计数器和寄存器
《数字逻辑设计》第9章 寄存器与计数器
基本寄存器（Registers） 移位寄存器（Shift Registers） 计数器（Counters） 节拍发生器（Beat Generator）
Registers
一个n 位寄存器由 n 个触发器构成，能存放 n 位二进制数。 各种触发器均能构成寄存器，用 D 触发器最简单。
D3 = Y3Y2Y1 +Y3Y2 +Y3Y1
0
C3
1 D3
0
C2
1 D2
0
C1
1 D1
= Y3Y2Y1 +Y3Y2Y1
CP
Rd D2 = Y2Y1 +Y2Y1
D1 = Y1
+
+
Y3 Y1 Y3 Y3 Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 Y2 Y2
Next-state equations
Y1n+1 = D1 Y2n+1 = D2 Y3n+1 = D3
4
Q
Clr CE
D
En
4 Load CLK
写入 ClrN=1, Load=1, clk↓
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
读出
En=0
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
Register Transfers
Parallel Adder with Accumulator X=X+Y
xn
Q’
Q
CE
D
xi
D2 Q2
D1 Q1
D0 Q0
Serial out (SO)
CE
CE
CE
CE
Shift Clock
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。
第四讲计数器和寄存器
1）16位增计数器
通用型：C0～C99，共100点,无断电保持功能，即 线圈断电后重新开始计数。
断电保持型：C100～C199，共100点，具有断电保 持功能。即使断电，计数器的当前值与输出触点的动 作状态或复位状态仍能保持，待通电后继续计数。
补充：置位和复位指令（SET和RST）
LD ANI OUT
LD OUT
LD OUT LDI RST END
X0 T0 T0 K1000 T0 C0 K200 C0 Y0 X0 C0
（3）两个计数器组合
当X0接通后，延时50000S，输出Y0接通；当X0 断开后，输出Y0断开。
M8013： 1s时钟 脉冲继 电器， PLC上 电后， 自动产 生周期 为1s的 方波。
数据不会变化。但当PLC由运行到停止时，该类数 据寄存器的数据均被清0。若特殊辅助继电器
M8033置1，PLC运行转向停止时， 数据不被清零，可以保持。
2. 断电保持数据寄存器D200～D7999共7800点
数据寄存器D200～D511（共312点）中的数据在 PLC停止状态或断电情况下都可以保持，只要不改写， 原有数据就不会丢失。通过改变外部设备的参数设定， 可以改变通用数据寄存器与有断电保持功能的数据寄 存器的分配。在两台PLC作点对点的通信时，D490～ D509被用作通信操作。D512～D7999的断电保持功能 不能用软件改变，可用RST、ZRST、FMOV等指令将 断电保持数据寄存器复位。
例：
C235无启 动/复位高 速计数器
当X10接通，M8235为ON， 计数器C235作减计数；反之作加计 数。作递加计数器时，当计数值达
寄存器实验实验报告
寄存器实验实验报告一. 引言寄存器是计算机中重要的数据存储器件之一，用于存储和传输数据。
通过对寄存器进行实验，我们可以更好地理解寄存器的工作原理和应用。
本实验旨在通过设计和测试不同类型的寄存器，深入掌握寄存器的各种功能和操作。
二. 实验设计本实验设计了两个寄存器的实验，分别为移位寄存器和计数器寄存器。
1. 移位寄存器实验移位寄存器是一种特殊的串行寄存器，它能够实现对数据位的移位操作。
本实验设计了一个4位的移位寄存器，分别使用D触发器和JK触发器实现。
实验步骤如下：1) 首先，根据设计要求将4个D或JK触发器连接成移位寄存器电路。
2) 确定输入和输出端口，将输入数据连接到移位寄存器的输入端口。
3) 设计测试用例，输入测试数据并观察输出结果。
4) 分析实验结果，比较不同触发器类型的移位寄存器的性能差异。
2. 计数器寄存器实验计数器寄存器是一种能够实现计数功能的寄存器。
本实验设计了一个二进制计数器，使用T触发器实现。
实验步骤如下：1) 根据设计要求将多个T触发器连接成二进制计数器电路。
2) 设计测试用例，输入计数开始值，并观察输出结果。
3) 测试计数的溢出和循环功能，观察计数器的行为。
4) 分析实验结果，比较不同计数器位数的性能差异。
三. 实验结果与分析在实验过程中，我们完成了移位寄存器和计数器寄存器的设计和测试。
通过观察实验结果，可以得出以下结论：1. 移位寄存器实验中，无论是使用D触发器还是JK触发器，移位寄存器都能够正确地实现数据位的移位操作。
而使用JK触发器的移位寄存器在性能上更加优越，能够实现更复杂的数据操作。
2. 计数器寄存器实验中，二进制计数器能够准确地实现计数功能。
通过设计不同位数的计数器，我们发现位数越多，计数范围越大。
综上所述，寄存器是计算机中重要的存储器件，通过实验我们深入了解了寄存器的工作原理和应用。
移位寄存器和计数器寄存器都具有广泛的应用领域，在数字电路设计和计算机系统中起到了重要作用。
第7章 常用时序逻辑功能器件
5
第七章 常用时序逻辑功能器件
*** 中规模集成计数器
学习应注意以下几点： （1）编码 自然二进制/8421十进制 （2）模数 5进制、10进制、16进制 （3）加、减、可逆 （4）清0、置数端 同步还是异步
6
第七章 常用时序逻辑功能器件
74x161(74LS161 ,74HCT161)： 4位二进制同步加法计数器 74x160： 8421十进制加法计数器（实验五） 74x290：异步二—五—十进制计数器 74x390：异步二—十进制计数器 主要任务： 读功能表掌握计数器使用方法 学会使用集成计数器构成任意进制计数器的方法
RCO ET Q D Q C Q B Q A
10
第七章 常用时序逻辑功能器件
74x161计数状态
1
CR D D D D 1 CET 0 1 2 3 TC 1 CEP 74x161 CP ＞ Q Q Q Q PE 0 1 2 3
1
Ｍ＝１６
11
第七章 常用时序逻辑功能器件
1）异步清零。CR=0 时， 计数器输出直 接清零 Q3Q2Q1Q0 = 0000.无需CP 2）同步并行预置制数。
31
第七章 常用时序逻辑功能器件
基本寄存器 按照功能
Q0
FF0
Q1
FF1
移位寄存器 并行
串行
按照存、取 数据方式
D0
D1
应用： 存储代码、串/并行转换、数值计算、缓冲区
32
第七章 常用时序逻辑功能器件
一、 集成中规模双向移位寄存器74x194 P284 DSR：右移串行输入端 Q0 Q1 Q2 Q3 CP S1 S0 DSL：左移串行输入端 VCC DI3,2,1,0 ：并行输入端 Q3~ Q0：数据输出端 74x194 CP：时钟脉冲输入端 D GND 上升沿触发 CR DSRDI0DI1 DI2 DI3 SL CR CR ：清零端， =0时清零
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。
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 。
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。
计数器与移位寄存器
计数器与移位寄存器计数器和移位寄存器是数字电路中常用的两种重要组件。
它们在现代电子设备中起到了至关重要的作用。
本文将分别介绍计数器和移位寄存器的基本概念、工作原理及应用。
一、计数器计数器是一种能够记录和累加输入脉冲信号的电子器件。
它通常可以按照规定的时钟信号进行递增或递减操作，并能够实现各种计数模式。
1.1 基本概念计数器由若干个触发器和逻辑门构成。
触发器用于存储并传递数据，逻辑门用于产生控制信号。
计数器的位数决定了能够表示的计数范围，常见的位数有4位、8位、16位等。
1.2 工作原理计数器的工作原理基于二进制数制。
当计数器接收到时钟信号时，触发器根据当前的状态进行状态转移，并输出新的计数值。
计数器的时钟信号可以是连续的，也可以是根据特定条件产生的。
1.3 应用领域计数器广泛应用于各种计数场景中。
在数字电路中，它可以用于频率分割、时序控制等；在计算机中，它可以用于指令计数、内存地址生成等；在工业自动化中，它可以用于计量和控制等。
二、移位寄存器移位寄存器是一种能够在内部存储和移动数据的电子器件。
它可以实现数据的左移、右移、循环移位等操作，常用于数据的串行传输和处理。
2.1 基本概念移位寄存器由若干个触发器和逻辑门组成。
触发器用于存储数据位，逻辑门用于控制数据的传输和移位操作。
移位寄存器的位数决定了能够存储和处理的数据位数，常见的位数有4位、8位、16位等。
2.2 工作原理移位寄存器的工作原理基于串行数据传输的概念。
数据从输入端依次进入移位寄存器，根据控制信号进行移位操作后，最终从输出端读取。
移位寄存器可以实现左移、右移、循环移位等功能，根据应用需求选择不同的操作模式。
2.3 应用领域移位寄存器在各个领域都有重要应用。
在通信领域中，它可以用于串行数据传输、解调调制等；在图像处理领域中，它可以用于像素处理、图像滤波等；在存储器设计中，它可以用于数据缓存、地址生成等。
结语计数器和移位寄存器作为数字电路中重要的组件，为现代电子设备提供了强大的功能支持。
时序逻辑电路(寄存器和计数器)
单向移位寄存器的工作过程
要使寄存的数码Ｄ3Ｄ2Ｄ1Ｄ0=1011,一般先对寄存器 清零，然后将被存放数码从高位到低位按移位脉冲节
拍依次送到Ｄ0端（称为串行输入方式）。当第一个Ｃ
Ｐ下降沿到来时，Ｄ0=１,则Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ0＝0001；当
第二个ＣＰ下降沿到来时，Ｄ０=0,则Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ
0=0010,经过4个移位脉冲后，寄存器状态为Ｑ3Ｑ2Ｑ1
转。
同步3位二进制加法计数器波形图
电 路 评价
比较同步3位二进制加法计数器和异步3位二进制加法计数器
的工作波形，它的逻辑状态完全相同。
不同的是：异步计数器各触发器的状态更新是逐级进行的，工
作速度较低，工作频率不能太高；而同步计数器各触发器的
，
，提高了计数器的
工作速度。
05 十进制计数器
十进制计数器的分类
同步十进制加法计数器
十进制 计数器
同步十进制减法计数器 异步十进制加法计数器
异步十进制减法计数器
异步十进制加法计数器电路图
异步十进制加法计数器电路图
构成：由4位二进制计数器 和一个用于计数器清零 的 门电路 组成。 差异：与二进加法计数器 的主要差异是跳过了二进制数码1010~1111的6个状 态。
中，使
中内容不变。
Q3Q2Q1Q0=D3D2 D1D0。
练习
01
有一个左移位寄存器，当预先置入
1011后，其串行输入固定接0，在
ＣＰ作用下，四位数据的移位
过程是？
练习
01
有一个左移位寄存器，当预先置入 1011后，其串行输入固定接0，在
ＣＰ作用下，四位数 据的移位过程是？（答案）
1011 0110 1100 1000 0000
数字电子技术 第6章 寄存器与计数器
68
工作原理分析
69
74LS90具有以下功能：（1）异步清零。（2）异步置9。（3） 正常计数。（4）保持不变。
70
例6-7 分别采用反馈清零法和反馈置9法，用 74LS90构成8421BCD码的8进制加法计数器。 解：（1）采用反馈清零法。
71
（2）采用反馈置9法。
首先连接成8421BCD码十进制计数器，然后在此基础 上采用反馈置9法。8进制加法计数器的计数状态为 1001、0000～0110，其状态转换图如图（a）所示。
41
6.4.1
集成同步二进制计数器
其产品多以四位二进制即十六进制为主，下面 以典型产品 74LS161为例讨论。
42
① 异步清零。当CLR=0时，不管其它输入信号的状 态如何，计数器输出将立即被置零。
43
② 同步置数。当CLR=1（清零无效）、LD=0时， 如果有一个时钟脉冲的上升沿到来，则计数器输出 端数据Q3～Q0等于计数器的预置端数据D3～D0。
13
例6-1 对于图6-4所示移位寄存器，画出下图所示输入 数据和时钟脉冲波形情况下各触发器输出端的波形。 设寄存器的初始状态全为0。
14
2. 集成电路移位寄存器 常用集成电路移位寄存器为74LS194，其逻辑符号和 引脚图如图所示。
15
16
例6-2 利用两片集成移位寄存器74LS194扩展成一 个8位移位寄存器。
连 接 规 律 加 法 计 数 减 法 计 数 T＇触发器的触发沿 上 升 沿 下 降 沿
CPi Q i 1
CPi Qi 1
CPi Q i 1
例子
25
CPi Qi 1
6.2.2
异步非二进制计数器
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。
集成计数器及寄存器的实验原理
集成计数器及寄存器的实验原理引言集成计数器和寄存器是数字电路中非常重要的组件，它们用于进行数字信号的计数与存储。
在本实验中，我们将探讨集成计数器和寄存器的原理以及它们在实际电路中的应用。
一、集成计数器的原理1.1 什么是集成计数器集成计数器是一种能够计数连续数字信号的电子器件。
它可以根据输入端的时钟信号来完成计数操作，输出端则会按照特定的规律输出计数结果。
1.2 集成计数器的工作原理集成计数器通常是由触发器构成的。
触发器是一种存储单元，它能够存储一个二进制位，并在时钟信号的作用下改变存储状态。
集成计数器的工作原理可以通过以下步骤来理解：1.初始状态下，集成计数器的触发器处于复位状态，输出端的计数值为0。
2.当时钟信号来临时，触发器将存储状态改变为下一个二进制数值，输出端的计数值也随之改变。
3.当再次收到时钟信号时，触发器再次改变存储状态，计数值也相应地改变。
4.不断重复以上步骤，集成计数器可以持续计数，输出端的计数值会随着每个时钟周期递增。
1.3 集成计数器的分类集成计数器可以根据工作模式和计数范围进行分类。
常见的集成计数器包括二进制计数器、十进制BCD计数器、环形计数器等。
二、寄存器的原理2.1 什么是寄存器寄存器是一种能够存储多个二进制数据的器件。
它可以将输入的数据暂时存储起来，并在需要的时候提供给其他电路使用。
2.2 寄存器的工作原理寄存器通常是由多个触发器构成的。
每个触发器能够存储一个二进制位，这样多个触发器组合起来就能够存储更多的二进制数据。
寄存器的工作原理可以通过以下步骤来理解：1.初始状态下，所有触发器处于复位状态，寄存器中的数据为0。
2.当输入信号到达时，触发器将存储状态改变为对应的输入数据。
3.在需要时，寄存器的输出端将提供存储的数据给其他电路使用。
4.如果需要修改寄存器中的数据，可以将新的数据输入到寄存器中，触发器会相应地改变存储状态。
2.3 寄存器的分类寄存器可以根据功能和位数进行分类。
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。
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。
PWM控制电路的基本构成与工作原理
PWM控制电路的基本构成与工作原理PWM（脉宽调制）是一种通过控制信号的脉宽来调节输出信号平均电压或功率的技术。
PWM控制电路主要由三个部分组成：比较器、计数器和数据寄存器。
比较器是PWM控制电路的核心部分，主要用于产生PWM信号。
它通过与一个参考电压进行比较，并生成一个脉冲信号，其中脉冲的宽度与参考电压的大小成比例。
比较器可以使用电压比较器、运算放大器或专用集成电路来实现。
计数器是用于计数时钟脉冲的器件，主要用于确定PWM信号的周期。
计数器可以采用可编程计时器、实时钟或专用的PWM计数器。
数据寄存器用于存储参考电压的数值，以及控制信号的周期。
控制信号周期长度由寄存器中的数值决定。
数据寄存器通常是可编程的，以便根据需要进行调整。
1.初始化：首先，将数据寄存器置于初始状态，设置参考电压的数值和控制信号的周期长度。
2.比较器比较：当计数器开始计数时，比较器将脉冲信号与参考电压进行比较。
如果脉冲信号的电平高于参考电压，比较器将输出高电平；否则，比较器将输出低电平。
3.输出信号控制：根据比较器的输出，控制输出信号的占空比。
如果比较器输出高电平，输出信号将保持高电平状态；如果比较器输出低电平，输出信号将保持低电平状态。
4.脉冲信号计数：继续计数，当计数器达到设定的周期长度时，重新开始计数。
周期长度决定了PWM信号的频率。
5.参考电压更新：根据需要更新参考电压的数值。
更改参考电压可以调整输出信号的平均电压或功率。
1.高效率：由于输出信号只在高电平和低电平之间切换，功率损失较小，相比于线性调制方式更加高效。
2.精确性：PWM控制电路可以通过调整参考电压和周期长度来精确地控制输出信号的电平和频率。
可以根据需要进行微调，满足不同的应用需求。
3.稳定性：PWM控制电路具有较高的稳定性，对于外界环境的扰动和干扰具有较强的抗干扰能力。
4.适应性：PWM控制电路可以应用于各种不同的电子设备和系统中，包括电机驱动、LED调光、电源调节等领域。
计算机系统中各种寄存器
计算机系统中各种寄存器在计算机系统中，寄存器是一种用于存储和处理数据的高速存储器。
它们通常是在CPU中集成的小型存储单元，用于暂时存储指令、数据和计算结果。
计算机系统中存在多种不同类型的寄存器，每种寄存器都具有特定的功能和使用。
1. 程序计数器（Program Counter，PC）：程序计数器是一个特殊的寄存器，用于存储下一条需要执行的指令的地址。
每当一条指令执行完成，程序计数器自动加1或根据指令跳转的指定地址进行修改。
2. 指令寄存器（Instruction Register，IR）：指令寄存器用于存储当前正在执行的指令。
指令从主存中加载到指令寄存器中，然后由CPU解码和执行。
3. 累加器（Accumulator，ACC）：累加器是用于执行算术和逻辑操作的最常用的寄存器。
它存储操作数和计算结果，并参与各种算术和逻辑运算。
4. 标志寄存器（Flags Register）：标志寄存器用于存储和表示CPU运行状态和计算结果的条件标志位。
例如，零标志位用于标识结果是否为零，进位标志位用于标识是否发生了进位等。
5. 地址寄存器（Address Register）：地址寄存器用于存储操作数的内存地址。
它可以将指令中的地址字段加载到自身，或将结果传输到主存中。
6. 数据寄存器（Data Register）：数据寄存器用于暂时存储需要处理的数据。
它是指令执行过程中数据传输的中间存储器。
7. 栈指针寄存器（Stack Pointer Register，SP）：栈指针寄存器用于指示栈的当前位置。
它保存了栈的顶部元素的地址，使得程序可以按照后进先出（LIFO）的顺序访问栈中的数据。
8. 基址寄存器（Base Register）：基址寄存器用于存储数据段或代码段的起始地址。
它通常与偏移量结合使用，以计算有效的内存地址。
9. 源操作数寄存器（Source Operand Register，SRO）和目标操作数寄存器（Destination Operand Register，DRO）：这两种寄存器用于存储指令的源操作数和目标操作数的地址。
集成计数器及寄存器的实验原理
集成计数器及寄存器的实验原理一、引言计数器和寄存器是数字电路中常见的组件，它们在数字系统中具有重要的作用。
本文将介绍集成计数器及寄存器的实验原理。
二、集成计数器1. 计数器概述计数器是一种能够在输入时将其值逐次增加或减少的电路。
它通常由触发器和逻辑门组成，其中触发器用于存储当前计数值，逻辑门用于控制计数操作。
2. 集成计数器集成计数器是一种将多个触发器和逻辑门集成到一个芯片中的计数器。
它具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，因此被广泛应用于数字系统中。
3. 集成计数器实验原理（1）74LS161集成计数器74LS161是一种4位二进制同步上升/下降计数器。
它包含四个D型触发器和多个逻辑门，可以实现二进制加法和减法运算。
当输入CLK信号时，74LS161会根据模式控制信号（MODE）进行相应的操作。
当MODE为0时，74LS161处于上升模式，每次CLK上升沿时将当前值加1；当MODE为1时，74LS161处于下降模式，每次CLK上升沿时将当前值减1。
（2）实验步骤① 将74LS161芯片插入实验板中，并连接电源和接地。
② 连接CLK、CLR、LOAD、A0、A1、A2输入信号。
③ 根据实验要求设置MODE模式控制信号。
④ 设置计数器的初始值。
⑤ 连接LED灯，观察计数器输出结果。
三、集成寄存器1. 寄存器概述寄存器是一种能够存储数据的电路。
它通常由多个触发器组成，可以存储不同位数的二进制数据。
2. 集成寄存器集成寄存器是一种将多个触发器集成到一个芯片中的寄存器。
它具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，因此被广泛应用于数字系统中。
3. 集成寄存器实验原理（1）74LS173集成寄存器74LS173是一种4位带清零同步并行加载触发器。
它包含四个D型触发器和多个逻辑门，可以实现4位二进制数据的并行输入和输出操作，并且支持清零操作。
当输入CLR信号为低电平时，74LS173的所有输出都被清零；当输入LOAD信号为低电平时，74LS173会将并行输入的4位二进制数据加载到触发器中，此时输出与输入相同。
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M N M N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
获得任意制进计数器的两种方法（a）置零法 （b）置数法
多片N进制计数器组合组合构成M进制计数和器，各片之间（各 级之间）的连接方式可分为串行进位方式，并行进位方式，整 体置数方式和整体置零方式。
1、用74LS90构成任意(M)进制的计数器
Q3
Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1
为了提高计数速度，可采用同步计数器。
三、任意进制计数器的构成
任意进制计数器的构成方法
一）集成计数器
CP脉冲引入方式
型号
计数模式
清零方式
预置数方式
同步 同步 同步 同步 同步 异步 异步 异步
74161 74160 74190 74191 74193 7490 74290 74293
4位二进制加法 十进制加法 单时钟十进制可逆
&
QA QB QC QD CP1 7 4LS9 0 CP2 S 9 1 S 9 2 R0 1 R0 2
CP
QA QB QC QD CP1 7 4LS9 0 CP2 S 9 1 S 9 2 R0 1 R0 2
Q′A Q′B Q′C Q′ D CP1 7 4LS9 0 CP2 S 9 1 S 9 2 R0 1 R0 2
1．计数器的级联
（1）同步级联。
例：用两片4位二进制加法计数器74161采用同步级联方式构成的8位 二进制同步加法计数器，模为16×16=256。
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3Q 2 Q1Q 0 RCO 74161(2) ET EP RCO Q3 Q2 Q1 Q0 Q3Q 2 Q1Q 0 74161(1) ET EP 1 计数脉冲
0
0 0 0 0 0 0
计数脉冲
VCC CPA
Q3
Q2
Q1
QO
CPB
R01 R02 R91 R92 GND R01，R02按 要求与相应的 门电路相连， 接到Q0—Q3
1
1 0 0
1
1 0 0
0
1 0 1
1
1
思考,如果要实现60进制,需要几片90,如何连线?
&
QA QB QC QD CP1 74LS90 CP2 S9 1 S9 2 R0 1 R0 2 QA QB QC QD CP1 74LS90 CP2 S9 1 S9 2 R0 1 R0 2 QA QB QC QD CP1 74LS90 CP2 S 9 1 S 9 2 R0 1 R 0 2 Q′A Q′B Q′C Q′D CP1 74LS90 CP2 S9 1 S9 2 R0 1 R0 2
用置数法将74160接成六进制计数器（a）置入0000（b）置入 1001
图(a)
图（b）
用两块74LS160组成100进制计数器的连线图
例：试用两片同步十进制计数器74160接成29进制计数器
Q0 Q1 Q2 Q3
Q4 Q5
整体置零方式
电路的整体置数方式
4、用74193构成任意(M)进制的计数器
FF 1 1J Q
FF 0 1J C1 1K R CP 计数脉冲 CR 清零脉冲
∧
∧
∧
C1
1K & R
1K R
分析状态图可见： FF0：每来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选J0=K0=1。 FF1 ：当 Q0=1 时，来一个 CP ， 向相反的状态翻转一次。所以选 J1=K1= Q0 。 FF2：当Q0Q1=1时， 来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选 J2=K2= Q0Q1
∧
RD LD D3 D2 D1 D 0 1
RD LD D3 D2 D1 D 0 1
一、同步计数器
（1）二进制同步加法计数器
由于该计数器的翻转规律性较强，只需用“观察法”就可设计出电路： 因为是“同步”方式， 所以将所有触发器的 CP端连在一起，接计 数脉冲。 然后分析状态图， 选择适当的JK信号。
Q3
Q2
Q1 FF 2 Q 1J & C1 1K & R Q
Q0
1
FF 3 Q 1J & C1
先将两片 74LS90 用 8421BCD 码接法构成模 100 计数 器 ， 然 后 加 译 码 反 馈 电 路 构 成 模 54 计 数 器 。 过 渡
' ' ' QC QB QDQCQBQA 01010100 ， 所 以 译 码 逻 辑 方 程 态 QD
' ' ' ' 为 R01R02 R01 R02 QC QA QC 。 模 54 计数器的逻辑图如图 (b)所示。
CPU
CPD
CR
LD
工作状态
如：设计十进制计数器
×
×
×
× 1
1
0 0 0
功能表
0
0 1 1
清0
预置数 加法计数
BO 74LS193 CO
1
减法计数
取与非 送到LD
CR为清0 LD为置数 CPU为加法计数脉冲 CPD为减法计数脉冲 D0—D3为置数端
整体置零方式
思考：如何用整体置零方式设计？
三）集成计数器的应用
5、4位二进制同步可逆计数器74193
CPU
CPD
CR
LD
工作状态 清0
×
×
1
0
×
×
1
0
0
0
1
预置数
加法计数
1
0
功能表
1
减法计数
管脚图
CR为清0 LD为置数 CPU为加法计数脉冲 BO 74LS193 CO 逻辑符号
CPD为减法计数脉冲
D0—D3为置数端
二）任意进制计数器的构成
现有N进制计数器 构成M进制计数器
二、二进制异步计数器
（1）二进制异步加法计数器（4位）
Q3 Q2 Q1 FF 2 1J Q 1J Q Q0 1 FF 3 Q FF 1 1J Q FF 0 1J C1 CP 计数脉冲 1K R CR 清零脉冲
∧
∧
∧
C1
C1
C1
1K R
1K R
1K R
工作原理： 4个JK触发器都接成T’触发器。 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，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； 每当Q2由1变0，FF3向相反的状态翻转一次。
(b )
(b) 整体清 0 法
2、用74LS290构成任意(M)进制的计数器
Q3 0 0 0 0 0 0 Q2 Q1 Q0
0
0 0 0
0
0 1 1
0
1 0 1
1
1 1 1 0 0
13 12
0
0 1 1 0 0
11
0
1 0 1 0 1
10 9 8
0
0 1 1
14
1）当N>M时,只需1片74LS290 如何实现2—9进制？ 2）当N<M时, 需多片74LS290 如:16进制 思考,如果要实现70进制,需 要几片290,如何连线?
它也同样具有分频作用。
∧
二进制异步减法计数器的时序波形图和状态图。
CP Q0 Q1 Q2 Q3
Q Q QQ 3 2 1 0 1101 1011 1010 1001
0000
1111
1110
1100
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
在异步计数器中，高位触发器的状态翻转必须在相邻触发器产生进位信号 （加计数）或借位信号（减计数）之后才能实现，所以工作速度较低。
0
0 0 0
0
0 1 1 1 1 0 0
1
1 0 0 1 1 0 0
0
1 0 1 0 1 0 1
1）当N>M时,只需1片74LS90 如何实现3—9进制？
0
0 0 0
2）当N<M时, 需多片74LS90 如:16进制
1
1
Q3 0
Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1
6 7
Vcc R0(2) R0(1) CP2 CP1 Q0 Q3
74LS290
1
2
3
4
5
R9(1) NC R9(2) Q2 Q1 NC GND
3、用74160构成任意(M)进制的计数器
Q0 Q1 Q2 Q3 ET LD Vcc 1）当时 , RCO M<N 只需1片74LS160 Q3Q 2 Q1Q 0 RCO 74160 ET EP
QA QB QC QD CP1 74LS90 CP2 S9 1 S9 2 R0 1 R0 2 QA QB QC QD CP1 74LS90 CP2 S9 1 S9 2 R0 1 R0 2
CP
CP
QA QB Q CP1 74LS9 CP2 S9 1 S9 2 R
(a)
(a) 大模分解法;
② 整体清 0 法。
FF 3 Q R Q
FF 2 R Q
FF 1 R C1 Q1 Q
FF 0 R C1 Q0 CR 清零脉冲 CP 计数脉冲
∧
∧
∧
C1 Q3
C1 Q2
1D
1D
1D
1D
工作原理：D触发器也都接成T’触发器。
由于是上升沿触发，则应将低位触发器的Q端与相邻高位触发器的 时钟脉冲输入端相连，即从Q端取借位信号。
16 15 14 13 12 11 10 9
如何实现6进制？