计算机电路基础课件2015-11第10章

1、10.3 寄 存 器寄存器主要是由触发器组成，一个触发器可以存放一位二进制代码，所以要存放n位二进制代码，寄存器就需要用n个触发器。寄存器常分为:数码寄存器和移位寄存器。10.3.1 数码寄存器数码寄存器只具有接收数码和清除原有数码的功能。图10.23是74LS175的逻辑电路图: - 由4个D触发器组成的4位数码寄存器。在寄存数码前，必须先复位(清零)，使四个D触发器全处于0态。 在CP接收脉冲上升沿作用下，D0、D 1、D 2和D 3数据被并行 存入寄存器。寄存的数据从Q0、Q1、Q2和Q3上并行输出。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、存器中各位的内容依次向左或向右单向移动。能执行移位操作的寄存器称为移位寄存器。移位寄存器又分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。 1.单向移位寄存器触发器前级的输出端接到下一级的信号输入端，若干个触发器依次如此串行连接，就可构成一个移位寄存器。图10.24是一个4位移位寄存器.在CP脉冲作用下数码是向右移位寄存，称为右向移位寄存器。图10.24下图10.25所示的为输入数码D0D1D2D3=1101的移位波形。2.双向移位寄存器数据能向左、右边逐位移位的移位寄存器称为双向移位寄存器。图10.26是用4个D触发器组成的双向移位寄存器。每一个触发器的数据输入端D是和移向转换控制的与或非门(G0G3)

3、输出端相连接。移向转换控制的与或非门是由控制门S的状态决定移位的方向。当S=1时，右向移位寄存；当S=0时，左向移位寄存。10.4 脉冲波形的产生与变换数字电路中采用两种方法获得脉冲波形： 一.利用脉冲振荡器直接产生所需的脉冲波形； 二.利用脉冲整形电路，把已有的波形变换成所需的脉冲波形.10.4.1 矩形脉冲信号1.矩形脉冲的参数。矩形脉冲波形如图10.29。(1).脉冲周期T 是指在周期性重复的脉冲序列中， 两个相邻脉冲间的时间间隔。 (2).脉冲幅度Um 是指脉冲信号电压最大的变化量。 (3). 脉冲宽度TW 是指脉冲前后沿0.5Um处的时间间隔。图10.29(4)上升时间tr是指脉冲前

4、沿从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。(5)下降时间tf是指脉冲后沿从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。(6)脉宽比脉冲信号的宽度TW与其周期T的比称为脉宽比，用 TW / T表示，亦称为占空比。10.4.2 多谐振荡器振荡电路只要参数合适，电路自身能产生一定频率和幅值的矩形脉冲信号，这种电路称为多谐振荡器。由于多谐振荡器在工作时不存在稳定状态，又称为无稳态电路。1.电路的组成1). 特点: 第一:电路中含有能产生高、低电平的开关器件.如门电路、电压比较器等； 第二:电路中都具有反馈网络.将输出信号电压反馈给开关器件使之改变输出状态； 第三:电路中还具有定时环节.利用RC电路的充放电特

5、性，改变开关器件 两种状态的时间，实现延时，可获得所需的脉冲信号的振荡频率。2).由两个TTL与非门电路和RC组成的多谐振荡器。 从图10.30中看到电容C构成了正反馈网络，RC是电路的定时元件。2.工作原理1)第一个暂稳态过程 设G1处于导通(开)的状态，有: u01为低电平(0.3V)G2处于关的状态， u02为高电平(3.6V)。这时电容处于放电状态。 R、C与TTL内电路的连接 如图10.31(a). 电容放电导致G1输入端电压ui逐 渐下降。当ui的电压低于阈值电 压UTH(1.4V)时，电路产生正反馈过程:图 10.30图 10.3(a)正反馈使G1截止，而G2导通，振荡器进入了G

6、1关、G2开的第一个暂稳态过程。这一过程中: u02的电压从3.6V下跳至0.3V(下跳3.3V)，但电容两端电压不能突变，u02的下跳反映在输入端电压ui上，ui从阈值电压UTH(1.4V)也要下跳3.3V， 所以 ui(0+)=1.4V-3.3V = -1.9V2)第一个暂稳态过程u01通过电阻R向电容C充电，如图10.31(b)所示。电容C上的充电则是从ui(0+) = -1.9V 开始，以指数式上升直至ui=阈值电压UTH(1.4V)，正反馈使G1开、G2关，振荡器进入了第二个暂稳态过程。这时候，u01 从3.6V下跳至0.3V，u02 从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。随之又开始电容放电，反复上述的两个暂稳态过程，振荡的波形如图10.32所示。图10.31(b)3.振荡的波形如下图10.32所示。4.主要参数10.4.3 单稳态触发器 三个特点：(1).电路有一个稳定状态和一个暂稳定状态；(2).在外来脉冲作用下，电路能从稳态翻转到暂稳态；(3).暂稳态是一个不能保持的状态. 故称为单稳态触发器。单稳态触发器的电路结构有微分型和积分型两种类型.本节分析微分型单稳态触发器有多种电路,图10.33(a)由两个或非门G 1和G 2构成，R和C组成微分定时电路。图10.33(b)所示是单

8、稳态触发器通用逻辑符号。图 10.331.工作原理(1)无触发信号ui=0时，电路处于稳态G2门输入端经电阻R与电源UDD相连接，为高电位，uo2低电位。 而ui=0，G1门的两个输入端均为低电平，uo1高电位。这时电容C上的 电压近似为零。电路处于稳定状态。 (2)外加触发信号，电路由稳态翻转为暂稳态当t1时,外加正跳变触发信号ui，uo1由高电平跳到低电平，经电容C 藕合，u1电压由高点位下跳到低电位，uo2为高电平。Uo2的高电位接至G1门的输入端，导致正反馈：使G1的导通，G2的截止。此时把外加触发信号ui撤除，由于uo2的高电位和G1门的或逻辑关系，使G1门输出端维持低电位。电路由稳

9、态翻转为暂稳态。(3)通过对电容的充电，使电路返回到稳态: 由于uo1为低电平，正电源+UDD通过R对电容C充电，充电回路为+UDD RC u o1 地。u 1随C的充电而上升。在t 2时刻，u 1升高到G2的阀值电压UTH时，G 2门的uo2从高电位下跳到低电位。这时，G1门的两个输入端均为低电位，G1门迅速截止，G2门很快导通。所以电路由暂稳态自动返回到稳态。(4)恢复到稳态: 暂稳态结束，电容将通过电阻R放电，使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。电路各点的工作波形如右图10.34所示。10.4.4 施密特触发器特点:把输入脉冲波形整形成适合于数字电路的矩形脉冲，有很强的抗干扰能力。1.电

10、路组成由两级CMOS反相器构成的施密特触发器,如图10.35(a).图(b)为其逻辑符号。图中u i通R1和R2分压来控制G1门的状态。假定反相器的阈值电压UTH =UDD/2，R1 R2，输入信号ui设为三角波。据叠加定理: u1 = (10-20)图10.352.工作过程:(结合图10.36(a)和(b) 波形和曲线，理解其工作状态)1).当ui=0时，G1门截止，输出高电位uO1=UDD；G2门导通，输出uo=0为低电位。2).当ui上升时，据式(10-20)，G1门电压u1也随之上升。只要在u1UTH，电路的状态就维持在uo =UDD不变。5).当ui上升到最大后开始下降到u1=UTH

11、时，电路又会产生如下正反馈过程:使G1门截止，G2门导通，电路的状态转换为uo= 0。此时的输入信号ui的电压值为施密特触发器下降时的转换电压，称为负向转换电压，用UT-表示。 式据(10-20 、21),有 (10-21)据前设定UTH =UDD/2代入上式，可求得负向转换电压UT- ：只要能满足输入信号ui的电压值小于UT-，施密特触发器就会稳定在uo = 0的状态上。3.工作特点:第一.有两个稳定状态，两个稳态都必须靠触发信号来维持。第二.两个稳态的翻转必需由外信号的触发电压决定：当触发信号大于UT+ 时，施密特触发器从低电平转为高电平；当触发信号小于UT-时，施密特触发器从高电平转为低

12、电平。一般有UT+ UT - ，通常称UT + 为上限触发电压，UT-为下限触发电压， 上下限触发电压差称为回差电压。根式(10-21)和式(10-22) 回差电压: UT=UT+ - UT-=2R1/R2改变R1和R2的大小可以调整回差电压值。第三. 回差电压使其输出电压的传输特性存在滞回现象。4.施密特触发器的应用(1)用于波形变换和整形。可以把边沿变化缓慢和不规则的周期性信号变换成矩形脉冲，如图10.37所示。(2)用于脉冲鉴幅。应用施密特触发器的正向转换电压用UT+，将一系列幅度不一的脉冲信号进行鉴幅，如下图10.38所示。10.7 本 章 小 结本章内容有两大部分： 一.基本逻辑单元触发器： 基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器. 二. 逻辑电路： 计数器和寄存器、脉冲波形的产生和整形的脉冲电路。应能掌握理基本逻辑单元的工作原理和理解基本逻辑电路的分析方法。(1)触发器是一种具有两个稳定状态的基本逻辑单元，在外界信号的作用下，可以从一个稳定状态转变为另一个稳定状态，在外界信号的作用下，维持原来稳定状态，具有“记忆”的功能。(2)具有同样逻辑功能的触发器，可以用多种不同电路结构形式来实现。(3)由两个与非门组成的基本RS触发器是各种触发器的最基本单元。应清楚地理解两个输入端置0，置1的作用： 。(4)同步触发器是电位触发方式。(5)主从型触