数字电子技术_基本组成电路

2020/11/14
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•触发器的预置和清除
• 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位(即置1) 或清除(即置0)，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这 就是所谓预置和清除。
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2.2.3 JK触发器
JK触发器是组成计数器的理想记忆元件。 • 在RS触发器前面增加两个与门，并从输出(Q和Q)到输入
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程序计数器
是一种行波计数器 • 可以从0开始计数，也可以将外来的数装入其中，需要
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•时标D触发器
•时标脉冲CLK一般都是方波，在CLK处于正半周 内的任何瞬间，触发器都有翻转的可能，并不能保 证时序电路动作一致性。
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•边缘触发的D触发器
• 为了使计算机的动作整齐划一，总是想由时标 CLK来指挥整个机器的行动，采用时标边缘触发 的方式就可以得到准确划一的动作。
一个很重要的部件
图2.21 环形计数器的电路原理
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环形计数器2
• 当CLR端有高电位输入时，除右边第1位(LSB)外，其他各 位全被置0(因清除电位CLR都接至它们的CLR端)，而右 边第1位则被置1(因清除电位CLR被引至其PR端)。 即开始时， Q3 Q2 Q1Q0 =0001
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行波计数器2
例：下图采用JK触发器组成行波计数器工作原
理
初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000 第1时钟后沿到Q=0001 第2时钟后沿到Q=0010 第3时钟后沿到Q=0011 第4时钟后沿到Q=0100
………… 第15时钟后沿到Q=1111 第16时钟后沿到Q=0000
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器
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主要内容
– ALU、触发器、寄存器 – 三态电路、总线结构 – 存储器
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2.1 算术逻辑部件ALU
• 主要功能 • 符号
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2.2 触发器
• 触发器(trigger)是计算机的记忆装置的基本单元，也 可说是记忆细胞。触发器可以组成寄存器，寄存器又 可以组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记 忆装置。
工作原理
– 第1个时钟脉冲促使其最低有效位(least significant bit,LSB)加1，由0变1。第2个时钟脉冲促使最低有效 位由1变0，同时推动第2位，使其由0变1。同理，第2 位由1变0时又去推动第3位，使其由0变1，这样有如水 波前进一样逐位进位下去。
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• 第一个时钟脉冲正边缘来到时，
Q3 Q2 Q1Q0 =0010 • 第2个时钟脉冲前沿来到时，
Q3 Q2 Q1Q0 =0100 • 第3个时钟脉冲前沿来到时，
Q3 Q2 Q1Q0 =1000
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图2.22 环形计数器的符号
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•JK触发器的符号
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2.3 寄存器
• 寄存器(register)是由触发器组成的。一个触发器就是一 个一位寄存器。由多个触发器可以组成一个多位寄存器。
常见的寄存器有：
缓冲寄存器——用以暂存数据； 移位寄存器——能够将其所存的数据一位一位地向左或向右移； 计数器——一个计数脉冲到达时，会按二进制数的规律累计脉冲数； 累加器——用以暂存每次在ALU中计算的中间结果。
74LS244为3态8位缓冲
器，一般用作总线驱 动器. 双4位单向缓冲器 • 分成4位的两组 • 每组的控制端连接在 一起
• 控制端低电平有效 • 输出与输入同相
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总线驱动器
• 通常说计算机有地址、数据、控制三总线，由于总线上需 要驱动的负载多，CPU是大规模集成电路，不具备功率驱 动能力，总线驱动器的作用就是提供功率驱动，第二个原 因是，CPU总线常常是分时复用总线，就是说在不同的时 段，管脚上出现的信号功能不同，需要锁存器存储并分离 信号，总线驱动器起锁存器的作用
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2.3.1 缓冲寄存器
• 其基本工作原理为：设有一个二进制数，共有4位 数： X=X3X2X1X0
要存到这个缓冲寄存器(buffer)中去，此寄存器是 由4个D触发器组成的。 将数据X装到寄存器中去的过程
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•可控移位寄存器
• 和缓冲寄存器一样，在整机运行中，移位寄存器 也需要另有控制电路，以保证其在适当时机才参 与协调工作。这个电路和图2.13一样，只要在每 一位电路上增加一个LOAD门(L门)即可达到控制 的目的。
SHL——左移(shift to the left) SHR——右移(shift to the right)
• 移位寄存器(shifting register)能将其所存储的数据 逐位向左或向右移动，以达到计算机在运行过程中 所需的功能，例如用来判断最左边的位是0或1等。 电路原理图如图2.16所示。
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图2.16 移位寄存器简化原理
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•LOAD门工作原理：
在X0端送入数据(0或1)后， – 如LOAD端(以下简称为L端)为低电位，则右边的与门被阻塞，X0
过不去，而原来已存在此位中的数据由Q0送至左边的与门。此与 门的另一端输入从非门引来的与L端反相的电平，即高电位。所 以Q0的数据可以通过左边的与门，再经或门而送达D0端。这就形 成自锁，即既存的数据能够可靠地存在其中而不会丢失。
ROM的结构原理（PROM,EPROM,EPROM）。
2.理解
控制字、数据存储、数据流通的原理；
典型芯片的引脚及存储器容量的扩展
3.了解
ASCII码及数字和大写字母A~Z的ASCII码表述
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本章 主要外语词汇
• ALU ：Arithmetic Logical Unit，算数逻辑部件 • Register：寄存器 • Memory：存储器 • RAM：Random Access Memory,随机存储器 • ROM：Read Only Memory，只读存储器 • MDR：Memory Data Register，存储器数据寄存器 • MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存
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Intel 8286 8位双向缓冲器
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• 双向数据收发器 • 控制端连接在一起，
低电平有效
• 可以双向导通 • 输出与输入同相
OE*＝0，导通 T＝1 A→B T＝0 A←B
OE*＝1，不导通
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2.3.2 移位寄存器
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2.3.1 缓冲寄存器
• 普通寄存器是寄存平时处理的数据用的， 可以加快计算机的处理问题的速度；而缓 冲寄存器是用于两个速度不匹配的单位之 间的，作用是对高速度设备进行数据缓冲， 防止低速度设备来不及处理而丢失数据。
• 缓冲最常见的地方就是网络了，你听音乐， 特别是看在线视频，就需要缓冲。
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•左移寄存器的左移过程：
CLK前沿未到 Q=Q3Q2Q1Q0=0000 第1前沿来到 Q=0001 第2前沿来到 Q=0011 第3前沿来到 Q=0111 第4前沿来到 Q=1111 第5前沿来到，如此时Din仍为1，则Q不变，仍为1111。
当Q=1111之后，改变Din，使Din=0，如何变化？
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2.2.2 D触发器
• RS触发器有两个输入端S和R。为了存储一个高电位， 就需要一个高电位输入的S端；为了存储一个低电位， 就需要另一个高电位输入的R端。不方便。
D触发器是在RS触发器的基础上引伸出来的，它只需 一个输入端口。
•置位 •复位
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•可控缓冲寄存器
• 上述缓冲寄存器的数据X输入到Q只是受CLK的节拍管理，即只要一 将X各位加到寄存器各位的D输入端，时标节拍一到，就会立即送到 Q去。有时想让其中的数据多留一些时间，但由于不可控之故，在 CLK正前沿一到就会立即被来到门口的数据X替代掉。
•带寄存器的装入门LOAD的缓冲寄存器
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图2.3 RS触发器的符号
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• 时标RS触发器——为了使触发器在整个机器中能和其他 部件协调工作，RS触发器经常有外加的时标脉冲。
•CLK为时标脉冲。
无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲端为高 电位时才能进行。