数字电子技术_基本组成电路
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数字电子技术第1单元数字电路基础知识
第二部分 相 关 知 识
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
数字电路概述
计数体制
码制 逻辑代数基础
逻辑函数的化简
数字逻辑门电路
1.1 数字电路概述
1.1.1 什么是数字电路
1．数字电路的特点
• 数字信号目前常取二值信息，它用两个有 一定数值范围的高、低电平来表示，也可 用两个不同状态的逻辑符号如“1”或“H” 和“0”或“L”来表示。
第1单元 数字电路基础知识
第一部分 任 务 导 入
• 数字电路是电子技术的另一大类，广泛应 用于各个领域的各种电子电路之中。
• 图1-1所示为由数字集成块构成的触摸LED 追逐电路。 • 该电路主要是由数字门（如IC1）与数字 计数器（如IC2）共同构成的。
图1-1 数字集成块构成的触摸LED追逐电路
③ 数字电路不仅能完成数值运算，还可以 进行逻辑运算与判断，在控制系统中这是 不可少的，因此又把数字电路称作“数字 逻辑电路”。
1.1.3
数字电路与脉冲电路的异同
• 脉冲信号是短促的断续作用的电压或电流信 号，图1-4所示为常见的脉冲信号波形。 • 除正弦波和它的合成信号外，其他形式的信 号都属于脉冲信号。
3．二进制数运算规则
2．十进制数的计数原则
• 十进制数的计数原则是：逢10进1，借1当10。
• 例如，十进制数3743. 3由5位数字组成，小 数点左边有4位，右边有1位。
• 这个数实际上是由以下多项式缩写而成的， 即
3743.3=3×103+7×102+4×101+3×100+3×10−1
• 依此类推，任何一个n位整数、m位小数 的十进制数(N)10均可记为
数字电子技术基础 第4章
在将两个多位二进制数相加时，除了最低位以外，每一 位都应该考虑来自低位的进位，即将两个对应位的加数 和来自低位的进位3个数相加。这种运算称为全加，所用 的电路称为全加器。
图4.3.26
全加器的卡诺图
图4.3.27 双全加器74LS183 （a）1/2逻辑图 （b）图形符号
二、多位加法器
1、串行进位加法器（速度慢）
数字电子技术基础 第四章 组合逻辑电路
Pan Hongbing VLSI Design Institute of Nanjing University
4.1 概述
数字电路分两类：一类为组合逻辑电路，另一类 为时序逻辑电路。 一、组合逻辑电路的特点
任何时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原 来的状态无关。 电路中不能包含存储单元。
例4.2.1 P162
图4.2.1
例3.2.1的电路
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
最简单逻辑电路：器件数最少，器件种类最少， 器件之间的连线最少。 步骤：
1、进行逻辑抽象 2、写出逻辑函数式 3、选定器件的类型 4、将逻辑函数化简或变换成适当的形式 5、根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路 的连接图 6、工艺设计
通常仅在大规模集成电 路内部采用这种结构。 图4.3.7 用二极管与门阵列组成的3线－8线译码器
最小项译码器。
图4.3.8
用与非门组成的3线－8线译码器74LS138
例4.3.2 P177
图4.3.10
用两片74LS138接成的4线－16线译码器
二、二-十进制译码器
拒绝伪码功能。
图4.3.11
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
(数字电子技术基础)第2章. 门电路
（2-13）
• 小规模集成电路(SSI-Small Scale 小规模集成电路(SSI(SSI Integration)， 每片组件内包含10~100 10~100个元件 Integration)， 每片组件内包含10~100个元件 10~20个等效门 个等效门) (或10~20个等效门)。 • 中规模集成电路(MSI-Medium Scale 中规模集成电路(MSI (MSIIntegration)，每片组件内含100~1000 100~1000个元件 Integration)，每片组件内含100~1000个元件 20~100个等效门 个等效门) (或20~100个等效门)。 • 大规模集成电路(LSI-Large Scale 大规模集成电路(LSI (LSIIntegration)， 每片组件内含1000~100 000个 Integration)， 每片组件内含1000~100 000个 元件( 100~1000个等效门 个等效门) 元件(或100~1000个等效门)。 • 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale 超大规模集成电路(VLSI (VLSIIntegration)， 每片组件内含100 000个元件 Integration)， 每片组件内含100 000个元件 1000个以上等效门 个以上等效门) (或1000个以上等效门)。
•
+5V
R1
T1
T5 R3
•
（2-30）
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 − T5压降 − T1的be结压降 = R1
5 − 0.3 − 0.7 ≈ 1.4mA = 3
（2-31）
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IiL 输入高电平电流 IiH IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max) 含义 输入为低电平时流入输 入端的电流-1 入端的电流 .4mA。 。 输入为高电平时流入输 入端的电流几十 几十μ 。 入端的电流几十μA。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。 不再是高电平。
• 小规模集成电路(SSI-Small Scale 小规模集成电路(SSI(SSI Integration)， 每片组件内包含10~100 10~100个元件 Integration)， 每片组件内包含10~100个元件 10~20个等效门 个等效门) (或10~20个等效门)。 • 中规模集成电路(MSI-Medium Scale 中规模集成电路(MSI (MSIIntegration)，每片组件内含100~1000 100~1000个元件 Integration)，每片组件内含100~1000个元件 20~100个等效门 个等效门) (或20~100个等效门)。 • 大规模集成电路(LSI-Large Scale 大规模集成电路(LSI (LSIIntegration)， 每片组件内含1000~100 000个 Integration)， 每片组件内含1000~100 000个 元件( 100~1000个等效门 个等效门) 元件(或100~1000个等效门)。 • 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale 超大规模集成电路(VLSI (VLSIIntegration)， 每片组件内含100 000个元件 Integration)， 每片组件内含100 000个元件 1000个以上等效门 个以上等效门) (或1000个以上等效门)。
•
+5V
R1
T1
T5 R3
•
（2-30）
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 − T5压降 − T1的be结压降 = R1
5 − 0.3 − 0.7 ≈ 1.4mA = 3
（2-31）
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IiL 输入高电平电流 IiH IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max) 含义 输入为低电平时流入输 入端的电流-1 入端的电流 .4mA。 。 输入为高电平时流入输 入端的电流几十 几十μ 。 入端的电流几十μA。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。 不再是高电平。
数字电子技术》电子教案
《数字电子技术》电子教案一、教学目标1. 让学生了解和掌握数字电子技术的基本概念、基本原理和基本电路。
2. 培养学生运用数字电子技术分析和解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 数字电路的基本概念：数字信号、数字电路、数字系统。
2. 数字电路的基本元件：逻辑门、逻辑函数、逻辑代数。
3. 组合逻辑电路：编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元。
4. 时序逻辑电路：触发器、计数器、寄存器。
5. 数字电路的设计与仿真：组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计、数字电路仿真。
三、教学方法1. 采用讲授法，讲解数字电子技术的基本概念、基本原理和基本电路。
2. 采用案例分析法，分析实际生活中的数字电子技术应用实例。
4. 采用讨论法，激发学生的学习兴趣和思考能力。
四、教学环境1. 教室环境：宽敞、明亮，配备多媒体教学设备。
2. 实验室环境：配备数字电子技术实验设备，如逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、提问回答、作业完成情况。
2. 实验报告：评价学生的实验操作技能、实验数据处理和分析能力。
3. 期末考试：考察学生对数字电子技术知识的掌握程度。
六、教学资源1. 教材：《数字电子技术基础》2. 辅助教材：《数字电子技术实验指导书》3. 在线资源：数字电子技术相关教学视频、课件、案例分析等。
4. 实验室设备：数字电子技术实验套件、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
七、教学进程安排1. 第一周：数字电路的基本概念、数字信号与数字系统。
2. 第二周：逻辑门与逻辑函数、逻辑代数。
3. 第三周：组合逻辑电路设计、编码器、译码器。
4. 第四周：多路选择器、算术逻辑单元。
5. 第五周：时序逻辑电路设计、触发器、计数器。
6. 第六周：寄存器、数字电路仿真。
7. 第七周：实验室实践，进行组合逻辑电路和时序逻辑电路的搭建与测试。
八、教学活动设计1. 课堂讲授：通过PPT展示，讲解数字电子技术的基本概念、基本原理和基本电路。
数字电子技术基础第五章时序逻辑电路PPT课件
减小功耗
优化电路结构，降低电路的 功耗，减少能源浪费。
提高可靠性
通过优化设计，提高电路的 可靠性和稳定性，降低故障 发生的概率。
提高性能
优化电路结构，提高电路的 响应速度和性能，满足设计 要求。
05 时序逻辑电路的实现技术
基于中小规模集成电路的时序逻辑电路实现技术
概述
中小规模集成电路是将多个晶体管集成在一块芯片上，实现时序逻辑功能。
冒险现象
由于竞争现象的存在，时序逻辑电路 的输出可能会产生短暂的不确定状态， 这种现象称为冒险现象。
04 时序逻辑电路的设计方法
同步时序逻辑电路的设计方法
建立原始状态图
根据设计要求，确定系统的输入和输出变量，并使用状 态图表示系统的状态转换关系。
逻辑方程组
根据状态图和状态编码，列出逻辑方程组，包括状态转 移方程、输出方程和时钟方程。
分类
根据触发器的不同，时序逻辑电 路可分为同步时序电路和异步时 序电路；根据电路结构，可分为 摩尔型和米立型。
时序逻辑电路的功能与特点
功能
实现数据的存储、记忆、计数、分频 等功能。
特点
具有记忆功能、输出状态不仅与当前 输入有关还与之前状态有关、具有时 钟信号控制等。
时序逻辑电路的应用场景
01
02
数字电子技术基础第五章时序逻辑 电路ppt课件
目 录
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的基本电路的实现技术 • 时序逻辑电路的应用实例
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义与分类
定义
时序逻辑电路是一种具有记忆功 能的电路，其输出不仅取决于当 前的输入，还与之前的输入状态 有关。
03
数字钟
利用时序逻辑电路实现时 间的计数和显示。
数字电子技术基础总结
a、将函数变换成最小项表达式
01
如果要实现的逻辑函数中的变量个数与数据选择器的地址输入端的个数不同，不能用前述的简单办法。应分离出多余的变量，把它们加到适当的数据输入端。
d、处理数据输入D0~D7信号电平。逻辑表达式中有mi ,则相应Di =1，其他的数据输入端均为0。
02
解法一：
其中：S2=A,S1=B,S0=C
选取编码方案的原则应有利于所选触发器的驱动方程及电路输出方程的简化和电路的稳定
例 设计一个串行数据检测器。对它的要求是：连续输入3个或3个以上的1时输出为1,其它情况下输出为0. 解：设输入数据为输入变量，用X表示；检测结果为输出变量，用Y表示，其状态转换表为 其中S0为没有1输入的以前状态，S1为输入一个1以后的状态，S2为输入两个1以后的状态，S3为连续输入3个或3个以上1的状态。 由状态表可以看出，S2和S3为等价状态，可以合并成一个。
A B C D
L
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1
试分别用以下方法设计一个七进制计数器：
试分别用以下方法设计一个七进制计数器：
利用74290的异步清零功能；（2）利用74163的同步清零功能；（3）利用74161的同步置数功能。
74161
试分别用以下方法设计一个七进制计数器： 利用74290的异步清零功能；（2）利用74163的同步清零功能；（3）利用74161的同步置数功能。
第三章 组合逻辑电路的分析与设计 基本要求 1.正确理解以下基本概念：逻辑变量、逻辑函数、“与、或、非”基本逻辑关系、竞争冒险。 2.熟练掌握逻辑函数的几种常用的表示方法：真值表、逻辑表达式、逻辑图、卡诺图。并能熟练的相互转换。 3. 熟练掌握逻辑代数基本定律、基本运算规则，能够熟练用其对逻辑函数进行代数化简及表达式转换。 4. 熟练掌握卡诺图化简法。 5.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。
01
如果要实现的逻辑函数中的变量个数与数据选择器的地址输入端的个数不同，不能用前述的简单办法。应分离出多余的变量，把它们加到适当的数据输入端。
d、处理数据输入D0~D7信号电平。逻辑表达式中有mi ,则相应Di =1，其他的数据输入端均为0。
02
解法一：
其中：S2=A,S1=B,S0=C
选取编码方案的原则应有利于所选触发器的驱动方程及电路输出方程的简化和电路的稳定
例 设计一个串行数据检测器。对它的要求是：连续输入3个或3个以上的1时输出为1,其它情况下输出为0. 解：设输入数据为输入变量，用X表示；检测结果为输出变量，用Y表示，其状态转换表为 其中S0为没有1输入的以前状态，S1为输入一个1以后的状态，S2为输入两个1以后的状态，S3为连续输入3个或3个以上1的状态。 由状态表可以看出，S2和S3为等价状态，可以合并成一个。
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试分别用以下方法设计一个七进制计数器：
试分别用以下方法设计一个七进制计数器：
利用74290的异步清零功能；（2）利用74163的同步清零功能；（3）利用74161的同步置数功能。
74161
试分别用以下方法设计一个七进制计数器： 利用74290的异步清零功能；（2）利用74163的同步清零功能；（3）利用74161的同步置数功能。
第三章 组合逻辑电路的分析与设计 基本要求 1.正确理解以下基本概念：逻辑变量、逻辑函数、“与、或、非”基本逻辑关系、竞争冒险。 2.熟练掌握逻辑函数的几种常用的表示方法：真值表、逻辑表达式、逻辑图、卡诺图。并能熟练的相互转换。 3. 熟练掌握逻辑代数基本定律、基本运算规则，能够熟练用其对逻辑函数进行代数化简及表达式转换。 4. 熟练掌握卡诺图化简法。 5.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。
数字电子技术基础知识
数字电子技术基础知识数字电子技术是指应用数字技术来控制电子设备的技术。
它是研究电路的基础技术，它包括数字逻辑电路，数字系统，微处理器和微电子学。
数字电子技术的发展主要有两种：一种是按照数字电路处理信号，另一种是根据微处理器处理信息。
数字电子技术应用于计算机、汽车、媒体，视听娱乐等多方面。
数字电子技术基础知识主要涉及基本电子学知识，数字电子电路、数字电路设计等相关知识，以及数字系统分析、控制系统的设计原理及应用、数字信号处理等内容。
1、基本电子学知识：包括半导体物理特性、半导体电子学基础、晶体管原理、晶体管参数之间的关系、缓冲器的类型及作用、电路的建模等。
2、数字电子电路：包括基本的数字电路组成，如Grated Logic Elements、半桥、全带等；特定的数字电路，如时序时钟、同步和异步计数器、位移编码器、状态空间变换等；以及数字电路的活性化，如速率调制、抖动抑制、比较器以及归一化等。
3、数字电路设计：是利用计算机建立、模拟和仿真由多个电路模块组成的数字电路，它涉及到仿真、校验、重新定义和优化等技术，开发的软件会在系统中进行不断的修改和实施。
4、数字系统分析：利用数字信号处理来解决系统中的模型分析问题，它涉及到系统模型分析、系统优化、系统故障诊断等问题，以达到系统分析和控制的目的。
5、控制系统的设计原理及应用：分析和设计建立的控制系统，如控制系统的建模、实时微处理器、线性系统的状态控制、步进控制、PID控制，以及artificial- intelligence控制等。
6、数字信号处理：利用数字信号处理技术，将不同信号格式的信号经过数字信号处理处理器，实现滤波、压缩、提取、监控等功能，以达到优化信号处理效果。
数字电子技术中的数字信号和数字电路概述
数字电子技术中的数字信号和数字电路概述
数字电子技术是指将模拟信号转换成离散化的数字信号，然后通过逻辑电路运算来实
现各种模拟信号的处理和控制。
数字信号是指在时间和幅度上都是离散的信号，其在描述
和处理方面具有很多优点，比如可靠性和稳定性高，易于精确测量和控制，因此在现代电
子技术中广泛应用。
数字信号的基本特征是二进制编码，也就是通过一系列的0和1来表示原始模拟信号。
这样可以直接通过数字电路进行处理，如数据编解码、加密解密、数值计算、数字化调制等。
数字信号的处理方法有很多，基本包括采样、量化、编码和解码等步骤。
数字电路是指由数字元件和逻辑元件组成的电路，它能够实现各种数字信号的传输和
处理。
数字元件包括电子逻辑门、触发器、计数器等，逻辑元件包括与门、或门、非门等。
数字电路的设计和实现可以通过仿真软件、硬件描述语言或者直接布线电路实现。
数字电
路的重要特点是精度高、抗干扰性强、工作稳定可靠，并且非常适合大规模集成。
数字信号和数字电路在人们的生产生活中已经无处不在，它们被广泛应用于各种领域，如通讯、计算机、控制系统、数字音频、数字视频、医疗设备等。
数字技术的发展史便是
数字信号和数字电路的发展史，每一次技术进步都带来了巨大的变革和发展，比如数字化
通信、数字化音乐、数字卫星等。
总之，数字信号和数字电路作为数字电子技术的重要组成部分，不仅已经改变了我们
的生产和生活方式，也给技术人员提出了更多的挑战和机会。
随着未来技术的不断创新和
进步，数字电子技术在各领域应用的广泛性和深入程度也将大大提高。
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
ts 的大小是影响三极管速度的最主要因素，要提高三极 管的开关速度就要设法缩短ton与toff ，特别是要缩短ts 。
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
3.MOS管的开关特性
A、MOS管静态开关特性
在数字电路中，MOS管也是作为 开关元件使用，一般采用增强型的 MOS管组成开关电路，并由栅源电压 uGS控制MOS管的导通和截止。
时间。
toff = ts +tf 关断时间toff：从输入信号负跃变的瞬间，到iC 下降到 0.1ICmax所经历的时间。
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
B、晶体三极管动态开关特性
ton和toff一般约在几十纳秒（ns=10-9 s）范围。通常都
有toff > ton，而且ts > tf 。
0 .3V 3 .6V 3 .6V
1V 5V
3 .6V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
3 .6V 3 .6V 3 .6V
2.1V
0 .3V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
❖ 2.教学重点：不同元器件的静态开关特性，分立元件门电路 和组合门电路，TTL和CMOS集成逻辑门电路基本功能和电气特 性。
❖ 3.教学难点：组合逻辑门电路、TTL和CMOS集成逻辑门4.课时 安排： 第一节 常见元器件的开关特性 第二节 基本逻辑门电路 第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
3.MOS管的开关特性
A、MOS管静态开关特性
在数字电路中，MOS管也是作为 开关元件使用，一般采用增强型的 MOS管组成开关电路，并由栅源电压 uGS控制MOS管的导通和截止。
时间。
toff = ts +tf 关断时间toff：从输入信号负跃变的瞬间，到iC 下降到 0.1ICmax所经历的时间。
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
B、晶体三极管动态开关特性
ton和toff一般约在几十纳秒（ns=10-9 s）范围。通常都
有toff > ton，而且ts > tf 。
0 .3V 3 .6V 3 .6V
1V 5V
3 .6V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
3 .6V 3 .6V 3 .6V
2.1V
0 .3V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
❖ 2.教学重点：不同元器件的静态开关特性，分立元件门电路 和组合门电路，TTL和CMOS集成逻辑门电路基本功能和电气特 性。
❖ 3.教学难点：组合逻辑门电路、TTL和CMOS集成逻辑门4.课时 安排： 第一节 常见元器件的开关特性 第二节 基本逻辑门电路 第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
数电基本知识点总结
数电基本知识点总结随着现代电子技术的快速发展和广泛应用，数字电子技术已经成为新时代中不可或缺的重要组成部分。
数字电子技术作为电子技术的一个分支，已经成为电子科学研究的主要方向之一，在现代应用中也扮演着重要的角色。
数字电子技术的基本知识点包括数字电路、数字信号处理等。
本文将对这些基本知识点进行总结。
一、数字电路数字电路是计算机硬件、通信系统以及灯胆等各种电子器件的基本组成部分，是数字电子技术的基础。
数字电路包括组合逻辑电路和时序逻辑电路两种。
组合逻辑电路根据输入信号产生输出信号，其中不需要考虑时序。
时序逻辑电路则是由组合逻辑模块和时钟模块组成的，处理输入信号时需要考虑时序。
数字电路有以下基本知识点：1.逻辑运算数字电路中的逻辑运算包括与、或、非、异或等逻辑运算。
其中与运算是指各输入信号同时为1时，输出为1；或运算是指各输入信号中有一个或多个为1时，输出为1；非运算是指输入信号为1时，输出为0，反之亦然；异或运算是指各输入信号不相同时输出为1，否则输出为0。
2.编码器编码器是将不同的输入信号映射为不同的输出信号的电路。
常用的编码器有BCD编码器、八位编码器和十六位编码器等。
3.译码器译码器是将不同的输入信号转换为不同的输出信号，按照特定的规则进行转换。
译码器是数字电路的重要组成部分。
常用的译码器有BCD译码器、八位译码器和十六位译码器等。
4.计数器计数器是可以计数的电路，也是数字电路中经常使用的模块之一。
计数器可以按照一定的规则计数，并可以将计数结果反馈给其他电路模块使用。
计数器包括同步计数器和异步计数器等。
5.时序电路时序电路是根据特定的时序要求来设计的数字电路。
时序电路有微处理器、时钟电路等。
二、数字信号处理数字信号处理是应用数字电子技术的一个重要方向，将模拟信号转换为数字信号，并对其进行数字处理和分析。
数字信号处理有以下几个基本知识点：1.采样定理采样定理是数字信号处理中最基本的知识点之一。
其核心思想是：一个信号能够以完全的方式重构，只需要一定的采样频率。
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2020/11/14
微型计算机原理及应用_宋廷强
13
•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。
2020/11/14
微型计算机原理及应用_宋廷强
14
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
39
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
微型计算机原理及应用_宋廷强
11
•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。
2020/11/14
微型计算机原理及应用_宋廷强
12
•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
2020/11/14
微型计算机原理及应用_宋廷强
37
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
34
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
10
2020/11/14
器
2020/11/14
微型计算机原理及应用_宋廷强
4
主要内容
– ALU、触发器、寄存器 – 三态电路、总线结构 – 存储器
2020/11/14
微型计算机原理及应用_宋廷强
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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。