【正文】 應(yīng)的信號(hào)取反。 ? [例 119] 預(yù)置數(shù)法實(shí)現(xiàn) 12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 ? 與反饋歸零法類似，利用計(jì)時(shí)器的置數(shù)控制端也可以強(qiáng)迫計(jì)時(shí)器跳過(guò)某些不需要的狀態(tài)。 ? 與反饋歸零法不同的是， 74LS161使用的是同步置數(shù)，所以，產(chǎn)生置數(shù)邏輯的狀態(tài)是一個(gè)穩(wěn)定的有效狀態(tài)，如圖 1128中的 SM狀態(tài)。圖 1128中，計(jì)時(shí)器的狀態(tài)數(shù)為 M+1n。 80 S 0 S 1 S n S n + 1S M 2S M 1S MS N 1S N 2圖 1128 預(yù)置數(shù)法 81 ? 同時(shí)，還應(yīng)該將設(shè)計(jì)要求的 SM狀態(tài)的次態(tài) Sn的編碼送到計(jì)數(shù)器的置數(shù)輸入端。這樣當(dāng) SM狀態(tài)產(chǎn)生置數(shù)信號(hào)時(shí)，在 CP脈沖的作用下，電路的次態(tài)為Sn，而不是 SM+1。 ? 預(yù)置數(shù)法實(shí)現(xiàn)方法： ? （ 1）寫出初始狀態(tài) Sn的狀態(tài)編碼，并送給置數(shù)輸入端。 ? Sn =0000（ D3D2D1D0=0000） ? （ 2）寫出置數(shù)邏輯 SM的狀態(tài)編碼，產(chǎn)生置數(shù)邏輯。 SM=1011 0123 LD ?82 （ 3）畫出電路圖 1129 D 3D 2D 1D 0Q 3Q 2Q 1Q 0CPR DLDEPET C74LS161amp。 1 1 計(jì)數(shù)輸入0000圖 1129 預(yù)置數(shù)法構(gòu)成 12進(jìn)制計(jì)數(shù)器 83 ? 有些計(jì)時(shí)器的置數(shù)控制信號(hào)是異步控制。如果是異步控制，那么置數(shù)邏輯對(duì)應(yīng)的狀態(tài) SM就是一個(gè)臨時(shí)的過(guò)渡狀態(tài)，構(gòu)成的計(jì)時(shí)器實(shí)際狀態(tài)數(shù)會(huì)比例 119中的情況少一個(gè)。 ? 74LS160的邏輯符號(hào)和功能表與 74LS161相同，功能和使用方法類似。不過(guò)74LS160為同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，輸出狀態(tài)為 8421BCD碼， 74LS160在 1001狀態(tài)輸出進(jìn)位信號(hào) 84 ? [例 1110] 74LS160的擴(kuò)展。 ? 當(dāng)計(jì)數(shù)器容量不夠時(shí)，可以通過(guò)擴(kuò)展來(lái)擴(kuò)充計(jì)數(shù)器容量。見(jiàn)圖 1130。 Q 3Q 2Q 1Q 0CPR DLDEPET C74LS160CPR DLDEPET C74LS160CPD 3D 2D 1D 0D 7D 6D 5D 4Q 7Q 6Q 5Q 4CEPETR DLDD 3D 2D 1D 0D 3D 2D 1D 0Q 3Q 2Q 1Q 0Q 3Q 2Q 1Q 0圖 1130 兩片 74LS160構(gòu)成 100進(jìn)制計(jì)數(shù)器 85 ? 同樣， 74LS161也可以擴(kuò)展成多位二進(jìn)制計(jì)時(shí)器。 ? [例 1111] 計(jì)算機(jī)中的 CTC。 ? 計(jì)算機(jī)中的 CTC（計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器單元）在計(jì)算機(jī)中用于定時(shí)或者對(duì)外部事件計(jì)數(shù)， CTC實(shí)際上就是一個(gè)可編程計(jì)數(shù)器(可重新定義、修改計(jì)數(shù)器的功能 )。早期的計(jì)算機(jī)使用專門的 CTC芯片，例如IBMPC機(jī)使用的 82535?，F(xiàn)在較少使用單獨(dú)的 CTC芯片，定時(shí) /計(jì)數(shù)器被集成到CPU或?qū)ｉT的接口芯片中。下面以 MCS51系列 MCU為例加以簡(jiǎn)單介紹。 86 ? 圖 1131為 MCS51系列 MCU的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 MCS51系列 MCU有兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，有四種工作方式，本例給出方式 0和方式 1的原理圖。在計(jì)算機(jī)中，幾乎所有的硬件資源都可以用程序控制。MCS51中，定時(shí) /計(jì)數(shù)器由幾個(gè)專用寄存器控制（寄存器參見(jiàn)本節(jié) “ 2 寄存器及其應(yīng)用 ” ）。向寄存器寫入內(nèi)容就相當(dāng)于向（圖 1131）電路輸入信號(hào)。讀取寄存器的狀態(tài)就相當(dāng)于查看電路的輸出。 87 1/1 2THx(8bi t)TLx(8bi t)TFxXTA L1TxTRxGAT ExINT xC/T x01溢出中斷請(qǐng)求模式0 ：1 3 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器模式1 ：1 6 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器x = 0 或1圖 1131 MCS51 定時(shí)計(jì)數(shù)器 Timer 0/1 的模式 0和模式 1 88 ? 圖中，寄存器 THx、 TLx均為 8位寄存器，可讀寫，THx、 TLx拼成一個(gè) 16位寄存器，用于存放計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。初始化時(shí)，定時(shí) /計(jì)數(shù)初值被寫入 THx、TLx中，定時(shí) /計(jì)數(shù)器啟動(dòng)后， THx、 TLx作加法計(jì)數(shù)。 TFx為定時(shí) /計(jì)數(shù)器的溢出標(biāo)志位（可以看成計(jì)數(shù)器的進(jìn)位）， THx、 TLx發(fā)生溢出時(shí)， TFx被置位。TFx作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器的中斷申請(qǐng)標(biāo)志，由硬件置位，CPU進(jìn)入中斷后，自動(dòng)清除。圖中的 TRx為定時(shí) /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng) GATEx、 INTx信號(hào)條件滿足時(shí)， TRx置位將啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，令 TRx=0則停止定時(shí)計(jì)數(shù)器。 ? THx、 TLx的計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器輸入 ，C/Tx作為定時(shí) /計(jì)數(shù)選擇信號(hào)。 C/Tx=1時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由芯片管腳 Tx輸入，定時(shí) /計(jì)數(shù)器對(duì)外部事件計(jì)數(shù)。 C/Tx=0時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖為 CPU時(shí)鐘振蕩信號(hào)XTAL1的 12分頻信號(hào)，定時(shí) /計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)已知確定頻率的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，也就是計(jì)時(shí)（定時(shí)）。 89 ? 2. 寄存器及其應(yīng)用 ? 寄存器是數(shù)字系統(tǒng)中用得很多的一種功能部件，用于存放多位二進(jìn)制數(shù)。寄存器的每一位可以存放一位二進(jìn)制數(shù)字，并且可以根據(jù)需要將其狀態(tài)設(shè)為 “ 0”或 “ 1”。當(dāng)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，數(shù)據(jù)輸入端的信號(hào)狀態(tài)被寄存器保存起來(lái)。 ? 前面介紹的觸發(fā)器可以存放一位二進(jìn)制數(shù)，所以，存放 N位二進(jìn)制數(shù)可以用 N個(gè)觸發(fā)器組成。因?yàn)榧拇嫫鞯拿恳晃恢灰?“ 清 0”、 “ 置1”操作，故多半用 D觸發(fā)器構(gòu)成。構(gòu)成寄存器每一位的觸發(fā)器使用公共的 CP信號(hào)， CP信號(hào)到來(lái)時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)被寄存器保持起來(lái)。 90 D 0D 1CP AD 2D 3CP BQ 0Q 0Q 1Q 1Q 2Q 2Q 3Q 37 4 L S 7 5圖 1132 74LS75 的 邏 輯 符 號(hào) 91 ? 74LS75是由同步結(jié)構(gòu)的 D觸發(fā)器構(gòu)成的 4位寄存器。 CP=1期間，輸出 Q的狀態(tài)隨輸入信號(hào) D的狀態(tài)而改變。 74LS75中的 4個(gè) D觸發(fā)器分為兩組，分別使用兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。 D0、 D1使用 CPA， D D3使用 CPB。 ? 74LS175是由維持阻塞觸發(fā)器組成的 4位寄存器，根據(jù) CP信號(hào)上升沿時(shí)刻的輸入信號(hào)確定寄存器的狀態(tài)。功能表見(jiàn)（表1112），為異步清 0信號(hào)，低電平有效，不受時(shí)鐘信號(hào) CP 的限制。只有為 “ 1”才能實(shí)現(xiàn) “ 數(shù)據(jù)保持 ” 、 “ 輸入信號(hào)鎖存 ”的功能。 92 表 1112 74LS175的功能表 DR0123 0123 DDDD0123 0123 CP 功能 0 X 0 0 0 0 清 0 1 ↑ 鎖存 1 0 保持 1 1 保持 93 圖 1133 74LS175 的 邏 輯 符 號(hào) 7 4 L S 1 7 5D 0D 1D 2D 3Q 0Q 0Q 1Q 1Q 2Q 2Q 3Q 3CPR D74LS7 74LS175都是既能作為 4位寄存器，也能當(dāng) 作單個(gè)的 D觸發(fā)器使用。 94 ? 74LS194為 4位雙向移位寄存器，除了代碼存儲(chǔ)功能之外，還可以進(jìn)行移位操作。其邏輯符號(hào)和功能表見(jiàn)圖1134和表 1113。 D IR D 0 D 1 D 2 D 3 D ILS 0Q 0 Q 1 Q 2 Q 3S 1 CPR d74L S19 4圖 1134 74LS194的邏輯符號(hào) 95 表 1113 74LS194的功能表 DR3210 3210 210 QD IRILDQ 3213210 DDDDS1S0 CP 功能 0 XX X 0 0 0 0 清 0 1 0 0 ↑ 保持 1 0 1 ↑ 右移 1 1 0 ↑ 左移 1 1 1 ↑ 并入 96 ? 圖中， DIL為左移串行數(shù)據(jù)輸入端，D0D1D2D3為并行數(shù)據(jù)輸入端， DIR為右移串行數(shù)據(jù)輸入端。 Q0Q1Q2Q3為寄存器狀態(tài)并行輸出端。 ? CP為時(shí)鐘信號(hào)輸入端，上升沿有效。 ? 為 “ 異步清 0”端，低電平有效。為 0，寄存器內(nèi)容被無(wú)條件清 0。 ? S1S0為工作方式控制端。為 1時(shí)， S1S0的不同組合確定 74LS194實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 “ 保持 ” 、 “ 數(shù)據(jù)左移 ” 、 “ 數(shù)據(jù)右移 ” 、 “ 并行數(shù)據(jù)輸入 ”等操作。這些操作都在時(shí)鐘信號(hào) CP的上升沿進(jìn)行。 ? [例 1112] 數(shù)字系統(tǒng)中的串行接口中，輸入時(shí)要求將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，輸出時(shí)要求將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)。下面的電路可以將輸入的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。 97 ? 圖中， =“1”， S1S0=“01”，移位寄存器作右移操作，串行數(shù)據(jù)由 DIR端輸入。 4個(gè) CP 脈沖后， DIR端輸入的 4位串行數(shù)據(jù) “ 1101”被轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，由 Q0Q1Q2Q3輸出。 D SI1CP10CPD SI 1011Q 0Q 1Q 2Q 31110D IR D 0 D 1 D 2 D 3 D ILS 0Q 0 Q 1 Q 2 Q 3S 1 CPR d74L S19 4圖 1135 串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù) 98 ? [例 1113] 移位寄存器構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器。 ? 按圖 1136將移位寄存器首尾相連，令 D0=Q3，那么在連續(xù)的 CP脈沖作用下，寄存器里的數(shù)據(jù)將作循環(huán)右移，這樣就構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器。 F 0D D 0 D 1 D 2 D 3 Q 3Q 2Q 1Q 0CPF 1D F 2D F 3D 圖 1136 環(huán)形計(jì)數(shù)器 99 ? 例如，電路的初始狀態(tài)為Q0Q1Q2Q3=1000，則連續(xù)的時(shí)鐘脈沖使電路狀態(tài)按1000?0100?0010?0001?1000循環(huán)。這里可以用不同的狀態(tài)記錄輸入脈沖的數(shù)目，那么電路就是一個(gè)計(jì)數(shù)器。 ? 根據(jù)移位寄存器的功能特點(diǎn)，設(shè)定初態(tài)即可寫出次態(tài)，因而可以直接寫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 100 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 10 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1有效循環(huán) 無(wú) 效 循 環(huán)圖 1137 例 1113的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖中，若取 1000、 0100、 00 0001的狀態(tài)循環(huán)為有效 循環(huán)，則電路的其余狀態(tài)存在幾種無(wú)效循環(huán)。電路一旦 進(jìn)入無(wú)效循環(huán)，無(wú)法自動(dòng)回到有效循環(huán)，該電路不能實(shí) 現(xiàn)自啟動(dòng)。為使電路能夠正常工作，必須先給電路輸入 一個(gè)有效狀態(tài)。 101 F 0D F 1D F 2D F 3D D 0 D 1 D 2 D 3 Q 3Q 2Q 1Q 0CP≥1圖 1138 能自啟動(dòng)的環(huán)形計(jì)數(shù)器 圖 1136的電路簡(jiǎn)單修改即可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。見(jiàn)圖 1138。 只有 Q2Q1Q0=000時(shí)，才能輸入 D0=1，否則就輸入 D0=0。 這樣，總可以保證在不超過(guò) 3個(gè)時(shí)鐘周期，電路就可以進(jìn) 入有效狀態(tài)。環(huán)形計(jì)數(shù)器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，若有效狀態(tài)僅包 含一個(gè) “ 1”（或 “ 0”），可以直接用觸發(fā)器輸出的 1狀態(tài)（或 “ 0”）表示計(jì)數(shù)器的狀態(tài)， 102 ? 用于循序控制時(shí)，不需要譯碼電路。但是，環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)利用很不充分， n位的環(huán)形計(jì)數(shù)器共有 2n個(gè)狀態(tài)，而有效循環(huán)僅包含其中的 n個(gè)狀態(tài)。 ? [例 1114] 4位雙向移位寄存器可以擴(kuò)展，兩片 74LS194方便地構(gòu)成 8位雙向移位寄存器。見(jiàn)圖 1139，余不詳述。 R D CPD I R D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D ILS 1S 0Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 Q 7D IR D 0 D 1 D 2 D 3 D ILS 1S 0Q 0 Q 1 Q 2 Q 3CPR D74L S19 4D IR D 0 D 1 D 2 D 3 D ILS 1S 0Q 0 Q 1 Q 2 Q 3CPR D74L S19 4圖 1139 [例 1114]74LS194構(gòu)成 8位雙向移位寄存器 103 時(shí)序邏輯電路