Ch07寄存器与计数器.ppt

第7章 暫存器與計數器 7.1 導論 7.2 暫存器 7.3 漣波計數器 7.4 同步計數器 7.5 移位暫存計數器 7.6 串聯式計數器 7.1 導論 暫存器是構成數位系統的最基本元件 系統層次設計上 暫存器與暫存器操作是系統的基本組成要素 數位系統能以暫存器及其動作來說明 暫存器中的基本動包含移位、計數、載入、與清除等 暫存器轉移 暫存器上的資料流動及工作處理 導論(續) 暫存器轉移操作的構成要素 系統中的暫存器組成及其功能 暫存器資料的運算方式 系統的控制流程動作 以符號表示暫存器，由運算動作介紹暫存器轉移的特性 使用類似撰寫程式的運算式及敘述表示暫存器轉移 可說明不同元件間的連繫功能 導論(續) 暫存器的表示方法 導論(續) 暫存器間的資料轉移 符號形式表示為： 敘述 R1←R2 代表暫存器R2的資料轉移至暫存器R1 R1的內容被R2的內容所取代 R2的值在轉移後並不改變 表示來源暫存器的輸出與目的暫存器的輸入間有可用的轉移電路 目的暫存器具有並列載入的功能 導論(續) 計數器是特殊的暫存器 可以重覆產生預先決定的數字序列 設計用來記錄時脈脈波出現的次數與頻率除法 計數器結構 主要是由正反器與組合邏輯結構而成 計數器分類方式 依時脈的控制方式可分類為同步或非同步(漣波) 7.2 暫存器 7.2.1 緩衝暫存器 7.2.2 移位暫存器 7.2.1 緩衝暫存器 圖7.2 緩衝暫存器 可控制的緩衝暫存器 圖7.3 可控制的緩衝暫存器 7.2.2 移位暫存器 移位暫存器依輸入、輸出資料處理方式分為 (1) 串列輸入串列輸出（SISO）移位暫存器 (2) 串列輸入並列輸出（SIPO）移位暫存器 (3) 並列輸入串列輸出（PISO）移位暫存器 (4) 並列輸入並列輸出（PIPO）移位暫存器。 移位暫存器(續) 圖7.4 SISO與SIPO移位暫存器 移位暫存器(續) 圖7.5 PISO與PIPO移位暫存器 移位暫存器(續) 圖7.6 可控制的並串列輸入移位暫存器 圖7.7 74159並列存取移位暫存器 移位暫存器(續) 移位暫存器(續) 圖7.11 7491A 8位元串列輸入串列輸出移位暫存器 移位暫存器(續) 移位暫存器(續) 移位暫存器由串接的正反器組成 各級正反器輸出接到下一級正反器的輸入 所有正反器都接到共同的時脈 移位暫存器依資料傳送的方向分為 (1) 左移暫存器 (圖7.4 ) (2) 右移暫存器 (3) 可控制移位暫存器 移位暫存器(續) 圖7.14 可控制移位暫存器 圖7.15 74194四位元雙向移位暫存器 74299八位元雙向移位暫存器 7.3 漣波計數器 7.3.1 基本電路 7.3.2 下數計數器 7.3.3 除以N的計數器 7.3.4 積體電路實作 7.3.5 漣波計數器的傳遞延遲 非同步計數器導論 正反器時脈不同時動作 常只有最低位元正反器被時脈觸發 其餘正反器是由其他級的輸出觸發 常稱為漣波計數器（Ripple Counter） 指定級的觸發脈波必須由計數器前一級（較小的位元）的波動而來 非同步計數器的操作比同步計數器慢 非同步計數器的控制電路經常較簡單 7.3.1 基本電路 圖7.17 漣波計數器 圖7.17 漣波計數器 (b) 時序圖 表7.1 漣波計數器的每 個正反器狀態 7.3.2 下數計數器 圖7.18 漣波下數計數器 圖7.18 漣波下數計數器 (b) 時序圖 7.3.3 除以N的計數器 結構非2次方倍的模數 N 計數器 串接 n 個正反器且 n 須滿足 2n-1 N ? 2n 附加反饋閘—反及閘 將輸出送到所有正反器的清除輸入 除以N的計數器(續) 圖7.19 十進位的漣波計數器 除以N的計數器(續) 圖7.19 十進位的漣波計數器 圖7.20 十進位漣波計數器時序圖 7.3.4 積體電路實作 圖7.21 74293非同步計數器 積體電路實作(續) 圖7.21 74293非同步計數器 積體電路實作(續) 圖7.22 74293非同步計數器的兩種組態 積體電路實作(續) 圖7.23 將74293連接成模數12的計數器 7.3.5 漣波計數器的傳遞延遲 圖7.24 三位元漣波計數器在不同時脈頻率的傳遞延遲效應 漣波計數器的傳遞延遲(續) 圖7.24 三位元漣波計數器在不同時脈頻率的傳遞延遲效應 漣波計數器的傳遞延遲(續) 避免計數器累積延遲產生條件 較長的時脈週期 TCLK ≧ N × tpd