第4章(N2) 時(shí)序電路基礎(chǔ)

1、l4-1 集成觸發(fā)器l4-2 同步時(shí)序電路l4-3 集成計(jì)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(wèn)存儲(chǔ)器l4-6 應(yīng)用實(shí)例計(jì)數(shù)器可利用觸發(fā)器和門電路構(gòu)成。但在實(shí)際應(yīng)用中，主要是利用集成計(jì)數(shù)器來(lái)構(gòu)成。 同步、莫爾型、模八計(jì)數(shù)器nnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQZQQT Q TT2101210110102102010)( 1Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Z00000100010100010011001110001001011101110111011111110001l4-3-1 集成計(jì)數(shù)器l4-3-2 任意模計(jì)數(shù)器l4-3-3 計(jì)數(shù)器的擴(kuò)展l4-

2、3-4 集成計(jì)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(gè)數(shù)的電路稱為計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)器是一種非常典型、應(yīng)用很廣的時(shí)序電路，除用于計(jì)數(shù)、分頻外，還廣泛用于數(shù)字測(cè)量、運(yùn)算和控制，從小型數(shù)字儀表，到大型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，幾乎無(wú)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(duì)各種集成計(jì)數(shù)器，應(yīng)重點(diǎn)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(jì)數(shù)器的類型很多，按計(jì)數(shù)器時(shí)鐘脈沖引入方式和觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時(shí)序的異同，可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)體制的異同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、BCD碼計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)器中數(shù)字的變化規(guī)律的異同，可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)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(hào)、邏輯功能及工作波形74163的標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)74163的傳統(tǒng)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)含義功能：響應(yīng)時(shí)鐘脈沖上升沿、同步復(fù)位、同步預(yù)置、模16同步加法計(jì)數(shù)器3210QQQQCTCOT例1：用復(fù)位端構(gòu)成模6計(jì)數(shù)器（反饋清零法）用同步清零時(shí)，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(jì)數(shù)器（反饋置數(shù)法）用同步置數(shù)端時(shí)，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(jì)數(shù)器用同步置數(shù)端時(shí)，N 16預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)是將多個(gè)集成計(jì)數(shù)器（如M1進(jìn)制、M

4、2進(jìn)制）串接起來(lái)，以獲得計(jì)數(shù)容量更大的N（=M1M2）進(jìn)制計(jì)數(shù)器。異步級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的方法： 低位的進(jìn)位信號(hào)高位的CP端 ,多個(gè)集成計(jì)數(shù)器不響應(yīng)同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。同步級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號(hào)高位的計(jì)數(shù)控制端，多個(gè)集成計(jì)數(shù)器響應(yīng)同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。采用 級(jí)聯(lián)法 例1：用兩片74163級(jí)聯(lián)成1616進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 在計(jì)到1111以前，CO0，高位片保持原狀態(tài)不變?cè)谟?jì)到1111時(shí)，CO1，高位片在下一個(gè)CP加1例2：用兩片74163級(jí)聯(lián)成1616進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器 例3：用兩片74163級(jí)聯(lián)成五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 十進(jìn)制數(shù)49對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0001 實(shí)現(xiàn)從00000000到00110001的50

5、進(jìn)制計(jì)數(shù)器例4：用兩片74163級(jí)聯(lián)成8421BCD碼模60異步加法計(jì)數(shù)器 問(wèn)題：如何用兩片74163級(jí)聯(lián)成8421BCD碼模60同步加法計(jì)數(shù)器1. 構(gòu)成可編程分頻器 分頻器可用來(lái)降低信號(hào)的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號(hào)頻率fI與輸出信號(hào)頻率fO之比稱為分頻比N。N進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。具有并行置數(shù)功能的計(jì)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(jì)數(shù)器組合邏輯電路 序列信號(hào)是在時(shí)鐘脈沖作用下的一串周期性輸出的二進(jìn)制信號(hào)。序列信號(hào)的

6、位數(shù)稱為序列長(zhǎng)度P 設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為P的序列信號(hào)發(fā)生器，可以先設(shè)計(jì)一個(gè)模P的計(jì)數(shù)器，再加一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，計(jì)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(hào)發(fā)生器例3：設(shè)計(jì)一個(gè)011001序列信號(hào)發(fā)生器在數(shù)字電路中，能按一定時(shí)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(jì)數(shù)器和譯碼器組成。作為時(shí)間基準(zhǔn)的計(jì)數(shù)脈沖由計(jì)數(shù)器的輸入端送入，譯碼器即將計(jì)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(shí)間、一定順序輪流為1，或者輪流為0。D0D1D2D3STA Y0STB Y1STC Y2Y3Y4Y5Y6Y7

7、LDCRCTTCTPQ0Q1Q2Q3CO74LS16374LS138計(jì)數(shù)器譯碼器 1CPY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774192的標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)74192的傳統(tǒng)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)含義邏輯符號(hào)含義74192的特性74192的功能表32103210QQQQCPBOQQQQCPCODU減計(jì)數(shù)時(shí)：加計(jì)數(shù)時(shí)：例4：74192構(gòu)成的模6計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)（用復(fù)位端）用異步清零端時(shí)，用N狀態(tài)返回清零。例5：74192構(gòu)成的模6計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)（用預(yù)置端）用異步置數(shù)端時(shí)，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(hào)74192的傳統(tǒng)邏輯符號(hào)模10減1計(jì)數(shù)110模10加1計(jì)數(shù)110D0D1D2D3

8、0000001Q0Q1Q2Q3CPDCPULDCR保 持010保 持01032103210QQQQCPBOQQQQCPCODU減計(jì)數(shù)時(shí)：加計(jì)數(shù)時(shí)：例4：74192構(gòu)成的模6計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)（用復(fù)位端）用異步清零端時(shí)，用N狀態(tài)返回清零。例5：74192構(gòu)成的模6計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)（用預(yù)置端）用異步置數(shù)端時(shí)，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(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)1、用同步清零端時(shí)，用N-1狀態(tài)返回清零。 用異步清零端時(shí)，用N狀態(tài)返回清零。2、用同步置數(shù)端時(shí)，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(shí)，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。

9、3、如果返回狀態(tài)為1111時(shí)，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）的輸入端。l4-4-1 集成移位寄存器l4-4-2 移位型計(jì)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(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼、運(yùn)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(gè)觸發(fā)器能存放一位二進(jìn)制數(shù)碼；N個(gè)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(yùn)算中存貯數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果。(2) 計(jì)算機(jī)的CPU由運(yùn)算器、控制器、譯碼器、寄存器組成，其中就

10、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(chǔ)數(shù)碼的功能外，還具有移位功能。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。 2. 74194的邏輯符號(hào)、邏輯功能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(hào)74194傳統(tǒng)邏輯符號(hào)l四位雙向移位寄存器74LS194構(gòu)成八位雙向移動(dòng)寄存器1. 環(huán)形計(jì)數(shù)器無(wú)自啟動(dòng)性！移位型計(jì)數(shù)器由移位寄存器加反饋網(wǎng)絡(luò)組成實(shí)現(xiàn)環(huán)形計(jì)

11、數(shù)器時(shí)，必須設(shè)置適當(dāng)?shù)某鯌B(tài), N位環(huán)形計(jì)數(shù)器由N位寄存器構(gòu)成。環(huán)形計(jì)數(shù)器電路圖環(huán)形計(jì)數(shù)器工作波形2. 扭環(huán)形計(jì)數(shù)器N位環(huán)形計(jì)數(shù)器由N位寄存器構(gòu)成，N位移位寄存器可以構(gòu)成模2N計(jì)數(shù)器無(wú)自啟動(dòng)性！扭環(huán)形計(jì)數(shù)器電路圖扭環(huán)形計(jì)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(guò)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CPQQ1AQ1BQ1CQ1DQ2AQ2BQ2CQ2D1d0011111112d1d001111113d2d1d00111114d3d2d1d00

12、11115d4d3d2d1d001116d5d4d3d2d1d00117d6d5d4d3d2d1d0018d7d6d5d4d3d2d1d00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：例例2:具有控制功能的8位并串并換器d7011111118d6d701111117d5d6d70111116d4d5d6d7011115d3d4d5d6d701114d2d3d4d5d6d70113d1d2d3d4d5d6d7012d0d1d2d3d4d5d6d701Q2DQ2CQ2BQ2AQ1DQ1C Q1B Q1AQCP 移位寄存器可構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器，在通信及數(shù)字電路故障

13、檢測(cè)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： 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(zhǎng)度P2n-1,長(zhǎng)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(chǔ)大量數(shù)據(jù)或信號(hào)的器件能用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)或信號(hào)的器件。 l 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：通過(guò)采

14、用專門的電路結(jié)構(gòu)，以滿足大通過(guò)采用專門的電路結(jié)構(gòu)，以滿足大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)要求的半導(dǎo)體器件。（觸發(fā)器和寄存器雖然具有存儲(chǔ)的功能，但觸發(fā)器是小規(guī)模集成電路，寄存器為中有存儲(chǔ)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(lái)存儲(chǔ)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(lái)存儲(chǔ)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(chǔ)大量數(shù)據(jù)或信號(hào)的存儲(chǔ)特點(diǎn)，（硬盤、軟盤、光盤等。這些設(shè)備具有存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)或信號(hào)的存儲(chǔ)特點(diǎn)，但它的存儲(chǔ)單元不屬于電氣部件，不可與電氣設(shè)備

15、直接聯(lián)接，需要接口電但它的存儲(chǔ)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(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器 硬盤、軟盤等利用電磁特性的存儲(chǔ)器硬盤、軟盤等利用電磁特性的存儲(chǔ)器 l 光存儲(chǔ)器光存儲(chǔ)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(chǔ)器和雙極型存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器和雙極型存儲(chǔ)器。速度快，功耗大，價(jià)格高。速度快，功耗大，價(jià)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(jià)格低。集成度高，功耗小，價(jià)格低。 例如：內(nèi)存。

16、例如：內(nèi)存。 只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM）、隨機(jī)訪問(wèn)存）、隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（儲(chǔ)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。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(dòng)態(tài)（動(dòng)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(shí)就將需要存儲(chǔ)的信息用電路結(jié)構(gòu)在工廠制作時(shí)就將需要存儲(chǔ)的信息用電路結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，使用時(shí)無(wú)法再更改。固定下來(lái)，使用時(shí)無(wú)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 代碼是在芯片生產(chǎn)過(guò)程中固化的，并且 永遠(yuǎn)無(wú)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，集成電路的功能就是由這些程序決定的。） l 可編程可編程ROM（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)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(jià)格相對(duì)較低。 l可擦可編程可擦可編程ROM（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)，還可以擦去重寫。它具有較大的使用靈活性，但這要改動(dòng)時(shí)，

18、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(fèi)時(shí)，所種改寫需使用專門的擦寫設(shè)備，不可在線改寫，而且費(fèi)時(shí)，所以實(shí)際使用時(shí)常只讀不寫。以實(shí)際使用時(shí)常只讀不寫。例如：帶窗口的EPROM芯片，這種EPROM可以用紫外線 來(lái)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(jiǎn)稱（簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)可在線改寫，無(wú)須專門的擦寫設(shè)備。改動(dòng)時(shí)可在線改寫，無(wú)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(duì)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(chǔ)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 存儲(chǔ)矩陣是由基本存儲(chǔ)單元（可存儲(chǔ)n位二進(jìn)制數(shù)據(jù)）構(gòu)成的存儲(chǔ)列。 l 存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù) 能存入一“0”或一個(gè)“1”（即1bit