải được xóa về 0000 
để bắt đầu dãy đếm trở lại lần nữa. Điều này có thể đạt được nhờ khả năng 
của cổng NAND, sẽ xóa flip-flop trở về 0000 sau khi đếm số 1001. Lúc đếm 
đến 1010 (hay 1010), các ngõ ra B và D đến mức logic 1. B và D là các ngõ 
vào đến cổng NAND. Vì thế, vào lúc đếm 1010, ngõ ra của cổng NAND xống 
mức thấp ngay lập tức để reset tất cả các flip-flop về 0000.
Bộ đếm mod-10 được xem là bộ đếm 10.
Mạch đếm không đồng bộ modulo - N (N=10)
Đếm QD QC QB QA
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
10 1 0 1 0
Chỉ có 10 trạng thái ổn định, từ 0 đến 9. 
Đếm10 không ổn định vì nó reset bộ đếm về 0 
ngay lập tức.
Tổng kết
Ngõ J và K của tất cả các flip-flop được nối tới 
mức logic 1. Khi J và K cả hai ở mức 1, mỗi flip-
flop JK sẵn sàng lật trạng thái. Đầu tiên các ngõ 
ra được xóa về 0000. Khi xung clock đầu tiên 
đến tại ngõ vào clock của FF1, ngõ ra FF1 lật 
trạng thái sang 1. Ngõ ra DCBA bây giờ là 0001. 
Xung clock thứ 2 sẽ làm cho FF1 lật trạng thái 
lần nữa, làm cho 1 chuyển sang 0. Lại làm cho 
FF2 lật trạng thái sang 1. Ngõ ra DCBA bây giờ 
là 0010. Chuỗi số đếm sẽ tiếp tục, với mỗi ngõ ra 
flip-flop kích vào flip-flop tiếp theo tới ngõ ra xung 
của nó ở cạnh xuống, như hình 5.10.
Khi xung clock thứ 8 làm cho ngõ ra của FF thứ 
4 chuyển sang mức 1 và xung clock thứ 16 làm 
cho ngõ ra của FF thứ 4 chuyển sang mức 0, 
mỗi 16 xung clock cho ra 1 xung ở ngõ ra của FF 
thứ 4. Ta nói rằng tần số clock được chia 16 nếu 
ta điều khiển xung ở ngõ ra của FF thứ 4. Vì thế, 
một bộ đếm mod16 cũng được xem như bộ đếm 
chia 16.
Dãy đếm của một bộ đếm mod16 như bảng 5.3. 
Cột A là bít có trọng số nhỏ nhất (LSB). Cột D là 
bít có trọng số lớn nhất. (MSB).
Tổng kết
Đếm nhị phân Đếm thập 
phânD C B A
0 0 0 0 0
0 0 0 1 1
0 0 1 0 2
0 0 1 1 3
0 1 0 0 4
0 1 0 1 5
0 1 1 0 6
0 1 1 1 7
1 0 0 0 8
1 0 0 1 9
1 0 1 0 10
1 0 1 1 11
1 1 0 0 12
1 1 0 1 13
1 1 1 0 14
1 1 1 1 15
Các IC đếm không đồng bộ 
tiêu biểu
IC 7490: IC đếm thập phân không đồng bộ
IC 7492: IC đếm 12 không đồng bộ
IC 7493: IC đếm 4 bit không đồng bộ
Mạch đếm đồng bộ
Để thiết kế mạch đếm đồng bộ n 
tầng (lấy thí dụ n=4), trước tiên 
lập bảng trạng thái, quan sát 
bảng trạng thái suy ra cách mắc 
các ngã vào JK của các FF sao 
cho mạch giao hoán tạo các ngã 
ra đúng như bảng đã lập. Giả sử 
ta dùng FF tác động bởi cạnh 
xuống của xung CK (Thật ra, kết 
quả thiết kế không phụ thuộc vào 
chiều tác động của xung CK, tuy 
nhiên điều này phải được thể 
hiện trên mạch nên ta cũng cần 
lưu ý). Với 4 FF mạch đếm được 
24=16 trạng thái và số đếm được 
từ 0 đến 15. Ta có bảng trạng 
thái: 
Mạch đếm đồng bộ
 FF A đổi trạng thái sau từng xung CK, vậy:
TA = JA = KA = 1
 FF B đổi trạng thái nếu trước đó QA = 1, vậy
TB = JB = KB = QA
 FF C đổi trạng thái nếu trước đó QA = QB =
1, vậy: TC = JC = KC = QA.QB
 FF D đổi trạng thái nếu trước đó
QA=QB=QC=1, vậy:
TD = JD = KD = QA.QB.QC = TC.QC
Mạch đếm đồng bộ n tầng, đếm xuống 
Mạch đếm đồng bộ n tầng, đếm lên/ xuống 
Mạch đếm vòng 
Thực chất là mạch ghi dịch trong đó ta cho hồi tiếp từ một ngã ra nào đó về ngã 
vào để thực hiện một chu kỳ đếm. Tùy đường hồi tiếp mà ta có các chu kỳ đếm 
khác nhau 
Sau đây ta khảo sát vài loại mạch đếm vòng phổ biến.
Đối với mạch này, sự đếm vòng chỉ thấy 
được khi có đặt trước ngã ra 
- Đặt trước QA =1, ta được kết quả như 
bảng
Đối với mạch này, sự đếm vòng chỉ 
thấy được khi có đặt trước ngã ra 
Nếu đặt trước QA = QB = 1 ta có 
bảng
Mạch này còn có tên là mạch đếm 
Johnson. Mạch có một chu kỳ đếm mặc 
nhiên mà không cần đặt trước và nếu có 
đặt trước, mạch sẽ cho các chu kỳ khác 
nhau tùy vào tổ hợp đặt trước đó. 
CK QD QC QB QA Số TP 
Preset 
1↓ 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
2↓ 
3↓ 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
3 
7 
4↓ 
5↓ 
6↓ 
7↓ 
8↓ 
1 
1 
1 
1 
0 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
1 
0 
0 
0 
0 
15 
14 
12 
8 
0 
THE END