数字电路第10章课件

1、10.1彩灯控制电路的总体工作原理10.1.1功能要求1)能对8个LED彩灯进行独立控制。2)彩灯闪烁的花样以及闪烁的速度可以由使用者灵活设置，且设置完毕后可保持不变。10.1.2任务分析要完成以上彩灯控制电路的功能，可以从以下几方面考虑：1)要对8个LED进行独立控制，因此必须要有独立的8个控制数据。2)彩灯闪烁的花样应可以由使用者灵活改变，因此不能再采用以前组合逻辑电路和时序逻辑电路来完成，因为组合逻辑电路和时序逻辑电路无法实现“灵活设置闪烁花样”的功能，它们的闪烁花样一般只能是固定不变的。同时要满足“设置完毕后可保持不变”的功能，即电路必须有存储器。在设置时将彩灯的闪烁花样保存下来，在正

2、常工作时按保存顺序将保存的彩灯花样取出来，因此存储器的地址应可自动调整。经过以上分析，可以大概绘制出满足项目功能要求的彩灯控制电路功能框图如图10-2所示10.1.3彩灯控制电路的工作原理彩灯控制电路主要是控制彩灯按照原来编制的花样闪烁，可以作为节假日喜庆的彩灯、广告灯等的控制器。它的基本工作原理是利用存储器预先将彩灯的闪烁花样(高低电平)依次保存在存储单元中，然后利用计数器的输出作为存储器的地址，依次读出原保存于存储器的数据(即彩灯花样)，控制彩灯依照原来编制好的闪烁花样有序的亮和灭，达到装饰、广告的作用，各部分组成框图如图10-2所示。10.2半导体存储器10.2.1半导体存储器的作用在计

3、算机、单片机等数字系统中，需要对大量的二进制数据、状态进行存储，半导体存储器是一种能存储大量二进制数据的器件，它像一个用来保存二进制数据的仓库。10.2.2半导体存储器的分类半导体存储器根据断电后数据是否丢失分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。二者最大的区别是：断电后ROM中的数据依然保持不变，下次通电后原保存数据仍然可取出使用，它像一个永久的数据仓库；而RAM断电后的数据将会丢失，更像超市中用来临时保存顾客手提包的储物柜。例如，电视机内部使用只读存储器(ROM)来保存频道、亮度、色度等信息，用户只要第一次使用时调好频道、亮度、色度等信息后以二进制数据形式存入只读存储器(ROM)中

4、，下次开机电视机会自动从只读存储器(ROM)取出以上信息，不必每次使用都调节；而计算机中的内存属于随机存储器(RAM)，如果在操作中来不及保存而停电，对文件所作的修改将没有办法保留下来。ROM根据是否可编程分为掩模ROM(又称为MROM)和可编程ROM(又称为PROM)。可编程ROM根据编程方式分为一次性可编程ROM(又称为OTPROM)和可擦写可编程ROM(又称为EPROM)；可擦写可编程ROM按擦除的方法不同可分为紫外线可擦除EPROM(UVEPROM)和电擦除EPROM(又称为EEPROM或E2PROM)，以及近年来应用非常广泛的闪存(Flash Memories)。ROM的分类如下所示

5、，它们的特点见表10-1。半导体存储器根据数据存入和取出时的方式可以分为并行存储器和串行存储器。并行存储器数据存入和取出时各位数据同时进行，而串行存储器存入和取出时各位数据依次进行。下面以并行存储器为例学习存储器工作原理。10.2.3并行半导体储存器的工作原理因为半导体存储器就像一个保存二进制数据的仓库，因此工作原理和内部结构跟生活中的仓库有一定的相似性。结合图10-6，一边思考生活中的仓库一边学习半导体存储器的工作原理。仓库要保存物质需要一个一个的房间，存储器保存二进制数据也需要一个一个存储单元。为了对仓库的物体保存、取出进行有效的管理，我们需要仓库管理员，相应的存储器保存、读取二进制数据也

6、需要一个读写控制电路。仓库管理员为了便于有序、快速地存取物体，需要对一个一个的房间编号，我们也对存储器的存储单元依次编号，这个编号称为地址。仓库用来保存各种物体，存储器用来保存二进制数据。为了保存更多的物体，一个房间可以放置几个柜，每个柜放不同的物体，相应的我们把每个存储单元又分为多位，每一位保存一位二进制数据。由以上分析，存储器应该具有图10-6所示内部结构和外部由以上分析，存储器应该具有图10-6所示内部结构和外部引脚。图10-6存储器工作原理图地址线：输入引脚，用于向存储器内部输入地址，相当于存取物体时的号码薄。地址引脚越多，表示存储器包含的存储单元越多，存储容量越大，n根地址线表示有2

7、n个存储单元。地址译码器：用作地址译码，即根据地址线输入的状态(高低电平)确定数据具体要存放的存储单元，相当于根据号码薄找到要存储物体的房间。存储器读/写控制电路：根据控制线的状态(片选、写读)决定数据是读出(取出)数据，还是写入(保存)数据。控制线：控制存储器是保存还是读出数据。为片选控制引脚，只有当有效时(低电平有效)，存储器才正常工作，一般在多块存储器相连时用于确定哪一块工作，在使用单块存储时应使该引脚长期有效；W为写控制引脚(低电平有效)，当其有效时存储器保存数据；为读控制引脚(低电平有效)，当其有效时数据由存储器取出。输出缓冲器：存储单元和外部数据线交换数据的中间场所，同时可提高数据

8、引脚的驱动能力，相当于仓库的工作人员，负责在保存时将物体由仓库门口搬入房间，取出时将物体由保存房间搬到仓库门口。由以上分析可知：存储器的外部引脚可分为地址线、数据线、控制线、电源线。在说明存储器的内部结构和外部引脚后，我们以228存储器为例说明存储器的工作过程：因为地址线有A0、A1两根，所能表示的状态有22种，表示该存储器有4个存储单元，依次编号为03。数据线有D0D7八根，表示每个存储单元能保存8位二进制数据。VCC一般接5V，GND接地。存储器处于读状态时工作过程和外部引脚电平如图10-7所示。因为地址线A0接高电平1，A1接低电平0，经过地址译码器译码后选中存储单元1。因为片选引脚接0

9、有效，存储器正常工作，同时读控制引脚接0有效，存储器处于读状态，被选中存储单元1内的数据10101011被输送到输出缓冲器中，同时输出缓冲器将数据以高低电平的形式输出到数据引脚D0D7，完成数据的读取。存储器处于写状态时工作过程和外部引脚电平如图10-8所示。因为地址线A0接低电平0，A1接高电平1，经过地址译码器译码后选中存储单元2，因为片选引脚接0有效，存储器正常工作，同时因为写控制引脚接0有效，存储器处于写状态，外部数据线的高低电平状态00001111被输入到输出缓冲器中，同时输出缓冲器将数据输入到被选中存储单元2，在存储单元2中保存数据00001111，完成数据保存。总结：1)存储器主

10、要作用就是保存二进制数据，它内部由按顺序排列的存储单元组成，每个存储单元可以保存多位二进制数据(一般为8位、位或32位)，其外部引脚主要由三大总线构成：即地址总线A、数据总线D、控制总线C，它们各负其责，相互协作：地址总线负责找到相应的操作单元，数据总线负责将数据输入或输出，控制总线负责数据是写入还是读出。2)地址线的多少决定了存储器的容量，有n条地址线，就有2n个存储单元，如8根地址线有28=256个存储单元，10根地址线有210=1024个存储单元，1024个存储单元就是1K，20条地址线有220=10241024个存储单元，就是1M，1M1024K10241024。数据线决定一个存储单元

11、可以保存多少位二进制数，一般为8位，即1字节，用单位B表示。10.2.4EEPROM集成存储器28C04介绍图10-928C04引脚图28C04是一种采用CMOS工艺制成的5128位24引脚的电可擦除可编程的只读存储器(EEPROM)，外形如图10-9所示，其读写非常方便，可实现在线编程，在写入之前自动擦除，采用单一电源5V0.1V供电，功耗很小，工作电流30mA，三态输出(片选引脚接1无效时数据引脚为高阻状态)，输出电平与TTL电路兼容。引脚说明：A0A8:地址线，决定存储器的操作单元。D0D7:数据线，输送写入或读出的数据。：片选线，必须为低电平时芯片才工作，一般用于多块存储器的选择。：写

12、允许，为低电平时芯片将数据线输入的数据存入地址线选中的存储单元中。：读允许，为低电平时芯片将地址线选中的存储单元中的数据输出到数据线上。VCC：+5V电源。GND：接地。NC：未使用引脚(即空脚)。NC：未使用引脚(即空脚)。10.2.5集成RAM存储器6264介绍随机存储器RAM的特点是读写方便、速度快，能在线随机读写，但断电后，信息不能保留。6264是一种采用CMOS工艺制成的8KB8位、28引脚的静态RAM，外形如图10-10所示，其读写非常方便，可实现在线编程。在写入之前自动擦除，采用单一电源5V0.1V供电，图10-106264引脚图三态输出(1和CE2片选引脚无效时数据引脚为高阻状

13、态)，输出电平与TTL电路兼容。引脚说明：A0A12:地址线，决定存储器的操作单元。D0D7:数据线，输送写入或读出的数据。1和CE2：片选线，只有在=0并且CE2=1时芯片才工作，一般用于多块存储器的选择，高、低不同的有效电平更方便电路连接。R/：读写控制引脚，R/1时读允许，芯片将地址线选中的存储单元中的数据输出到数据线上。R/0写允许，芯片将数据线输入的数据存入地址线选中的存储单元中。VCC：5V电源。GND：接地。NC：未使用引脚(即空脚)。10.3数据缓冲器10.3.1数据缓冲器的作用数据缓冲器的主要用来提高信号对负载的驱动能力，减小负载对前级控制电路的影响，同时在各器件共用数据线时避免相互之间的干扰。因为数字控制系统中前级控制信号的功率一般较小，无法有效地驱动负载，如继电器、数码管、发光二极管、电机等负载都需要较大的驱动电流，如果直接驱动，有可能造成存储器等贵重器