第4章(N2) 時序電路基礎(chǔ)

1、l4-1 集成觸發(fā)器l4-2 同步時序電路l4-3 集成計數(shù)器其及應(yīng)用l4-4 集成移位寄存器其及應(yīng)用l4-5 隨機(jī)訪問存儲器l4-6 應(yīng)用實例計數(shù)器可利用觸發(fā)器和門電路構(gòu)成。但在實際應(yīng)用中，主要是利用集成計數(shù)器來構(gòu)成。 同步、莫爾型、模八計數(shù)器nnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQZQQT Q TT2101210110102102010)( 1Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Z00000100010100010011001110001001011101110111011111110001l4-3-1 集成計數(shù)器l4-3-2 任意模計數(shù)器l4-3-3 計數(shù)器的擴(kuò)展l4-

2、3-4 集成計數(shù)器的應(yīng)用舉例 在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個數(shù)的電路稱為計數(shù)器。 計數(shù)器是一種非常典型、應(yīng)用很廣的時序電路，除用于計數(shù)、分頻外，還廣泛用于數(shù)字測量、運算和控制，從小型數(shù)字儀表，到大型數(shù)字電子計算機(jī)，幾乎無所不在，是任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 對各種集成計數(shù)器，應(yīng)重點掌握它們的邏輯功能，并在熟悉其功能的基礎(chǔ)上加以充分利用。 計數(shù)器的類型很多，按計數(shù)器時鐘脈沖引入方式和觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時序的異同，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按計數(shù)體制的異同，可分為二進(jìn)制計數(shù)器、BCD碼計數(shù)器；按計數(shù)器中數(shù)字的變化規(guī)律的異同，可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。按復(fù)位方式的異同，可分

3、為異步復(fù)位和同步復(fù)位；按預(yù)置方式的異同，可分為異步預(yù)置和同步預(yù)置。2. 74163的邏輯符號、邏輯功能及工作波形74163的標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號74163的傳統(tǒng)邏輯符號邏輯符號含義功能：響應(yīng)時鐘脈沖上升沿、同步復(fù)位、同步預(yù)置、模16同步加法計數(shù)器3210QQQQCTCOT例1：用復(fù)位端構(gòu)成模6計數(shù)器（反饋清零法）用同步清零時，用N-1狀態(tài)返回清零。 N=最大狀態(tài)1例2：用預(yù)置端構(gòu)成模6計數(shù)器（反饋置數(shù)法）用同步置數(shù)端時，用最大的狀態(tài)返回置數(shù)，預(yù)置數(shù)輸入端為最小狀態(tài)值。 N=最大狀態(tài) 預(yù)置數(shù)1例3：用預(yù)置端和進(jìn)位端構(gòu)成模6計數(shù)器用同步置數(shù)端時，N 16預(yù)置數(shù)計數(shù)器的級聯(lián)是將多個集成計數(shù)器（如M1進(jìn)制、M

4、2進(jìn)制）串接起來，以獲得計數(shù)容量更大的N（=M1M2）進(jìn)制計數(shù)器。異步級聯(lián)實現(xiàn)的方法： 低位的進(jìn)位信號高位的CP端 ,多個集成計數(shù)器不響應(yīng)同一個時鐘信號。同步級聯(lián)實現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號高位的計數(shù)控制端，多個集成計數(shù)器響應(yīng)同一個時鐘信號。采用 級聯(lián)法 例1：用兩片74163級聯(lián)成1616進(jìn)制同步加法計數(shù)器 在計到1111以前，CO0，高位片保持原狀態(tài)不變在計到1111時，CO1，高位片在下一個CP加1例2：用兩片74163級聯(lián)成1616進(jìn)制異步加法計數(shù)器 例3：用兩片74163級聯(lián)成五十進(jìn)制計數(shù)器 十進(jìn)制數(shù)49對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0001 實現(xiàn)從00000000到00110001的50

5、進(jìn)制計數(shù)器例4：用兩片74163級聯(lián)成8421BCD碼模60異步加法計數(shù)器 問題：如何用兩片74163級聯(lián)成8421BCD碼模60同步加法計數(shù)器1. 構(gòu)成可編程分頻器 分頻器可用來降低信號的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號頻率fI與輸出信號頻率fO之比稱為分頻比N。N進(jìn)制計數(shù)器可實現(xiàn)N分頻器?？删幊谭诸l器是指分頻比N隨輸入置數(shù)的變化而改變的分頻器?？删幊谭诸l器在通信、雷達(dá)和自動控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。具有并行置數(shù)功能的計數(shù)器都可以構(gòu)成可編程分頻器。 例1：可編程分頻器分頻比：16-N構(gòu)成構(gòu)成 ： 計數(shù)器組合邏輯電路 序列信號是在時鐘脈沖作用下的一串周期性輸出的二進(jìn)制信號。序列信號的

6、位數(shù)稱為序列長度P 設(shè)計長度為P的序列信號發(fā)生器，可以先設(shè)計一個模P的計數(shù)器，再加一個數(shù)據(jù)選擇器，計數(shù)器的輸出接在MUX的地址端，序列數(shù)據(jù)接在MUX的數(shù)據(jù)端。例2：01100011序列信號發(fā)生器例3：設(shè)計一個011001序列信號發(fā)生器在數(shù)字電路中，能按一定時間、一定順序輪流輸出脈沖波形的電路稱為脈沖分配器。脈沖分配器也稱順序脈沖發(fā)生器或節(jié)拍脈沖發(fā)生器，一般由計數(shù)器和譯碼器組成。作為時間基準(zhǔn)的計數(shù)脈沖由計數(shù)器的輸入端送入，譯碼器即將計數(shù)器狀態(tài)譯成輸出端上的順序脈沖，使輸出端上的狀態(tài)按一定時間、一定順序輪流為1，或者輪流為0。D0D1D2D3STA Y0STB Y1STC Y2Y3Y4Y5Y6Y7

7、LDCRCTTCTPQ0Q1Q2Q3CO74LS16374LS138計數(shù)器譯碼器 1CPY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774192的標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號74192的傳統(tǒng)邏輯符號邏輯符號含義邏輯符號含義74192的特性74192的功能表32103210QQQQCPBOQQQQCPCODU減計數(shù)時：加計數(shù)時：用異步清零端時，用N狀態(tài)返回清零。例5：74192構(gòu)成的模6計數(shù)器的設(shè)計（用預(yù)置端）用異步置數(shù)端時，用最大的狀態(tài)1返回置數(shù)，數(shù)據(jù)輸入端為最小狀態(tài)值。74192的標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號74192的傳統(tǒng)邏輯符號模10減1計數(shù)110模10加1計數(shù)110D0D1D2D30000001Q0Q1Q2Q3CPDCPULDCR

8、保 持010保 持01032103210QQQQCPBOQQQQCPCODU減計數(shù)時：加計數(shù)時：用異步清零端時，用N狀態(tài)返回清零。例5：74192構(gòu)成的模6計數(shù)器的設(shè)計（用預(yù)置端）用異步置數(shù)端時，用最大的狀態(tài)1返回置數(shù)，數(shù)據(jù)輸入端為最小狀態(tài)值。例6：用74192構(gòu)成模100加/減計數(shù)器設(shè)計1、用同步清零端時，用N-1狀態(tài)返回清零。 用異步清零端時，用N狀態(tài)返回清零。2、用同步置數(shù)端時，用最大的狀態(tài)返回置數(shù)，數(shù)據(jù)輸入端為最小狀態(tài)值。用異步置數(shù)端時，用最大的狀態(tài)+1返回置數(shù)，數(shù)據(jù)輸入端為最小狀態(tài)值。3、如果返回狀態(tài)為1111時，可用進(jìn)位端。4、返回的狀態(tài)只要把取值為1的Q端接入與非門（或與門）的輸

9、入端。l4-4-1 集成移位寄存器l4-4-2 移位型計數(shù)器l4-4-3 串-并、并-串變換器l4-4-4 線性移位寄存器寄存器通常分為兩大類： 數(shù)碼寄存器：存儲二進(jìn)制數(shù)碼、運算結(jié)果或指令等信息的電路。移位寄存器：不但可存放數(shù)碼，而且在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移位。 組成：觸發(fā)器和門電路。一個觸發(fā)器能存放一位二進(jìn)制數(shù)碼；N個觸發(fā)器可以存放N位二進(jìn)制數(shù)碼。寄存器應(yīng)用舉例： (1) 運算中存貯數(shù)碼、運算結(jié)果。(2) 計算機(jī)的CPU由運算器、控制器、譯碼器、寄存器組成，其中就有數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器、一般寄存器。 (3) 移位寄存器除了具有存儲數(shù)碼的功能外，還具有移位功能。

10、移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。 74194功能：具有左移、右移、串（并行）輸入、串（并行）輸出、保持、清除等功能的4位雙向移位寄存器。74194的標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號74194傳統(tǒng)邏輯符號l四位雙向移位寄存器74LS194構(gòu)成八位雙向移動寄存器1. 環(huán)形計數(shù)器無自啟動性！移位型計數(shù)器由移位寄存器加反饋網(wǎng)絡(luò)組成實現(xiàn)環(huán)形計數(shù)器時，必須設(shè)置適當(dāng)?shù)某鯌B(tài), N位環(huán)形計數(shù)器由N位寄存器構(gòu)成。環(huán)形計數(shù)器電路圖環(huán)形計數(shù)器工作波形2. 扭環(huán)形計數(shù)器N位環(huán)形計數(shù)器由N位寄

11、存器構(gòu)成，N位移位寄存器可以構(gòu)成模2N計數(shù)器無自啟動性！扭環(huán)形計數(shù)器電路圖扭環(huán)形計數(shù)器工作波形把若干位串行二進(jìn)制數(shù)碼變?yōu)椴⑿卸M(jìn)制數(shù) 碼的過程。1. 數(shù)字系統(tǒng)中，信息的傳輸常常是串行的，處理和加工通常是并行的，因此有必要進(jìn)行輸入、輸出的串并，并串轉(zhuǎn)換。例1：帶有標(biāo)志位的8位串并并換器例2：具有控制功能的8位并串并換器CPQQ1AQ1BQ1CQ1DQ2AQ2BQ2CQ2D1d0011111112d1d001111113d2d1d00111114d3d2d1d0011115d4d3d2d1d001116d5d4d3d2d1d00117d6d5d4d3d2d1d0018d7d6d5d4d3d2d1d

12、00帶有標(biāo)志位的8位串并并換器電路圖帶有標(biāo)志位的8位串并并換器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換例例1 1：d7011111118d6d701111117d5d6d70111116d4d5d6d7011115d3d4d5d6d701114d2d3d4d5d6d70113d1d2d3d4d5d6d7012d0d1d2d3d4d5d6d701Q2DQ2CQ2BQ2AQ1DQ1C Q1B Q1AQCP 移位寄存器可構(gòu)成序列信號發(fā)生器，在通信及數(shù)字電路故障檢測中應(yīng)用廣泛。若反饋函數(shù)為： S=C0(C1Q1)(CnQn)稱為線性反饋移位移位寄存器（LFSR)。例1：4位移位寄存器中，反饋函數(shù)為Q1Q4，的電路產(chǎn)生的M序列為：

13、100011110101100 序列中1和0出現(xiàn)的概率接近相等，稱為偽隨機(jī)序列，N位移位寄存器所能產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列長度P2n-1,長度P= 2n-1的偽隨機(jī)序列又稱為M序列。100000010011011111111110110110100101101101101100100100100100Q4Q3Q2Q1M序列的反饋函數(shù)能用于存儲大量數(shù)據(jù)或信號的器件能用于存儲大量數(shù)據(jù)或信號的器件。 l 半導(dǎo)體存儲器：半導(dǎo)體存儲器：通過采用專門的電路結(jié)構(gòu)，以滿足大通過采用專門的電路結(jié)構(gòu)，以滿足大量數(shù)據(jù)存儲要求的半導(dǎo)體器件。（觸發(fā)器和寄存器雖然具量數(shù)據(jù)存儲要求的半導(dǎo)體器件。（觸發(fā)器和寄存器雖然具有存儲的功能，

14、但觸發(fā)器是小規(guī)模集成電路，寄存器為中有存儲的功能，但觸發(fā)器是小規(guī)模集成電路，寄存器為中規(guī)模集成電路，采用觸發(fā)器或寄存器電路結(jié)構(gòu)來存儲大量規(guī)模集成電路，采用觸發(fā)器或寄存器電路結(jié)構(gòu)來存儲大量數(shù)據(jù)是不可能的，也是得不償失的。）數(shù)據(jù)是不可能的，也是得不償失的。）：（硬盤、軟盤、光盤等。這些設(shè)備具有存儲大量數(shù)據(jù)或信號的存儲特點，（硬盤、軟盤、光盤等。這些設(shè)備具有存儲大量數(shù)據(jù)或信號的存儲特點，但它的存儲單元不屬于電氣部件，不可與電氣設(shè)備直接聯(lián)接，需要接口電但它的存儲單元不屬于電氣部件，不可與電氣設(shè)備直接聯(lián)接，需要接口電路。）路。） l 磁表面存儲器磁表面存儲器 硬盤、軟盤等利用電磁特性的存儲器硬盤、軟盤等

15、利用電磁特性的存儲器 l 光存儲器光存儲器各種光盤，采用激光照射產(chǎn)生的高溫使光盤的表面凹進(jìn)各種光盤，采用激光照射產(chǎn)生的高溫使光盤的表面凹進(jìn)去表示去表示2 2進(jìn)制的進(jìn)制的1 1，平滑的地方表示，平滑的地方表示0 0。 MOS存儲器和雙極型存儲器。存儲器和雙極型存儲器。速度快，功耗大，價格高。速度快，功耗大，價格高。 例如：例如：CPU中高速緩存。中高速緩存。l 集成度高，功耗小，價格低。集成度高，功耗小，價格低。 例如：內(nèi)存。例如：內(nèi)存。 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）、隨機(jī)訪問存）、隨機(jī)訪問存儲器（儲器（RAM）。）?？煞奖愕刈x寫數(shù)據(jù)，但當(dāng)電可方便地讀寫數(shù)據(jù)，但當(dāng)電源去掉后所存的信息立即消失

16、。目前常用的源去掉后所存的信息立即消失。目前常用的RAM有有SRAM（靜（靜態(tài)態(tài)RAM）、）、DRAM（動態(tài)（動態(tài)RAM）等。）等。 l 從字面意思上看只可讀，從字面意思上看只可讀，但現(xiàn)在的但現(xiàn)在的ROM芯片均可寫芯片均可寫。l 固定固定ROM：在工廠制作時就將需要存儲的信息用電路結(jié)構(gòu)在工廠制作時就將需要存儲的信息用電路結(jié)構(gòu)固定下來，使用時無法再更改。固定下來，使用時無法再更改。例如：早期的主板BIOS芯片采用的是固定ROM，它的Firmware 代碼是在芯片生產(chǎn)過程中固化的，并且 永遠(yuǎn)無法修改。（Firmware是軟件，但與普通軟件完全不同，它是固化在集成電路內(nèi)部的程序代碼，集成電路的功能就

17、是由這些程序決定的。） l 可編程可編程ROM（簡稱（簡稱PROM）：由用戶按自己的需要寫入信息，由用戶按自己的需要寫入信息，但只能寫入一次，一經(jīng)寫入就不能修改。但只能寫入一次，一經(jīng)寫入就不能修改。例如：一般顯卡上的ROM上多采用這 種PROM，它的價格相對較低。 l可擦可編程可擦可編程ROM（簡稱（簡稱EPROM）：）：由用戶寫入信息后若需由用戶寫入信息后若需要改動時，還可以擦去重寫。它具有較大的使用靈活性，但這要改動時，還可以擦去重寫。它具有較大的使用靈活性，但這種改寫需使用專門的擦寫設(shè)備，不可在線改寫，而且費時，所種改寫需使用專門的擦寫設(shè)備，不可在線改寫，而且費時，所以實際使用時常只讀不

18、寫。以實際使用時常只讀不寫。例如：帶窗口的EPROM芯片，這種EPROM可以用紫外線 來擦除原有的Firmware，并用專用的讀寫器更新它的Firmware。l可電改寫可電改寫ROM（簡稱（簡稱EEPROM）：）：由用戶寫入信息后若需要由用戶寫入信息后若需要改動時可在線改寫，無須專門的擦寫設(shè)備。改動時可在線改寫，無須專門的擦寫設(shè)備。例如：現(xiàn)在的主板BIOS，它是一種在一定的電壓、電流條件 下，可對其Firmware進(jìn)行更新的集成電路塊。 l快閃快閃ROM（Flash ROM）: 它采它采用以數(shù)據(jù)塊為單位的電改寫方式，用以數(shù)據(jù)塊為單位的電改寫方式，具有很高的寫入速度。具有很高的寫入速度。 存儲矩陣存儲矩陣 存儲矩陣是由基本存儲單元（可存儲n位二進(jìn)制數(shù)據(jù)）構(gòu)成的存儲列。 l 存儲器的字?jǐn)?shù)存儲器的字?jǐn)?shù) 能存入一“0”或一個“1”（即1bit信息），稱之一個記憶單元。由n個記憶單元組成的一條信息叫一個“字字”。存儲器的字?jǐn)?shù)反映了存儲器的存儲信息的多少。 l 存儲器的位數(shù)存儲器的位數(shù) 存儲器每個“字”所具有的二進(jìn)制位數(shù)稱為存儲器的位數(shù)。 習(xí)慣上稱之為字長。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯符號尋址確定待訪問的單元的過程。二二元元尋尋址址的的1 16 61 1R RA AM M讀出10寫入00隔離1操作R/WCSRAM中的記憶單元分類：靜態(tài)記憶單元；動態(tài)記憶單元。靜態(tài)RAM：由靜態(tài)記憶單元構(gòu)成，簡稱為