Trong các hướng dẫn Logic tuần tự, chúng ta đã thấy cách hoạt động của Flip-Flop loại D và cách chúng có thể được kết nối với nhau để tạo thành một Chốt dữ liệu.

Một tính năng hữu ích khác của Flip-Flop loại D là như một bộ chia nhị phân, cho Phân chia tần số hoặc như một bộ đếm “divide-by-2 (chia cho 2)”. Tại đây, đầu ra ngịch đảo Q (NOT-Q) được kết nối trực tiếp trở lại với đầu vào Dữ liệu D tạo ra “phản hồi” cho thiết bị như hình dưới đây.

Bộ đếm chia cho 2

Có thể thấy từ các dạng sóng tần số ở trên, bằng cách “cấp lại” đầu ra từ Q đến đầu vào D , các xung đầu ra tại Q có tần số bằng một nửa (  ƒ ÷ 2  ) tần số của tần số xung đầu vào. . Nói cách khác, mạch tạo ra Phân chia tần số vì bây giờ nó chia tần số đầu vào cho hệ số hai ( khoảng tám bát độ: Khoảng cách giữa các tần số có tỷ số bằng hai (gấp đôi)).

Sau đó, tạo ra một loại bộ đếm được gọi là “bộ đếm gợn” và trong bộ đếm gợn, xung định thời kích hoạt flip-flop đầu tiên mà đầu ra của bộ đếm này sẽ kích hoạt flip-flop thứ hai, lần lượt kích hoạt flip-flop thứ ba, v.v. chuỗi này tạo ra hiệu ứng gợn (do đó có tên như vậy) của tín hiệu thời gian khi nó đi qua chuỗi.

Chuyển đổi Flip-Flop

Một loại thiết bị kỹ thuật số khác có thể được sử dụng để phân chia tần số là T-type hoặc Toggle flip-flop. Với một chút sửa đổi đối với flip-flop tiêu chuẩn JK, chúng ta có thể tạo ra một loại flip-flop mới gọi là Toggle flip-flop .

Toggle flip-flop có thể được tạo ra từ flip-flop kiểu D như hình trên, hoặc từ flip-flop JK tiêu chuẩn như 74LS73. Kết quả là một thiết bị chỉ có hai đầu vào, chính đầu vào “Toggle” và đầu vào “clock” điều khiển âm như hình minh họa.

74LS73 Chuyển đổi Flip Flop – Bộ phân chia tần số

“Toggle flip-flop” lấy tên từ thực tế là flip-flop có khả năng chuyển đổi hoặc chuyển đổi giữa hai trạng thái khác nhau của nó, “trạng thái bật tắt” và “trạng thái bộ nhớ”. Vì chỉ có hai trạng thái nên flip-flop kiểu T là lý tưởng để sử dụng trong thiết kế bộ đếm nhị phân và phân chia tần số.

Bộ đếm gợn nhị phân có thể được xây dựng bằng cách sử dụng “Toggle” hoặc “flip-flops kiểu T” bằng cách kết nối đầu ra của một với đầu vào clock tiếp theo. Flip-flops chuyển đổi là lý tưởng để xây dựng bộ đếm gợn vì nó chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái tiếp theo, (CAO đến THẤP hoặc THẤP đến CAO) ở mọi chu kỳ xung nhịp nên có thể dễ dàng xây dựng mạch phân tần và bộ đếm gợn đơn giản bằng cách sử dụng loại T tiêu chuẩn mạch lật.

Nếu chúng ta kết nối với nhau theo chuỗi, hai flip-flop kiểu T thì tần số đầu vào ban đầu sẽ được “chia cho hai” bởi flip-flop đầu tiên (  ƒ ÷ 2  ) và sau đó “chia cho hai” một lần nữa bởi flip-flop thứ hai (ƒ ÷ 2) ÷ 2 , cho tần số đầu ra đã được chia bốn lần một cách hiệu quả, khi đó tần số đầu ra của nó trở thành một phần tư giá trị (25%) của tần số xung nhịp ban đầu, (  ƒ ÷ 4  ).

Mỗi lần chúng ta thêm một nút bật tắt khác hoặc nút lật “kiểu T” vào chuỗi, tần số xung nhịp đầu ra lại giảm một nửa hoặc chia cho 2, v.v., tạo ra tần số đầu ra là 2 ⁿ trong đó “n” là số dép xỏ ngón được sử dụng trong chuỗi.

Sau đó, flip-flop loại T hoặc Toggle là một thiết bị chia cho 2 được kích hoạt cạnh dựa trên flip flop loại JK tiêu chuẩn và được kích hoạt trên cạnh lên của tín hiệu xung nhịp. Kết quả là mỗi bit di chuyển sang phải bằng một lần lật. Tất cả các flip-flops có thể được đặt lại không đồng bộ và có thể được kích hoạt để chuyển sang cạnh đầu hoặc cạnh sau của tín hiệu xunh nhịp đầu vào, làm cho nó trở nên lý tưởng cho Bộ phân chia tần số .

Loại mạch đếm này được sử dụng để phân chia tần số thường được gọi là Bộ đếm nhị phân 3 bit không đồng bộ là đầu ra trên QA đến QC , rộng 3 bit, là số đếm nhị phân từ 0 đến 7 cho mỗi xung clock.

Trong bộ đếm không đồng bộ, xung nhịp chỉ được áp dụng cho giai đoạn đầu tiên với đầu ra của một giai đoạn flip-flop cung cấp tín hiệu xung nhịp cho giai đoạn flip-flop tiếp theo và các giai đoạn tiếp theo lấy xunh nhịp từ giai đoạn trước với xung clock được giảm một nửa theo từng giai đoạn.

Sự sắp xếp này thường được gọi là Không đồng bộ vì mỗi sự kiện xung nhịp xảy ra độc lập vì tất cả các bit trong bộ đếm không thay đổi cùng một lúc. Khi bộ đếm đếm tuần tự theo chiều hướng lên từ 0 đến 7 . Loại bộ đếm này còn được gọi là bộ đếm “tăng” hoặc “chuyển tiếp” ( CTU ) hoặc “Bộ đếm lên không đồng bộ 3 bit” . Bộ đếm không đồng bộ ba bit được hiển thị là điển hình và sử dụng flip-flops ở chế độ bật tắt. Bộ đếm “Giảm” ( CTD ) không đồng bộ cũng có sẵn.

Bảng thực trị cho bộ đếm lên không đồng bộ 3 bit

Do đó, chúng ta có thể thấy rằng đầu ra từ flip-flop loại D bằng một nửa tần số của đầu vào, nói cách khác, nó được tính bằng 2. Bằng cách xếp tầng với nhau nhiều Flip-Flops loại D hoặc Toggle hơn, chúng ta có thể tạo ra một mạch chia cho 2, chia cho 4, chia cho 8, v.v. sẽ chia tần số xung nhịp đầu vào cho 2, 4 hoặc 8 lần, trên thực tế bất kỳ giá trị nào của lũy thừa-2 mà chúng ta muốn tạo một mạch đếm nhị phân.

Bộ đếm nhị phân – Bộ phân chia tần số

Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng bộ đếm không hơn gì một thanh ghi hoặc bộ tạo mẫu chuyên biệt tạo ra một mẫu đầu ra xác định hoặc chuỗi các giá trị nhị phân (hoặc trạng thái) khi áp dụng tín hiệu xung đầu vào được gọi là “clock”.

Clock thực sự được sử dụng để truyền dữ liệu trong các ứng dụng này. Thông thường, bộ đếm là các mạch logic có thể tăng hoặc giảm một số đếm nhưng khi được sử dụng làm bộ đếm chia cho n không đồng bộ, chúng có thể phân chia các xung đầu vào này tạo ra tín hiệu phân chia xung nhịp.

Các bộ đếm 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 một bộ đếm nhị phân “chia cho-n” trong đó “n” là số tầng bộ đếm được sử dụng và được gọi là Modulus . Môđun hay đơn giản là “MOD” của bộ đếm là số trạng thái đầu ra mà bộ đếm đi qua trước khi tự trở về 0, tức là một chu kỳ hoàn chỉnh.

Khi đó một bộ đếm có ba flip-flops như mạch trên sẽ đếm từ 0 đến 7 tức là 2 ⁿ -1 . Nó có tám trạng thái đầu ra khác nhau đại diện cho các số thập phân từ 0 đến 7 và được gọi là bộ đếm Modulo-8 hoặc MOD-8 . Một bộ đếm có bốn flip-flops sẽ đếm từ 0 đến 15 và do đó được gọi là bộ đếm Modulo-16 , v.v.

Một ví dụ về điều này được đưa ra như.

•   Bộ đếm nhị phân 3 bit = 2 ³ = 8 (modulo-8 hoặc MOD-8)
•   Bộ đếm nhị phân 4 bit = 2 ⁴ = 16 (modulo-16 hoặc MOD-16)
•   Bộ đếm nhị phân 8 bit = 2 ⁸ = 256 (modulo-256 hoặc MOD-256)
• và như thế..

Số Modulo có thể được tăng lên bằng cách thêm nhiều flip-flops vào bộ đếm và xếp tầng là một phương pháp để đạt được bộ đếm có mô đun cao hơn. Khi đó, số modulo hoặc MOD có thể được viết đơn giản là: Số MOD = 2 ⁿ

Bộ đếm Modulo-16 4 bit – Bộ phân chia tần số

Bộ đếm không đồng bộ nhiều bit được kết nối theo cách này còn được gọi là “Bộ đếm gợn ” hoặc bộ chia gợn vì sự thay đổi trạng thái ở mỗi giai đoạn dường như tự “gợn” thông qua bộ đếm từ đầu ra LSB đến kết nối đầu ra MSB của nó. Bộ đếm gợn có sẵn ở dạng IC tiêu chuẩn, từ bộ đếm 4 bit kép 74LS393 đến 74HC4060, là bộ đếm gợn 14 bit với bộ dao động clock tích hợp riêng và tạo ra sự phân chia tần số tuyệt vời của tần số cơ bản.

Tóm tắt bộ phận chia tần số

Để phân chia tần số , flip-flops chế độ bật tắt được sử dụng trong một chuỗi như một phép chia cho hai bộ đếm. Một flip-flop sẽ chia xung nhịp, ƒ _IN cho 2, hai flip-flop sẽ chia ƒ _IN cho 4 (v.v.). Một lợi ích của việc sử dụng flip-flops chuyển đổi để phân chia tần số là đầu ra tại bất kỳ điểm nào cũng có chu kỳ nhiệm vụ chính xác 50%.

Tín hiệu xung nhịp đầu ra cuối cùng sẽ có giá trị tần số bằng tần số xung nhịp đầu vào chia cho số MOD của bộ đếm. Các mạch như vậy được gọi là bộ đếm “chia cho n”. Các bộ đếm có thể được hình thành bằng cách kết nối các dép xỏ ngón riêng lẻ với nhau và được phân loại theo cách chúng được tính theo thời gian.

Trong bộ đếm không đồng bộ , ( bộ đếm gợn) flip-flop đầu tiên được tạo xung nhịp bên ngoài và sau đó mỗi flip-flop kế tiếp được xung nhịp bởi đầu ra của flip-flop trước đó. Trong các bộ đếm đồng bộ , đầu vào clock được kết nối với tất cả các bàn lật để chúng được đồng bộ xung nhịp.

Trong hướng dẫn tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét các bộ đếm không đồng bộ và thấy rằng đặc điểm chính của bộ đếm không đồng bộ là mỗi flip-flop trong chuỗi lấy xung nhịp riêng của nó từ flip-flop trước đó và do đó độc lập với xung nhịp đầu vào.