1、項目八 寄存器與 存儲器及應用,8.1 寄存器 8. 2 存儲器 8.3 寄存器與存儲器例表 本章小結,主要內容,寄存器的功能、分類、結構、工作原理； 存儲器的功能、分類、結構、工作原理； 寄存器、存儲器的應用。,主要技能,寄存器與存儲器的正確使用技能和功能測試技能； 熟練應用寄存器和存儲器構成具特定功能的邏輯電路； 能完成電路的安裝與功能調試。,基本概念,寄存器； 移位寄存器； 序列信號； 隨機存取存儲器； 只讀存儲器。,存儲器,存儲預置數,設計項目,廣告燈控制電路,寄存器：用于暫時存儲二進制數據或代碼的電路。 存儲器：用于長期存儲大量二進數據或代碼的電路。集成很高。,寄存器與存儲器的區別：

2、,8.1.1 寄存器的結構、原理,一、基本寄存器 僅有并入、并出存取數據功能的寄存器。 1. 組成： N個D觸發器構成。,寄存器：用于暫時存儲二進制數據與代碼的電路。 分 類：基本寄存器、移位寄存器。 組 成：觸發器和門電路。一個觸發器能存放一位二 進制數碼；N個觸發器可以存放N 位二進制數碼。,8.1 寄存器及應用,控制時鐘 脈沖端輸入,輸出端,數碼輸入端,2.工作原理,二、具有鎖存功能的寄存器 1.鎖存器的結構及工作原理,CP-即為送數脈沖輸入端，又為鎖存控制信號輸入端，即使能信號，低電平有效。,當CP=1時，D數據輸入不影響電路的狀態，電路鎖定原數據。即當使能信號結束后（鎖存），數據被鎖

3、住，輸出狀態保持不變。,當CP=0時，Q =D，電路接收輸入數據；即當使能信號到來（不鎖存數據）時，輸出端的信號隨輸入信號變化；,由D鎖存器組成。,鎖存器具有接收、存放、輸出和清除數碼的功能，在接收指令（在計算機中稱為寫指令）控制下，將數據送入寄存器存放；需要時可在輸出指令（讀出指令）控制下，將數據由寄存器輸出。,2.集成數碼鎖存器74LS373,74LS373是 8位數據鎖存器。,74LS373功能表,0C為三態控制端（低電平有效）： 當 0C =1時，輸出為高阻態；當0C =0時，8個數據傳送到輸出端,C為鎖存控制輸入端（高電平有效）：當C=0時，保持輸入端數據不變，當C=1時，接收輸入端

4、數據。,三、移位寄存器,移位寄存器：存儲數據，所存數據可在移位脈沖作用下逐位左移或右移。即實現串入串出。 在數字電路系統中，由于運算（如:二進制的乘除法）的需要，常常要求實現移位功能。 分類：單向移位、雙向移位。,1單向移位寄存器 （1）右移位寄存器,串行數據 輸入,同步移位時 鐘輸入端,清零端,工作過程：,假設要傳送數據1011。,1,1,0,1,串入串出：前觸發器輸出端Q與后數據輸入端D相連接。當時鐘到時，加至串行輸入端DSR的數據送Q0，同時Q0的數據右移至Q1，Q1的數據右移至Q2，以此類推。將數碼1101右移串行輸入給寄存器共需要4個移位脈沖,Q3可串行輸出從輸入端DSR存入的數據，

5、4個移位脈沖后收 到第一個數據，要全部輸出共需8個移位脈沖。,時序圖：,2. 具有并入并出、串入串出功能的移位寄存器：,1,并入并出：當IE=1時，在時鐘脈沖CP的作用下并行數據輸入端D0D3的數會存入寄存器Q0Q3。,串入串出：原理與前述相同，略。,3. 集成雙向移位寄存器74LS194,74LS194是四位雙向移位寄存器。,引腳及功能簡介：,74LS194功能表,工作方式控制端S1S0區分四種功能： S1S0=00、保持； S1S0=10、左移存儲； S1S0=01、右移存儲； S1S0=11并入并出,8.1.2 移位寄存器的應用,一、移位寄存器構成序列脈沖發生器,序列信號：是在同步脈沖的

6、作用下按一定周期循環產生的一串二進制信號。如：0111-0111，每4位重復一次，稱為4位序列信號。,序列脈沖信號廣泛用于數字設備測試、通信和遙控中的識別信號或基準信號等。,移位寄存器組成的8位序列信號發生器，序列信號為：00001111,電路產生的序列信號為： 0 0 0 0 1 1 1 1,工作原理分析：,S1S0=01，為右移方式，Q3作為輸出端。,首先令CR0，輸出端全為零，Q3非后送DSR，則DSR為1； 然后；連續送入移位脈沖，各輸出狀態的如表所示規模變化。,狀態表,產生序列信號的關鍵：是從移位寄存器的輸出端引出一個反饋信號送至串行輸入端，反饋電路由組合邏輯門電路構成。n 位移位寄

7、存器構成的序列信號發生器產生的序列信號的最大長度P=2n。,思考:下列兩個序列信號的形式.,(1),(2),0000000100110111 1000110011101111,電路清零以后，在連續脈沖的作用下，數據右移，Q3Q2Q1Q0的數據依次為：,有8種不同的狀態輸出。如果譯碼器將這8種狀態譯成07共8個數字，則，上述電路就構成8進制計數器。注：此處譯碼器不是LED管顯示譯碼器。,計數前，如果不清零，由于隨機性，隨著計數脈沖的到來，Q3Q2Q1Q0 的狀態可能進入如下的無效循環：0100100100100101 1011011011011010,二、移位寄存構成計數器,工作原理分析：,無效

8、循環：譯碼器無法對八種狀態譯碼，我們把這種循環稱為無效循環。因此，不允許寄存器工作在這種循環狀態。,改進電路：,當n=4時，反饋邏輯表達式為。,當n=8時，反饋邏輯表達式為。,計數器的最大長度：N=2n-1,三、數據顯示鎖存器,在計數顯示電路中，如果計數器的計數值變化的速度很快，人眼則無法辨認顯示的字符。如：信號源頻率顯示器。,在計數器和譯碼器之間加入鎖存器，就可控制數據顯示的時間。,若鎖存信號C0時，數據被鎖存，譯碼顯示電路穩定顯示鎖存的數據。,若鎖存信號C1時，顯示值隨數據變化而變化，時實顯示。,工作原理分析：,四、移位寄存器構成分頻器,在數字系統中，常常需要獲得不同頻率的時鐘或基準信號，

9、其方法一般是對系統主時鐘信號進行分頻。在計數器一章中，我們已討論了利用計數器實現n分頻。既然寄存器可以構成計數器，利用移位寄存器也可以實現分頻，分頻器有固定分頻和可編程分頻。,1. 固定比分頻器,從序列信號發生器的Q3的輸出波形，不難發現，Q3 波形的頻率恰為時鐘波形頻率的1/8。顯然采用不同的反饋邏輯，可以構成不同的固定比分頻器。,2. 可編程分頻器,可編程分頻器：指分頻器的分頻比可以受程序控制。,電路的結構特點：,兩片74LS194的S1=1， 。 若S1S0=10，則74LS194工作在左移位狀態， S1S0=11 ，則74LS194工作在并行置數狀態。,74LS138的8個輸出端接兩

10、片74LS194的并行輸入數據端。由于74LS138的輸出狀態，由輸入端ABC決定，故移位的數據是可變化的。,以下是可編程分頻器的工作過程演示：,工作原理分析：,0 1 1,4,3,2,CP1,清零,S1S0=11；并行置數。,S1S0=10；左移傳送。,S1S0=11；并行置數。,小結: 74LS138譯碼器地址輸入端A2A1A0（CBA）的取值，決定了分頻比，將CBA代表的二進制數轉換成十進制數再加1，即為分頻系數。,思考： 若ABC=000,001、-111分別是多少分頻器？,分頻器的輸出波形：,作 業 題,6.4、6.5、6.6,8.2 存儲器,8.2.1 存儲器的概述,半導體存儲器的

11、優點：容量大、體積小、功耗低、存取速 度快、使用壽命長等。,存儲器：用于長期存儲大量數據、資料及運算程序等二進信息的單元。,發 展：,寄存器與存儲器的區別： 寄存器：用于暫時存儲二進制數據或代碼的電路。 存儲器：用于長期存儲大量二進數據或代碼的電路。集成很高。,按照內部信息的存取方式可分為：,存儲器的分類：,隨機存取存儲器RAM按硬件結構可分為：,只讀存儲器ROM按數據輸入方式可分為：,存儲單元：存儲一位二進制數的最小電路； 字：構成二進制信息的最小集合（1、2、4、 8、16）； 存儲容量：存儲二進制數的總量，單位：K（210=1024）。,基本概念：,一、組成：,8.2.2 隨機存取存儲器

12、RAM,RAM：可以在任意時刻，對任意選中的存儲單元進行信息的存入（寫）或取出（讀）的信息操作。,分類：根據內容結構不同可分為： SRAM（靜態隨機存取）、DRAM（動態隨機存取）。,優點：讀寫方便，使用靈活。 缺點：掉電丟失信息。,當給定行和列的地址時，行和列的地址譯碼器分別選中相應的行線和列線，這兩種輸出線（行與列）的交點處的存儲單元便被選中（注：選中的存儲器可能是一位也可能是多位）。,工作過程：,第一步：選中存儲信息,如果此時讀寫控制電路有相應的有效信號，則實現對選中存儲單元的信息進行讀寫操作。,二、各組成的結構與工作原理,1. 存儲矩陣,用于存儲信息的主體電路。它由若干存儲單元以矩陣的

13、形式構成。有若干行和若干列。,如：存儲容量為256X4=1K的存儲器，它由1024個存儲單元以32行和32 列矩陣的形式構成的。它的一個字由4位二進制數組成。,第二步：進行讀寫操作,當給定行和列的地址時，行和列的地址譯碼器分別選中相應的行線和列線，這兩種輸出線（行與列）的交點處的存儲單元便被選中（注：選中的存儲器可能是一位也可能是多位）。,存儲器信息（字）位置的確定：,32行32列矩陣,存儲器容量： （字數）（位數）= 2564,字數：32 X 8 = 256,存儲器有32條行線、8條列線；,存儲器的容量計算：,2RAM的存儲單元,按結構不同可分為: 靜態存儲單元SRAM、動態存儲單元DRAM

14、,利用CMOS構成的基本RS觸發器來存儲信息。保存的信息不易丟失，可長期保存。典型的SRAM的存儲單元需要六個晶體管（三極管）構成。用于小容量、高速存儲器。,利用MOS管的柵極電容C存儲電荷來儲存信息，電容是會漏電的，所以必須通過不停的給電容充電來維持信息，這個充電的過程叫再生或刷新（REFRESH）。由于電容的充放電是需要,靜態存儲單元(SRAM),動態存儲單元（DRAM）,相對較長的時間的，DRAM的速度要慢于SRAM。DRAM的一個存儲單元只需要一個晶體管和一個電容。因此，DRAM的成本、集成度、功耗等明顯優于SRAM。,3地址譯碼電路,地址號：存放在同一個字中的存儲單元編為一組所賦予的

15、號碼。每個字賦予一個地址號，地址號的位數n應滿足：2n=256（字數）。地址號由行地址碼與列地址碼兩部分組成。,行地址加列地址共8位二進數A0A7 ，可對256個字單元進行編碼，這樣每個字就有一個地址號了。,此存儲矩陣有行32個，可用5位二進數進行編碼，行地址碼A0A4從0000011111。,此存儲器有列8個，可用3位進制數進行編碼，列地址碼A5A7從000111。,思考：地址號為：11100010的數據位置。多少行？多少列？,地址號：00111111,地址譯碼電路：用于將地址號轉換為尋找所需存儲數據的信息電路。即；通過所給的地址號可查找到所要信息。,4讀/寫與片選控制電路,片選與讀寫控制電

16、路：,C. =1，G3導通，G1、G2高阻態截止。若地址A7A0為00011111，于是位于31，0的存儲單元所存儲的信息送出到I/O端，存儲器執行讀操作;,A. =1時，G1，G2，G3均為高阻態，芯片未選中;,B. =0時，芯片被選中;,D. =0，G1、G2導通，G3高阻態截止，I/O端的數據以互補的形式出現在數據線D、 上，并被存入31，0存儲單元，存儲器執行寫操作。,三、集成隨機存取存儲器RAM電路6116,存儲容量：16K=2K（2048）8位。 地址線： 11條A0A10； 數據線： 8條I/O0I/O7；,工作方式： 片選信號 =0有效； 控端 =0、 =1，實現寫操作； 控端

17、 =1， =0，實現讀操作。,6116是一種典型的動態RAM。,四、集成隨機存取存儲器的擴展,1位擴展,例：試用10241RAM擴展成10248RAM,RAM的擴展分為：位擴展和字擴展。,位擴展：前后的字數不變，因為RAM的地址線N決定字數（即字=2n ），所以地址線不變。位數擴展只需將N個相同的RAM的地址線、讀寫線、片選線其用，輸出線并行則可實現位擴展。,確定所需10241RAM的片數為: N =總存儲容量片存儲容量 =8(片),解：,2 字擴展,字擴展則改變地址線N的數量，符合：字=2n 關系 。,例：試用2564RAM擴展成10244存儲器,確定所需的2564RAM的片數為： N=總存

18、儲容量 1片存儲容量= 4片,確定地址線的根數：字數從256 （28）擴展為1024（210），由此地址線應從8根擴展為10根。 尋址范圍： 00 0000 0000 11 1111 1111（000H3FFH) 地址線擴展的方法：利用一個2線4線譯碼器接到各片的片選線。,解：,字擴展原理：,字擴展需要增加2位地址號， 地址線滿足：210=1024,片1尋址范圍:00 0000 0000B 00 1111 1111B (000H0FFH) 片2尋址范圍:01 0000 0000B 01 1111 1111B (100H1FFH) 片3尋址范圍:10 0000 0000B 10 1111 111

19、1B (200H2FFH) 片4尋址范圍:11 0000 0000B 11 1111 1111B (300H3FFH),讀寫線并聯,片選線作為地址線擴展,各片存儲器的地址范圍：,3字位同時擴展,例： 試把642RAM擴展為2564存儲器,解 ：,字擴展所需片數: 644RAM2564RAM，需4片644RAM組成2564RAM； 字數由64擴展為256，地址線由原來的6條A5A0擴展為8條A7A0。,位擴展所需片數: 642RAM644RAM，需兩片642RAM組成644RAM；,確定芯片的總片數N： 2564RAM需642RAM的芯片數為:,地址范圍： 00H 3FH,地址范圍： 40H 7

20、3FH,地址范圍： 80H BFH,地址范圍： CFH FFH,8.2.3 只讀存儲器ROM,一、組成 地址譯碼器； 存儲矩陣； 輸出電路。,ROM：只讀存儲器所存儲的內容一般是固定不變的，正常工作時只能讀數，不能寫入，并且在斷電后不丟失其中存儲的內容，故稱為只讀存儲器。,分類：掩膜存儲器、可編程存儲器（PROM）、可改寫存儲器（EPRPM、EOROM、Flash Memory)。,二、只讀ROM結構和工作原理,1. 掩膜ROM 掩膜ROM 又稱為固定式ROM。在制造時，生產廠家利用掩膜技術的信息寫入存儲器中。存儲信息是一次性的。,二極管式掩膜ROM結構： 存儲矩陣：由二極管組成的存儲單元組成

21、。 地址譯碼器：選中存儲單元中相應信息。 輸出緩沖器：提高負載能力、輸出相應信息（注是三態控制）。,各單元存儲信息,地址譯碼器輸出,1 0 1 0,0 1 0 1,工作原理分析：,可實現存儲信息的編寫。在編程前，存儲矩陣中的全部存儲單元的熔絲都是連通的，即每個單元存儲的都是1。,2可編程只讀存儲器（PROM）,用戶可根據需要，借助一定的編程工具，將某些存儲單元上的熔絲用大電流燒斷，該單元存儲的內容就變為0，此過程稱為編程。熔絲燒斷后不能再接上，故PROM只能進行一次編程。,3可擦可編程ROM（EPROM）,EPROM的另外一種廣泛使用的存儲器。EPROM可以根據用戶要求寫入信息，從而長期使用。

22、當不需要原有信息時，也可以擦除后重寫。若要擦去所寫入的內容，可用EPROM擦除器產生的強紫外線，對EPROM照射20分鐘左右，使全部存儲單元恢復“1”，以便用戶重新編寫。 常用的EPROM2716、2732、27512，即標號為27的芯片都是EPROM。實訓中使用的2764就屬于這一類型。,E2PROM是近年來被廣泛重視的一種只讀存儲器，它稱為電擦除可編程只讀存儲器，又可寫為EEPROM。 主要特點是能在應用系統中進行在線改寫，并能在斷電的情況下保存數據而不需保護電源。特別是最近的+5V電擦除E2PROM，通常不需單獨的擦除操作，可在寫入過程中自動擦除，使用非常方便。28系列的芯片都是E2PROM。,4可擦可編程ROM（ E2P