集成电子技术基础教程 第二篇第4章(11-2)

集成电子技术基础教程LDC集成电子技术基础教程2003~2004学年第1学期生物医学工程0101~0103班集成电子技术基础教程LDC第二篇数字电路和系统第四章集成触发器和时序逻辑电路集成电子技术基础教程LDC2.4.5非二进制计数器一、非二进制计数器的电路分析触发方式计数体制计数功能自启动功能集成电子技术基础教程LDC二、非二进制计数器的电路设计①画状态转换图，选择触发器类型；②列出状态转换表，及对触发器的激励要求；③求出各触发器输入端的逻辑函数(驱动方程)；④画出整个计数器的逻辑电路图。集成电子技术基础教程LDC2.4.6典型中规模集成计数器中规模集成计数器不但具有计数功能，还有预置数、保持等功能，同时能方便地实现多片连接和功能的扩展，用处十分广泛。对中规模集成计数器，主要要求能读懂真值表（功能表）、引脚排列，就可以使用它。一、74LS1634位二进制加法计数器引脚排列集成电子技术基础教程LDC74LS163计数器功能表保持功能××××0×11×保持功能×××××011↑4位二进制加计数××××1111↑××01↑0000×××××××0↑触发器状态输入CPCRLDPCTTCT3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q3A2A1A0A0A1A2A3A功能说明集成电子技术基础教程LDC使用说明【例】根据功能表，画出将74LS163连接成从清“0”开始，然后置入0101数据后开始计数的各端波形安排和连接图。110CPTCTPCTCRLDCO3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q16374LSCPt0LDt0CRt0清0置数该时刻后计数集成电子技术基础教程LDC关于同步、异步清零和置数的说明同步清除、同步置数异步清除、异步置数同步清零、置数是利用了触发器的同步输入端实现的，所以需要CP脉冲；而异步清零、置数是用异步输入端实现，所以不要CP脉冲。集成电子技术基础教程LDC二、74LS217—十进制可逆计数器双时钟触发减法计数时钟输入→CP-（CPD）加法计数时钟输入→CP+（CPU）引脚排列UCPBBOGNDCRLDCCV3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q21774LSDCPCCO18916借位输出进位输出高电平清0低电平置数集成电子技术基础教程LDC功能表××××××↑×××××××↑触发器状态输入CRLDUCPDCP3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q保持不变××××11108421减计数××××1108421加计数10异步置数ABCDABCD00异步清000001说明1集成电子技术基础教程LDC三、集成计数器的功能扩展中规模集成计数器有总清零端、置数端、数据输入端、进位借位输出端、扩展控制端等，利用这些端可以把中规模集成计数器连接成各种进制的计数器。1用清零法实现功能扩展在正常计数时，清零端或应在高电平(或低电平)，当计到某个数时，清零端变为低电平(或高电平)，然后又回到高电平，计数器重新开始计数。CRCR集成电子技术基础教程LDC采用清零法扩展的具体步骤：①确定N进制计数器的SN代码；②求出（或）的控制逻辑关系；CRCR③画出逻辑电路图。必须注意：同步清零与异步清零的区别集成电子技术基础教程LDC【例2.4.2】试用清零法将74LS217型十进制可逆计数器连接成一个六进制加法计数器。解：74LS217为异步高电平清零。将74LS217连接成加法计数模式。六进制8421BCD码加法计数时，N=6，SN=S6=Q3Q2Q1Q0=0110，所以，清零控制端的逻辑关系为：12QQCR连接成的电路图为：集成电子技术基础教程LDC【例2.4.3】试用清零法将74LS163型四位二进制加法计数器连接成一个8421BCD码的十进制加法计数器。解：74LS163是一个4位二进制加法计数器，模为16，是同步低电平清零。所以，SN-1=S9=Q3Q2Q1Q0=1001，因此，清零控制逻辑关系为：03QQCR连接成的电路图为：集成电子技术基础教程LDC2用置数法实现功能扩展基本思路：计数器可以从0…0开始计数，也可从某一个数字开始计数，而0…0或某个数字可以从数据输入端预置入计数器，然后计数。集成电子技术基础教程LDC①画出计数器的状态转换图；②将状态图中的最小数从预置数输入端输入，最大数状态作置数控制，求出置数控制端或的逻辑函数（指加法计数）；LDLD③画出逻辑电路图。必须十分注意：异步置数时，置数控制函数式应取计数循环中的最大数加1；而同步置数时，置数控制函数式应取计数循环中的最大数采用置数法扩展的具体步骤：集成电子技术基础教程LDC【例2.4.4】试用置数法将74LS217双时钟触发可逆计数器连接成一个六进制减法计数器。解：将74LS217连接成减法计数模式。74LS217为异步高电平清零，异步低电平置数。六进制减法计数器时的状态转换图为：从状态图可得：初态0101应从D3D2D1D0置入，控制逻辑用0000，但是在减法计数时，0000减1首先出现1001，所以应该用Q3Q2Q1Q0=1001作为置数控制（1001作为一个过渡状态）。故有：03QQLD集成电子技术基础教程LDC（因为74LS217的进位输出是）03QQCO连接成的电路图为：COLD也可以采用：集成电子技术基础教程LDC【例2.4.5】试用置数法将74LS163中规模集成四位二进制加法计数器连接成8421编码的十进制加法计数。解：74LS163是同步低电平置数，而8421计数的状态转换图Q3Q2Q1Q0最小数为0000，最大数是1001。所以，数据端的数据应为：D3D2D1D0=0000，置数控制逻辑为：03QQLD连接成的电路图为：集成电子技术基础教程LDC3大容量计数器的实现大容量计数器可由小容量计数器级联而成，M=M1·M2·M3···如一个60进制计数器可用一个6进制和一个10进制计数器串联构成，即60=6×10。其中6进制和10进制计数器可选用清零法和置数法中的任一种实现。同理，100进制可用两个10进制计数器构成，电路可采用同步或异步连接方式。集成电子技术基础教程LDC同步式的100进制计数器拾位10进制用清零法实现，个位10进制用置数法实现。当个位尚未计到1001前，拾位计数器的CTP、CTT为低电平，拾位计数器不计数。当个位计到9时，拾位的CTP、CTT为1，而下一个计数脉冲CP来到后，拾位计一个1，个位计数器回到0，然后又封锁拾位计数器，只有个位计数。集成电子技术基础教程LDC异步式的100进制计数器拾位的CP脉冲图如下74LS163是同步清零、置数，上升沿触发。03QQCP拾位(0000)2~(1000)210019810CP集成电子技术基础教程LDC2.4.7寄存器和移位寄存器寄存器用来存放二进制信息，这些信息通常是待运算的数据，代码或运算的中间结果。因此，寄存器是电子计算机的主要部件电路。由于一位触发器能寄存一位二进制信息，寄存n位二进制信息就需要n个触发器。一、数码寄存器数码寄存器仅仅用来暂时寄存二进制信息。数码寄存器的电路很多，以74LS451型四位数码寄存器为例，它由四个D触发器组成，有反码和原码两种码输出，CP脉冲是寄存命令，也称写入命令LE。集成电子技术基础教程LDC操作过程：1.CR=1，寄存器清零Q3Q2Q1Q0=0000，然后CR=0；2.D3D2D1D0放置好数据，如D3D2D1D0=1011；3.给写入命令LE高电平，D3D2D1D0就写入到触发器中。集成电子技术基础教程LDC74LS373八位数码寄存器由8个D触发器构成，电路具有三态输出，一个写入控制和读出控制端。三态门便于实现总线连接。引脚排列由于数据同时输入寄存器中也可以同时从寄存器中读出，称为并入并出（PIPO）。集成电子技术基础教程LDC【例】CPU和RAM之间进行信息读取的电路CPU的地址低二位A1、A0控制74LS373进行数据存入或读出，74LS373作RAM的地址锁存用。数据读取操作如下：①当A1A0=10时，CPU的P1口送出一个数据，然后A1A0=00，这时CPU送出的数据被锁存在373中，该数据成为RAM的读写地址；②当A2=0，读出RAM中的信息传输到CPU；当A2=1时，CPU中的信息存入RAM。0.1P1.1P7.1PCPURAM0A1A0A7A1A74LS373ENLE0D1D7D7D1D0Q1Q7QCS0D2A集成电子技术基础教程LDC二、移位寄存器移位寄存器除能寄存二进制信息以外，还能对存入的信息在时钟脉冲的作用下进行移位操作，或者实现串行-并行、并行-串行转换。1.单向移位寄存器数据串行输入端并行数据输入端写入控制集成电子技术基础教程LDC电路有下面几种操作模式：串行输入/输出（SISO）信息从Di端输入，一个CP脉冲一位数据，依次存入。如依次存入D3D2D1D0=1011。串行输入/并行输出（SIPO）当用4个CP脉冲存入D3D2D1D0=1011信息后，然后可以从Q3Q2Q1Q0端一起输出。并行输入/输出（PIPO）信息从并行输入端D3D2D1D0通过寄存命令LE一次存入，从Q3Q2Q1Q0端一起输出。并行输入/串行输出（PISO）并行存入数据后，依次加入CP脉冲，则1011数据就从串行输出端依次输出。集成电子技术基础教程LDC右向移位寄存器该移位操作从空间方向讲是右向移位，从数据的高低位讲是高位依次向低位移位。通常右移是指：高位依次向低位移位，即每移动一位相当于÷2（×2-1）；而左移是指：低位依次向高位移位操作，即每左移一位相当于×21；集成电子技术基础教程LDC2.双向移位寄存器在控制信号的控制下，信息可以从右向或从左向存入并实现移位操作。CC40194电路图引脚排列图四个D触发器的D端数据由四选一选择器决定。集成电子技术基础教程LDCS2S1是四选一的功能控制端。可以写出每位触发器的输入端（D端）的函数：•S2S1=00，为保持；•S2S1=01，右移；•S2S1=10，左移；•S2S1=11，并行存数。'0121211201201DSSDSSQSSQSSDSLnn'11201221211211DSSQSSQSSQSSDnnn'21211231221221DSSQSSQSSQSSDnnn'3122121231231DSSQSSDSSQSSDnSRn集成电子技术基础教程LDC双向移位寄存器CC40149功能表×××××110101×××××010↑1左移××××1×01↑101××××0×01↑1右移××××××00×1不变DCBADCBA××11↑1置数××××××××01不变0000×××××××××0清除输出状态输入功能CRCP1S2SSRDSLD'3D'2D'1D'0D3Q2Q1Q0QnQ3nQ2nQ1nQ0nQ3nQ2nQ1nQ1nQ1nQ1nQ1nQ0nQ0nQ2nQ2nQ2nQ2nQ3nQ3nQ0↑集成电子技术基础教程LDC三、移位寄存器的应用举例数字延迟线n位移位寄存器连接成右移串行输入模式。先在右移串行输入端加一个高电平脉冲，CP上升沿到达后，将高电平存入n位中的最高位，然后经过（n-1）个CP周期，该高电平出现在输出Q0，实现了延迟(n-1)TCP时间。集成电子技术基础教程LDC产生序列脉冲n位移位寄存器连接成循环右移模式。并行输入序列代码数据后，该序列就在移位寄存器中循环移位，产生一系列脉冲。如以四位序列0110为例，脉冲波形如图所示。集成电子技术基础教程LDC构成乘法器电路乘法器的符号位用二个乘数的符号位异或实现，所以，乘法用原码运算最方便。设被乘数为：0121AAAAAAnnS乘数为：0121BBBBBBmmS则乘积符号位为：SSSBAY数值部分为：11110000112211222)2222(mmmmmmABABABBBBBABAY集成电子技术基础教程LDC【例】A=-1001，B=+0101，求Y=AB。1001×)010110