Trong hướng dẫn về bộ đếm nhị phân không đồng bộ trước đây, chúng ta đã thấy rằng đầu ra của một giai đoạn bộ đếm được kết nối trực tiếp với đầu vào xung nhịp của giai đoạn bộ đếm tiếp theo, v.v. dọc theo chuỗi.
Kết quả của điều này là bộ đếm không đồng bộ mắc phải là “Độ trễ truyền” trong đó tín hiệu định thời bị trễ một phần nhỏ qua mỗi flip-flops.
Tuy nhiên, với Bộ đếm đồng bộ , tín hiệu xung nhịp bên ngoài được kết nối với đầu vào xung nhịp của flip-flops riêng lẻ bên trong bộ đếm để tất cả các flip-flops đồng thời với nhau (song song) tại cùng một thời điểm , cố định mối quan hệ. Nói cách khác, những thay đổi trong đầu ra sẽ “đồng bộ hóa” với tín hiệu xung nhịp.
Kết quả của sự đồng bộ này là tất cả các bit đầu ra riêng lẻ thay đổi trạng thái chính xác cùng một lúc để đáp ứng với tín hiệu xung nhịp chung mà không có hiệu ứng gợn và do đó, không có độ trễ truyền.Hãy tham khảo với Mobitool nhé.
Video thiết kế mạch đếm đồng bộ 4 bit
Bộ đếm lên đồng bộ 4 bit nhị phân
Có thể thấy ở trên, các xung clock bên ngoài (xung cần đếm) được cấp trực tiếp cho từng flip-flop JK trong chuỗi bộ đếm và cả hai đầu vào J và K đều được gắn với nhau ở chế độ bật tắt, nhưng chỉ trong flip-flop đầu tiên, flip-flop FFA (LSB) chúng được kết nối CAO, logic “1” cho phép flip-flop bật tắt trên mọi xung clock. Sau đó, bộ đếm đồng bộ tuân theo một chuỗi trạng thái xác định trước để đáp ứng với tín hiệu xung nhịp chung, tiến một trạng thái cho mỗi xung.
Các đầu vào J và K của flip-flop FFB được kết nối trực tiếp với đầu ra Q A của flip-flop FFA , nhưng các đầu vào J và K của flip-flop FFC và FFD được điều khiển từ các cổng AND riêng biệt cũng được cung cấp tín hiệu từ đầu vào và đầu ra của giai đoạn trước. Các cổng AND bổ sung này tạo ra logic cần thiết cho các đầu vào JK của giai đoạn tiếp theo.
Nếu chúng ta cho phép mỗi flip-flop JK chuyển đổi dựa trên việc tất cả các đầu ra flip-flop trước ( Q ) có phải là “CAO” hay không, chúng tôi có thể thu được cách đềm tuần tự tương tự như với mạch không đồng bộ nhưng không có hiệu ứng gợn, vì mỗi flip-flop trong mạch này sẽ được xung nhịp chính xác tại cùng một thời điểm.
Khi đó, do không có độ trễ lan truyền trong bộ đếm đồng bộ, bởi vì tất cả các giai đoạn của bộ đếm được kích hoạt song song cùng một lúc, nên tần số hoạt động tối đa của loại bộ đếm tần số này cao hơn nhiều so với mạch đếm không đồng bộ tương tự.
Sơ đồ định thời dạng sóng bộ đếm đồng bộ 4 bit
Bởi vì bộ đếm đồng bộ 4 bit này đếm tuần tự trên mọi xung clock nên các đầu ra kết quả đếm ngược lên từ 0 ( 0000 ) đến 15 ( 1111 ). Do đó, loại bộ đếm này còn được gọi là bộ đếm lên đồng bộ 4 bit .
Tuy nhiên, chúng ta có thể dễ dàng xây dựng Bộ đếm xuống đồng bộ 4 bit bằng cách kết nối các cổng AND với đầu ra Q của các flip-flops như được hiển thị để tạo ra một sơ đồ định thời dạng sóng ngược lại với phần trên. Ở đây bộ đếm bắt đầu với tất cả các đầu ra của nó CAO ( 1111 ) và nó đếm ngược khi ứng dụng của mỗi xung clock về 0, ( 0000 ) trước khi lặp lại lần nữa.
Mạch đếm xuống đồng bộ 4 bit nhị phân
Thiết kế mạch đếm đồng bộ : Khi các bộ đếm đồng bộ được hình thành bằng cách kết nối các flip-flops với nhau và bất kỳ số lượng flip-flop nào có thể được kết nối hoặc “xếp tầng” với nhau để tạo thành bộ đếm nhị phân “chia cho-n”, số của mô-đun hoặc “MOD” vẫn được áp dụng như nó đối với các bộ đếm không đồng bộ nên bộ đếm Thập phân hoặc bộ đếm BCD với các số đếm từ 0 đến 2 n -1 có thể được xây dựng cùng với các chuỗi bị cắt ngắn. Tất cả những gì chúng ta cần để tăng số lượng MOD của một bộ đếm đồng bộ lên hoặc xuống là bổ sung flip-flop và cổng AND trên nó.
Mạch đếm đồng bộ 4 bit thập phân
Một bộ đếm đồng bộ thập phân 4 bit cũng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng bộ đếm nhị phân đồng bộ để tạo chuỗi đếm từ 0 đến 9. Một bộ đếm nhị phân tiêu chuẩn có thể được chuyển đổi thành bộ đếm thập phân (thập phân 10) với sự hỗ trợ của một số logic bổ sung để triển khai trạng thái tuần tự mong muốn. Sau khi đạt đến số lượng “1001”, bộ đếm sẽ quay trở lại “0000”. Bây giờ chúng tôi có một bộ đếm thập phân hoặc bộ đếm Modulo-10 .
Bộ đếm đồng bộ 4 bit thập phân
Mạch đếm đồng bộ : Các cổng AND bổ sung phát hiện khi chuỗi đếm đạt đến “1001”, (Nhị phân 10) và làm cho FF3 flip-flop bật tắt ở xung clock tiếp theo. Flip-flop FF0 bật tắt trên mọi xung clock. Do đó, bộ đếm được đặt lại và bắt đầu lại ở “0000” tạo ra bộ đếm thập phân đồng bộ.
Chúng tôi có thể dễ dàng sắp xếp lại các cổng AND bổ sung trong mạch đếm trên để tạo ra các số đếm khác như bộ đếm Mod-12 đếm 12 trạng thái từ “0000” đến “1011” (0 đến 11) và sau đó lặp lại tạo ra chúng thích hợp cho xung nhịp, v.v.
Kích hoạt bộ đếm đồng bộ
Bộ đếm đồng bộ sử dụng flip-flops kích hoạt cạnh thay đổi trạng thái trên “cạnh dương” (cạnh lên) hoặc “cạnh âm” (cạnh xuống) của xung clcok trên đầu vào điều khiển dẫn đến một số đếm duy nhất khi đầu vào xung nhịp thay đổi trạng thái.
Nói chung, các bộ đếm đồng bộ đếm trên cạnh tăng là quá trình chuyển đổi từ thấp đến cao của tín hiệu xung nhịp và các bộ đếm gợn không đồng bộ đếm trên cạnh giảm là quá trình chuyển đổi từ cao xuống thấp của tín hiệu xung nhịp.
Có vẻ không bình thường khi các bộ đếm gợn sử dụng cạnh xuống của chu kỳ xung nhịp để thay đổi trạng thái, nhưng điều này giúp liên kết các bộ đếm với nhau dễ dàng hơn vì bit quan trọng nhất (MSB) của một bộ đếm có thể điều khiển đầu vào xung nhịp của bộ đếm tiếp theo.
Điều này hoạt động bởi vì bit tiếp theo phải thay đổi trạng thái khi bit trước đó thay đổi từ cao xuống thấp – thời điểm mà một lần chuyển phải xảy ra với bit tiếp theo. Các bộ đếm đồng bộ thường có một chân mang ra và một chân cắm để liên kết các bộ đếm với nhau mà không gây ra bất kỳ sự chậm trễ truyền nào.
Tóm tắt Mạch đếm đồng bộ
Sau đó, tóm tắt một số điểm chính về Bộ đếm đồng bộ:
- Mạch đếm đồng bộ có thể được tạo ra từ dép xỏ ngón kiểu Toggle hoặc D.
- Bộ đếm đồng bộ dễ thiết kế hơn bộ đếm không đồng bộ.
- Chúng được gọi là bộ đếm đồng bộ bởi vì đầu vào xung nhịp của flip-flops
tất cả được đồng bộ hóa cùng một lúc với cùng một tín hiệu xung nhịp. - Do xung clock chung này tất cả các trạng thái đầu ra chuyển đổi hoặc thay đổi đồng thời.
- Với tất cả các đầu vào xung nhịp được kết nối với nhau, không có độ trễ lan truyền cố hữu.
- Bộ đếm đồng bộ đôi khi được gọi là bộ đếm song song vì xunh nhịp được cấp song song cho tất cả các flip-flop.
- Mạch nhớ vốn có theo dõi trạng thái hiện tại của bộ đếm.
- Chuỗi đếm được điều khiển bằng các cổng logic.
- Nhìn chung có thể đạt được hoạt động nhanh hơn so với bộ đếm Không đồng bộ.
Trong hướng dẫn tiếp theo về Bộ đếm, chúng ta sẽ xem xét các bộ đếm hai chiều có thể đếm theo cả hướng lên trên và hướng xuống.
