经典：第19章--寄存器和计数器
寄存器和计数器的功能应用和基本练习
CR
寄存器的工作过程
（1）寄存前先清零
在接收数据前先在复位端加一 个负脉冲（清零脉冲），把所 有的触发器置0，清零脉冲恢复 高电平后，为接收数据做好准 备。
工作 过程
（2）接收脉冲控制数据寄存
接收脉冲CP（正脉冲）到来，将与非 门，G0 G~3打开，接收输入数码 D3D2D1D0。
例如：若D3D2D1D0=1101，则G3、 G2、G1、G0输出为0010，各触发器被 置成1101，完成接收和寄存工作。
教学效果
分析与解答
1011 0110 1100 1000 0000
课堂练习
习题
一 74LS194芯片是4位双向移位寄 存器，逻辑功能示意图如图所 示，试画出用74LS194芯片组成
的4位环形计数器 的逻辑图。
教学效果
课堂练习
习题一
74LS194芯片是4位双向移位寄
存器，逻辑功能示意图如图所示，
1
寄存器的功能
它是由具有记忆功能的触发器和门电路 构成，一个触发器有0和1两种状态，只能存 储1位二进制代码，n个触发器可能构成存储 n位二进制数的寄存器。
按功能的不同，寄存器可分为
数码寄存器
数码寄存器
课堂实施
数码寄存器的功能
数码寄存器具有接收、存 储和清除原有数据的功能。
寄存器的电路图
学情分析
集成双向移位寄存器
集成双向移位寄存器
集成双向移位寄存器中的数码既 可左移，也可右移。集成双向移 位寄存器产品较多，现以较典型 的ＴＴＬ型4位双向通用移寄存器 74ＬＳ194为例作简单的介绍。
74ＬＳ194芯片的实物图引脚排列和图形符号
实物图
外引脚 排列
图形符 号
计数器与寄存器电路设计
计数器与寄存器电路设计在数字电路中，计数器和寄存器是非常重要的组件，它们广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍计数器和寄存器的基本原理，以及如何设计这些电路。
一、计数器计数器是一种能够在给定的条件下进行计数的电路。
它通常由触发器和逻辑门组成。
根据计数器的功能和触发器的类型，计数器可以分为同步计数器和异步计数器。
1. 同步计数器同步计数器是一种能够在同一时钟信号的作用下进行计数的电路。
它的特点是所有的触发器都在同一时钟脉冲上升沿或下降沿触发。
同步计数器的位数取决于触发器的数量。
在设计同步计数器时，需要确定计数器的位数和计数范围，并选择适当的触发器和连接方式。
2. 异步计数器异步计数器是一种能够在独立的时钟信号的作用下进行计数的电路。
它的特点是各个触发器的时钟信号可以是不同的。
异步计数器的位数也由触发器的数量决定。
在设计异步计数器时，需要确定计数器的位数和计数范围，并选择适当的触发器和连接方式。
二、寄存器寄存器是一种能够将数据存储起来并在需要时进行读取和写入的电路。
它可以用于暂存和传输数据。
寄存器的位数取决于需要存储的数据的大小。
在设计寄存器时，需要确定寄存器的位数和写入和读取的时序。
在计数器和寄存器的设计中，还有一些值得注意的问题。
首先是时钟信号的稳定性，计数器和寄存器的工作稳定性受到时钟信号的影响，需要选择稳定性较好的时钟信号源。
其次是电源电压的稳定性，电源电压的波动会对计数器和寄存器的工作产生影响，需要选择电压稳定性较高的电源。
除了计数器和寄存器的基本原理和设计，还有一些常见的应用场景。
例如，计数器可以用于频率计，当输入信号的脉冲数量达到一定值时，计数器输出一个频率计数值；寄存器可以用于数据暂存和传输，当数据需要在不同的电路之间传递时，可以使用寄存器进行缓存。
总结：计数器和寄存器是数字电路中常见的组件，对于数字电路的设计和实现起着重要的作用。
通过合理的设计和选型，可以实现各种功能的计数器和寄存器电路。
寄存器，计数器
寄存器，计数器寄存器是什么
寄存器的功能是存储⼆进制代码，
它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。
⼀个触发器可以存储1位⼆进制代码，
故存放n位⼆进制代码的寄存器，
需⽤n个触发器来构成。
寄存器是中央处理器内的组成部份。
寄存器是有限存贮容量的⾼速存贮部件，
它们可⽤来暂存指令、数据和位址。
在中央处理器的控制部件中，
包含的寄存器有指令寄存器（IR）和程序计数器（PC）。
在中央处理器的算术及逻辑部件中，包含的寄存器有累加器（ACC）。
计数器是什么
计数器是⼀种最简单基本的运算，
计数器就是实现这种运算的逻辑电路，
计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进⾏计数，
以实现测量、计数和控制的功能，
同时兼有分频功能，
计数器是由基本的计数单元和⼀些控制门所组成，
计数单元则由⼀系列具有存储信息功能的各类触发器构成，
这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。
计数器在数字系统中应⽤⼴泛，
如在电⼦计算机的控制器中对指令地址进⾏计数，
以便顺序取出下⼀条指令，
在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，
⼜如在数字仪器中对脉冲的计数等等。
计数器可以⽤来显⽰产品的⼯作状态，
⼀般来说主要是⽤来表⽰产品已经完成了多少份的折页配页⼯作。
它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。
很显然，3位数的计数器最⼤可以显⽰到999，4位数的最⼤可以显⽰到9999。
计数器只能作为计数使⽤，寄存器可以存放任何数值，寄存器可以当计数器⽤，反之不能。
寄存器与计数器最新课件
H
×
× × ×××× L L L L
L
L
×
× ABCDA BCD
L
H
H ××××
加计数
L
H
H
××××
减计数
寄存器与计数器最新课件
49
6.4.2 集成同步非二进制计数器
其产品多以BCD码为主，下面以典型产品 74LS192为例讨论。
寄存器与计数器最新课件
50
寄存器与计数器最新课件
51
74LS192具有以下功能： (1) CLR=1时异步清零，它为高电平有效。 (2) CLR=0（异步清零无效）、LD=0时异步置数。 (3) CLR=0，LD=1（异步置数无效）且减法时钟 CPD=1时，则在加法时钟CPU上升沿作用下，计数 器按照8421BCD码进行递增计数：0000～1001。 (4) CLR=0，LD=1且加法时钟CPU＝1时，则在减 法时钟CPD上升沿作用下，按照8421BCD码进行 递减计数：1001～0000。
6.1.1 寄存器
在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的
电路称为寄存器 。
1
0
1
0
1
0
1
上述寄存器的寄存时间？
寄存器与计数器最新课件
0
1
集成寄存器74LS175
寄存器与计数器最新课件
2
74LS175真值表
课外查资料：了解集成寄存器74LS373与 74LS374。
寄存器与计数器最新课件
3
6.1.2 移位寄存器
进制）；
寄存器与计数器最新课件
56
(4) 计数器为异步清零，R0(1)、R0(2)是清零输入端，且高电 平有效。
因此，74LS93实际上是一个二－八－十六进制异步加法 计数器，采用反馈清零法可构成小于十六的任意进制异步加 法计数器。
计数器-寄存器
4.5.3 显示译码器
用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示 的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示 出来的电路，称为显示译码器。
1、数码显示器abFra bibliotekcda
f
b
g
e
c
d
ef gh (a) 外形图
a b c d e f g h
(b) 共阴极
+VCC a b c d e f g
h (c) 共阳极
0 01 1
0111
00 00
整数部分：高位的 BI / RBO 与低位的RBI 相连
小数部分：低位的 BI / RBO 与高位的RBI 相连
加法计数器
二进制计数器 减法计数器 可逆计数器 加法计数器
同步计数器 十进制计数器 减法计数器
可逆计数器
计
数
N进制计数器
·
器
·
二进制计数器
·
异步计数器 十进制计数器
·
N进制计数器
· ·
计数器是一种应用十分广泛的时序电路，除 用于计数、分频外，还广泛用于数字测量、运算 和控制，从小型数字仪表，到大型数字电子计算 机，几乎无所不在，是任何现代数字系统中不可 缺少的组成部分。
寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类。基 本寄存器的数据只能并行输入、并行输出。移位寄存 器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左 移，数据可以并行输入、并行输出，串行输入、串行 输出，并行输入、串行输出，串行输入、并行输出。
寄存器的应用很广，特别是移位寄存器，不仅可 将串行数码转换成并行数码，或将并行数码转换成串 行数码，还可以很方便地构成移位寄存器型计数器和 顺序脉冲发生器等电路。
把代码状态的特定含义翻译出来的过程称 为译码，实现译码操作的电路称为译码器。
计数器和寄存器
指令寄存器（Instruction Register）： 用于存储当前正在执行的指令。
程序计数器（Program Counter）：用 于存储下一条要执行的指令的地址。
状态寄存器（Status Register）：用于存储 CPU的状态信息，如进位标志、零标志等。
03 计数器和寄存器在数字系 统中的应用
分布式部署
将计数器或寄存器进行分布式部署，提高处理能力和可扩展性。
缓存优化
合理利用缓存技术，减少不必要的计算和存储操作，提高性能。
总结：计数器与寄存器在
06 电子信息技术领域的重要 性
对电子信息技术发展的影响
1 2 3
推动数字电路发展
计数器和寄存器作为数字电路的基本组成单元， 对数字电路技术的发展起到了关键作用。
数字系统中计数器应用举例
时钟发生器
在数字系统中，计数器常被用作时钟发生器 ，通过计数器的定时功能产生精确的时序信 号，用于驱动和控制数字电路的各个部分。
定时器
在数字系统中，计数器常被用作定时 器，通过设定计数器的初值和计数范 围，实现精确的延时和定时功能。
频率分频器
计数器还可以作为频率分频器使用，将输 入的高频信号分频为低频信号，以满足数 字系统中不同部分对时钟频率的需求。
作用
在数字系统中，计数器广泛应用 于定时、分频、产生节拍脉冲和 进行数字运算等。
工作原理与分类
工作原理
计数器通过接收输入信号（通常是脉冲信号），并在每个输 入信号的上升沿或下降沿进行计数操作。根据计数器的设计 和配置，它可以实现向上计数、向下计数或双向计数。
分类
根据计数器的功能和结构，可以将其分为同步计数器和异步 计数器。同步计数器在每个时钟周期内只进行一次计数操作 ，而异步计数器则可能在每个时钟周期内进行多次计数操作 。
第19讲寄存器和移位寄存器58755-PPT课件
2、双向移位寄存器
第19讲 寄存器 和移位寄存器
Digital Logic Circuit
Q Q
n 0
n 1
1 1
M D SR
MQ
n 1
M
Q
n 0
MQ
n 2
Q
n 2
1
M
Q
n 1
MQ
n 3
Q
n 3
1
M
Q
n 2
MD
SL
M=0时右移
Q Q
n 0
n 1
1. 计数器型顺序脉冲发生器
计数器型顺序脉冲发生器一般用按自然态序计数的二进制计数 器和译码器构成。
Y0
Y1
Y2
Y3
&
&
&
&
Q0 FF0
Q0
Q1 FF1 Q1
Digital Logic Circuit
1 1J C1 1K
1J C1 1K
CP
计数器
CP
Q0
Q0n1 Q0n
寄存器和移位寄存器
第19讲 寄存器 和移位寄存器
Digital Logic Circuit
寄存器：存放数码、运算结果或指令的电路。是计算机的重要部件。
寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存 储1位二进制代码，存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。
按照功能的不同，可分为基本寄存器（锁存寄存器）和移位寄存器。
重点与难点： 寄存器和移位寄存器的基本概念、工作原理
第19章寄存器和计数器
未来发展方向预测
光子寄存器和计数器
随着光计算技术的发展，未来可能会出现基于光子技术的寄存器和 计数器，具有更高的工作速度和更低的功耗。
生物寄存器和计数器
随着生物计算和生物电子技术的发展，未来可能会出现基于生物技 术的寄存器和计数器，具有更高的智能化和自适应性。
量子寄存器和计数器
随着量子计算技术的发展，未来可能会出现基于量子技术的寄存器 和计数器，具有更高的计算能力和更强的加密性能。
05
寄存器和计数器性能指标评价 方法
Chapter
寄存器性能指标评价方法
寄存器容量
衡量寄存器可以存储的数据量大小，通常以 位数（bit）表示。容量越大，可以存储的 数据范围越广。
寄存器速度
寄存器读写数据的速度，以时钟周期或频率来衡量 。速度越快，寄存器处理数据的效率越高。
寄存器功耗
寄存器在工作状态下的功耗，通常以瓦特（ W）为单位。功耗越低，寄存器的能效比越 高。
寄存器在计算机系统中地位
速度优势
寄存器位于CPU内部，访问速度远高于内存和磁 盘等外部存储设备。
关键作用
寄存器在CPU执行指令过程中起关键作用，直接 影响CPU的性能和效率。
数量有限
由于成本和芯片面积限制，寄存器数量有限，需 要合理规划和利用。
与内存协同工作
寄存器和内存协同工作，实现数据的快速存储和 访问。当数据需要从内存读取时，先将其加载到 寄存器中，然后进行快速处理；处理完成后，再 将结果存回内存中。
功能差异
性能侧重点不同
应用场景不同
寄存器主要用于暂存数据，而 计数器则用于实现计数功能。 两者在功能上有所不同，因此 性能指标也存在差异。
寄存器的性能指标主要关注容 量、速度和功耗等方面，而计 数器的性能指标则更侧重于计 数范围、速度和精度等方面。
数字电路中的计数器和移位寄存器
数字电路中的计数器和移位寄存器在数字电路中，计数器和移位寄存器是两个常用的元件，用于实现不同的功能。
计数器可以用于计算输入信号的频率、计数场合和控制电路等。
移位寄存器则用于数据的移位和存储。
本文将详细介绍计数器和移位寄存器的原理、应用以及设计注意事项。
一、计数器计数器是一种重要的数字电路元件，广泛应用于各种电子设备中。
计数器按照工作原理的不同，可以分为同步计数器和异步计数器。
1. 同步计数器同步计数器是一种在时钟信号的控制下进行计数的计数器。
它使用时钟信号来同步所有的触发器，保证在时钟边沿进行计数操作。
同步计数器的输入信号可以是来自外部的信号，也可以是内部产生的。
同步计数器通常由触发器级联构成，每一个触发器代表计数器中的一个位。
当所有的触发器都到达最大计数值时，计数器就会归零重新开始计数。
2. 异步计数器异步计数器是一种不需要时钟信号进行计数的计数器。
它的计数操作是以输入信号的变化边沿触发的。
异步计数器通常由触发器和门电路组成，输入信号的变化会通过门电路产生控制信号，触发器根据控制信号进行计数操作。
异步计数器在工作时需要特别注意输入信号的稳定性和时序关系，以确保计数的准确性。
二、移位寄存器移位寄存器是一种可以实现数据的移位和存储的元件。
移位寄存器可以分为串行移位寄存器和并行移位寄存器两种。
1. 串行移位寄存器串行移位寄存器是一种将数据逐位进行移位操作的寄存器。
它可以将输入数据从一个端口输入，并从另一个端口输出。
串行移位寄存器通常由触发器和移位电路组成，触发器用于存储数据，移位电路用于实现数据的移位操作。
串行移位寄存器的移位操作可以是向左移位或向右移位。
2. 并行移位寄存器并行移位寄存器是一种同时对多个数据位进行移位操作的寄存器。
它可以将输入数据从一个端口输入，并从另一个端口输出。
并行移位寄存器通常由多个触发器构成，每个触发器用于存储一个数据位。
通过控制信号，可以将输入数据同时存储到各个触发器中，并且可以同时从各个触发器中读取数据。
电路中的计数器与寄存器
电路中的计数器与寄存器在数字电路中，计数器和寄存器都是常见的模块，它们在数字电路设计中扮演着重要的角色。
本文将讨论计数器和寄存器的基本概念、工作原理以及在电路中的应用。
一、计数器计数器是一种电子电路，可以在一定的条件下沿着二进制序列计数。
计数器的输出可以用于控制其它电路模块或作为计数器的结果输出。
计数器的类型有很多种，如二进制计数器、BCD计数器、环形计数器等。
这里以二进制计数器为例。
1.二进制计数器的工作原理二进制计数器是一种递增计数器，其状态在每次时钟脉冲到来时加1。
在二进制计数器中，计数器的输出由一组二进制数字表示。
当计数器的输出超过计数器的最大值时，输出会回到初始值，形成循环计数的效果。
2.二进制计数器的应用二进制计数器常用于控制数字电路中的定时器、驱动器和脉冲发生器等。
例如，在串口通信控制电路中，常用二进制计数器产生波特率时钟。
此外，二进制计数器还可以用于嵌入式系统中的定时器和计数器。
二、寄存器寄存器是一种用于存储和保持数字数据的电子电路。
寄存器通常由多个存储单元构成，每个存储单元都可以存储一个二进制数字。
寄存器可以进行读和写操作，其读写操作可以通过时钟控制以实现同步。
1.寄存器的工作原理寄存器可以看作是一种由存储单元组成的存储器。
寄存器的输入和输出都通过存储单元完成。
寄存器的时钟触发器控制输入数据被存储到指定的存储单元中，同时输出数据从指定的存储单元中读出。
由于时钟控制，输入数据和输出数据的同步可以保证。
2.寄存器的应用寄存器作为一种数据存储器件，在数字电路中被广泛应用。
例如，在CPU中，寄存器用于存储操作数和结果。
在图像处理和音频处理电路中，寄存器用于存储图像和音频数据以及中间结果。
此外，寄存器还可以用于计时器、数据缓存、逻辑控制等方面。
结论计数器和寄存器是数字电路中常见的模块，它们在数字电路设计中扮演着非常重要的角色。
计数器可以逐步计数并产生输出信号，用于控制其它电路模块或输出计数器的结果。
寄存器计数器及应用
寄存器计数器及应用寄存器计数器是一种特殊的寄存器，用于记录程序执行过程中特定事件的次数。
它通常用于循环控制、测量时间和计算频率等应用中。
在计算机系统中，寄存器计数器的作用非常重要，下面将详细介绍寄存器计数器的原理、工作方式以及常见的应用。
一、寄存器计数器的原理及工作方式寄存器计数器通常由多个比特位组成，可以用于记录不同范围的计数值。
其工作方式为：1. 初始化：在使用寄存器计数器之前，需要先对其进行初始化操作，将其计数值置为初始值，一般为0。
2. 计数：寄存器计数器每次工作周期都会执行一次计数操作。
计数器的值会根据特定的规则进行更新。
例如，常见的寄存器计数器有递增计数器和递减计数器。
递增计数器在每个工作周期将计数值加一，递减计数器则将计数值减一。
3. 溢出检测：寄存器计数器往往有一个可以检测其溢出状态的位，通常称为溢出标志。
当计数器的值超过其容量范围时，溢出标志位将被置为1，表示计数器的值溢出。
溢出标志位的状态可以被程序读取，并根据实际需要采取相应的操作。
二、寄存器计数器的常见应用1. 循环控制：在程序设计中，循环结构是一种非常常见的控制结构，它可以重复执行一定次数的操作。
寄存器计数器可以用于实现循环控制的计数功能。
程序可以通过读取计数器的值来确定循环次数，并在每次循环结束时更新计数器的值。
当计数器的值达到设定的循环次数时，循环将结束。
2. 测量时间：寄存器计数器可以用于测量程序或操作的执行时间。
计数器的值可以基于程序的时钟信号进行更新，每个时钟周期更新一次。
通过读取计数器的值或计算计数器值的变化量，可以确定程序或操作所花费的时间。
3. 计算频率：寄存器计数器还可以用于测量信号的频率。
当输入信号发生变化时，计数器的值会随之变化。
通过统计计数器的溢出次数或计数器值的变化量，可以计算出输入信号的频率。
4. 脉冲计数：寄存器计数器可以用于脉冲计数应用。
脉冲计数就是统计接收到的脉冲信号的数量。
当每接收到一个脉冲信号时，计数器的值加一。
寄存器与计数器(1)
1
3.3.2 移位寄存器
寄存器有七种：并入并出、右移、左移、循环右移、 循环左移、并入右移、右移并出
而所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据， 在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根 据移位方向，常用的有三种：
左移 寄存器
(a)
右移 寄存器
(b)
1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 001
2 0 0 1 0 0 1 1 1 1 010
3 0 1 0 0 0 0 0 1 1 011
4 0 1 1 1 1 1 1 1 1 100
5 1 0 0 0 0 0 0 1 1 101
6 1 0 1 0 0 1 1 1 1 110
7 1 1 0 0 0 0 0 1 1 111
选用4个CP上升沿触发的D 触发器，分别用FF0、FF1、 FF2 、FF3表示。
Q3nQ2n Q1nQ0n
00
00 0
01 0
11 ×
10 0
输出方程：
01 0 0 × 1
C Q3nQ0n
11 0 0 × × 10 0 0 × ×
20
C 的卡诺图
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t10
CP
时 Q0
8
Vcc
QD QC QB QA 地
74LS161
CP
P T DC BA
2 1 9 7 10 6 5 4 3
CP
+5v
• 输出QD和QA经过与非门又返回74LS161的置数端,构 成十进制计数器
27
• 74LS161构成六十进制计数器
第19章寄存器和计数器
n 0
Q0n
Q1n1 J1Q1n K1Q1n Q1n
Q n21
J2Q2n
K
2Q
n 2
Q2n
Q3n1 J3Q3n K3Q3n Q3n
41 状态转换如图19.19所示。 由状态转换图可画出各触发器的输入端和输出端波形图， 如图19.20所示。
图 19.19 四位异步二进制减法计数器状态转换图
15
图 19.5 四位同步二进制加法计数器逻辑图
16
对图19.5的时序电路分析如下。 输出方程:
驱动方程:
C=Q3Q2Q1Q0
J0=K0=1 J1=K1=Qn0 J2=K2=Qn1Qn0 J3=K3=Qn2Qn1Qn0 将驱动方程代入触发器的特性方程，得到
17
Q0n1 J0Qn K0Qn Q0n Q1n1 J1Q1n K1 Q1n Q0n Q1n Qn21 J2Q2n K2 Qn2 Q2nQ1nQ0n Qn2 Q1nQ0n Q3n1 J3Q3n K3 Q3n Q3nQn2Q1nQ0n Q3n Qn2Q1nQ0n
5
19.1.2 移位寄存器 移位寄存器不仅能储存代码，而且还具有移位功能。移
位功能是指存储在寄存器里的二进制代码能在时钟脉冲的作 用下依次左移或右移一位。移位存储器可用来实现数据的 串—并行转换等。
移位寄存器的输入、输出分串行和并行两种。串行输入 方式是指在CP脉冲的作用下，将数据从寄存器的最低位逐位 输入到各寄存器中；并行输入方式是指在CP脉冲的作用下， 各位数据同时输入到各寄存器中。串行输出方式是指在CP脉 冲的作用下，数据从寄存器的最高位逐位输出；并行输出方 式是指在CP脉冲的作用下，寄存器中各触发器同时对外输出 数据。移位寄存器又分单向移位寄存器和双向移位寄存器。
电子12(寄存器计数器)
0 0
0
1
0
0 0
0
0 1 1
0
Q3
0 0
0
0
二进制加法 :计数器输出端的状态与输入脉冲的个数一致 思考题： 计数器可以作为分频器。若 CP 的频率是8000Hz，Q0、Q1、
异步 : 各触发器不同时翻转, 从低位到高位依次翻转 Q2、 Q3的频率各是多少？
22
2. 同步二进制加法计数器 同步: 每个触发器都用同一个CP触发，要翻转时同时翻转
CP
t
Q0 Q1 Q2
Q3
同步计数器各触发器在同一时刻翻转
而异步计数器各触发器翻转时刻不同, 低位的领先, 高位的迟后,延迟 时间为纳秒(ns)级。
25
19.3.2 十进制加法计数器
十进制数用0~9十个数字表示,而数字电路中使用二进制, 所以须用二进制 数给十进制数编码。 编码方法 用4位二进制数表示1位十 进制数 , 称为二 — 十进制 编 码 , 又 称 BCD 码 ( BCD—Binary Coded Decimal )。 二进制数用8421码，又称 8421－BCD码。 CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 CP Q3 Q2 Q1 Q0
J K
Q
RD
Qn+1
Qn 0
Q
SD
0 0
0 1
J
CP
K
1
1
0
1
1
Qn
Q1
Q
SD
方法：由JK=11 控 制触发器翻转计数
进位脉冲
CP上升沿触发
Q3
Q
RD
进位脉冲
Q
Q2
Q
计数器与寄存器原理解析
计数器与寄存器原理解析计数器和寄存器是数字电路中常见的组件，具有重要的作用和原理。
本文将对计数器和寄存器的原理进行解析，并深入探讨其在数字电路中的应用。
一、计数器的原理解析计数器是一种特殊的组合逻辑电路，用于生成一系列连续的数字。
它由触发器和逻辑门组成，其中触发器用于存储和转移数据，而逻辑门用于控制触发器的状态。
计数器的工作原理基于触发器的状态转移。
触发器根据输入信号的变化（如时钟信号），在两个状态之间进行切换。
常见的触发器有D触发器、JK触发器和T触发器等。
计数器根据触发器的状态转移规律实现数字的累加或减少。
当计数器的触发器达到一个特定的状态时，会产生一个输出信号，称为溢出信号。
溢出信号可以用于控制其他电路的工作状态。
二、计数器的应用计数器在数字电路中具有广泛的应用，如频率分频器、时序控制器和计时器等。
1. 频率分频器频率分频器是一种常见的应用，用于将输入信号的频率分频为较低的频率。
通过将计数器的输出信号与输入信号进行比较，当计数器达到预设的值时，输出一个脉冲信号，从而实现频率分频的效果。
2. 时序控制器时序控制器是数字系统中用来控制电路运行顺序的重要组件。
计数器可以用来实现时序控制器，通过控制计数器的工作模式，可以实现不同的时序控制功能。
3. 计时器计时器是用于测量时间间隔的重要设备，如秒表和定时器等。
计数器可以用来实现计时器的功能，通过计数器的工作原理，可以精确计算时间间隔。
三、寄存器的原理解析寄存器是一种存储器件，用于存储和传输数据。
它由多个触发器组成，每个触发器都可以存储一个比特的数据。
寄存器的工作原理基于触发器的状态。
当输入数据进入寄存器时，触发器将数据存储起来，并根据时钟信号的变化，将存储的数据传输到输出端口。
寄存器通常由多个比特组成，例如8位寄存器和16位寄存器等。
不同位数的寄存器可以存储和处理不同位数的数据。
四、寄存器的应用寄存器在数字电路和微处理器中具有广泛的应用，如存储数据、地址和指令等。
程序存储器 指令寄存器 程序计数器(PC,IP) 地址寄存器的区别与联系
先明白定义再说区别和原理：1、程序存储器(program storage)在计算机的主存储器中专门用来存放程序、子程序的一个区域。
2、指令寄存器（IR ）：用来保存当前正在执行的一条指令。
当执行一条指令时，先把它从内存取到数据寄存器（DR）中，然后再传送至IR。
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。
为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试，以便识别所要求的操作。
指令译码器就是做这项工作的。
指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。
操作码一经译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。
3、程序计数器（PC）：为了保证程序(在操作系统中理解为进程)能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。
而程序计数器正是起到这种作用，所以通常又称为指令计数器。
在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC，因此程序计数器（PC）的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。
当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。
由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1。
当程序转移时，转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值，此PC值就是转去的地址，以此实现转移。
有些机器中也称PC为指令指针IP（Instruction Pointer）4、地址寄存器：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。
当CPU和内存进行信息交换，即CPU向内存存/取数据时，或者CPU从内存中读出指令时，都要使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。
同样，如果我们把外围设备的设备地址作为像内存的地址单元那样来看待，那么，当CPU和外围设备交换信息时，我们同样使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。
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图 19.3 例19.1图 (a) 四位右移寄存器电路图；(b) 波形图
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11 2. 双向移位寄存器 由单向移位寄存器的工作原理可知，双向移位寄存器 是在单向移位寄存器的基础上增加左移或右移功能来实现的， 另外加上一些控制电路和控制信号即可构成双向移位寄存器。 图19.4所示为集成四位双向移位寄存器74LS194的引脚图， 其功能表如表19.2所示。
减1时，要求每输入一个计数脉冲，最低位触发器要翻转一次， 而其它触发器只能在其低位触发器均为0时，在计数脉冲CP的作 用下才翻转。用JK触发器构成的四位同步二进制减法计数器逻 辑图如图19.8所示。
根据图19.8所示的逻辑电路可写出驱动方程:
J0 K 0 1
J1
K1
Q
n 0
J2
K
2
Q
n 0
Q
n 1
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图 19.1 四位数码寄存器
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寄存器的工作原理如下： 当RD=0时，触发器F0～F3同时被置0；寄存器工作时， RD=1。要存放二进制代码时，将数据放到数据输入端D0～D3 处，在CP脉冲的作用下，输入到F0～F3四个D触发器中，寄 存器的输出端为Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0。 在CP=0，RD=1时，寄存器中存放的数据保持不变，即 F0～F3的状态保持不变。从图19.1中不难看出，这种寄存器 在接收数据时，各位数据是同时输入的，输出数据也是同时 进行的，故称为并行输入输出数码寄存器，其常用型号有 74LS175和CC4076。
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图 19.5 四位同步二进制加法计数器逻辑图
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对图19.5的时序电路分析如下。 输出方程:
驱动方程:
C=Q3Q2Q1Q0
J0=K0=1 J1=K1=Qn0 J2=K2=Qn1Qn0 J3=K3=Qn2Qn1Qn0 将驱动方程代入触发器的特性方程，得到
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Q0n1 J0QnK0Qn Q0n Q1n1 J1Q1nK1Q1n Q0nQ1n Qn21 J2Q2nK2Qn2 Q2nQ1nQ0nQn2Q1nQ0n Q3n1 J3Q3nK3Q3n Q3nQn2Q1nQ0nQ3nQn2Q1nQ0n
根据状态方程，可作出状态转换表如表19.4所示，其中C 为进位。
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25 根据状态转换表，可画出状态转换图(见图19.9)和各触 发器输出端的波形图(见图19.10)。
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图 19.4 四位双向移位寄存器74LS194引脚图
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19.2 同 步 计 数 器
19.2.1 同步二进制计数器 1. 同步二进制加法计数器 根据二进制加法运算的规则，在一个多位二进制数的末
位加1时，若其中的第i位以下的各位皆为1，则第i位应改变 状态(由0变1或由1变0)；而最低位在每次加1时其状态都要改 变。利用这一特点，可使用JK触发器组成一个四位同步二进 制加法计数器，如图19.5所示。从图中可看出，各触发器受 同一CP脉冲控制，其触发器的翻转与CP脉冲的下降沿同步。
J3
K
3
Q
n 2
Q
n 1
Q
n 0
输出方程:
C
Q
n 3
Q
n 2
Q
n 1
Q
n 0
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图 19.8 四位同步二进制减法计数器逻辑图
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23 将驱动方程代入JK触发器的特性方程式中，得到电路的状 态方程：
Q0n1 J0Q1nK0Q0n Q0n Q1n1 J1Q1nK1Q1n Q1nQ0nQ1nQ0n Qn21 J2Q2nK2Qn2 Q2nQ1nQ0nQn2 Q1nQ0n Q3n1 J3Q3nK3Q3n Q3nQ2nQ1nQ0nQ3n Q2nQ1nQ0n
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图 19.2 四位右移寄存器
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8 【例19.1】 有一组串行数据1011，依次送入四位右移寄 存器，试画出四位右移寄存器的电路、状态表和工作波形图。 解 根据题意画出如图19.3所示的电路图和波形图，状态表 如表19.1所示(输入数据为1011)。 同理，用D触发器也可以组成左移寄存器，这里不再叙述。
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第19章 寄存器和计数器
➢19.1 ➢19.2 同步计数器 ➢19.3 异步计数器 ➢19.4 任意进制计数器的构成方法
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19.1 寄 存 器
19.1.1 数码寄存器 数码寄存器是用于存放二进制代码的电路。图19.1所示
是利用触发器的记忆功能构成的寄存器，它是由四个D触发 器(F0～F3)组成的，有D0～D3四个数据输入端，Q0～Q3四个 输出端。CP为脉冲输入端，RD为各触发器的清零端，低电 平有效。
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19.1.2 移位寄存器 移位寄存器不仅能储存代码，而且还具有移位功能。移
位功能是指存储在寄存器里的二进制代码能在时钟脉冲的作 用下依次左移或右移一位。移位存储器可用来实现数据的 串—并行转换等。
移位寄存器的输入、输出分串行和并行两种。串行输入 方式是指在CP脉冲的作用下，将数据从寄存器的最低位逐位 输入到各寄存器中；并行输入方式是指在CP脉冲的作用下， 各位数据同时输入到各寄存器中。串行输出方式是指在CP脉 冲的作用下，数据从寄存器的最高位逐位输出；并行输出方 式是指在CP脉冲的作用下，寄存器中各触发器同时对外输出 数据。移位寄存器又分单向移位寄存器和双向移位寄存器。
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1. 单向移位寄存器 图19.2所示是用四个D触发器组成的四位右移寄存器， 其中F3是最高位数码触发器，F0是最低位数码触发器，四个 触发器共用同一个时钟脉冲CP信号，因此称为同步时序电路。 F0的D0端采用串行输入方式，每当CP脉冲沿到来时，输入的 数码就被移入到F0触发器，而每个触发器的状态在CP脉冲的 作用下，也同时移入下一位触发器，最高位触发器的状态从 串行输出端移出寄存器。如果将一组四位数码逐位移到寄存 器中，经过四个CP脉冲后，将在F3F2F1F0四个输出端 (Q3Q2Q1Q0)并行输出四位数码，即将串行数据输入转换成并 行数据输出。
根据状态方程可作出电路的状态转换表，如表19.3所示。
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19 根据状态转换表，可画出状态转换图和各触发器输出端 的波形图，如图19.6和图19.7所示。
图 19.6 四位同步二进制加法计数器状态转换图
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图 19.7 四位同步二进制加法计数器波形图
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2. 同步二进制减法计数器 根据二进制减法计数器的运算规则可知，从多位二进制数