數(shù)字電路第10章課件

1、10.1彩燈控制電路的總體工作原理10.1.1功能要求1)能對8個LED彩燈進行獨立控制。2)彩燈閃爍的花樣以及閃爍的速度可以由使用者靈活設置，且設置完畢后可保持不變。10.1.2任務分析要完成以上彩燈控制電路的功能，可以從以下幾方面考慮：1)要對8個LED進行獨立控制，因此必須要有獨立的8個控制數(shù)據(jù)。2)彩燈閃爍的花樣應可以由使用者靈活改變，因此不能再采用以前組合邏輯電路和時序邏輯電路來完成，因為組合邏輯電路和時序邏輯電路無法實現(xiàn)“靈活設置閃爍花樣”的功能，它們的閃爍花樣一般只能是固定不變的。同時要滿足“設置完畢后可保持不變”的功能，即電路必須有存儲器。在設置時將彩燈的閃爍花樣保存下來，在正

2、常工作時按保存順序?qū)⒈４娴牟薀艋尤〕鰜?，因此存儲器的地址應可自動調(diào)整。經(jīng)過以上分析，可以大概繪制出滿足項目功能要求的彩燈控制電路功能框圖如圖10-2所示10.1.3彩燈控制電路的工作原理彩燈控制電路主要是控制彩燈按照原來編制的花樣閃爍，可以作為節(jié)假日喜慶的彩燈、廣告燈等的控制器。它的基本工作原理是利用存儲器預先將彩燈的閃爍花樣(高低電平)依次保存在存儲單元中，然后利用計數(shù)器的輸出作為存儲器的地址，依次讀出原保存于存儲器的數(shù)據(jù)(即彩燈花樣)，控制彩燈依照原來編制好的閃爍花樣有序的亮和滅，達到裝飾、廣告的作用，各部分組成框圖如圖10-2所示。10.2半導體存儲器10.2.1半導體存儲器的作用在計

3、算機、單片機等數(shù)字系統(tǒng)中，需要對大量的二進制數(shù)據(jù)、狀態(tài)進行存儲，半導體存儲器是一種能存儲大量二進制數(shù)據(jù)的器件，它像一個用來保存二進制數(shù)據(jù)的倉庫。10.2.2半導體存儲器的分類半導體存儲器根據(jù)斷電后數(shù)據(jù)是否丟失分為只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)。二者最大的區(qū)別是：斷電后ROM中的數(shù)據(jù)依然保持不變，下次通電后原保存數(shù)據(jù)仍然可取出使用，它像一個永久的數(shù)據(jù)倉庫；而RAM斷電后的數(shù)據(jù)將會丟失，更像超市中用來臨時保存顧客手提包的儲物柜。例如，電視機內(nèi)部使用只讀存儲器(ROM)來保存頻道、亮度、色度等信息，用戶只要第一次使用時調(diào)好頻道、亮度、色度等信息后以二進制數(shù)據(jù)形式存入只讀存儲器(ROM)中

4、，下次開機電視機會自動從只讀存儲器(ROM)取出以上信息，不必每次使用都調(diào)節(jié)；而計算機中的內(nèi)存屬于隨機存儲器(RAM)，如果在操作中來不及保存而停電，對文件所作的修改將沒有辦法保留下來。ROM根據(jù)是否可編程分為掩模ROM(又稱為MROM)和可編程ROM(又稱為PROM)?？删幊蘎OM根據(jù)編程方式分為一次性可編程ROM(又稱為OTPROM)和可擦寫可編程ROM(又稱為EPROM)；可擦寫可編程ROM按擦除的方法不同可分為紫外線可擦除EPROM(UVEPROM)和電擦除EPROM(又稱為EEPROM或E2PROM)，以及近年來應用非常廣泛的閃存(Flash Memories)。ROM的分類如下所示

5、，它們的特點見表10-1。半導體存儲器根據(jù)數(shù)據(jù)存入和取出時的方式可以分為并行存儲器和串行存儲器。并行存儲器數(shù)據(jù)存入和取出時各位數(shù)據(jù)同時進行，而串行存儲器存入和取出時各位數(shù)據(jù)依次進行。下面以并行存儲器為例學習存儲器工作原理。10.2.3并行半導體儲存器的工作原理因為半導體存儲器就像一個保存二進制數(shù)據(jù)的倉庫，因此工作原理和內(nèi)部結構跟生活中的倉庫有一定的相似性。結合圖10-6，一邊思考生活中的倉庫一邊學習半導體存儲器的工作原理。倉庫要保存物質(zhì)需要一個一個的房間，存儲器保存二進制數(shù)據(jù)也需要一個一個存儲單元。為了對倉庫的物體保存、取出進行有效的管理，我們需要倉庫管理員，相應的存儲器保存、讀取二進制數(shù)據(jù)也

6、需要一個讀寫控制電路。倉庫管理員為了便于有序、快速地存取物體，需要對一個一個的房間編號，我們也對存儲器的存儲單元依次編號，這個編號稱為地址。倉庫用來保存各種物體，存儲器用來保存二進制數(shù)據(jù)。為了保存更多的物體，一個房間可以放置幾個柜，每個柜放不同的物體，相應的我們把每個存儲單元又分為多位，每一位保存一位二進制數(shù)據(jù)。由以上分析，存儲器應該具有圖10-6所示內(nèi)部結構和外部由以上分析，存儲器應該具有圖10-6所示內(nèi)部結構和外部引腳。圖10-6存儲器工作原理圖地址線：輸入引腳，用于向存儲器內(nèi)部輸入地址，相當于存取物體時的號碼薄。地址引腳越多，表示存儲器包含的存儲單元越多，存儲容量越大，n根地址線表示有2

7、n個存儲單元。地址譯碼器：用作地址譯碼，即根據(jù)地址線輸入的狀態(tài)(高低電平)確定數(shù)據(jù)具體要存放的存儲單元，相當于根據(jù)號碼薄找到要存儲物體的房間。存儲器讀/寫控制電路：根據(jù)控制線的狀態(tài)(片選、寫讀)決定數(shù)據(jù)是讀出(取出)數(shù)據(jù)，還是寫入(保存)數(shù)據(jù)?？刂凭€：控制存儲器是保存還是讀出數(shù)據(jù)。為片選控制引腳，只有當有效時(低電平有效)，存儲器才正常工作，一般在多塊存儲器相連時用于確定哪一塊工作，在使用單塊存儲時應使該引腳長期有效；W為寫控制引腳(低電平有效)，當其有效時存儲器保存數(shù)據(jù)；為讀控制引腳(低電平有效)，當其有效時數(shù)據(jù)由存儲器取出。輸出緩沖器：存儲單元和外部數(shù)據(jù)線交換數(shù)據(jù)的中間場所，同時可提高數(shù)據(jù)

8、引腳的驅(qū)動能力，相當于倉庫的工作人員，負責在保存時將物體由倉庫門口搬入房間，取出時將物體由保存房間搬到倉庫門口。由以上分析可知：存儲器的外部引腳可分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、電源線。在說明存儲器的內(nèi)部結構和外部引腳后，我們以228存儲器為例說明存儲器的工作過程：因為地址線有A0、A1兩根，所能表示的狀態(tài)有22種，表示該存儲器有4個存儲單元，依次編號為03。數(shù)據(jù)線有D0D7八根，表示每個存儲單元能保存8位二進制數(shù)據(jù)。VCC一般接5V，GND接地。存儲器處于讀狀態(tài)時工作過程和外部引腳電平如圖10-7所示。因為地址線A0接高電平1，A1接低電平0，經(jīng)過地址譯碼器譯碼后選中存儲單元1。因為片選引腳接0

9、有效，存儲器正常工作，同時讀控制引腳接0有效，存儲器處于讀狀態(tài)，被選中存儲單元1內(nèi)的數(shù)據(jù)10101011被輸送到輸出緩沖器中，同時輸出緩沖器將數(shù)據(jù)以高低電平的形式輸出到數(shù)據(jù)引腳D0D7，完成數(shù)據(jù)的讀取。存儲器處于寫狀態(tài)時工作過程和外部引腳電平如圖10-8所示。因為地址線A0接低電平0，A1接高電平1，經(jīng)過地址譯碼器譯碼后選中存儲單元2，因為片選引腳接0有效，存儲器正常工作，同時因為寫控制引腳接0有效，存儲器處于寫狀態(tài)，外部數(shù)據(jù)線的高低電平狀態(tài)00001111被輸入到輸出緩沖器中，同時輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸入到被選中存儲單元2，在存儲單元2中保存數(shù)據(jù)00001111，完成數(shù)據(jù)保存?？偨Y：1)存儲器主

10、要作用就是保存二進制數(shù)據(jù)，它內(nèi)部由按順序排列的存儲單元組成，每個存儲單元可以保存多位二進制數(shù)據(jù)(一般為8位、位或32位)，其外部引腳主要由三大總線構成：即地址總線A、數(shù)據(jù)總線D、控制總線C，它們各負其責，相互協(xié)作：地址總線負責找到相應的操作單元，數(shù)據(jù)總線負責將數(shù)據(jù)輸入或輸出，控制總線負責數(shù)據(jù)是寫入還是讀出。2)地址線的多少決定了存儲器的容量，有n條地址線，就有2n個存儲單元，如8根地址線有28=256個存儲單元，10根地址線有210=1024個存儲單元，1024個存儲單元就是1K，20條地址線有220=10241024個存儲單元，就是1M，1M1024K10241024。數(shù)據(jù)線決定一個存儲單元

11、可以保存多少位二進制數(shù)，一般為8位，即1字節(jié)，用單位B表示。10.2.4EEPROM集成存儲器28C04介紹圖10-928C04引腳圖28C04是一種采用CMOS工藝制成的5128位24引腳的電可擦除可編程的只讀存儲器(EEPROM)，外形如圖10-9所示，其讀寫非常方便，可實現(xiàn)在線編程，在寫入之前自動擦除，采用單一電源5V0.1V供電，功耗很小，工作電流30mA，三態(tài)輸出(片選引腳接1無效時數(shù)據(jù)引腳為高阻狀態(tài))，輸出電平與TTL電路兼容。引腳說明：A0A8:地址線，決定存儲器的操作單元。D0D7:數(shù)據(jù)線，輸送寫入或讀出的數(shù)據(jù)。：片選線，必須為低電平時芯片才工作，一般用于多塊存儲器的選擇。：寫

12、允許，為低電平時芯片將數(shù)據(jù)線輸入的數(shù)據(jù)存入地址線選中的存儲單元中。：讀允許，為低電平時芯片將地址線選中的存儲單元中的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)線上。VCC：+5V電源。GND：接地。NC：未使用引腳(即空腳)。NC：未使用引腳(即空腳)。10.2.5集成RAM存儲器6264介紹隨機存儲器RAM的特點是讀寫方便、速度快，能在線隨機讀寫，但斷電后，信息不能保留。6264是一種采用CMOS工藝制成的8KB8位、28引腳的靜態(tài)RAM，外形如圖10-10所示，其讀寫非常方便，可實現(xiàn)在線編程。在寫入之前自動擦除，采用單一電源5V0.1V供電，圖10-106264引腳圖三態(tài)輸出(1和CE2片選引腳無效時數(shù)據(jù)引腳為高阻狀

13、態(tài))，輸出電平與TTL電路兼容。引腳說明：A0A12:地址線，決定存儲器的操作單元。D0D7:數(shù)據(jù)線，輸送寫入或讀出的數(shù)據(jù)。1和CE2：片選線，只有在=0并且CE2=1時芯片才工作，一般用于多塊存儲器的選擇，高、低不同的有效電平更方便電路連接。R/：讀寫控制引腳，R/1時讀允許，芯片將地址線選中的存儲單元中的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)線上。R/0寫允許，芯片將數(shù)據(jù)線輸入的數(shù)據(jù)存入地址線選中的存儲單元中。VCC：5V電源。GND：接地。NC：未使用引腳(即空腳)。10.3數(shù)據(jù)緩沖器10.3.1數(shù)據(jù)緩沖器的作用數(shù)據(jù)緩沖器的主要用來提高信號對負載的驅(qū)動能力，減小負載對前級控制電路的影響，同時在各器件共用數(shù)據(jù)線時避免相互之間的干擾。因為數(shù)字控制系統(tǒng)中前級控制信號的功率一般較小，無法有效地驅(qū)動負載，如繼電器、數(shù)碼管、發(fā)光二極管、電機等負載都需要較大的驅(qū)動電流，如果直接驅(qū)動，有可能造成存儲器等貴重器