計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)課件2015-11第10章

1、10.3 寄 存 器寄存器主要是由觸發(fā)器組成，一個(gè)觸發(fā)器可以存放一位二進(jìn)制代碼，所以要存放n位二進(jìn)制代碼，寄存器就需要用n個(gè)觸發(fā)器。寄存器常分為:數(shù)碼寄存器和移位寄存器。10.3.1 數(shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器只具有接收數(shù)碼和清除原有數(shù)碼的功能。圖10.23是74LS175的邏輯電路圖: - 由4個(gè)D觸發(fā)器組成的4位數(shù)碼寄存器。在寄存數(shù)碼前，必須先復(fù)位(清零)，使四個(gè)D觸發(fā)器全處于0態(tài)。 在CP接收脈沖上升沿作用下，D0、D 1、D 2和D 3數(shù)據(jù)被并行 存入寄存器。寄存的數(shù)據(jù)從Q0、Q1、Q2和Q3上并行輸出。74LS175的功能如表10.10所示。10.3.2 移位寄存器移位是指在移位命令下，寄

2、存器中各位的內(nèi)容依次向左或向右單向移動(dòng)。能執(zhí)行移位操作的寄存器稱為移位寄存器。移位寄存器又分為單向移位寄存器和雙向移位寄存器。 1.單向移位寄存器觸發(fā)器前級(jí)的輸出端接到下一級(jí)的信號(hào)輸入端，若干個(gè)觸發(fā)器依次如此串行連接，就可構(gòu)成一個(gè)移位寄存器。圖10.24是一個(gè)4位移位寄存器.在CP脈沖作用下數(shù)碼是向右移位寄存，稱為右向移位寄存器。圖10.24下圖10.25所示的為輸入數(shù)碼D0D1D2D3=1101的移位波形。2.雙向移位寄存器數(shù)據(jù)能向左、右邊逐位移位的移位寄存器稱為雙向移位寄存器。圖10.26是用4個(gè)D觸發(fā)器組成的雙向移位寄存器。每一個(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D是和移向轉(zhuǎn)換控制的與或非門(G0G3)

3、輸出端相連接。移向轉(zhuǎn)換控制的與或非門是由控制門S的狀態(tài)決定移位的方向。當(dāng)S=1時(shí)，右向移位寄存；當(dāng)S=0時(shí)，左向移位寄存。10.4 脈沖波形的產(chǎn)生與變換數(shù)字電路中采用兩種方法獲得脈沖波形： 一.利用脈沖振蕩器直接產(chǎn)生所需的脈沖波形； 二.利用脈沖整形電路，把已有的波形變換成所需的脈沖波形.10.4.1 矩形脈沖信號(hào)1.矩形脈沖的參數(shù)。矩形脈沖波形如圖10.29。(1).脈沖周期T 是指在周期性重復(fù)的脈沖序列中， 兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔。 (2).脈沖幅度Um 是指脈沖信號(hào)電壓最大的變化量。 (3). 脈沖寬度TW 是指脈沖前后沿0.5Um處的時(shí)間間隔。圖10.29(4)上升時(shí)間tr是指脈沖前

4、沿從0.1Um上升到0.9Um所需的時(shí)間。(5)下降時(shí)間tf是指脈沖后沿從0.9Um下降到0.1Um所需的時(shí)間。(6)脈寬比脈沖信號(hào)的寬度TW與其周期T的比稱為脈寬比，用 TW / T表示，亦稱為占空比。10.4.2 多諧振蕩器振蕩電路只要參數(shù)合適，電路自身能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖信號(hào)，這種電路稱為多諧振蕩器。由于多諧振蕩器在工作時(shí)不存在穩(wěn)定狀態(tài)，又稱為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。1.電路的組成1). 特點(diǎn): 第一:電路中含有能產(chǎn)生高、低電平的開關(guān)器件.如門電路、電壓比較器等； 第二:電路中都具有反饋網(wǎng)絡(luò).將輸出信號(hào)電壓反饋給開關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)； 第三:電路中還具有定時(shí)環(huán)節(jié).利用RC電路的充放電特

5、性，改變開關(guān)器件 兩種狀態(tài)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)延時(shí)，可獲得所需的脈沖信號(hào)的振蕩頻率。2).由兩個(gè)TTL與非門電路和RC組成的多諧振蕩器。 從圖10.30中看到電容C構(gòu)成了正反饋網(wǎng)絡(luò)，RC是電路的定時(shí)元件。2.工作原理1)第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程 設(shè)G1處于導(dǎo)通(開)的狀態(tài)，有: u01為低電平(0.3V)G2處于關(guān)的狀態(tài)， u02為高電平(3.6V)。這時(shí)電容處于放電狀態(tài)。 R、C與TTL內(nèi)電路的連接 如圖10.31(a). 電容放電導(dǎo)致G1輸入端電壓ui逐 漸下降。當(dāng)ui的電壓低于閾值電 壓UTH(1.4V)時(shí)，電路產(chǎn)生正反饋過(guò)程:圖 10.30圖 10.3(a)正反饋使G1截止，而G2導(dǎo)通，振蕩器進(jìn)入了G

6、1關(guān)、G2開的第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程。這一過(guò)程中: u02的電壓從3.6V下跳至0.3V(下跳3.3V)，但電容兩端電壓不能突變，u02的下跳反映在輸入端電壓ui上，ui從閾值電壓UTH(1.4V)也要下跳3.3V， 所以 ui(0+)=1.4V-3.3V = -1.9V2)第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程u01通過(guò)電阻R向電容C充電，如圖10.31(b)所示。電容C上的充電則是從ui(0+) = -1.9V 開始，以指數(shù)式上升直至ui=閾值電壓UTH(1.4V)，正反饋使G1開、G2關(guān)，振蕩器進(jìn)入了第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程。這時(shí)候，u01 從3.6V下跳至0.3V，u02 從0.3V上跳到3.6V(上跳3.3V)。所以

7、ui(0+)= 1.4 V + 3.3 V = 4.7 V , 上跳到4.7V。隨之又開始電容放電，反復(fù)上述的兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程，振蕩的波形如圖10.32所示。圖10.31(b)3.振蕩的波形如下圖10.32所示。4.主要參數(shù)10.4.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 三個(gè)特點(diǎn)：(1).電路有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)定狀態(tài)；(2).在外來(lái)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；(3).暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能保持的狀態(tài). 故稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)有微分型和積分型兩種類型.本節(jié)分析微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有多種電路,圖10.33(a)由兩個(gè)或非門G 1和G 2構(gòu)成，R和C組成微分定時(shí)電路。圖10.33(b)所示是單

8、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通用邏輯符號(hào)。圖 10.331.工作原理(1)無(wú)觸發(fā)信號(hào)ui=0時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)G2門輸入端經(jīng)電阻R與電源UDD相連接，為高電位，uo2低電位。 而ui=0，G1門的兩個(gè)輸入端均為低電平，uo1高電位。這時(shí)電容C上的 電壓近似為零。電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。 (2)外加觸發(fā)信號(hào)，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)t1時(shí),外加正跳變觸發(fā)信號(hào)ui，uo1由高電平跳到低電平，經(jīng)電容C 藕合，u1電壓由高點(diǎn)位下跳到低電位，uo2為高電平。Uo2的高電位接至G1門的輸入端，導(dǎo)致正反饋：使G1的導(dǎo)通，G2的截止。此時(shí)把外加觸發(fā)信號(hào)ui撤除，由于uo2的高電位和G1門的或邏輯關(guān)系，使G1門輸出端維持低電位。電路由穩(wěn)

9、態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)。(3)通過(guò)對(duì)電容的充電，使電路返回到穩(wěn)態(tài): 由于uo1為低電平，正電源+UDD通過(guò)R對(duì)電容C充電，充電回路為+UDD RC u o1 地。u 1隨C的充電而上升。在t 2時(shí)刻，u 1升高到G2的閥值電壓UTH時(shí)，G 2門的uo2從高電位下跳到低電位。這時(shí)，G1門的兩個(gè)輸入端均為低電位，G1門迅速截止，G2門很快導(dǎo)通。所以電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。(4)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài): 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電容將通過(guò)電阻R放電，使電容上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始值。電路各點(diǎn)的工作波形如右圖10.34所示。10.4.4 施密特觸發(fā)器特點(diǎn):把輸入脈沖波形整形成適合于數(shù)字電路的矩形脈沖，有很強(qiáng)的抗干擾能力。1.電

10、路組成由兩級(jí)CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器,如圖10.35(a).圖(b)為其邏輯符號(hào)。圖中u i通R1和R2分壓來(lái)控制G1門的狀態(tài)。假定反相器的閾值電壓UTH =UDD/2，R1 R2，輸入信號(hào)ui設(shè)為三角波。據(jù)疊加定理: u1 = (10-20)圖10.352.工作過(guò)程:(結(jié)合圖10.36(a)和(b) 波形和曲線，理解其工作狀態(tài))1).當(dāng)ui=0時(shí)，G1門截止，輸出高電位uO1=UDD；G2門導(dǎo)通，輸出uo=0為低電位。2).當(dāng)ui上升時(shí)，據(jù)式(10-20)，G1門電壓u1也隨之上升。只要在u1UTH，電路的狀態(tài)就維持在uo =UDD不變。5).當(dāng)ui上升到最大后開始下降到u1=UTH

11、時(shí)，電路又會(huì)產(chǎn)生如下正反饋過(guò)程:使G1門截止，G2門導(dǎo)通，電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為uo= 0。此時(shí)的輸入信號(hào)ui的電壓值為施密特觸發(fā)器下降時(shí)的轉(zhuǎn)換電壓，稱為負(fù)向轉(zhuǎn)換電壓，用UT-表示。 式據(jù)(10-20 、21),有 (10-21)據(jù)前設(shè)定UTH =UDD/2代入上式，可求得負(fù)向轉(zhuǎn)換電壓UT- ：只要能滿足輸入信號(hào)ui的電壓值小于UT-，施密特觸發(fā)器就會(huì)穩(wěn)定在uo = 0的狀態(tài)上。3.工作特點(diǎn):第一.有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，兩個(gè)穩(wěn)態(tài)都必須靠觸發(fā)信號(hào)來(lái)維持。第二.兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的翻轉(zhuǎn)必需由外信號(hào)的觸發(fā)電壓決定：當(dāng)觸發(fā)信號(hào)大于UT+ 時(shí)，施密特觸發(fā)器從低電平轉(zhuǎn)為高電平；當(dāng)觸發(fā)信號(hào)小于UT-時(shí)，施密特觸發(fā)器從高電平轉(zhuǎn)為低

12、電平。一般有UT+ UT - ，通常稱UT + 為上限觸發(fā)電壓，UT-為下限觸發(fā)電壓， 上下限觸發(fā)電壓差稱為回差電壓。根式(10-21)和式(10-22) 回差電壓: UT=UT+ - UT-=2R1/R2改變R1和R2的大小可以調(diào)整回差電壓值。第三. 回差電壓使其輸出電壓的傳輸特性存在滯回現(xiàn)象。4.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(1)用于波形變換和整形。可以把邊沿變化緩慢和不規(guī)則的周期性信號(hào)變換成矩形脈沖，如圖10.37所示。(2)用于脈沖鑒幅。應(yīng)用施密特觸發(fā)器的正向轉(zhuǎn)換電壓用UT+，將一系列幅度不一的脈沖信號(hào)進(jìn)行鑒幅，如下圖10.38所示。10.7 本 章 小 結(jié)本章內(nèi)容有兩大部分： 一.基本邏輯單元觸發(fā)器： 基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器. 二. 邏輯電路： 計(jì)數(shù)器和寄存器、脈沖波形的產(chǎn)生和整形的脈沖電路。應(yīng)能掌握理基本邏輯單元的工作原理和理解基本邏輯電路的分析方法。(1)觸發(fā)器是一種具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的基本邏輯單元，在外界信號(hào)的作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外界信號(hào)的作用下，維持原來(lái)穩(wěn)定狀態(tài)，具有“記憶”的功能。(2)具有同樣邏輯功能的觸發(fā)器，可以用多種不同電路結(jié)構(gòu)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。(3)由兩個(gè)與非門組成的基本RS觸發(fā)器是各種觸發(fā)器的最基本單元。應(yīng)清楚地理解兩個(gè)輸入端置0，置1的作用： 。(4)同步觸發(fā)器是電位觸發(fā)方式。(5)主從型觸