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寄存器与计数器(2)PPT

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cpu工作原理ppt课件

cpu工作原理ppt课件

·（ M） IR
·IR操 作码译码，识别MOV指令
整理ppt
15
在第二个CPU周期，CPU根据译码结果， 进行指令所要求的操作。
具体操作如下： ·送控制信号到ALU ·ALU响应控制信号，将R1的内容送入R0
整理ppt
16
二、LAD指令的指令周期
LAD指令是一条RS指令，其指令周期需3 个CPU周期。各周期的具体操作如下：
对于CPU周期，可以规定其为固定长度， 也可以采用不固定长度。
我们后面的讨论都建立在：假定CPU周期 是固定长度，并以读取一个指令字的时间 作为一个CPU周期。
整理ppt
13
5.2.2 典型指令的指令周期 设有一段程序： 101 MOV R0，R1 ；（R1）→ R0 102 LAD R1，6 ；（6）→ R1 103 ADD R1，R2 ；（R1）+（R2）→ R2 104 STO R2，（R3） 105 JMP 101 ；无条件转移到101单元 106 AND R1，R3
整理ppt
9
根据设计方法不同，操作控制器可分为三 种类型：
①时序逻辑型
采用时序逻辑电路设计实现操作控制器。 这种控制器称为硬布线控制器。
②存储逻辑型
采用存储逻辑设计实现操作控制器。这 种控制器称为微程序控制器。
整理ppt
10
5.2 指令周期
5.2.1 基本概念 .指令周期：取出并执行一条指令的时间。 ·CPU周期：又称为机器周期，若干个CPU 周期构成一个指令周期。常用 访问一次内存所花的时间来规 定CPU周期。 ·时钟周期：又称为T周期，若干个时钟周期构成 一个CPU周期。它是处理操作的最小 时间单位。
D
&
&

计算机导论第五章_计算机组成

计算机导论第五章_计算机组成
17:28 25
只读存储器 Read-only memory (ROM) ROM的内容是由制造商写进去的
特性1：用户只能读不能写。
特性 2 ：非易失性。当切断电源后， 储存在 ROM 中的数据不会丢失。通常 用来存储那些关机后也不能丢失的程序 或数据
17:28 26
只读存储器 Read-only memory (ROM)
中央处理单元 (CPU) 用于数据的运算.
在大多数体系结构中，它有三个组成部分：
算术逻辑单元 (ALU) 控制单元
寄存器组（ 快速存储单元）
17:28 8
Figure 5.2 中央处理单元(CPU)
17:28 9
算术逻辑单元 The arithmetic logic unit (ALU)
算术逻辑单元对数据进行逻辑、移位和算术运算。 逻辑运算：非、与、或、异或 移位运算：逻辑移位运算和算术移位运算。 逻辑移位运算对无符号整数进行向左或右的移位 算术移位运算对带符号整数进行向左或右的移位 算术运算：第4章已讨论整数和实数的算术运算。
17:28 15
i 内存地址用无符号二进制整数定义。
17:28 16
Example 5.1
16千兆字节是（
）字节？
A、 216
解：B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B、234
C、240
D、244
E、256
16千兆＝24×210×220
17:28
17
Example 5.2
16T字节是（
）字节？
A、 216
解：D
B、234
C、240
需要借助激光把转换后的二进制数据刻在具 有反射能力的盘片上。 与磁盘相同，光存储设备也是以二进制数据 的形式来存储信息。

寄存器

寄存器
3
4位MSI 寄存器74175 CR为各触发器的直接置 0端，用作寄存器的“清零”。 可用来构成缓冲或暂存寄 存器､移位寄存器和图形发生 器等。
5. 4. 2 移位寄存器
1. 移位的概念
除了具有暂存数码的功能之外，还具有移位功能 的逻辑部件称为移位寄存器。 所谓移位功能：就是存在寄存器中的数码（即 各触发器的状态）可以在移位正脉冲（CP）的作用 下，依次向右或向左转移到相邻的触0 = A0 B0 S0 = A0⊕B0⊕C0-1 C1 = (A1⊕B1) C0 + A1B1 S1 = A1⊕B1⊕C0 如果继续下去，当第n个CP脉冲作用后，加数与 被加数全部向左移走，而原来存放被加数的累加寄 存器中就存入了运算结果和（Sn-1……S1S0）。
16
D
（CP的上升沿有效）
Q4
n 1
n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4
Q1
17
1
D F4 CP Ｑ
1
D Ｑ F3
1
D Ｑ F2
1
D Ｑ F1
四位环形计数器
n n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4 Q4 1 Q1
Q3
n1
n1
D3 Q 2
D2 Q1
Q2
CP上升沿有效
Q1
n 1
D1 DSL
8
0 0 Ｑ4 0 1 0 Ｑ D 串行输出 F4 0 0 0 0 1
并行输出 0 0 Ｑ Ｑ３ ２ 1 0 Ｑ D 1 Ｑ D F3 F2 RD RD
0 1 0 Ｑ１ 1 1 Ｑ D F1
串行输入 D SR 1 0 11 CP 移位脉冲 CR 清“0 ”

【2024版】精品课件-数字电子技术(第三版)(刘守义)-第6章

【2024版】精品课件-数字电子技术(第三版)(刘守义)-第6章
果从Q3~Q0取得输出可以构成一个八进制计数器。 对比一下图 6.6中的时钟脉冲波形与Q3的输出波形， 不难发现，Q3的波形 的频率恰为时钟波形频率的1/8。 如果从Q3取得输出， 则 6.5电路构成了一个8分频器。
第6章 寄 存 器
2. 所谓可编程分频器是指分频器的分频比可以受程序控制。 在现代通信系统与控制系统中，可编程分频器得到广泛的应 用。 下面以图6.10的实际电路为例， 介绍利用移位寄存器 实现可编程分频的基本思路。
(2) 并行加载数据。 断开电源， 将S0、 S1置11（都接 高电平）， 将D0~D3置1010； 接通电源， 此时， 发光二极 管均不亮， 送出一个单脉冲， 观察发光二极管的亮、 灭情 况。如果操作准确， 发光二极管的亮、 灭指示Q0~Q3的数据 为1010， 说明D0~D3的数据已加载到输出端， 此时再改变输 入端的数据， 输出数据不变。
第6章 寄 存 器 实训6 寄 存 器
6.1 寄存器的功能与使用方法 6.2 寄存器应用实例 6.3 寄存器集成电路简介
第6章 寄 存 器
实训6 1. （1） 了解寄存器的基本功能。 （2） 学会寄存器的使用方法。 （3） 熟悉寄存器的一般应用。 （4） 进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。
第6章 寄 存 器
第6章 寄 存 器
当A、 B的数据(即74LS194 S0、 S1端的数据)为01时， 数据右移； 第一个时钟脉冲过后， 74LS194（1）DSR端的数 据1移位至Q0端， 其他Q端的0均依次右移， 各输出端的数据 如表6.1的第2行数据所示； 此后， 随着时钟脉冲的到来， 发光二极管自左至右一个个点亮， 第8个脉冲以后， 全部二 极管均点亮, 此时， DSR端的数据变为0， 随着后续脉冲的到 来， 发光二极管自左至右一个个熄灭。

时序逻辑电路

时序逻辑电路

3 ． 异步减 法计 数器
（1）3位递减计数器的状态
（2）电路组成
二 、 十进制计数器
十进制递减计数器的状态
1．电路组成
异步十进制加法计数器
2．工作原理
（1）计数器输入0～9个计数脉冲时，工作过程与4位二进制异步加法计数器完 全相同，第9个计数脉冲后，Q3Q2Q1Q0状态为1001。 （2）第10个计数脉冲到来后，此时计数器状态恢复为0000，跳过了1010~1111 的6个状态，从而实现842lBCD码十进制递增计数的功能。
④ 最 高 位 触 发 器 FF 3 是 在 Q 0 、 Q 1 、 Q 2 同 时 为 1 时 触 发 翻 转 ， 即 FF 0 ～ FF 2 原均为 1 ，作加 l 计数时，产生进位使 FF 3 翻转为 l 。
（2）电路组成
4位二进制同步加法计数器逻辑图
工
程
应
用
计数不正常的故障检测 第一步，先查工作电源是否正常；第二步，检查触 发器的复位端是否被长置成复位状态；第三步，用示波器观测计数脉冲是否加到 了触发器的CP端；第四步，替换触发器，以确定集成电路是否损坏。
第二节 计数器
在数字系统中，能统计输入脉冲个数的电路称为计数器。
一 、二进 制计 数器 1 ． 异步二 进制 加法计 数器
每输入一个脉冲，就进行一次加 1 运算的计数器称为加法 计数器，也称为递增计数器。 4 个 JK 触发器构成的异步加 法计数器如下图所示。
图中 FF 0 为最低位触发器，其控制端 C l 接收输入脉冲，输 出信号 Q 0 作为触发器 FF 1 的 CP ， Q 1 作为触发器 FF 2 的 CP ， Q 2 作为 FF 3 的 CP 。各触发器的 J 、 K 端均悬空，相当于 J = K =1 ，处于计数状态。各触发器接收负跳变脉冲信号时 状态就翻转，它的时序图见下图。

第5章定时计数器 (2)

第5章定时计数器 (2)

5.4 8XX51定时/计数器的应用程序设计
5.4.3 应用编程举例 例1 如图所示，
P1中接有八个发光二极管， 编程使八个管轮流点亮，每 个管亮100ms，设晶振为 6MHz。 分析利用T1完成100ms的定时、 当P1口线输出“1”时，发光二 极管亮，每隔100ms”1”左移一 次，采用定时方式1，先计算计 数初值： MC=2μs 100ms/2μs =50000=C350H C =10000H-C350H=3CB0H
★若将T0设置为模式3，TL0和TH0被分成为两个互相独立的8位计数器
TH0和 TL0 。
★TL0可工作为定时方式或计数方式。占用原T0的各控制位、引脚和 中断源。即C／T、GATE、TR0、TF0和T0 (P3.4)引脚、INT0 (P3.2) 引脚。 TH0只可用作定时功能，占用定时器T1的控制位TR1和T1的中断标 志位TF1，其启动和关闭仅受TRl的控制。
ORG 0000H
AJMP
AJMP
MAIN
；T0中断服务程序入口 ；主程序开始 ；T0定时100ms IP0
ORG 000BH ORG 0030H MAIN：CLR P1.7
MOV TMOD，#01H MOV TH0，#3CH MOV TL0，#0B0H
SETB
SETB
ET0
EA
5.4 8XX51定时/计数器的应用程序设计
本章介绍的主要内容
★ ★
★
定时计数器结构和工作原理 定时计数器的控制寄存器
定时计数器的应用编程
5· 1 8XX51定时/计数器结构和工作原理
★51系列单片机片内有两个十六位定时/计数器：定时器0(T0) 和定时器1(T1)。 ★两个定时器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、 延时、对外部事件计数和检测等场合。 ★定时/计数器实际上是16位加1计数器。 T0由2个8位持殊功能寄存器TH0和TL0构成， T1由2个8位持殊功能寄存器TH1和TL1构成。 ★每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或 计数工作方式。

电气控制及PLC应用--定时器、计数器指令介绍PPT课件


13
前值清0，状态位置 1； 当前值＜设定值PT时，状态位保持为1; 当前值=设定值 时， 停止计时，状态位
为 0，当前值保持（设定值）不变。 使能输入端 IN又变为1时，停止计时，TOF的当前值清0，状 态位置 1。
12
2 定时器 TOF 指令工作时序图
T36的分辨率是10ms 计时值T= 30ms
1
试讲内容
❖电气控制及PLC应用
---- 定时器、计数器指令介绍
1
2
主要内容与教学重难点
主要 内容
1.介绍定时器编程指令，定时器编程练习； 2.介绍计数器编程指令，计数器编程练习。
重点 难点
1.定时器、计数器指令的应用； 2.保持型接通延时定时器时序图的理解。
2
3
定时器
使能端
T37
定时器的几个概念 ❖ 定时器的形式：
● 接通延时型定时器（TON）
TON
IN
PT
● 带记忆接通延时型定时器（TONR）
● 断开延时型定时器（TOF）
❖ 定时器的分辨率：
●单位时间的时间增量称为定时器的分辨率，又称为时
间基。
●S7-200系列PLC定时器的分辨率有三种：
1ms 10ms 100ms
3
3 3
定时器
T37
❖ 定时器的编号：
TON
IN
● 定时器的编号=定时器名称 T + 数字
PT
编号T x （ x 的范围为：0～255）
❖ 定时器的两个参数：
●当前值：每个定时器都有一个16位的当前值寄存器，
是对定时器时间基的累计值。当前值是16位有符号整数， 最大值是32767。
●状态位：有一个状态位寄存器，存放状态值，状态位

单片机结构(共46张PPT)

MCS-51单片机的结构原理
8051是MCS-51系列单片机的典型产品， 我们以这一代表性的机型进行系统的讲 解。
➢ 内部结构
➢ 外部引脚 ➢ 工作时序
➢ 实例分析
第1页，共46页。
典型单片机结构
T0 T1
时钟电路 ROM
内部总线 CPU
RAM
定时/计数器
并行接口
串行接口
中断系统
中央处理器 数据存储器(RAM)
输入输出引脚
P1.0
➢ P0：P0.1~P0.7
P1.1
➢ 漏极开路双向I/O
P1.2 P1.3
➢ 一般为数据总线口
P1.4
➢ P1：P1.1~P1.7
P1.5 P1.6
➢ 拟双向I/O通道
➢ P2：P2.1~P2.7
P1.7 RST
RXD/P3.0
➢ 拟双向I/O通道
TXD/P3.1 INT0/P3.2
P3口的第二功能表
I/O口
第二功能
注释
2个定时器T0、T1溢3，.0 然后从中间往两R头X逐D 个灭，周而复始 为1时：负边沿触发中断请求；
串行口数据接收端
分别由8位寄存器TH0、TL0 和 TH1、TL1组成。
else return(0);
28
14
27
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20
21
第10页，共46页。
V CC P0.0/AD 0 P0.1/AD 1 P0.2/AD 2 P0.3/AD 3 P0.4/AD 4 P0.5/AD 5 P0.6/AD 6 P0.7/AD 7 EA/V PP ALE/PROG PSEN P2.7/A 15 P2.6/A 14 P2.5/A 13 P2.4/A 12 P2.3/A 11 P2.2/A 10 P2.1/A 9 P2.0/A 8

数字电子技术 第6章 寄存器与计数器


68
工作原理分析
69
74LS90具有以下功能：（1）异步清零。（2）异步置9。（3） 正常计数。（4）保持不变。
70
例6-7 分别采用反馈清零法和反馈置9法，用 74LS90构成8421BCD码的8进制加法计数器。 解：（1）采用反馈清零法。
71
（2）采用反馈置9法。
首先连接成8421BCD码十进制计数器，然后在此基础 上采用反馈置9法。8进制加法计数器的计数状态为 1001、0000～0110，其状态转换图如图（a）所示。
41
6.4.1
集成同步二进制计数器
其产品多以四位二进制即十六进制为主，下面 以典型产品 74LS161为例讨论。
42
① 异步清零。当CLR=0时，不管其它输入信号的状 态如何，计数器输出将立即被置零。
43
② 同步置数。当CLR=1（清零无效）、LD=0时， 如果有一个时钟脉冲的上升沿到来，则计数器输出 端数据Q3～Q0等于计数器的预置端数据D3～D0。
13
例6-1 对于图6-4所示移位寄存器，画出下图所示输入 数据和时钟脉冲波形情况下各触发器输出端的波形。 设寄存器的初始状态全为0。
14
2. 集成电路移位寄存器 常用集成电路移位寄存器为74LS194，其逻辑符号和 引脚图如图所示。
15
16
例6-2 利用两片集成移位寄存器74LS194扩展成一 个8位移位寄存器。
连 接 规 律 加 法 计 数 减 法 计 数 T＇触发器的触发沿 上 升 沿 下 降 沿
CPi Q i 1
CPi Qi 1
CPi Q i 1
例子
25
CPi Qi 1
6.2.2
异步非二进制计数器

计算机组成原理第六章


指令周期的基本概念
节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时 间，如：ALU完成一次正确的运算，寄存器间的一 次数据传送等。
不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。 一个机器周期中，包含若干个时钟周期（节拍脉冲
或T脉冲）。 CPU周期规定，不同的计算机中规定不同
2. 每条指令的指令周期不同
➢译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控 制信号提供给时序控制信号形成部件。
机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路
➢由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的 时钟脉冲
时序控制信号形成部件
➢时序控制信号形成部件又称微操作信号发生器，真 正控制各部件工作的微操作信号是由指令部件提供 的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功 能部件所反馈的状态及条件综合形成的。
2. 微操作：是微命令的操作过程。
– 微命令和微操作是一一对应的。 – 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。 – 微操作是执行部件中最基本的操作。
由于数据通路的结构关系，微操作可分为相容的和互斥：
1. 互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的 微操作。可以编码
2. 相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操 作。必须各占一位
联合控制方式
– 大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采 用异步方式
– 机器周期的节拍脉冲固定，但是各指令的机器周期数不固 定（微程序控制器采用）
微程序控制原理
1. 微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作 微命令，它是构成控制序列的最小单位。
– 例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉 冲等。
读写时序信号的译码逻辑表达式
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6
（e）并行输入/并行输出
7
8
1.串行输入/串行输出/并行输出移位寄存器： 下图所示为边沿D触发器组成的4位串行输入/串行 输出移位寄存器。
串行输入1010
9
（a）寄存器清零
0
0
0
0
0
0
0
10
（c）第2个CP脉冲之后
0
00
（d）第3个CP脉冲之后
0
11
（e）第4个CP脉冲之后
1010
12
35
如果是减计数器则为：
如果是加计数器则为：
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J n1 K n1 Q 0Q 1 Q n2
J n1 K n1 Q 0Q1 Q n2
36
6.3.2 同步非二进制计数器
同步非2n进制计数器的电路构成没有规律可循， 可采取“观察”法，其具体构成过程见书p158
40
6.4.1 集成同步二进制计数器
其产品多以四位二进制即十六进制为主，下面 以典型产品 74LS161为例讨论。
41
① 异步清零。当CLR=0时，不管其它输入信号的状 态如何，计数器输出将立即被置零。
42
② 同步置数。当CLR=1（清零无效）、LD=0时， 如果有一个时钟脉冲的上升沿到来，则计数器输出 端数据Q3～Q0等于计数器的预置端数据D3～D0。
1.同步2位二进制计数器
31
工作原理分析
32
2.同步3位二进制计数器
33
34
3.同步n位二进制计数器 计数器的构成具有一定的规律，可归纳如下：
（a）同步n位二进制计数器由n个JK触发器组成； （b）各个触发器之间采用级联方式，第一个触发器
的输入信号J0＝K0＝1，其它触发器的输入信号由 计数方式决定。
例6-1 对于图6-4所示移位寄存器，画出下图所示输入 数据和时钟脉冲波形情况下各触发器输出端的波形。 设寄存器的初始状态全为0。
13
2. 集成电路移位寄存器 常用集成电路移位寄存器为74LS194，其逻辑符号和 引脚图如图所示。
14
15
例6-2 利用两片集成移位寄存器74LS194扩展成一 个8位移位寄存器。
37
1.同步5进制加法计数器
38
2.同步10进制加计数器电路
39
6.4 集成计数器
主要内容： 同步二进制加计数器74LS161的逻辑功能 同步十进制加/减计数器74LS192的逻辑功能 异步二进制加法计数器74LS93的逻辑功能 异步十进制加法计数器74LS90的逻辑功能 采用74LS90构成小于十的任意进制8421BCD码加计数器 采用74LS90构成小于十的任意进制5421BCD码加计数器 采用两片74LS161构成小于256的任意进制加法计数器 采用两片74LS90构成小于100的任意进制加法计数器
Q0
0
0
0
1
0
1
2
1
0
3
1
1
4（再循 0 环）
0
计数脉 Q1 Q0 冲
0
00
1
01
2
10
3（再 0 循环）
0
25
异步3进制加计数器电路如下
计数到
1 11的瞬
0
间就清
零
1
26
异步3进制加计数器输出波形：
27
2. 异步非二进制计数器 构成方式与上述3进制计数器一样，即采用“反馈清 零”法。
如：异步6进制加计 数器电路可在3位2 进制加计数器电路 基础上实现。
电路称为寄存器 。
1
0
1
0

0
1
上述寄存器的寄存时间？
0
2
集成寄存器74LS175
3
74LS175真值表
课外查资料：了解集成寄存器74LS373与 74LS374。
4
6.1.2 移位寄存器
移位寄存器的5种输入输出方式： （a）串行输入/右移/串行输出
（b）串行输入/左移/串行输出
5
（c）并行输入/串行输出 （d）串行输入/并行输出
6.1 寄存器与移位寄存器
主要内容：
▪ 触发器构成的寄存器 ▪ 集成寄存器74LS374/ 74HC374/ 74HCT374 ▪ 移位寄存器的五种输入输出方式 ▪ 触发器构成的移位寄存器 ▪ 4位集成移位寄存器74LS194 ▪ 移位寄存器的应用举例
1
6.1.1 寄存器
在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的
18
能够对输入脉冲个数进行计数的电路称为计数器。 一般将待计数的脉冲作为CP脉冲。
电路结构： 触发器＋门电路。
N个触发器可表示N位二进制数。
19
加法计数器
二进制计数器 减法计数器 可逆计数器 加法计数器
同步计数器 十进制计数器 减法计数器
可逆计数器
计
数
N进制计数器
·
器
·
二进制计数器
·
异步计数器 十进制计数器
·
N进制计数器
· ·
20
6.2.1 异步n位二进制计数器
1. 异步2位二进制加计数器
21
工作原理分析
22
异步2位二进制减计数器
23
2.异步n位二进制计数器
其构成具有一定的规律：
(a)异步n位二进制计数器由n个触发器组成，每个触发器均 接成T′触发器。
(b)各个触发器之间采用级联方式，其连接形式由计数方式 （加或减）和触发器的边沿触发方式（上升沿或下降沿） 共同决定 。
28
异步6进制加计数器电路
0
1
1
计数到110的瞬间就清零
0
29
6.3 同步N进制计数器
主要内容： ▪ 同步2位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步3位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步n位二进制计数器电路的构成方式 ▪ 同步5进制加计数器电路 ▪ 同步10进制加法计数器电路
30
6.3.1 同步n位二进制计数器
连接规律 加法计数 减法计数
T＇触发器的触发沿
上升沿
下降沿
CPi Qi1 CPi Qi1
CPi Qi1 CPi Qi1
例子
24
6.2.2 异步非二进制计数器
1.异步3进制加计数器
异步3进制加计数器以异步2位二进制加计数器为基础 构成。
要实现这一点，必须使用带异步清零端的触发器。
计数脉冲 Q1
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例6-3由集成移位寄存器74LS194和非门组成的脉冲分 配器电路如图所示，试画出在CP脉冲作用下移位寄 存器各输出端的波形。
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6.2 异步N进制计数器
主要内容：
▪ 异步n位二进制加、减计数器电路 ▪ 异步n位二进制计数器电路的构成方法 ▪ 异步3进制加计数器电路 ▪ 异步6进制加计数器电路 ▪ 异步非二进制计数器电路的构成方法
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③数据保持。当CLR=1、LD=1，且ET·EP=0时， 无论有没有时钟脉冲，计数器状态将保持不变。
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④加法计数。当CLR=1、LD=1（置数无效）且 ET=EP=1时，每来一个时钟脉冲上升沿，计数器 按照4位二进制码进行加法计数，计数变化范围为 0000～1111。该功能为它的最主要功能。