南航考研878数电课件第4章(N2)

1、l4-1 集成触发器l4-2 同步时序电路l4-3 集成计数器其及应用l4-4 集成移位寄存器其及应用l4-5 随机访问存储器l4-6 应用实例计数器可利用触发器和门电路构成。但在实际应用中，主要是利用集成计数器来构成。 同步、莫尔型、模八计数器nnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQZQQT Q TT2101210110102102010)( 1Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Z00000100010100010011001110001001011101110111011111110001l4-3-1 集成计数器l4-3-2 任意模计数器l4-3-3 计数器的扩展l4-

2、3-4 集成计数器的应用举例 在数字电路中，能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。 计数器是一种非常典型、应用很广的时序电路，除用于计数、分频外，还广泛用于数字测量、运算和控制，从小型数字仪表，到大型数字电子计算机，几乎无所不在，是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。 对各种集成计数器，应重点掌握它们的逻辑功能，并在熟悉其功能的基础上加以充分利用。 计数器的类型很多，按计数器时钟脉冲引入方式和触发器翻转时序的异同，可分为同步计数器和异步计数器；按计数体制的异同，可分为二进制计数器、BCD码计数器；按计数器中数字的变化规律的异同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。按复位方式的异同，可分

3、为异步复位和同步复位；按预置方式的异同，可分为异步预置和同步预置。2. 74163的逻辑符号、逻辑功能及工作波形74163的标准逻辑符号74163的传统逻辑符号逻辑符号含义功能：响应时钟脉冲上升沿、同步复位、同步预置、模16同步加法计数器3210QQQQCTCOT例1：用复位端构成模6计数器（反馈清零法）用同步清零时，用N-1状态返回清零。 N=最大状态1例2：用预置端构成模6计数器（反馈置数法）用同步置数端时，用最大的状态返回置数，预置数输入端为最小状态值。 N=最大状态 预置数1例3：用预置端和进位端构成模6计数器用同步置数端时，N 16预置数计数器的级联是将多个集成计数器（如M1进制、M

4、2进制）串接起来，以获得计数容量更大的N（=M1M2）进制计数器。异步级联实现的方法： 低位的进位信号高位的CP端 ,多个集成计数器不响应同一个时钟信号。同步级联实现的方法：低位的进位信号高位的计数控制端，多个集成计数器响应同一个时钟信号。采用 级联法 例1：用两片74163级联成1616进制同步加法计数器 在计到1111以前，CO0，高位片保持原状态不变在计到1111时，CO1，高位片在下一个CP加1例2：用两片74163级联成1616进制异步加法计数器 例3：用两片74163级联成五十进制计数器 十进制数49对应的二进制数为0011 0001 实现从00000000到00110001的50

5、进制计数器例4：用两片74163级联成8421BCD码模60异步加法计数器 问题：如何用两片74163级联成8421BCD码模60同步加法计数器1. 构成可编程分频器 分频器可用来降低信号的频率，是数字系统中常用的电路。分频器的输入信号频率fI与输出信号频率fO之比称为分频比N。N进制计数器可实现N分频器。可编程分频器是指分频比N随输入置数的变化而改变的分频器。可编程分频器在通信、雷达和自动控制系统中被广泛应用。具有并行置数功能的计数器都可以构成可编程分频器。 例1：可编程分频器分频比：16-N构成构成 ： 计数器组合逻辑电路 序列信号是在时钟脉冲作用下的一串周期性输出的二进制信号。序列信号的

6、位数称为序列长度P 设计长度为P的序列信号发生器，可以先设计一个模P的计数器，再加一个数据选择器，计数器的输出接在MUX的地址端，序列数据接在MUX的数据端。例2：01100011序列信号发生器例3：设计一个011001序列信号发生器在数字电路中，能按一定时间、一定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为脉冲分配器。脉冲分配器也称顺序脉冲发生器或节拍脉冲发生器，一般由计数器和译码器组成。作为时间基准的计数脉冲由计数器的输入端送入，译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲，使输出端上的状态按一定时间、一定顺序轮流为1，或者轮流为0。D0D1D2D3STA Y0STB Y1STC Y2Y3Y4Y5Y6Y7

7、LDCRCTTCTPQ0Q1Q2Q3CO74LS16374LS138计数器译码器 1CPY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774192的标准逻辑符号74192的传统逻辑符号逻辑符号含义逻辑符号含义74192的特性74192的功能表32103210QQQQCPBOQQQQCPCODU减计数时：加计数时：例4：74192构成的模6计数器的设计（用复位端）用异步清零端时，用N状态返回清零。例5：74192构成的模6计数器的设计（用预置端）用异步置数端时，用最大的状态1返回置数，数据输入端为最小状态值。74192的标准逻辑符号74192的传统逻辑符号模10减1计数110模10加1计数110D0D1D2D3

8、0000001Q0Q1Q2Q3CPDCPULDCR保 持010保 持01032103210QQQQCPBOQQQQCPCODU减计数时：加计数时：例4：74192构成的模6计数器的设计（用复位端）用异步清零端时，用N状态返回清零。例5：74192构成的模6计数器的设计（用预置端）用异步置数端时，用最大的状态1返回置数，数据输入端为最小状态值。例6：用74192构成模100加/减计数器设计1、用同步清零端时，用N-1状态返回清零。 用异步清零端时，用N状态返回清零。2、用同步置数端时，用最大的状态返回置数，数据输入端为最小状态值。用异步置数端时，用最大的状态+1返回置数，数据输入端为最小状态值。

9、3、如果返回状态为1111时，可用进位端。4、返回的状态只要把取值为1的Q端接入与非门（或与门）的输入端。l4-4-1 集成移位寄存器l4-4-2 移位型计数器l4-4-3 串-并、并-串变换器l4-4-4 线性移位寄存器寄存器通常分为两大类： 数码寄存器：存储二进制数码、运算结果或指令等信息的电路。移位寄存器：不但可存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位。 组成：触发器和门电路。一个触发器能存放一位二进制数码；N个触发器可以存放N位二进制数码。寄存器应用举例： (1) 运算中存贮数码、运算结果。(2) 计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成，其中就

10、有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器。 (3) 移位寄存器除了具有存储数码的功能外，还具有移位功能。移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。 2. 74194的逻辑符号、逻辑功能74194功能：具有左移、右移、串（并行）输入、串（并行）输出、保持、清除等功能的4位双向移位寄存器。74194的标准逻辑符号74194传统逻辑符号l四位双向移位寄存器74LS194构成八位双向移动寄存器1. 环形计数器无自启动性！移位型计数器由移位寄存器加反馈网络组成实现环形计

11、数器时，必须设置适当的初态, N位环形计数器由N位寄存器构成。环形计数器电路图环形计数器工作波形2. 扭环形计数器N位环形计数器由N位寄存器构成，N位移位寄存器可以构成模2N计数器无自启动性！扭环形计数器电路图扭环形计数器工作波形把若干位串行二进制数码变为并行二进制数 码的过程。1. 数字系统中，信息的传输常常是串行的，处理和加工通常是并行的，因此有必要进行输入、输出的串并，并串转换。例1：带有标志位的8位串并并换器例2：具有控制功能的8位并串并换器CPQQ1AQ1BQ1CQ1DQ2AQ2BQ2CQ2D1d0011111112d1d001111113d2d1d00111114d3d2d1d00

12、11115d4d3d2d1d001116d5d4d3d2d1d00117d6d5d4d3d2d1d0018d7d6d5d4d3d2d1d00带有标志位的8位串并并换器电路图带有标志位的8位串并并换器的状态转换例例1 1：例例2:具有控制功能的8位并串并换器d7011111118d6d701111117d5d6d70111116d4d5d6d7011115d3d4d5d6d701114d2d3d4d5d6d70113d1d2d3d4d5d6d7012d0d1d2d3d4d5d6d701Q2DQ2CQ2BQ2AQ1DQ1C Q1B Q1AQCP 移位寄存器可构成序列信号发生器，在通信及数字电路故障

13、检测中应用广泛。若反馈函数为： S=C0(C1Q1)(CnQn)称为线性反馈移位移位寄存器（LFSR)。例1：4位移位寄存器中，反馈函数为Q1Q4，的电路产生的M序列为： 100011110101100 序列中1和0出现的概率接近相等，称为伪随机序列，N位移位寄存器所能产生的伪随机序列长度P2n-1,长度P= 2n-1的伪随机序列又称为M序列。100000010011011111111110110110100101101101101100100100100100Q4Q3Q2Q1M序列的反馈函数能用于存储大量数据或信号的器件能用于存储大量数据或信号的器件。 l 半导体存储器：半导体存储器：通过采

14、用专门的电路结构，以满足大通过采用专门的电路结构，以满足大量数据存储要求的半导体器件。（触发器和寄存器虽然具量数据存储要求的半导体器件。（触发器和寄存器虽然具有存储的功能，但触发器是小规模集成电路，寄存器为中有存储的功能，但触发器是小规模集成电路，寄存器为中规模集成电路，采用触发器或寄存器电路结构来存储大量规模集成电路，采用触发器或寄存器电路结构来存储大量数据是不可能的，也是得不偿失的。）数据是不可能的，也是得不偿失的。）：（硬盘、软盘、光盘等。这些设备具有存储大量数据或信号的存储特点，（硬盘、软盘、光盘等。这些设备具有存储大量数据或信号的存储特点，但它的存储单元不属于电气部件，不可与电气设备

15、直接联接，需要接口电但它的存储单元不属于电气部件，不可与电气设备直接联接，需要接口电路。）路。） l 磁表面存储器磁表面存储器 硬盘、软盘等利用电磁特性的存储器硬盘、软盘等利用电磁特性的存储器 l 光存储器光存储器各种光盘，采用激光照射产生的高温使光盘的表面凹进各种光盘，采用激光照射产生的高温使光盘的表面凹进去表示去表示2 2进制的进制的1 1，平滑的地方表示，平滑的地方表示0 0。 MOS存储器和双极型存储器。存储器和双极型存储器。速度快，功耗大，价格高。速度快，功耗大，价格高。 例如：例如：CPU中高速缓存。中高速缓存。l 集成度高，功耗小，价格低。集成度高，功耗小，价格低。 例如：内存。

16、例如：内存。 只读存储器（只读存储器（ROM）、随机访问存）、随机访问存储器（储器（RAM）。）。可方便地读写数据，但当电可方便地读写数据，但当电源去掉后所存的信息立即消失。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（静（静态态RAM）、）、DRAM（动态（动态RAM）等。）等。 l 从字面意思上看只可读，从字面意思上看只可读，但现在的但现在的ROM芯片均可写芯片均可写。l 固定固定ROM：在工厂制作时就将需要存储的信息用电路结构在工厂制作时就将需要存储的信息用电路结构固定下来，使用时无法再更改。固定下来，使用时无法再更改。例如：早期的主板BIOS芯片采用的是固定ROM

17、，它的Firmware 代码是在芯片生产过程中固化的，并且 永远无法修改。（Firmware是软件，但与普通软件完全不同，它是固化在集成电路内部的程序代码，集成电路的功能就是由这些程序决定的。） l 可编程可编程ROM（简称（简称PROM）：由用户按自己的需要写入信息，由用户按自己的需要写入信息，但只能写入一次，一经写入就不能修改。但只能写入一次，一经写入就不能修改。例如：一般显卡上的ROM上多采用这 种PROM，它的价格相对较低。 l可擦可编程可擦可编程ROM（简称（简称EPROM）：）：由用户写入信息后若需由用户写入信息后若需要改动时，还可以擦去重写。它具有较大的使用灵活性，但这要改动时，

18、还可以擦去重写。它具有较大的使用灵活性，但这种改写需使用专门的擦写设备，不可在线改写，而且费时，所种改写需使用专门的擦写设备，不可在线改写，而且费时，所以实际使用时常只读不写。以实际使用时常只读不写。例如：带窗口的EPROM芯片，这种EPROM可以用紫外线 来擦除原有的Firmware，并用专用的读写器更新它的Firmware。l可电改写可电改写ROM（简称（简称EEPROM）：）：由用户写入信息后若需要由用户写入信息后若需要改动时可在线改写，无须专门的擦写设备。改动时可在线改写，无须专门的擦写设备。例如：现在的主板BIOS，它是一种在一定的电压、电流条件 下，可对其Firmware进行更新的集成电路块。 l快闪快闪ROM（Flash ROM）: 它采它采用以数据块为单位的电改写方式，用以数据块为单位的电改写方式，具有很高的写入速度。具有很高的写入速度。存储器的内部结构 存储矩阵存储矩阵 存储矩阵是由基本存储单元（可存储n位二进制数据）构成的存储列。 l 存储器的字数存储器的字数 能存入一“0”或一个“1”（即1bit