數(shù)字電路第10章課件

1、10.1彩燈控制電路的總體工作原理10.1.1功能要求1)能對(duì)8個(gè)LED彩燈進(jìn)行獨(dú)立控制。2)彩燈閃爍的花樣以及閃爍的速度可以由使用者靈活設(shè)置，且設(shè)置完畢后可保持不變。10.1.2任務(wù)分析要完成以上彩燈控制電路的功能，可以從以下幾方面考慮：1)要對(duì)8個(gè)LED進(jìn)行獨(dú)立控制，因此必須要有獨(dú)立的8個(gè)控制數(shù)據(jù)。2)彩燈閃爍的花樣應(yīng)可以由使用者靈活改變，因此不能再采用以前組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路來完成，因?yàn)榻M合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路無法實(shí)現(xiàn)“靈活設(shè)置閃爍花樣”的功能，它們的閃爍花樣一般只能是固定不變的。同時(shí)要滿足“設(shè)置完畢后可保持不變”的功能，即電路必須有存儲(chǔ)器。在設(shè)置時(shí)將彩燈的閃爍花樣保存下來，在正

2、常工作時(shí)按保存順序?qū)⒈４娴牟薀艋尤〕鰜恚虼舜鎯?chǔ)器的地址應(yīng)可自動(dòng)調(diào)整。經(jīng)過以上分析，可以大概繪制出滿足項(xiàng)目功能要求的彩燈控制電路功能框圖如圖10-2所示10.1.3彩燈控制電路的工作原理彩燈控制電路主要是控制彩燈按照原來編制的花樣閃爍，可以作為節(jié)假日喜慶的彩燈、廣告燈等的控制器。它的基本工作原理是利用存儲(chǔ)器預(yù)先將彩燈的閃爍花樣(高低電平)依次保存在存儲(chǔ)單元中，然后利用計(jì)數(shù)器的輸出作為存儲(chǔ)器的地址，依次讀出原保存于存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)(即彩燈花樣)，控制彩燈依照原來編制好的閃爍花樣有序的亮和滅，達(dá)到裝飾、廣告的作用，各部分組成框圖如圖10-2所示。10.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器10.2.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的作用在計(jì)

3、算機(jī)、單片機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)中，需要對(duì)大量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)、狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)大量二進(jìn)制數(shù)據(jù)的器件，它像一個(gè)用來保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的倉庫。10.2.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器根據(jù)斷電后數(shù)據(jù)是否丟失分為只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)。二者最大的區(qū)別是：斷電后ROM中的數(shù)據(jù)依然保持不變，下次通電后原保存數(shù)據(jù)仍然可取出使用，它像一個(gè)永久的數(shù)據(jù)倉庫；而RAM斷電后的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失，更像超市中用來臨時(shí)保存顧客手提包的儲(chǔ)物柜。例如，電視機(jī)內(nèi)部使用只讀存儲(chǔ)器(ROM)來保存頻道、亮度、色度等信息，用戶只要第一次使用時(shí)調(diào)好頻道、亮度、色度等信息后以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式存入只讀存儲(chǔ)器(ROM)中

4、，下次開機(jī)電視機(jī)會(huì)自動(dòng)從只讀存儲(chǔ)器(ROM)取出以上信息，不必每次使用都調(diào)節(jié)；而計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存屬于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，如果在操作中來不及保存而停電，對(duì)文件所作的修改將沒有辦法保留下來。ROM根據(jù)是否可編程分為掩模ROM(又稱為MROM)和可編程ROM(又稱為PROM)?？删幊蘎OM根據(jù)編程方式分為一次性可編程ROM(又稱為OTPROM)和可擦寫可編程ROM(又稱為EPROM)；可擦寫可編程ROM按擦除的方法不同可分為紫外線可擦除EPROM(UVEPROM)和電擦除EPROM(又稱為EEPROM或E2PROM)，以及近年來應(yīng)用非常廣泛的閃存(Flash Memories)。ROM的分類如下所示

5、，它們的特點(diǎn)見表10-1。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器根據(jù)數(shù)據(jù)存入和取出時(shí)的方式可以分為并行存儲(chǔ)器和串行存儲(chǔ)器。并行存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存入和取出時(shí)各位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，而串行存儲(chǔ)器存入和取出時(shí)各位數(shù)據(jù)依次進(jìn)行。下面以并行存儲(chǔ)器為例學(xué)習(xí)存儲(chǔ)器工作原理。10.2.3并行半導(dǎo)體儲(chǔ)存器的工作原理因?yàn)榘雽?dǎo)體存儲(chǔ)器就像一個(gè)保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的倉庫，因此工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)跟生活中的倉庫有一定的相似性。結(jié)合圖10-6，一邊思考生活中的倉庫一邊學(xué)習(xí)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的工作原理。倉庫要保存物質(zhì)需要一個(gè)一個(gè)的房間，存儲(chǔ)器保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)也需要一個(gè)一個(gè)存儲(chǔ)單元。為了對(duì)倉庫的物體保存、取出進(jìn)行有效的管理，我們需要倉庫管理員，相應(yīng)的存儲(chǔ)器保存、讀取二進(jìn)制數(shù)據(jù)也

6、需要一個(gè)讀寫控制電路。倉庫管理員為了便于有序、快速地存取物體，需要對(duì)一個(gè)一個(gè)的房間編號(hào)，我們也對(duì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元依次編號(hào)，這個(gè)編號(hào)稱為地址。倉庫用來保存各種物體，存儲(chǔ)器用來保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)。為了保存更多的物體，一個(gè)房間可以放置幾個(gè)柜，每個(gè)柜放不同的物體，相應(yīng)的我們把每個(gè)存儲(chǔ)單元又分為多位，每一位保存一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。由以上分析，存儲(chǔ)器應(yīng)該具有圖10-6所示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部由以上分析，存儲(chǔ)器應(yīng)該具有圖10-6所示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳。圖10-6存儲(chǔ)器工作原理圖地址線：輸入引腳，用于向存儲(chǔ)器內(nèi)部輸入地址，相當(dāng)于存取物體時(shí)的號(hào)碼薄。地址引腳越多，表示存儲(chǔ)器包含的存儲(chǔ)單元越多，存儲(chǔ)容量越大，n根地址線表示有2

7、n個(gè)存儲(chǔ)單元。地址譯碼器：用作地址譯碼，即根據(jù)地址線輸入的狀態(tài)(高低電平)確定數(shù)據(jù)具體要存放的存儲(chǔ)單元，相當(dāng)于根據(jù)號(hào)碼薄找到要存儲(chǔ)物體的房間。存儲(chǔ)器讀/寫控制電路：根據(jù)控制線的狀態(tài)(片選、寫讀)決定數(shù)據(jù)是讀出(取出)數(shù)據(jù)，還是寫入(保存)數(shù)據(jù)。控制線：控制存儲(chǔ)器是保存還是讀出數(shù)據(jù)。為片選控制引腳，只有當(dāng)有效時(shí)(低電平有效)，存儲(chǔ)器才正常工作，一般在多塊存儲(chǔ)器相連時(shí)用于確定哪一塊工作，在使用單塊存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)使該引腳長期有效；W為寫控制引腳(低電平有效)，當(dāng)其有效時(shí)存儲(chǔ)器保存數(shù)據(jù)；為讀控制引腳(低電平有效)，當(dāng)其有效時(shí)數(shù)據(jù)由存儲(chǔ)器取出。輸出緩沖器：存儲(chǔ)單元和外部數(shù)據(jù)線交換數(shù)據(jù)的中間場所，同時(shí)可提高數(shù)據(jù)

8、引腳的驅(qū)動(dòng)能力，相當(dāng)于倉庫的工作人員，負(fù)責(zé)在保存時(shí)將物體由倉庫門口搬入房間，取出時(shí)將物體由保存房間搬到倉庫門口。由以上分析可知：存儲(chǔ)器的外部引腳可分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、電源線。在說明存儲(chǔ)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳后，我們以228存儲(chǔ)器為例說明存儲(chǔ)器的工作過程：因?yàn)榈刂肪€有A0、A1兩根，所能表示的狀態(tài)有22種，表示該存儲(chǔ)器有4個(gè)存儲(chǔ)單元，依次編號(hào)為03。數(shù)據(jù)線有D0D7八根，表示每個(gè)存儲(chǔ)單元能保存8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。VCC一般接5V，GND接地。存儲(chǔ)器處于讀狀態(tài)時(shí)工作過程和外部引腳電平如圖10-7所示。因?yàn)榈刂肪€A0接高電平1，A1接低電平0，經(jīng)過地址譯碼器譯碼后選中存儲(chǔ)單元1。因?yàn)槠x引腳接0

9、有效，存儲(chǔ)器正常工作，同時(shí)讀控制引腳接0有效，存儲(chǔ)器處于讀狀態(tài)，被選中存儲(chǔ)單元1內(nèi)的數(shù)據(jù)10101011被輸送到輸出緩沖器中，同時(shí)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)以高低電平的形式輸出到數(shù)據(jù)引腳D0D7，完成數(shù)據(jù)的讀取。存儲(chǔ)器處于寫狀態(tài)時(shí)工作過程和外部引腳電平如圖10-8所示。因?yàn)榈刂肪€A0接低電平0，A1接高電平1，經(jīng)過地址譯碼器譯碼后選中存儲(chǔ)單元2，因?yàn)槠x引腳接0有效，存儲(chǔ)器正常工作，同時(shí)因?yàn)閷懣刂埔_接0有效，存儲(chǔ)器處于寫狀態(tài)，外部數(shù)據(jù)線的高低電平狀態(tài)00001111被輸入到輸出緩沖器中，同時(shí)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸入到被選中存儲(chǔ)單元2，在存儲(chǔ)單元2中保存數(shù)據(jù)00001111，完成數(shù)據(jù)保存?？偨Y(jié)：1)存儲(chǔ)器主

10、要作用就是保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)，它內(nèi)部由按順序排列的存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元可以保存多位二進(jìn)制數(shù)據(jù)(一般為8位、位或32位)，其外部引腳主要由三大總線構(gòu)成：即地址總線A、數(shù)據(jù)總線D、控制總線C，它們各負(fù)其責(zé)，相互協(xié)作：地址總線負(fù)責(zé)找到相應(yīng)的操作單元，數(shù)據(jù)總線負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)輸入或輸出，控制總線負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)是寫入還是讀出。2)地址線的多少?zèng)Q定了存儲(chǔ)器的容量，有n條地址線，就有2n個(gè)存儲(chǔ)單元，如8根地址線有28=256個(gè)存儲(chǔ)單元，10根地址線有210=1024個(gè)存儲(chǔ)單元，1024個(gè)存儲(chǔ)單元就是1K，20條地址線有220=10241024個(gè)存儲(chǔ)單元，就是1M，1M1024K10241024。數(shù)據(jù)線決定一個(gè)存儲(chǔ)單元

11、可以保存多少位二進(jìn)制數(shù)，一般為8位，即1字節(jié)，用單位B表示。10.2.4EEPROM集成存儲(chǔ)器28C04介紹圖10-928C04引腳圖28C04是一種采用CMOS工藝制成的5128位24引腳的電可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，外形如圖10-9所示，其讀寫非常方便，可實(shí)現(xiàn)在線編程，在寫入之前自動(dòng)擦除，采用單一電源5V0.1V供電，功耗很小，工作電流30mA，三態(tài)輸出(片選引腳接1無效時(shí)數(shù)據(jù)引腳為高阻狀態(tài))，輸出電平與TTL電路兼容。引腳說明：A0A8:地址線，決定存儲(chǔ)器的操作單元。D0D7:數(shù)據(jù)線，輸送寫入或讀出的數(shù)據(jù)。：片選線，必須為低電平時(shí)芯片才工作，一般用于多塊存儲(chǔ)器的選擇。：寫

12、允許，為低電平時(shí)芯片將數(shù)據(jù)線輸入的數(shù)據(jù)存入地址線選中的存儲(chǔ)單元中。：讀允許，為低電平時(shí)芯片將地址線選中的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)線上。VCC：+5V電源。GND：接地。NC：未使用引腳(即空腳)。NC：未使用引腳(即空腳)。10.2.5集成RAM存儲(chǔ)器6264介紹隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的特點(diǎn)是讀寫方便、速度快，能在線隨機(jī)讀寫，但斷電后，信息不能保留。6264是一種采用CMOS工藝制成的8KB8位、28引腳的靜態(tài)RAM，外形如圖10-10所示，其讀寫非常方便，可實(shí)現(xiàn)在線編程。在寫入之前自動(dòng)擦除，采用單一電源5V0.1V供電，圖10-106264引腳圖三態(tài)輸出(1和CE2片選引腳無效時(shí)數(shù)據(jù)引腳為高阻狀

13、態(tài))，輸出電平與TTL電路兼容。引腳說明：A0A12:地址線，決定存儲(chǔ)器的操作單元。D0D7:數(shù)據(jù)線，輸送寫入或讀出的數(shù)據(jù)。1和CE2：片選線，只有在=0并且CE2=1時(shí)芯片才工作，一般用于多塊存儲(chǔ)器的選擇，高、低不同的有效電平更方便電路連接。R/：讀寫控制引腳，R/1時(shí)讀允許，芯片將地址線選中的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)線上。R/0寫允許，芯片將數(shù)據(jù)線輸入的數(shù)據(jù)存入地址線選中的存儲(chǔ)單元中。VCC：5V電源。GND：接地。NC：未使用引腳(即空腳)。10.3數(shù)據(jù)緩沖器10.3.1數(shù)據(jù)緩沖器的作用數(shù)據(jù)緩沖器的主要用來提高信號(hào)對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力，減小負(fù)載對(duì)前級(jí)控制電路的影響，同時(shí)在各器件共用數(shù)據(jù)線時(shí)避免相互之間的干擾。因?yàn)閿?shù)字控制系統(tǒng)中前級(jí)控制信號(hào)的功率一般較小，無法有效地驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如繼電器、數(shù)碼管、發(fā)光二極管、電機(jī)等負(fù)載都需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，如果直接驅(qū)動(dòng)，有可能造成存儲(chǔ)器等貴重器