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CH7 正反器實驗
實習十二R-S/D型正反器與暫存器實驗
實習十三J-K/T型正反器與計數器實驗
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
1 R-S 閂 R-S 閂(R-S latch)具有將資料鎖定儲存的功能。如圖7-1 所示,它是由兩只NOR閘交錯回授所構成,它具有兩個輸入端,分別為設定(set)與重設(reset)。所謂設 定就是設定Q 為1,重設就是重設Q 為0,詳如真值表所示。其動作如下:
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
綜上可知,以NOR 閘組成的R-S 閂是以1 來完成設定和重設的工作,稱為高態動作(active high),其符號與真值表如圖7-3(a) 所示。以NAND 閘組成的R-S 閂是以0 來完成設定與重設,稱為低態動作(active low),其符號與真值表如圖7-3(b)所示。
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
請利用R-S 閂,設計一只防彈跳的按鈕開關,使開關在壓下時輸出1,放開能直接回到0。說明:開關在開、閉的瞬間,由於機械振動往往會造成多次的開、閉反應。在應用上常使一些具高速反應能力的電路,產生非預期的結果。如下圖所示,當SW被切到導通(ON)時,輸出原本應直接由0 變1。但由於接點的彈跳,使輸出歷經多次的1、0 變化後,才穩定的停留在1 狀態。SW被切到截止(OFF)時亦同,輸出原本應直接由1 變0,但卻得經多次0、1 變化才能穩定。
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2 時序脈波 數位電路依其運作形態可分成同步與非同步兩類。在非同步系統中,電路的反應是及時的,可以在任何時間改變狀態,其變化節奏是較難掌握的。而同步系統的反應是齊步的,是被統一指揮的。其電路通常都受一組連續的脈波所控制,此一脈波我們稱為時序(clock)脈波。通常正反器為達同步控制的目的,都具有時序輸入端,一般都以CLK、CK 或CP為標示,若正反器的輸出只在時序信號由0 變1 的瞬間反應,稱為正緣觸發(positiveedge trigger)。若只在1 變0 的瞬間改變,稱為負緣觸發(negative-edge trigger),其符號如圖7-4 所示。
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4 D 型正反器 如圖7-6 所示為正緣觸發型的D 型正反器,它只是在前述R-S 正反器的S 端接一反相閘到R 端而成。其功能如真值表所示,即CLK 觸發(正緣輸入)時Q 才等於D,否則Q 永遠不變。換句話說,若D = 1,在CLK 正緣輸入後Q 就等於1。若D = 0,在CLK正緣輸入後Q 就等於0。其他時間不論D 怎麼變,輸出Q 都維持不變。
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如下圖所示電路,試求其Q 的輸出波形。
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請利用三只D 型正反器設計一組3 位元的資料儲存裝置。
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所謂暫存器(register)就是一組具資料儲存能力的正反器。由於一只正反器只能儲存1 位元的資料,因此若要儲存n 位元的資料,就需n 個正反器。暫存器按資料的輸入 與輸出方式概可分為四類: 1.串列輸入/串列輸出(serial in-serial out, SISO)。 2.串列輸入/並列輸出(serial in-parallel out, SIPO)。 3.並列輸入/串列輸出(parallel in-serial out, PISO)。 4.並列輸入/並列輸出(parallel in-parallel out, PIPO)。
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
試用4 只D型正反器組成4 位元串入/並出移位暫存器,並讓4 只輸出只有1 個1、3 個0 循環移位,形成走馬燈的效果。
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(1)D 型正反器欲形成串列移位,只要將前一級的輸出Q 接到次一級的輸入D,並將全部的CLK 接在一起,由一脈波信號同步激發即可。至於要讓暫存器內部資料循環移 位,則需將最後一級的輸出Q接回到第一級的輸入D,以形成封閉的資料移動迴路, 如下圖所示。
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
2 並入/並出與並入/串出移位暫存器 單純的並入/並出暫存器,如作業7-3 所示,只要將幾個暫存器並列,並將CLK接在一起同時激發即可。若要同時擁有並入/並出與並入/串出的功能,則需與多工器來配合設計。如圖7-9 所示,在各正反器前加入一組2 對1 多工器,來選擇各正反器的資料輸入(D)。若D的資料是來自前一級正反器的Q,就形成串列移位。若資料是來自外界輸入(Pi),那就形成並入/並出了。
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
圖7-9 所示就是一組具並入/並出、並入/串出,甚至串入/串出與串入/並出功能的暫存器。當移位/載入端為0 時,外來的並入資料Pi 就經閘2 送到各正反器的D,待CLK 觸發後Pi 就會存到Qi 輸出,完成並入/並出的工作。當移位/載入端為1,則前一級正反器的Qi 經閘1 送到次一級的D。因此,只要有CLK 輸入,各正反器的資料就會逐級的向右移位,形成串出或並出的結果。
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
3 商用暫存器的IC 包裝 在現有IC 中,暫存器的包裝種類非常多,但其工作情形皆不外前述的串入、並入、串出與並出等功能的組合,茲舉例如下:
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實習十二 R-S/D型正反器與暫存器實驗
1.熟悉R-S 與D 型正反器的結構原理。 2.認識暫存器的結構與功用。
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
J-K 正反器是由R-S 正反器的輸出Q 與Q 交互回授而得,如圖7-15 所示。其動作如下:
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
T 型正反器因為只要T 為1,每個時序信號輸入皆會引起輸出轉態,故常被設計成計數器來使用
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
試完成下圖,3 位元計數電路的真值表與時序圖。
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
計數器(counter)就是一組能計數時序脈波數量的電路。由於時序脈波是規律的,是週期性的信號,因此可藉計數器來達成計時。甚至透過時間的分割,來指揮或操控各 單項電路的運作,形成一完整功能的電路系統。它是數位電路中不可或缺的元件,應用範圍極為廣泛。 計數器依時序脈波的激發方式,可分為同步與非同步兩種。 1.同步計數器(synchronous counter):所有正反器的CLK端都接在一起同時觸發。 2.非同步計數器(asynchronous counter):正反器的CLK端各自獨立依序逐級觸發。
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
若依計數類型來分,概有上數與下數兩種。 1.上數計數器(up counter):計數值是按遞增順序計數。 2.下數計數器(down counter):計數值是按遞減順序計數。 若依輸出形態來分,概有二進與十進計數器兩種。 1.二進計數器(binary counter):輸出是按二進制順序遞增或遞減計數。 2.十進計數器(decade counter):輸出是按十進制順序遞增或遞減計數(最大計數值為9),若輸出是以BCD(Binary-coded Decimal)碼表示(從0000 到1001)者 又稱為BCD 計數器。
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
試設計一組模-10 漣波計數器(BCD 計數器)。
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實習十三 J-K/T型正反器與計數器實驗
1.瞭解J-K 與T 型正反器的結構原理與應用技巧。 2.熟識計數器的功能與組合技巧。
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