Mạch đếm thông dụng và phổ biến nhất vãn hay được sử dụng là loại 4518 (đếm chia 10) hoặc 4520 (đếm chia 16) như được mô tả bên dưới đây.
Mỗi IC 4518 hoặc 4520 chứa hai bộ chia 10 (4518) hoặc chia 16 (4520) giống nhau và việc sử dụng rất thuận tiện như Bảng sự thật bên phải trên đây:
Mỗi bộ chia của 4518 hoặc 4520 để có 2 chân để có thể đưa Xung Clock (Xung cần được chia) vào để chia tần gồm Clock và Enable.
Vì vậy, có 2 trường hợp sử dụng tính năng chia tần của mạch chia như dưới đây:
Nếu Enable = 1 thì khi Xung Clock được đưa vào thay đổi trạng thái từ mức thấp L lên mức cao H thì Bộ đếm sẽ đếm tăng thêm 1 Bit ở đầu ra.
Nếu Clock = 0 và Enable thay đổi từ mức cao xuống mức thấp thì Bộ đếm cũng sẽ tăng 1 Bit ở đầu ra.
Các trường hợp khác, đầu ra của Bộ đếm không thay đổi trạng thái.
Chú ý: Bộ đếm chỉ hoạt động khi RESET = 0, nếu RESET = 1 thì tất cả ngõ ra của Bộ đếm đều ở mức thấp.
Hình bên cũng mô tả cho thấy mỗi IC 4518 hoặc 4520 có 2 Bộ chia và sơ đồ chân.
Hình trên mô tả cấu trúc bên trong của 4520, bên trong mỗi IC 4520 chứa 2 bộ chia 4 Bit để có thể chia Tần số vào Clock thành 16 lần.
Về thực chất, mỗi IC 4520 chứa 4 Trigger D và mỗi Trigger được ghép phản hồi từ Ngõ ra Q đảo về với Ngõ vào D để tạo thành 1 mạch chia 2 và tạo thành hệ thống mạch chia tần số theo tuần tự dưới đây:
Trigger D đầu tiên có Ngõ ra Q1 chia 2 so với Tần số Clock vào, Trigger tiếp theo có Ngõ ra Q2 chia 2 so với Trigger đầu tiên và chia 4 so với Tần số Clock vào. Trigger có Ngõ ra Q3 chia 2 Tần số của Trigger thứ 2 và chia 8 Tần số Clock.
Cuối cùng, Trigger cuối có Ngõ ra Q4 sẽ chia đôi Tần số của Trigger thứ 3 và chia 16 Tần số Xung Clock.
Toàn bộ Mạch chia 4 Bit trên đây hoạt động theo nguyên lý Đồng bộ bởi vì tất cả các Trigger của Mạch chia nói trên đều hoạt động đồng loạt khi có Xung Clock tác động vào Ngõ vào Clock: Khi Xung Clock thay đổi từ mức thấp lên mức cao thì Mạch NAND sẽ chuyển từ mức cao xuống mức thấp và Trigger Q1 đầu tiền sẽ được 1 Mạch Not (Đảo) làm cho Xung này biến đổi ngược lại là chuyển từ mức thấp lên mức cao để tác động vào Ngõ vào C1 làm cho Trigger Q1 này bắt đầu đếm:
Khi Ngõ ra Q1 = 1 thì Q1 bị đảo bởi một mạch Not ngay sau nó để biến thành Xung có mức thấp nhằm đưa vào Mạch NAND có 2 Ngõ vào Not của Ngõ vào C2 của Trigger Q2 cho Trigger Q2 được phép đếm.
Như vậy, Trigger Q2 chỉ được phép đếm khi Ngõ ra Q1 = 1 và sau khi Q1 thay đổi trạng thái 2 lần tức là đạt được 2 Xung có trạng thái bằng 1 liên tiếp nhau thì Trigger Q2 mới đếm được 1 lần đồng thời quá trình đếm (chia Tần số) của Q2 được kiểm soát bởi sự cho phép của Xung Clock tác động.
Tương tự, Trigger Q3 được phép đếm thông qua sự kiểm soát đồng thời của cả 2 Ngõ ra Q1 = Q2 = 1 và cả Xung Clock ở đầu vào cũng bằng 1 thông qua một Mạch NAND có 3 Ngõ vào Not.
Cuối cùng, Trigger Q4 chỉ được phép chia Tần số khi và chỉ khi đồng loạt các giá trị Q1 = Q2 = Q3 = Clock = 1.
Nhờ có sự tác động đồng bộ (tức là đồng thời) của Xung Clock cho tất cả các Trigger nên quá trình đếm/chia tần của IC 4520 được gọi là đếm đồng bộ.
Về nguyên tắc, để chế tạo được các Mạch đếm Đồng bộ thì cấu trúc sẽ phức tạp hơn rất nhiều so với các kiểu mạch đếm không đồng bộ nhưng bù lại sự hoạt động của các Mạch đếm Đồng bộ có tính ổn định cao hơn và tin cậy hơn.
Ứng dụng của 4520
² Biến đổi 4520 thành 4518
Mặc dù 4518 hiện nay rất phổ biến và rất rẻ trên Thị trường nhưng việc biến đổi 4520 thành 4518 để có thể biến đổi từ bộ chia 16 (4 Bit Binary) thành bộ chia 10 (Binary Codeed Decimal – BCD hay còn gọi là Bộ đếm Decade) thông qua việc phối hợp thêm các mạch Modul như dưới đây:
Theo mạch trên, các mạch Modul để biến đổi Mã Nhị phân Binary tự nhiên thành các nhóm Mã Nhị – Thập phân BCD được thực hiện đơn giản bằng một Mạch AND sao cho khi giá trị của các Bít Ngõ ra đạt được giá trị là 1010 = 10 thì Ngõ ra của Mạch AND sẽ bằng 1 để xóa ngay tần đếm đó đồng thời cấp luôn sườn Xung lên cho tầng đếm tiếp theo có thể đếm tăng lên thêm 1 trong khi tầng trước thực hiện chế độ Reset về 0 toàn bộ các Ngõ ra.
² Bộ đếm với Cơ số - Hệ số đếm bất kỳ
Tương tự, có thể biến các Mạch đếm 4520 hoặc 4518 thành các bộ đếm có giới hạn – hệ số đếm khác 16 hoặc khác 10 so với hệ số nguyên bản của các IC đó bằng cách tạo ra các mạch AND hoặc NAND có số Ngõ vào thích hợp với Mã số của Hệ số giới hạn hệ số đếm mà ta cần tạo ra.
Ví dụ, muốn tạo ra bộ đếm chia 7 thì có thể sử dụng bất kỳ IC 4518 hoặc 4520 để có thể thiết lập hệ thống mạch đếm như hình bên cạnh đây:
Hoạt động của mạch này hết sức đơn giản như sau: Khi kết quả các tầng đếm vừa đạt được 1000 (tức là bằng 8 theo Mã Thập phân) thì lập tức tầng đếm đó bị xóa về 0000 đối với tất cả 4 Bit Ngõ ra vì Bit Q3 nối với chân Reset của tầng đếm đó đồng thời sẽ tạo ra sườn Xung để cấp vào cho chân Clock của tầng đếm tiếp theo nên cứ sau mỗi lần tầng đếm trước được xóa về 0000 thì tầng sau sẽ được đếm tăng lên thêm 1 Bit.
Chú ý: Thời gian tồn tại của Bit 1000 (tức là trạng thái của giá trị giới hạn đúng bằng 8 theo Mã Thập phân) là rất ngắn vì khi vừa đúng bằng 1000 thì nó sẽ lập tức xóa tầng đếm nên thời gian tồn tại của Xung thứ 8 trong mỗi tầng đếm được bỏ qua.
Vì thế, trên thực tế, các tầng đếm nói trên chỉ được coi là đếm đến 7.
Mạch đếm không đồng bộ
Là mạch đếm được sử dụng rất phổ biến đối với IC 4520 như dưới đây:
Trong đó, Ngõ vào đầu tiên Clock Input được đếm bằng sườn Xung lên (chuyển từ mức thấp lên mức cao) tức là Clock Input được đưa vào chân Clock và chân Enable được nối lên dương nguồn còn tất cả các mạch đếm tiếp theo đều đếm bằng sườn Xung xuống (chuyển từ mức cao xuống mức thấp) tức là Xung đếm ở Ngõ ra cuối cùng của tầng trước sẽ được đưa vào chân Enable của tầng sau và các chân Clock của các tầng đếm sau đều được nối xuống âm nguồn.
Mạch đếm không đồng bộ nói trên được mô phỏng trạng thái Logic Ngõ vào và các Ngõ ra như dưới đây:
Chú ý: Đây là trường hợp đếm Xung hoặc chia Tần số tự do nên không cần phải bắt buộc điểm khởi đầu hoặc kết thúc của quá trình nên các chân Reset đều được nối xuống âm nguồn.
Trong trường hợp nếu cần phải xác lập chu trình đếm Xung hoặc chia Tần số có định thời (có Chu kỳ xác định) thì các chân Reset phải được nối chung nhau và được nối với một Lệnh điều khiển theo Chu kỳ hoặc theo một Lệnh định thời PS xác lập được để khi lệnh này PS = 1 thì toàn bộ Mạch đếm đều được xóa về 0 hoàn toàn (các Ngõ ra đều bị xóa về 0 đồng loạt), khi PS = 0 thì Bộ đếm bắt đầu được phép đếm từ đầu…
² Mạch đếm Đồng bộ
Mạch đếm trên đây được gọi là ‘Mạch đếm không Đồng bộ’ vì toàn bộ mạch đếm nói trên có tất cả 4 tầng đếm gồm 2 IC (mỗi IC có 2 tầng đếm ghép liên tiếp nhau) và Ngõ ra cuối cùng của tầng trước ghép với Ngõ vào đảo (Enable) của tầng sau nên sự chuyển trạng thái của các tầng đếm sau chỉ phụ thuộc sự tác động của Ngõ ra sau cùng của tầng đếm trước nó chứ không phụ thuộc vào Xung Clock Input đầu tiên của Ngõ vào của toàn bộ mạch đếm.
Ưu điểm của Mạch đếm không Đồng bộ là thiết kế đơn giản và lắp ráp cũng thuận tiện nhưng trong nhiều trường hợp cần phải kiểm soát chính xác phase Xung của các Ngõ ra trên các tầng đếm thì sẽ rất khó.
Vì vậy, trong những trường hợp điều khiển chính xác và đòi hỏi độ tin cậy cao, người ta phải thiết lập Mạch đếm Đồng bộ thong qua sự kiểm soát nhất quán của Xung Clock Input trên toàn bộ các tầng lien kết của Bộ đêm như dưới đây:
Mạch trên đây cho thấy sự chuyển trạng thái đồng loạt của các tầng đếm sao cho khi tất cả các Bit Ngõ ra của tầng đếm trước đều bằng 1 thì các Mạch NAND 4012 sẽ tạo ra mức Logic bằng 0 cho chân Clock của tầng đếm phía sau để đặt tầng đếm phía sau vào trạng thái sẵn sang đếm khi Xung Clock bắt đầu chuyển từ mức cao xuống mức thấp.
Nhờ vậy, Xung clock được đưa đồng loạt vào tất cả các chân Enable của tất cả các tầng đếm và các tầng đếm thứ 2 cho đến tầng đếm cuối cùng đều hoạt động theo nguyên tắc là tầng đếm trước bắt đầu đếm từ 0 cho đến 15 (tương ứng với Mã Nhị phân là từ 0000 cho đến 1111) thì khi và chỉ khi tầng đếm trước có giá trị đúng bằng 15 tức là tất cả các Ngõ ra đều bằng 1 thì tầng sau mới bắt đầu được phép đếm lên thêm 1 đơn vị (tức là tăng thêm được 1 Bit).
Sau khi tầng sau đếm lên thêm 1 thì tầng trước cũng bắt đầu được xóa về 0 nên Ngõ ra của Mạch NAND 4012 sẽ tăng lên 1 vì vậy chân Clock của tầng đếm sau sẽ khóa tầng đếm phía sau (nếu chân Clock của tầng đếm nào bằng 1 thì tầng đếm đó sẽ ngừng đếm cho đến khi chân clock của nó bằng 0 thì mới bắt đầu đếm khi Xung đặt vào chân Enable chuyển từ mức cao xuống mức thấp).
Tác giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh
Lưu ý: Các bài viết trên in lại các trang web hoặc các nguồn phương tiện truyền thông khác không xác định nguồn http://tri-heros.net là vi phạm bản quyền
Những tin mới hơn
Những tin cũ hơn