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暫存器與計數器

暫存器與計數器. Chapter 6. 6.1 暫存器. 時控序向電路 ㄧ群正反器及組合邏輯閘 加以連接形成回授網路 正反器 + 組合邏輯閘 ( 必要的 ) ( 可選的 ) 暫存器： ㄧ群 正反器 邏輯閘 決定這個資料如何轉移至暫存器。 計數器 (counter) ： 本質上是一個暫存器，依照預定的順序轉變其二進位狀態。. 6-1 暫存器. n- 位 元暫存器 一個 n 位元的暫存器是由 n 個正反器所構成，可儲存 n 位元的二進位資訊 四位元暫存器：圖 6-1. load'.

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暫存器與計數器

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Presentation Transcript

  1. 暫存器與計數器 Chapter 6

  2. 6.1 暫存器 • 時控序向電路 • ㄧ群正反器及組合邏輯閘 • 加以連接形成回授網路 正反器 + 組合邏輯閘 (必要的) (可選的) • 暫存器： • ㄧ群正反器 • 邏輯閘決定這個資料如何轉移至暫存器。 • 計數器 (counter) ： • 本質上是一個暫存器，依照預定的順序轉變其二進位狀態。

  3. 6-1 暫存器 • n-位元暫存器 • 一個 n 位元的暫存器是由 n 個正反器所構成，可儲存n 位元的二進位資訊 • 四位元暫存器：圖6-1

  4. load' load • 具有一載入控制輸入的四位元資料儲存暫存器

  5. 6-2 移位暫存器 • 移位暫存器 • 一個可將儲存在每一胞元的二元資料以所指定之方向移位至其相鄰胞元的暫存器稱為移位暫存器 (shift register)。 • 最簡單的移位暫存器僅僅使用正反器，如圖6-3所示。 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1

  6. 串列轉移與並行轉移形成對照 • 串列轉移： • 一個數位系統一次轉移或處理一個位元的資料時，則此系統被稱為操作於串列模式。 • 從原來的暫存器移位至預定的暫存器。 • 並行轉移： • 並行轉移則是在相同時間轉移暫存器內的全部位元資料。

  7. 範例：暫存器 A 串列轉移至暫存器 B

  8. 範例：暫存器 A 串列轉移至暫存器 B

  9. 1 0 0 0 0101 1010 • 利用D型正反器的串列加法 1 1 0 1 1 1 0011 ?001

  10. 利用JK正反器的串列加法 JQ = x y KQ = x y = (x + y) S = x  y  Q

  11. 電路圖 JQ = x y KQ = x y = (x + y) S = x  y  Q Ci

  12. 通用移位暫存器 (universal shift register) • 單向移位暫存器 (unidirectional shift register) • 雙向移位暫存器 (bidirectional shift register) • 通用移位暫存器 (universal shift register) ： • 具有雙向移位功能且具備並列載入能力的暫存器

  13. 通用移位暫存器具有下列功能： 1. 一個清除 (clear)控制將暫存器清除為0。 2. 一個時脈 (clock)輸入使所有操作同步化。 3. 一個右移 (shift-right) 控制用以啟動向右移位操作，以及串列輸入及輸出 (serial input and output)線配合成可向右移位。 4. 一個左移 (shift-left)控制用以啟動向左移位操作，以及串列輸入及輸出 (serial input and output)線配合成可向左移位。 5. 一個並列載入 (parallel-load)控制以啟動並列轉移，及有 n 條輸入線配合提供並列轉移。 6. n條的並列輸出線。 7. 在時脈不斷供應之下，有一個控制狀態可使暫存器內的資訊維持不變。其他的移位暫存器可能只有前述的部分功能，但至少具備一種移位操作功能。

  14. 範例： 4-位元 通用移位暫存器

  15. A1 A2 A0

  16.  功能表

  17. 6-3 漣波計數器 • 計數器 (counter)： • 暫存器依據輸入時脈，行經規定的狀態順序，稱為計數器 (counter)。 • 依據應用的輸入脈波而定 • 輸入脈波：輸入脈波可能是時脈脈波或是從一些外在來源所產生 • 狀態順序：狀態的順序可能依照二進位數字順序，或是任何其他的狀態順序。  依照二進位數字順序的計數器，稱為二進位計數器 (binary counter)。

  18. 計數器的分類為兩種： • 漣波計數器(Ripple counters) 在漣波計數器中，正反器的輸出轉變被當作是其他正反器的觸發來源。  無共同的時脈脈波 (非同步) • 同步計數器(Synchronous counters) 在同步計數器中，所有正反器的輸入 C 接受共同的時脈。

  19. 範例：四位元的二進位漣波計數器 • 二進位計數順序：四位元

  20. 10  10

  21. BCD漣波計數器

  22. 電路圖

  23. 串接BCD計數器可組成多位數的十進位計數器 • 三位數的十進位計數器：三個串接的BCD計數器

  24. 6-4 同步計數器 • 同步計數器 • 同步計數器的時脈脈波同時加至全部正反器的輸入，同時觸發所有的正反器。 • 設計程序 • 應用與同步序向電路相同的設計程序 • 同步計數器比一般的同步序向電路簡單

  25. C_en A0 • 四位元同步二進位計數器 C_en A0 A1 C_en A0 A1 A2

  26. up down up A0 • 四位元上-下數二進位計數器 down A'0 down A'0 A'1 up A0 A1 down A'0 A'1 A'2

  27. BCD計數器 簡化後的函數：

  28. 具有並列載入的4位元二進位計數器

  29. load count load' c_en c_en A0 async

  30. 具有並列載入的計數器可用來產生任何想要的計數順序。具有並列載入的計數器可用來產生任何想要的計數順序。 • 例如：圖6-15是並列載入計數器用來產生兩個BCD計數的兩種方式。

  31. 6-5 其他計數器 • 計數器： • 計數器可加以設計，以達到產生所需的狀態順序。 • 除以 N的計數器 (就像模數 N計數器) • 一個除以 N的計數器 (就像模數 N計數器) 即以 N 個計數為重複順序的計數器。 • 此順序可能依照二進位計數或其他任意的順序。

  32. n個正反器  2n 個二進位狀態 • 未使用狀態 • 未被使用來指定FSM的狀態稱之 • 未使用的狀態可被視為不理會條件或可被指定明確的次一狀態。 • 自我修正計數器 • 一旦電路設計並組成，必須確認電路進入合理的狀態之一，而可以正常動作。  必須加以研究，以判斷未使用的狀態對電路的影 響。

  33. 範例 兩個未使用的狀態： 011 & 111 簡化後正反器輸入方程式： JA = B, KA = B JB = C, KB = 1 JC = B, KC = 1

  34. 簡化後正反器輸入方程式： JA = B, KA = B JB = C, KB = 1 JC = B, KC = 1 • 電路的邏輯圖與狀態圖

  35. Lab 4 • 4-bit binary counter. • 請務必使用D型正反器.

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