第08讲 时序逻辑电路-计数器部分
数电基础：时序逻辑电路
数电基础：时序逻辑电路虽然每个数字电路系统可能包含有，但是在实际应⽤中绝⼤多数的系统还包括，我们将这样的系统描述为时序电路。
时序电路是由最基本的加上反馈逻辑回路（输出到输⼊）或器件组合⽽成的电路，与最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。
1. 简介是数字逻辑电路的重要组成部分,时序逻辑电路⼜称,主要由 存储电路 和 组合逻辑电路 两部分组成。
它和我们熟悉的其他电路不同,其在任何⼀个时刻的输出状态由当时的输⼊信号和电路原来的状态共同决定,⽽它的状态主要是由存储电路来记忆和表⽰的。
同时时序逻辑电路在结构以及功能上的特殊性,相较其他种类的数字逻辑电路⽽⾔,往往具有难度⼤、电路复杂并且应⽤范围⼴的特点 。
在数字电路通常分为和时序逻辑电路两⼤类，组合逻辑电路的特点是输⼊的变化直接反映了输出的变化，其输出的状态仅取决于输⼊的当前的状态，与输⼊、输出的原始状态⽆关，⽽是⼀种输出不仅与当前的输⼊有关，⽽且与其输出状态的原始状态有关，其相当于在组合逻辑的输⼊端加上了⼀个反馈输⼊，在其电路中有⼀个存储电路，其可以将输出的状态保持住，我们可以⽤下图的框图来描述时序电路的构成。
从上⾯的图上可以看出，其输出是输⼊及输出前⼀个时刻的状态的函数，这时就⽆法⽤组合逻辑电路的函数表达式的⽅法来表⽰其输出函数表达式了，在这⾥引⼊了现态（Present state)和次态（Next State)的概念,当现态表⽰现在的状态（通常⽤Qn来表⽰），⽽次态表⽰输⼊发⽣变化后其输出的状态 （通常⽤Qn+1表⽰），那么输⼊变化后的输出状态表⽰为Qn+1=f(X,Qn)，其中：X为输⼊变量。
组合电路和存储元件互联后组成了时序电路。
存储元件是能够存储信息的电路。
存储元件在某⼀时刻存储的⼆进制信息定义为该时刻存储元件的状态。
时序电路通过其输⼊端从周围接受⼆进制信息。
时序电路的输⼊以及存储元件的当前状态共同决定了时序电路输出的⼆进制数据，同时它们也确定了存储元件的下⼀个状态。
常用的时序逻辑电路
常用的时序逻辑电路常用时序逻辑电路有计数器和寄存器两种。
寄存器分为数据寄存器和移位寄存器。
计数器种类较多，有同步计数器、异步计数器；有二进制计数器、十进制计数器、任意进制计数器；二进制计数器又有加法计数器、减法计数器等。
(1)寄存器数字电路中用来存放数码或指令的部件称为寄存器。
寄存器具有以下逻辑功能：可在时钟脉冲作用下将数码或指令存入寄存器(称为写入)，或从寄存器中将数码或指令取出(称为读出)。
由于一个触发器只能寄存1位二进制数，要存多位数时，就得用多个触发器。
常用的有4位、8位、16位等。
寄存器存放和取出数码的方式有并行和串行两种。
并行方式就是数码各位同时从各对应位输入端输入到寄存器中，或同时出现在输出端；串行方式就是数码逐位从一个输入端输入到寄存器中，或由一个输出端输出。
寄存器根据功能的不同可分为数码寄存器和移位寄存器两种。
(a) 数码寄存器：这种寄存器只有寄存数码和清除数码的功能。
图1所示是由D触发器组成的4位数码寄存器。
该数码寄存器的工作方式为并行输入、并行输出。
图1 4位数码寄存器(b)移位寄存器：移位寄存器不仅能存放数码而且有移位功能。
根据数码在寄存器内移动的方向又可分为左移移位寄存器和右移移位寄存器两种。
在移位寄存器中，数码的存入或取出也有并行和串行两种方式。
图2所示是由J—K触发器组成的4位左移移位寄存器。
F0接成D 触发器，数码由D端串行输入；也可由d0～d3作并行输入。
从4个触发器的Q端得到并行的数码输出。
也可从Q3端逐位串行输出。
图2 4位左移移位寄存器(2)计数器因为计数器是最常用而又典型的时序逻辑电路，其分析方法即为一般时序逻辑电路的分析方法。
常用计数器有多种类型，重点掌握以下几种。
①二进制计数器：二进制计数器能按二进制的规律累计脉冲的数目，也是构成其它进制计数器的基础。
一个触发器可以表示l位二进制数，表示n位二进制数就得用n个触发器。
时序逻辑电路-数字部分
根据输入信号的变化进行状态的转移。常见的触发器有RS触发器、D触
发器和JK触发器等。
02
寄存器
寄存器是时序逻辑电路中的一种存储元件，它能够存储多位二进制代码，
并根据时钟信号的变化进行数据的读取和存储。常见的寄存器有移位寄
存器和计数器等。
03
组合逻辑电路
组合逻辑电路是时序逻辑电路中的一种电路形式，它由门电路组成，根
微处理器
微处理器的控制逻辑部分 通常由时序逻辑电路实现， 如指令译码器、控制逻辑 电路等。
内存控制器
内存控制器中包含时序逻 辑电路，用于协调CPU与 内存之间的数据传输。
在通信系统中的应用
调制解调器
01
调制解调器中的数据解调部分通常由时序逻辑电路实现，用于
将信号解调为原始数据。
数字信号处理器
02
数字信号处理器中包含时序逻辑电路，用于处理数字信号，如
时序逻辑电路是一种具有记忆功能的电路，它由组合逻辑电路和存储元件组成， 能够根据输入信号的变化，按照一定的时序状态进行状态转移，并产生相应的输 出信号。
时序逻辑电路的特点是具有状态记忆功能，能够根据输入信号的变化，实现状态 的转移和输出信号的变化。
时序逻辑电路的组成
01
触发器
触发器是时序逻辑电路中的基本单元，它能够存储一位二进制代码，并
据输入信号的变化进行逻辑运算，产生相应的输出信号。
时序逻辑电路的分类
同步时序逻辑电路
同步时序逻辑电路的各个状态转 移都是在同一个时钟信号的控制 下进行的。
异步时序逻辑电路
异步时序逻辑电路的状态转移不 受时钟信号的控制，而是由输入 信号的变化直接驱动。
03
时序逻辑电路的分析
逻辑电路元件
逻辑电路元件逻辑电路元件是构成数字电路的基本组成部分，用于实现逻辑运算和信号处理。
本文将从逻辑门、触发器、计数器和多路选择器四个方面介绍逻辑电路元件的原理和应用。
一、逻辑门逻辑门是逻辑电路中最基本的元件，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。
与门的输出只有当所有输入都为高电平时才为高电平，或门的输出只有当至少一个输入为高电平时才为高电平，非门将输入信号取反，异或门的输出只有当输入信号中的高电平个数为奇数时才为高电平。
逻辑门的应用广泛，例如在计算机的中央处理器中，与门和或门常用于逻辑运算和控制信号的处理，非门常用于信号的取反操作，异或门则常用于数据校验和加密解密等应用。
二、触发器触发器是一种能够存储和锁存信息的逻辑电路元件。
常见的触发器有D触发器、JK触发器、RS触发器等。
触发器可以实现存储功能，根据时钟信号的变化来存储输入信号的状态，并保持在输出端口上，直到下一次时钟信号的到来。
触发器在数字系统中有着广泛的应用，例如在计算机存储系统中，触发器可以用来存储和读取数据；在时序电路中，触发器可以用来实现状态机和时序逻辑控制等功能。
三、计数器计数器是一种能够实现计数功能的逻辑电路元件。
常见的计数器有二进制计数器、BCD计数器、向上计数器、向下计数器等。
计数器可以根据时钟信号的变化来进行计数操作，每个时钟脉冲都会使计数器的值加1或减1，从而实现计数功能。
计数器在数字系统中有着广泛的应用，例如在时序电路中，计数器可以用来实现时钟分频、频率测量和定时控制等功能；在通信系统中，计数器可以用来实现数据包的计数和错误检测等。
四、多路选择器多路选择器是一种能够根据选择信号来选择不同输入信号的逻辑电路元件。
常见的多路选择器有2:1多路选择器、4:1多路选择器、8:1多路选择器等。
多路选择器的输出信号是由选择信号来决定的，当选择信号为0时，输出为第一个输入信号；当选择信号为1时，输出为第二个输入信号，以此类推。
时序逻辑电路的分类
时序逻辑电路的分类时序逻辑电路是现代数字电路设计中的重要组成部分，广泛应用于计算机、通信系统、工业控制等领域。
根据时序逻辑电路的特点和功能，可以将其分为同步和异步两类，每一类又可以进一步细分为多个子类。
同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指所有触发器在一个时钟信号的控制下工作的电路。
它们的特点是逻辑部件和触发器之间存在明确的时钟信号传输路径，通过时钟信号的统一控制可以确保各个部件在相同的时间点进行状态的更新。
同步时序逻辑电路主要包括以下几种分类：1.锁存器（Latch）：锁存器是一种用触发器实现的存储元件，可以存储一个比特的信息，并在时钟信号的边沿进行更新。
常见的锁存器有D锁存器、JK锁存器等，它们可以应用于寄存器、缓存等场景。
2.寄存器（Register）：寄存器是由若干个锁存器组成的存储单元，可以同时存储多个比特的信息。
根据输入输出的配置，寄存器可以分为并行输入输出寄存器和串行输入输出寄存器。
3.计数器（Counter）：计数器是一种能够在一个范围内进行计数的时序逻辑电路。
常见的计数器有二进制计数器、同步计数器和异步计数器等，它们可以应用于时钟频率分频、时钟周期计数等场景。
4.移位寄存器（Shift Register）：移位寄存器是一种可以将输入序列移位输出的时序逻辑电路。
常见的移位寄存器有串行输入并行输出寄存器和并行输入串行输出寄存器等，它们可以应用于数据的平行-串行和串行-平行转换。
5.状态机（Finite State Machine，FSM）：状态机是一种通过多个状态和状态之间的转移来对系统进行建模的时序逻辑电路。
常见的状态机包括Mealy状态机和Moore状态机，它们可以用于设计数字系统的控制器、序列检测电路等。
异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指各个逻辑部件之间没有明确的时钟信号传输路径，它们是基于组合逻辑电路的延时和信号传播来完成状态更新的。
与同步时序逻辑电路相比，异步时序逻辑电路的设计更加灵活，但同时也面临着时序和稳定性等问题的挑战。
数字电路课件——计数器
D0示…D的n：所数有据控加制载端端，，在可其能有Q的0…还Qn会：计数器输出端
上初有这加始载值自些的 。己控数独制据特端决的，定了控可计制以数端用的，一合个R理计D：利数清用器零端
提
CU实、现CD多：种分别进为制加计法数计。数
进位端和减法计数借位端。
示
第五章
6
5.1.2 二进制计数器
两个重要概念
▲ 引脚功能说明
S1、 S2：当S1 S2 = 1时计数器置“9”，即被置成1001状态，与CP无关。且优 先 级别最高。
RD1、RD2：当S1 S2 = 0时，RD1 RD2 = 1计数器清零。 Q3Q2Q1Q0：输出端
CP0、 CP1：双时钟输入端
2020/10/13
第五章 14
▲ 二—五—十进制计数器74LS90 逻辑图如图5.9所示。图中FF0构
n 位二进制计数器：
即由n 个触发器组成的二进制计数器。
计数器的模（计数容量）：
将n 位二进制计数器所对应的 2n=N
个有效状态，称为计数器的模。
若n=1，2，3…，则N=2，4，8…，相应的计数器称为模2计 数器，模4计数器和模8计数器。
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第五章
7
1. 同步二进制计数器
74LS161集成计数器
输出
Q0 Q1 Q2 Q3
0000 d0 d1 d2 d3
计数 保持 保持
74LS161是典 型的4位二进制同 步加法计数器， 异步清除。同于 74161。
第五章
8
（3）74LS161的功能与特点
0 0 1 1
0 0 0 0
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状态图
波形图
◆ 74LS161有异步置“0” 功能。当清除端RD 为低 电平时，无论其它各输
数电-时序逻辑电路 计数器
——依照一般同步时序电路的设计步骤
例题
用D触发器设计同步十进制加法计数器 用JK触发器设计同步六进制减法计数器
（1）异步二-十进制计数器 74HC/HCT390
FF0 二进制计数器 CP0输入，Q0输出
FF1——FF3
异步五进制计 数器（P277）
CP1输入，Q3、Q2、Q1输出
CP1 1
1000~1111 8进制
异步计数器
方法二 整体反馈清0法实现72进制加法计数器
1 CP
××××
CR D0 D1 D2 D3
CET
CEP 74161(0) TC CP Q0 Q1 Q2 Q3 PE 1
××××
CR D0 D1 D2 D3
CET
CEP 74161(1) TC
CP Q0 Q1 Q2 Q3 PE 1
TC
CEP
74161
PE
>CP Q0 Q1 Q2 Q3
CR: 异步清零端
CP:
有效
PE: 同步并行置数使能端
D0 - D3 ：预置数据输入端 CET、CEP: 计数使能端
TC:进位输出端，用于级连（TC = CET·Q3·Q2·Q1·Q0）
74161逻辑功能表
输入
输出
清预 零置
使能
时 钟
预置数据输入
连接方式1 Q2 Q1 Q0 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001
（5421码）
连接方式2 Q0 Q3 Q2 Q1 0 000 0 001 0 010 0 011 0 100 1 000 1 001 1 010 1 011 1 100
二-五-十进制加法计数器
时序逻辑电路(触发器、计数器、寄存器等)
Qn+1 Q
n
功能
Q n 1 Q n 保持 Q n 1 Q n 保持 Q n 1 1 置 1 Q n 1 0 置 0
不允许
0 1 1 1 0 0 不用 不用
特 性 表
1 1 1 1 1 1 1
特性 方程
Q n 1 S R Q n CP=1期间有效 RS 0
3
n 1 Q2 Q1n n 1 n Q Q 1 0 n 1 n Q Q 2 0 n Y Q1nQ2
n n 1 1 Q2 1 0 2 n n 1 1 Q 1 0 1 1 n n 1 1 01 Q 1 0 0 0
不 置 变 0
不 变
不 变
不 变
2、同步JK触发器
Q Q Q Q Q Q
G1 & G3 & J
& G2 & G4
Q J CP
Q K 1J C1 1K
CP K (a) 逻辑电路
J CP K (b) 曾用符号
J CP K (c) 国标符号
将S=JQn、R=KQn代入同步RS触发器的特性方程，得 同步JK触发器的特性方程：
Q
n 1
S R Q JQ KQ Q
n n n n n
n
JQ K Q
CP=1期间有效
特性表
CP 0 1 1 1 1 1 1 1 1 J × 0 0 0 0 1 1 1 1 K × 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn × 0 1 0 1 0 1 0 1 Qn+1 Q
n
功能
Q n 1 Q n 保持 Q n 1 Q n 保持
特性表（真值表）
态现 ，态 也： 就触 是发 触器 发接 器收 原输 来入 的信 稳号 定之 状前 态的 。状
计数器基本工作原理
计数器基本工作原理计数器是数字电路中常见的一种组合逻辑电路，用于实现计数功能。
它可以用于各种计数应用，如时钟、频率分频、数据传输等。
计数器的基本工作原理是通过触发器和逻辑门的组合，实现对输入信号的计数和累加。
本文将介绍计数器的基本工作原理及其应用。
首先，计数器由触发器和逻辑门组成。
触发器是一种存储器件，可以存储一个比特的信息。
常见的触发器有RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
逻辑门则是用于实现逻辑运算的电路，常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。
通过适当的连接和组合，触发器和逻辑门可以实现各种计数器的功能。
其次，计数器可以分为同步计数器和异步计数器。
同步计数器的各个触发器是同时触发的，因此其计数是同步进行的；而异步计数器的各个触发器是按照一定的时序触发的，因此其计数是异步进行的。
同步计数器和异步计数器各有其适用的场合，可以根据具体的应用需求选择合适的计数器类型。
另外，计数器还可以分为向上计数器和向下计数器。
向上计数器是按照正序进行计数的，即从0开始逐次增加；而向下计数器则是按照倒序进行计数的，即从最大值逐次减少。
向上计数器和向下计数器也可以根据具体的应用需求进行选择。
最后，计数器在数字电路中有着广泛的应用。
它可以用于实现各种计数功能，如频率分频器、脉冲计数器、数据传输等。
在数字系统中，计数器是非常重要的组成部分，它可以实现时序控制、数据处理、状态机等功能。
综上所述，计数器是数字电路中常见的组合逻辑电路，通过触发器和逻辑门的组合实现对输入信号的计数和累加。
它可以分为同步计数器和异步计数器，向上计数器和向下计数器，具有广泛的应用价值。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解计数器的基本工作原理及其应用。
时序逻辑电路
3 ． 异步减 法计 数器
（1）3位递减计数器的状态
（2）电路组成
二 、 十进制计数器
十进制递减计数器的状态
1．电路组成
异步十进制加法计数器
2．工作原理
（1）计数器输入0～9个计数脉冲时，工作过程与4位二进制异步加法计数器完 全相同，第9个计数脉冲后，Q3Q2Q1Q0状态为1001。 （2）第10个计数脉冲到来后，此时计数器状态恢复为0000，跳过了1010~1111 的6个状态，从而实现842lBCD码十进制递增计数的功能。
④ 最 高 位 触 发 器 FF 3 是 在 Q 0 、 Q 1 、 Q 2 同 时 为 1 时 触 发 翻 转 ， 即 FF 0 ～ FF 2 原均为 1 ，作加 l 计数时，产生进位使 FF 3 翻转为 l 。
（2）电路组成
4位二进制同步加法计数器逻辑图
工
程
应
用
计数不正常的故障检测 第一步，先查工作电源是否正常；第二步，检查触 发器的复位端是否被长置成复位状态；第三步，用示波器观测计数脉冲是否加到 了触发器的CP端；第四步，替换触发器，以确定集成电路是否损坏。
第二节 计数器
在数字系统中，能统计输入脉冲个数的电路称为计数器。
一 、二进 制计 数器 1 ． 异步二 进制 加法计 数器
每输入一个脉冲，就进行一次加 1 运算的计数器称为加法 计数器，也称为递增计数器。 4 个 JK 触发器构成的异步加 法计数器如下图所示。
图中 FF 0 为最低位触发器，其控制端 C l 接收输入脉冲，输 出信号 Q 0 作为触发器 FF 1 的 CP ， Q 1 作为触发器 FF 2 的 CP ， Q 2 作为 FF 3 的 CP 。各触发器的 J 、 K 端均悬空，相当于 J = K =1 ，处于计数状态。各触发器接收负跳变脉冲信号时 状态就翻转，它的时序图见下图。
逻辑电路计数器
由状态转移方程和输出函数表达式，列出状态转移表，画出 状态转移图。
画出工作波形（时序图）。
用途：对输入脉冲计数，定时、分频、数字运算等。 分类： 根据计数脉冲引入方式：同步计数器 异步计数器 根据计数过程中数字的增减趋势：加法计数器 减法计数器、可逆计数器 根据计数器计数模值不同：二进制计数器 十进制计数器、任意进制计数器 根据集成度分类：小规模、中规模集成计数器
D
数据输入
1
CP 移存脉冲
Q1n1 输入数据
Q2n1 Q1n
Q n 1 3
Q2n
Q n 1 4
Q3n
Q4
D
4
Q3
D
3
Q2
D
2
Q1
数据在移存脉冲的控制下左移。
有时常需要移位寄存器需要同时具有左移和右移的功能。
用途： 串/并转换。CT54/74LS195 脉冲节拍延迟。
依据输出信号特点进行分类：
米里型（Mealy）：有外加输入信号的时序逻辑电路； 摩尔型（Moore）：无外加输入信号的时序逻辑电路。
目的：找出电路所完成的逻辑功能。
方法：状态转移方程、电路输出函数表达式、状态转移表、 状态转移图、工作波形等。
根据给定的时序逻辑电路，写出存储电路（如触发器）的激 励（驱动）方程，即存储电路的输入信号的逻辑函数表达式。
Qn1 J Qn KQn
J3
K3
Q
n 2
Q1n
输出函数表达式：
J4
K4
Q
n 3
Q
常用的时序逻辑电路
常用的时序逻辑电路时序逻辑电路是数字电路中一类重要的电路，它根据输入信号的顺序和时序关系，产生对应的输出信号。
时序逻辑电路主要应用于计时、控制、存储等领域。
本文将介绍几种常用的时序逻辑电路。
一、触发器触发器是一种常见的时序逻辑电路，它具有两个稳态，即SET和RESET。
触发器接受输入信号，并根据输入信号的变化产生对应的输出。
触发器有很多种类型，常见的有SR触发器、D触发器、JK 触发器等。
触发器在存储、计数、控制等方面有广泛的应用。
二、时序计数器时序计数器是一种能按照一定顺序计数的电路，它根据时钟信号和控制信号进行计数。
时序计数器的输出通常是一个二进制数，用于驱动其他电路的工作。
时序计数器有很多种类型，包括二进制计数器、BCD计数器、进位计数器等。
时序计数器在计时、频率分频、序列生成等方面有广泛的应用。
三、时序比较器时序比较器是一种能够比较两个信号的大小关系的电路。
它接受两个输入信号，并根据输入信号的大小关系产生对应的输出信号。
时序比较器通常用于判断两个信号的相等性、大小关系等。
常见的时序比较器有两位比较器、四位比较器等。
四、时序多路选择器时序多路选择器是一种能够根据控制信号选择不同输入信号的电路。
它接受多个输入信号和一个控制信号，并根据控制信号的不同选择对应的输入信号作为输出。
时序多路选择器常用于多路数据选择、时序控制等方面。
五、时序移位寄存器时序移位寄存器是一种能够将数据按照一定规律进行移位的电路。
它接受输入信号和时钟信号，并根据时钟信号的变化将输入信号进行移位。
时序移位寄存器常用于数据存储、数据传输等方面。
常见的时序移位寄存器有移位寄存器、移位计数器等。
六、状态机状态机是一种能够根据输入信号和当前状态产生下一个状态的电路。
它由状态寄存器和状态转移逻辑电路组成，能够实现复杂的状态转移和控制。
状态机常用于序列识别、控制逻辑等方面。
以上是几种常用的时序逻辑电路，它们在数字电路设计中起着重要的作用。
计数器原理图
计数器原理图计数器是数字电路中常用的一种逻辑电路，用于对输入脉冲进行计数。
计数器广泛应用于各种数字系统中，如计数器、频率分割器、时序控制等。
本文将介绍计数器的原理图及其工作原理。
计数器的原理图通常由触发器、门电路和时钟信号组成。
触发器是计数器的核心部件，它能够存储和传输信息。
门电路用于控制触发器的工作状态，而时钟信号则用于同步触发器的工作。
通过这些部件的组合，计数器能够实现对输入脉冲的计数。
在计数器的原理图中，常见的触发器包括RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。
这些触发器都具有不同的特性和适用场景，可以根据具体的需求选择合适的触发器类型。
门电路通常由与门、或门、非门等组成，用于控制触发器的输入和输出。
时钟信号则用于同步各个触发器的工作，确保计数器能够按照预期的方式进行计数。
计数器的工作原理是通过触发器的状态变化来实现对输入脉冲的计数。
当输入脉冲到达时，触发器的状态会发生变化，从而实现对计数器的加一操作。
不同类型的计数器具有不同的计数方式，如二进制计数、BCD码计数等。
通过合理的设计和组合，计数器能够实现对输入脉冲的精确计数。
除了基本的计数器原理图外，还有一些特殊类型的计数器，如同步计数器、异步计数器、可逆计数器等。
这些计数器在特定的应用场景中具有特殊的优势，能够满足更复杂的计数需求。
总的来说，计数器是数字电路中非常重要的一种逻辑电路，它能够实现对输入脉冲的精确计数。
通过合理的设计和组合，计数器能够适应不同的应用场景，满足各种计数需求。
希望本文介绍的计数器原理图及其工作原理能够帮助读者更好地理解和应用计数器。
计数器的逻辑电路
计数器是一种在数字系统中广泛使用的逻辑电路。
它能够记录和显示数字信息，在各种领域中都有广泛的应用，如计算机、控制系统等。
计数器的种类很多，根据其记录和显示数字信息的方式不同，可以分为二进制计数器、十进制计数器、N进制计数器等。
其中，二进制计数器是最简单的一种，它采用二进制编码方式，即0和1的组合表示数字信息。
十进制计数器则采用十进制编码方式，即0到9的数字表示数字信息。
而N进制计数器则采用N 进制编码方式，可以表示任意进制的数字信息。
计数器的逻辑电路设计是实现计数器功能的关键。
一般来说，计数器的逻辑电路可以分为三个部分：触发器、译码器和显示电路。
首先，触发器是计数器中最基本的逻辑单元，它能够存储二进制信息，具有置位、复位和翻转三种基本操作。
在计数器中，需要使用多个触发器来存储计数器的状态。
其次，译码器是计数器中用于将二进制信息转换为对应的十进制数字的逻辑单元。
在设计中，需要根据具体的计数器需求选择合适的译码器。
最后，显示电路是计数器中用于将数字信息显示出来的逻辑单元。
它一般由一些LED灯或者液晶显示屏组成，根据译码器输出的信号来显示相应的数字信息。
除了以上三个部分，计数器中还需要添加一些控制信号以实现计数、清零、置数等功能。
这些控制信号可以通过一些简单的逻辑门来实现。
总的来说，计数器的逻辑电路设计是一个比较复杂的过程，需要考虑触发器的选择、译码器的设计、显示电路的组成以及控制信号的实现等多个方面。
同时，还需要考虑到计数器的功耗、速度、稳定性等多个因素。
因此，在实际应用中，需要根据具体的需求和条件来选择合适的计数器设计。
数电课件时序电路
通过测试和验证手段，发现时序电路中存在的故障和问题。
故障定位
确定故障发生的位置和原因，以便进行针对性的修复。
故障排除
根据故障定位结果，采取适当的措施排除故障，恢复时序电路的正常工作。
预防性维护
通过定期检查和维护，预防时序电路出现故障，提高系统的可靠性和稳定性。
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06
时序电路的测试与验证
测试方法
静态测试
通过输入一组已知的测试向量，观察输出结果是否符合预期，以检测 时序电路的功能性。
动态测试
模拟实际工作时序电路的行为，通过输入激励信号，观察输出响应是 否符合预期。
边界测试
针对电路的输入和输出边界进行测试，以确保电路在极限条件下的正 常工作。
仿真测试
利用仿真软件对时序电路进行模拟测试，以验证电路的功能和性能。
使用HDL对时序电路进行详细设计描述， 包括逻辑功能、输入输出接口和时序约
束等。
逻辑综合与优化
将HDL代码转换为具体的门级电路， 并进行优化，以满足性能、面积和功
耗等要求。
逻辑仿真与验证
利用HDL仿真工具对时序电路进行仿 真测试，验证设计的正确性和可靠性。
可编程逻辑器件开发
使用HDL在可编程逻辑器件（如 FPGA）上进行时序电路的开发和实 现。
详细描述
状态图是一种图形化表示时序电路状态转换的工具，通过状态图可以清晰地看出时序电 路的状态转换过程和状态转换条件。在状态图中，每个节点表示一个状态，箭头表示状 态转换的方向和条件。通过分析状态图，可以得出时序电路的次态方程和输出方程，进
而理解时序电路的工作原理。
状态转换表分析法
总结词
通过状态转换表可以系统地列出时序电路的所有可能的状态转换情况，是分析时序电路的另一种重要方法。
时序逻辑电路-数字部分
摩尔型时序逻辑电路
同步时序逻辑电路是指所有存 储元件的状态变化都发生在同 一时钟脉冲的触发下，因此各 个存储元件的状态变化是同步 的。
异步时序逻辑电路是指电路中 没有统一的时钟脉冲，各个存 储元件的状态变化是由输入信 号和电路内部状态共同决定的 ，因此各个存储元件的状态变 化是异步的。
米利型时序逻辑电路是指电路 的输出仅与当前状态有关，而 与输入信号无关的时序逻辑电 路。
优化设计
通过测试和仿真结果，分析电路的性能瓶颈和优化空间，指导电路 的优化设计。
07 总结与展望
时序逻辑电路发展趋势
更高集成度
随着半导体技术的发展，时序逻辑电路的集成度不断提高， 使得电路更加紧凑、高效。
更低功耗
为了满足移动设备、物联网等应用的需求，时序逻辑电路 正朝着更低功耗的方向发展。
更高速度
输出不仅与当前输入有关，还与电路以前的状态有关。
输出状态稳定
02
在时序逻辑电路中，只有当输入信号发生变化时，电路的状态
才会发生变化，因此输出状态相对稳定。
具有时序关系
03
时序逻辑电路中的信号存在时序关系，即各个信号之间存在时
间上的先后顺序。
时序逻辑电路分类
同步时序逻辑电路
异步时序逻辑电路
米利型时序逻辑电路
寄存器基本概念及分类
寄存器分类
根据功能和应用场景，寄存器 可分为通用寄存器、专用寄存 器和特殊功能寄存器等。
专用寄存器
具有特定功能，如累加器、堆 栈指针寄存器等。
寄存器定义
寄存器是时序逻辑电路中的一 种重要元件，用于存储二进制 数据。
通用寄存器
用于存储普通数据，如地址、 数值等。
特殊功能寄存器
了解电子电路中的计数器工作原理
了解电子电路中的计数器工作原理电子电路中的计数器工作原理计数器是一种常见的电子电路元件，用于计数和记录输入脉冲的数量。
它在数字系统、时序控制和通信等领域中具有广泛的应用。
本文将介绍电子电路中计数器的工作原理和基本类型。
一、计数器的基本工作原理计数器是一种时序电路，它通过输入的脉冲信号进行计数，并输出计数结果。
计数器的工作原理基于触发器的状态变化，在每个时钟脉冲到达时，触发器按照一定的规则改变其状态。
通过组合多个触发器，就可以实现不同位数的计数功能。
以二进制计数器为例，假设有一个由D触发器组成的计数器。
在每个时钟脉冲到来时，D触发器的输出会根据其输入和当前状态改变。
当计数器处于0时，经过一个时钟周期后，计数器变为1；当计数器处于1时，经过下一个时钟周期，计数器变为10；以此类推，当计数器处于111（二进制）时，经过一个时钟周期后，计数器变为000（循环计数）。
二、计数器的常见类型1. 同步计数器同步计数器是一种基于时钟信号的计数器，所有触发器都在时钟信号的上升沿或下降沿时改变状态。
它的特点是计数精确，对于复杂的计数任务非常适用。
然而，由于所有触发器在同一个时钟脉冲到达时改变状态，所以同步计数器的时钟频率受限，不能太高。
2. 异步计数器异步计数器是一种不依赖于时钟信号的计数器，每个触发器的状态改变只与其前一级触发器的状态有关。
因此，异步计数器的计数速度更快，适用于高速计数。
然而，由于计数过程中存在延迟传播，异步计数器需要特殊的设计才能确保稳定的计数结果。
3. 可逆计数器可逆计数器是一种可以实现正向和反向计数的计数器。
它通过添加额外的控制逻辑，使得计数器可以根据控制信号切换计数方向。
可逆计数器常用于双向计数和循环计数场景。
4. 同步/异步计数器同步/异步计数器是一种结合了同步计数器和异步计数器的计数器。
它具有时钟频率高和计数稳定的优点，同时也可以充分利用异步计数器的快速计数特性。
同步/异步计数器在实际应用中非常常见。
电路基础原理计数器电路的基本原理
电路基础原理计数器电路的基本原理电路是电子学的基础，而计数器电路则是电路中常见且重要的一种电路。
本文将介绍计数器电路的基本原理，深入探讨其工作原理和应用。
计数器电路是一种能够按照预设规则随时间递增或递减的电路。
它能够记录事件的次数或者将输入信号转换成数字形式。
计数器电路主要由触发器和逻辑门组成。
触发器是计数器电路中最基本的元素之一，它可以存储和输入数据。
在计数器电路中，常用的触发器有D触发器、JK触发器和T触发器。
触发器的输入和输出之间存在时序关系，使得它能够存储当前的状态，并根据输入信号的变化进行状态转换。
逻辑门是计数器电路中的另一个重要组成部分。
逻辑门根据输入信号的逻辑关系生成输出信号。
在计数器电路中，常用的逻辑门有与门、或门和非门。
逻辑门的输出信号可以作为控制信号，控制触发器的状态和转换。
计数器电路的工作原理是基于时钟信号的。
时钟信号是一个周期性的方波信号，它驱动计数器电路的运行。
当时钟信号的边沿触发到达触发器时，触发器的状态会根据输入信号的状态进行改变。
同时，逻辑门的输出信号控制着触发器的转换。
通过不断地触发和转换，计数器电路能够实现数值的累计和递减。
当计数器达到预设的值时，它可以触发其他设备或执行特定的操作。
计数器电路在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在计算机中，计数器电路被用来记录和显示机器运行的时钟周期数。
在工业自动化领域，计数器电路被用来计量生产线上的产品数量或者监控机器的运行时间。
此外，计数器电路还被广泛应用于通信设备、测量仪器和计时器等领域。
尽管计数器电路的基本原理相对简单，但是其设计和实际应用仍然存在一定的挑战。
在实际设计中，工程师需要考虑触发器的选择、时钟信号的频率和逻辑门的组合等因素。
此外，由于电子元件的特性存在误差和延迟，计数器电路的精确性和可靠性也需要特别关注。
总结起来，计数器电路通过触发器和逻辑门的组合实现数字计数和转换。
它是电子学中重要的基础电路，具有广泛的应用。
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时序逻辑电路—提纲
1 时序逻辑电路概述
时
序
2 时序逻辑电路的分析
逻
辑
电
路
3
常用时序逻辑电路器件的功 能及使用
2
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用： 时序逻辑电路器件： 计数器：用于对时钟脉冲计数。 寄存器：用于寄存一组二值代码，具有存储功能。
3
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用： 计数器： 计数器功能：计数、分频、定时、数字运算等。 计数器分类：
输出端
&
1
CTT Q0 Q1 Q2 Q3
CTP CT74LS161 CO
计数输入CP CR LD D0 D1 D2D3
1 ××××
10
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用： 计数器74LS161 的应用—构成任意进制计数器： 利用同步置数功能构成十进制计数器。
输出
&
1
CTT Q0 Q1 Q2 Q3
CTP CT74LS161 CO
CP CR LD D0 D1 D2 D3
1
11
数字电子技术基础
课程结构：
数数字字电电路路基基础础
数字 电子
组组合合逻逻辑辑电电路路 时时序序逻逻辑辑电电路路
集集成成器器件件
循序渐进
专注听讲 及时复习
要求： 熟悉教材 课堂笔记 作业练习 考勤纪律
0
数字电子技术基础
数字电路课程安排（32学时） 第一篇：数字电路基础 第二篇：门电路和集成逻辑门电路 第三篇：组合逻辑电路 第四篇：集成触发器 第五篇：时序逻辑电路 其他部分：根据课时安排 时间紧，任务重，请大家做好笔记，及时复习。
CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 CO
0 × × × × × × × × 0 0 0 0 0 异步清 0
1 0×× 11 1 1
d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0 ×××× 计 数
同步置数
1 1 0 × × ×××× 保 持
1 1 × 0 × ×××× 保 持 0
1. 同步、异步； 2. 加法、减法、可逆； 3. 二进码、BCD码等（编码方式）； 4. 十进制、60进制（计数容量）。
4
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用： 计数器：
5
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用： 计数器：
同步二进码加法计数器 模七计数器（七进制计数器）
七分频器
6
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用： 计数器－74LS161：
Q0 Q1 Q2 Q3
CTT CTP
74LS161
CO
CP CR LD D0 D1 D2 D3
CR LD 74LS161 逻辑功能示意图
7
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用：
计数器－74LS161功能表：
输
入
输出
说明
8
时序逻辑电路
常用时序逻辑电路器件的功能及使用： 计数器－74LS161 的主要功能：
1. 异步置 0 功能； 2. 同步置数功能； 3. 计数功能； 4. 保持功能。
9
计数器74LS161 的应用—构成任意进制计数器： 用异步置0功能构成六进制计数器。