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1、1 第二章 微型计算机基础 2 1与门电路 2.1.1 基本逻辑门电路 2.1 数字逻辑基础 与运算只有当决定一件事情的条件全部具备之后，这件事情 才会发生。我们把这种因果关系称为与逻辑。 3 2或门电路 或运算当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条 件具备，这件事情就发生。我们把这种因果关系称为或逻辑。 4 3、三极管非门电路 非运算某事情发生与否，仅取决于一个条件，而且是对该条 件的否定。即条件具备时事情不发生；条件不具备时事情才发 生。 5 5或非 由或运算和非运算组合而成。 4与非 由与运算和非运算组合而成。 6 6异或 异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑
2、函数 值为0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1。 异或的逻辑表达式为： 7 （1）三态输出门的结构及工作原理。 当EN=0时，G输出为1，D1截止，相当于一个正常的二输入端与非门， 称为正常工作状态。 当EN=1时，G输出为0，T4、T3都截止。这时从输出端L看进去，呈现高 阻，称为高阻态，或禁止态。 7三态输出门 8 三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。 （a）组成单向总线， 实现信号的分时单向传送. （b）组成双向总线， 实现信号的分时双向传送。 （2）三态门的应用 9 2.1.2 同步RS触发器 给RS触发器加一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉 冲时，触发器的状态才能变
3、化。这种触发器称为同步触发器。 1同步RS触发器的电路结构 10 2逻辑功能 当CP0时，控制门G3、G4关闭，触发器的状态保持不变。 当CP1时，G3、G4打开，其输出状态由R、S端的输入信号决定。 同步RS触发器的状态转换分别由R、S和CP控制，其中，R、S控制 状态转换的方向；CP控制状态转换的时刻。 & CP 3 G G4 & &G G 12 Q Q SR 11 2.1.3 维持阻塞边沿D触发器 1D触发器的逻辑功能 D触发器只有一个触发输入端D，因此，逻辑关系非常简单； D触发器的特性方程为：Qn+1=D 记忆 12 2维持阻塞边沿D触发器的结构及工作原理 （1）同步D触发器： 该电
4、路满足D触发器 的逻辑功能，但有 同步触发器的空翻现象。 （2）维持阻塞边沿D触发器 为了克服空翻，并具有 边沿触发器的特性，在 原电路的基础上引入三 根反馈线L1、L2、L3。 13 （3）触发器的直接置0和置1端 RD直接置0端，低电平有效 ；SD直接置1端；低电平有 效。 RD和SD不受CP和D信号的影 响，具有最高的优先级。 14 2.1.4 加法器 一、加法器的基本概念及工作原理 加法器实现两个二进制数的加法运算 1半加器只能进行本位加数、被加数的加法运算而不考虑低位进位。 列出半加器的真值表： 画出逻辑电路图。 由真值表直接写出表达式: 15 如果想用与非门组成半加器，则将上式用代
5、数法变换成与非形式： 由此画出用与非门组成的半加器。 16 2全加器能同时进行本位数和相邻低位的进位信号的加法运算。 由真值表直接写出逻辑表达式，再经代数法化简和转换得 ： 17 根据逻辑表达式画出全加器的逻辑电路图： 18 二、多位数加法器 4位串行进位加法器 超前进位加法器：该串行进位为并行进位 。 19 2.1.5 数码寄存器与移位寄存器 集成数码寄存器74LSl75 ： 一、 数码寄存器 数码寄存器存储二进制数码的时序电路组件 临时存 放数据 20 74LS175的功能: RD是异步清零控制端。 D0D3是并行数据输入端，CP为时钟脉冲端。 Q0Q3是并行数据输出端。 21 二、移位寄
6、存器 移位寄存器不但可以寄存数码，而且在移位脉冲作用下 ，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移动1位。 1单向移位寄存器 （1）右移寄存器（D触发器组成的4位右移寄存器） 右移寄存器的结构特点：左边触发器的输出端接右邻触发器的输入端。 串行输入/输出与串/并转换 22 设移位寄存器的初始状态为0000，串行输入数码DI=1101，从高位 到低位依次输入。其状态表如下： 23 右移寄存器的时序图： 由于右移寄存器移位的方向为DiQ0Q1Q2Q3，即由低位向 高位移，所以又称为上移寄存器。 在4个移位脉冲作用下，输入的4位串行数码1101全部存入了寄存器中 。这种输入方式称为串行输入方式。 24
7、（2）左移寄存器 2 双向移位寄存器 将右移寄存器和左移寄存器组合起来，并引入一控制端S便构成 既可左移又可右移的双向移位寄存器。 左移寄存器的结构特点：右边触发器的输出端接左邻触发器的输入端。 当S=1时，D0=DSR、D1=Q0、D2=Q1、D3=Q2，实现右移操作； 其中，DSR为右移串行输入端，DSL为左移串行输入端。 当S=0时，D0=Q1、D1=Q2、D2=Q3、D3=DSL，实现左移操作。 可编程 26 二进制计数器 工作原理： 4个JK触发器都接成T触发器。 每当Q2由1变0，FF3向相反的状态翻转一次。 每来一个CP的下降沿时，FF0向相反的状态翻转一次； 每当Q0由1变0，
8、FF1向相反的状态翻转一次； 每当Q1由1变0，FF2向相反的状态翻转一次； 2.1.6 计数器 计数器用以统计输入脉冲CP个数的电路。 计数 27 用“观察法”作出该电路的时序波形图和状态图。 由时序图可以看出，Q0、Ql、Q2、Q3的周期分别是计数脉冲(CP)周 期的2倍、4倍、8倍、16倍，因而计数器也可作为分频器。 28 2.1.7 编码器 一.编码器的基本概念及工作原理 编码将特定的逻辑信号编为一组二进制代码。 能够实现编码功能的逻辑部件称为编码器。 一般而言，N个不同的信号，至少需要n位二进制 数编码。 N和n之间满足下列关系: 2nN 信息代码化 29 例：设计一个键控8421B
9、CD码编码器。 30 （2）由真值表写出各输出的逻辑表达式为： 解：（1）列出真值表： 31 重新整理得： （3）由表达式画 出逻辑图： 32 二.二进制编码器 3位二进制编码器有8个输入端，3个输出端，所以常称为8线 3线编码器，其功能真值表见下表：（输入为高电平有效） 33 由真值表写出各输出的逻辑表达式为： 用门电路实现逻辑电路： 34 2.1.7 译码器 一译码器的基本概念及工作原理 译码器将输入代码转换成特定的输出信号 例：2线4线译码器 代码分析 35 写出各输出函数表达式： 画出逻辑电路图： 36 二、集成译码器 1.二进制译码器741383线8线译码器 38 三、译码器的应用
10、1实现地址译码和设备选择控制电路 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A5 A6 A7 A8 A9 AEN IOW A B C G2B G2A G1 74LS13874LS138 DMAC（8237） 中断控制器（8259） 定时器/计数器（8253） 并行接口（8255） WRTDMAPG （写DMA页面寄存器） WRTNMIREG （写NMI屏蔽寄存器） 39 2构成数据分配器 数据分配器将一路输入数据根据地址选择码分配给多 路数据输出中的某一路输出。 D n位地址选择信号 0 D 1 D 2 D n-1 数据分配器示意图 数数 据据 输输 出入 信息分配与控制 40 用译码器
11、设计一个“1线-8线”数据分配器 41 2.2 数字化信息编码与数据表示 2.2.1 数字化信息编码的概念 数字计算机只能识别和处理二进制代码，所以，在 计算机中的全部信息（指令代码、数值、文字、声音、 图象、图形等）都用二进制代码来表示。其优点是： 1、物理上最容易实现 2、编码、计数、运算规则简单 3、容易实现逻辑运算和逻辑判断 42 1、 进位计数制定义 数据是用少量数字符号按先后位置排列成数位，并按 由低到高的进位方式计数的。 每种计数制都包含三个基本要素： 基数：计数制中所用到的数字符号的个数，用r表示，“ 逢r进一”，称为r进制数。 数符：每种计数制有r个数符，如：二进制有0，1两
12、个 数符，十进制有09共十个数符；十六进制有09， AF共十六个数符。 位权：在进位计数制中，同一个数字符号处在不同的 数位时，所代表的数值是不同的。一个数字符号处在 某个数位上所代表的数值是它本身乘上一个所处数位 的固定常数，这个因数位不同而不同的固定常数称为 位权。则有位权 Cn = rn-1 n=0，1，2，3， 4. 2.2.2 进位计数制 43 r进制数定义为： 其中，r是基数，n为整数部分的位数， m为小数部分的位数。 44 2、进位计数制的一般转换 由基本公式： 前项 后项 可见，前项总是r的整数倍，而后项必小于r，于是，将上 式除以r以后，余数就是最低位k1值，而前项除以r的值
13、又可 再除以r得到余数k2，如此反复，直到前项的商为零时，将所 得余数倒过来排列即得kn kn-1 .k1 称作“除r取余法”，适用于整数部分的转换。 45 对于小数部分，有： 由上式可见，括号内的值必然小于1，所以，将上式乘以r 后所得整数就是k0； 再将剩下的小数乘r，又得整数k-1，. 以此类推，不断 乘r后取所得整数，就得到k0 k-1 k-2. k-m 称作“乘r取整法”，适用于小数部分的转换。 46 二进制、八进制、十六进制向十进制的转换 例一、（11011.101）2 =1*24+1*23+0*22+1*21+1*20+1*2-1+0*2-2+1*2-3 =16+8+0+2+1+
14、0.5+0+0.125=（27.625）10 结论：每一位的R进制数乘以相应的位权值，将各乘积相 加即的十进制数。 例二、（1211）8 =1*83+2*82+1*81+1*80=1*512+2*64+1*8+1*1=（649）10 例三、（20CF)16 =2*163+0*162+12*161+15*160=8399 转换规则：按权展开的多项之和。 3.不同进制数的相互转换举例 47 表2-1 二进制与八进制转换对照表 八进 制数 0 1 2 3 4 5 6 7 二进 制数 000 001 010 011 100 101 110 111 二进制数转换成八进制数 规则：三个二进制位对应一个八进
15、制位。 方法：二进制整数部分从右向左进行三位分组求和。 二进制小数部分从左向右进行三位分组求和。 例一：二进制转换成八进制 （10110100011.110101）2=（2643.65）8 48 八进制数转换成二进制数 规则：一个八进制位展开成三个二进制位 （365）8=（011110101）2 （714.51）8=（111001100.101001）2 二进制与十六进制的转换 因为：16=24 一个十六进制位展开成四个二进制位。 十六进制 数 0 1 2 3 4 5 6 7 二进制数 0000 00010010 00110100 0101 0110 0111 十六进制 数 89ABCDEF 二进制数 10001001101010111100110111101111 49 与二、八进制数之间的转换 二进制数转换成十六进制数 （10110100011.110101）2=（5A3.D4）16 二进制数转换成十六进制数 （5CF.1E）16=（010111001111.00011110）2 后面用0补齐4位，即0100 50 4.十进制数转换成二进制数 1、整数部分： 方法：除2取余直至商为0 余数 最低位 操作： 2 25 1 2 12 0 2 6 0 2 3 1 2 1 1 最高位 0
