寄存器与计数器(2)PPT
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cpu工作原理ppt课件
·（ M） IR
·IR操 作码译码，识别MOV指令
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15
在第二个CPU周期，CPU根据译码结果， 进行指令所要求的操作。
具体操作如下： ·送控制信号到ALU ·ALU响应控制信号，将R1的内容送入R0
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16
二、LAD指令的指令周期
LAD指令是一条RS指令，其指令周期需3 个CPU周期。各周期的具体操作如下：
对于CPU周期，可以规定其为固定长度， 也可以采用不固定长度。
我们后面的讨论都建立在：假定CPU周期 是固定长度，并以读取一个指令字的时间 作为一个CPU周期。
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13
5.2.2 典型指令的指令周期 设有一段程序： 101 MOV R0，R1 ；（R1）→ R0 102 LAD R1，6 ；（6）→ R1 103 ADD R1，R2 ；（R1）+（R2）→ R2 104 STO R2，（R3） 105 JMP 101 ；无条件转移到101单元 106 AND R1，R3
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9
根据设计方法不同，操作控制器可分为三 种类型：
①时序逻辑型
采用时序逻辑电路设计实现操作控制器。 这种控制器称为硬布线控制器。
②存储逻辑型
采用存储逻辑设计实现操作控制器。这 种控制器称为微程序控制器。
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10
5.2 指令周期
5.2.1 基本概念 .指令周期：取出并执行一条指令的时间。 ·CPU周期：又称为机器周期，若干个CPU 周期构成一个指令周期。常用 访问一次内存所花的时间来规 定CPU周期。 ·时钟周期：又称为T周期，若干个时钟周期构成 一个CPU周期。它是处理操作的最小 时间单位。
D
&
&
计算机导论第五章_计算机组成
17:28 25
只读存储器 Read-only memory (ROM) ROM的内容是由制造商写进去的
特性1：用户只能读不能写。
特性 2 ：非易失性。当切断电源后， 储存在 ROM 中的数据不会丢失。通常 用来存储那些关机后也不能丢失的程序 或数据
17:28 26
只读存储器 Read-only memory (ROM)
中央处理单元 (CPU) 用于数据的运算.
在大多数体系结构中，它有三个组成部分：
算术逻辑单元 (ALU) 控制单元
寄存器组（ 快速存储单元）
17:28 8
Figure 5.2 中央处理单元(CPU)
17:28 9
算术逻辑单元 The arithmetic logic unit (ALU)
算术逻辑单元对数据进行逻辑、移位和算术运算。 逻辑运算：非、与、或、异或 移位运算：逻辑移位运算和算术移位运算。 逻辑移位运算对无符号整数进行向左或右的移位 算术移位运算对带符号整数进行向左或右的移位 算术运算：第4章已讨论整数和实数的算术运算。
17:28 15
i 内存地址用无符号二进制整数定义。
17:28 16
Example 5.1
16千兆字节是（
）字节？
A、 216
解：B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B、234
C、240
D、244
E、256
16千兆＝24×210×220
17:28
17
Example 5.2
16T字节是（
）字节？
A、 216
解：D
B、234
C、240
需要借助激光把转换后的二进制数据刻在具 有反射能力的盘片上。 与磁盘相同，光存储设备也是以二进制数据 的形式来存储信息。
只读存储器 Read-only memory (ROM) ROM的内容是由制造商写进去的
特性1：用户只能读不能写。
特性 2 ：非易失性。当切断电源后， 储存在 ROM 中的数据不会丢失。通常 用来存储那些关机后也不能丢失的程序 或数据
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只读存储器 Read-only memory (ROM)
中央处理单元 (CPU) 用于数据的运算.
在大多数体系结构中，它有三个组成部分：
算术逻辑单元 (ALU) 控制单元
寄存器组（ 快速存储单元）
17:28 8
Figure 5.2 中央处理单元(CPU)
17:28 9
算术逻辑单元 The arithmetic logic unit (ALU)
算术逻辑单元对数据进行逻辑、移位和算术运算。 逻辑运算：非、与、或、异或 移位运算：逻辑移位运算和算术移位运算。 逻辑移位运算对无符号整数进行向左或右的移位 算术移位运算对带符号整数进行向左或右的移位 算术运算：第4章已讨论整数和实数的算术运算。
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i 内存地址用无符号二进制整数定义。
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Example 5.1
16千兆字节是（
）字节？
A、 216
解：B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B、234
C、240
D、244
E、256
16千兆＝24×210×220
17:28
17
Example 5.2
16T字节是（
）字节？
A、 216
解：D
B、234
C、240
需要借助激光把转换后的二进制数据刻在具 有反射能力的盘片上。 与磁盘相同，光存储设备也是以二进制数据 的形式来存储信息。
寄存器
3
4位MSI 寄存器74175 CR为各触发器的直接置 0端，用作寄存器的“清零”。 可用来构成缓冲或暂存寄 存器､移位寄存器和图形发生 器等。
5. 4. 2 移位寄存器
1. 移位的概念
除了具有暂存数码的功能之外，还具有移位功能 的逻辑部件称为移位寄存器。 所谓移位功能：就是存在寄存器中的数码（即 各触发器的状态）可以在移位正脉冲（CP）的作用 下，依次向右或向左转移到相邻的触0 = A0 B0 S0 = A0⊕B0⊕C0-1 C1 = (A1⊕B1) C0 + A1B1 S1 = A1⊕B1⊕C0 如果继续下去，当第n个CP脉冲作用后，加数与 被加数全部向左移走，而原来存放被加数的累加寄 存器中就存入了运算结果和（Sn-1……S1S0）。
16
D
（CP的上升沿有效）
Q4
n 1
n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4
Q1
17
1
D F4 CP Ｑ
1
D Ｑ F3
1
D Ｑ F2
1
D Ｑ F1
四位环形计数器
n n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4 Q4 1 Q1
Q3
n1
n1
D3 Q 2
D2 Q1
Q2
CP上升沿有效
Q1
n 1
D1 DSL
8
0 0 Ｑ4 0 1 0 Ｑ D 串行输出 F4 0 0 0 0 1
并行输出 0 0 Ｑ Ｑ３ ２ 1 0 Ｑ D 1 Ｑ D F3 F2 RD RD
0 1 0 Ｑ１ 1 1 Ｑ D F1
串行输入 D SR 1 0 11 CP 移位脉冲 CR 清“0 ”
4位MSI 寄存器74175 CR为各触发器的直接置 0端，用作寄存器的“清零”。 可用来构成缓冲或暂存寄 存器､移位寄存器和图形发生 器等。
5. 4. 2 移位寄存器
1. 移位的概念
除了具有暂存数码的功能之外，还具有移位功能 的逻辑部件称为移位寄存器。 所谓移位功能：就是存在寄存器中的数码（即 各触发器的状态）可以在移位正脉冲（CP）的作用 下，依次向右或向左转移到相邻的触0 = A0 B0 S0 = A0⊕B0⊕C0-1 C1 = (A1⊕B1) C0 + A1B1 S1 = A1⊕B1⊕C0 如果继续下去，当第n个CP脉冲作用后，加数与 被加数全部向左移走，而原来存放被加数的累加寄 存器中就存入了运算结果和（Sn-1……S1S0）。
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D
（CP的上升沿有效）
Q4
n 1
n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4
Q1
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1
D F4 CP Ｑ
1
D Ｑ F3
1
D Ｑ F2
1
D Ｑ F1
四位环形计数器
n n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4 Q4 1 Q1
Q3
n1
n1
D3 Q 2
D2 Q1
Q2
CP上升沿有效
Q1
n 1
D1 DSL
8
0 0 Ｑ4 0 1 0 Ｑ D 串行输出 F4 0 0 0 0 1
并行输出 0 0 Ｑ Ｑ３ ２ 1 0 Ｑ D 1 Ｑ D F3 F2 RD RD
0 1 0 Ｑ１ 1 1 Ｑ D F1
串行输入 D SR 1 0 11 CP 移位脉冲 CR 清“0 ”
【2024版】精品课件-数字电子技术(第三版)(刘守义)-第6章
果从Q3~Q0取得输出可以构成一个八进制计数器。 对比一下图 6.6中的时钟脉冲波形与Q3的输出波形， 不难发现，Q3的波形 的频率恰为时钟波形频率的1/8。 如果从Q3取得输出， 则 6.5电路构成了一个8分频器。
第6章 寄 存 器
2. 所谓可编程分频器是指分频器的分频比可以受程序控制。 在现代通信系统与控制系统中，可编程分频器得到广泛的应 用。 下面以图6.10的实际电路为例， 介绍利用移位寄存器 实现可编程分频的基本思路。
(2) 并行加载数据。 断开电源， 将S0、 S1置11（都接 高电平）， 将D0~D3置1010； 接通电源， 此时， 发光二极 管均不亮， 送出一个单脉冲， 观察发光二极管的亮、 灭情 况。如果操作准确， 发光二极管的亮、 灭指示Q0~Q3的数据 为1010， 说明D0~D3的数据已加载到输出端， 此时再改变输 入端的数据， 输出数据不变。
第6章 寄 存 器 实训6 寄 存 器
6.1 寄存器的功能与使用方法 6.2 寄存器应用实例 6.3 寄存器集成电路简介
第6章 寄 存 器
实训6 1. （1） 了解寄存器的基本功能。 （2） 学会寄存器的使用方法。 （3） 熟悉寄存器的一般应用。 （4） 进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。
第6章 寄 存 器
第6章 寄 存 器
当A、 B的数据(即74LS194 S0、 S1端的数据)为01时， 数据右移； 第一个时钟脉冲过后， 74LS194（1）DSR端的数 据1移位至Q0端， 其他Q端的0均依次右移， 各输出端的数据 如表6.1的第2行数据所示； 此后， 随着时钟脉冲的到来， 发光二极管自左至右一个个点亮， 第8个脉冲以后， 全部二 极管均点亮, 此时， DSR端的数据变为0， 随着后续脉冲的到 来， 发光二极管自左至右一个个熄灭。
第6章 寄 存 器
2. 所谓可编程分频器是指分频器的分频比可以受程序控制。 在现代通信系统与控制系统中，可编程分频器得到广泛的应 用。 下面以图6.10的实际电路为例， 介绍利用移位寄存器 实现可编程分频的基本思路。
(2) 并行加载数据。 断开电源， 将S0、 S1置11（都接 高电平）， 将D0~D3置1010； 接通电源， 此时， 发光二极 管均不亮， 送出一个单脉冲， 观察发光二极管的亮、 灭情 况。如果操作准确， 发光二极管的亮、 灭指示Q0~Q3的数据 为1010， 说明D0~D3的数据已加载到输出端， 此时再改变输 入端的数据， 输出数据不变。
第6章 寄 存 器 实训6 寄 存 器
6.1 寄存器的功能与使用方法 6.2 寄存器应用实例 6.3 寄存器集成电路简介
第6章 寄 存 器
实训6 1. （1） 了解寄存器的基本功能。 （2） 学会寄存器的使用方法。 （3） 熟悉寄存器的一般应用。 （4） 进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。
第6章 寄 存 器
第6章 寄 存 器
当A、 B的数据(即74LS194 S0、 S1端的数据)为01时， 数据右移； 第一个时钟脉冲过后， 74LS194（1）DSR端的数 据1移位至Q0端， 其他Q端的0均依次右移， 各输出端的数据 如表6.1的第2行数据所示； 此后， 随着时钟脉冲的到来， 发光二极管自左至右一个个点亮， 第8个脉冲以后， 全部二 极管均点亮, 此时， DSR端的数据变为0， 随着后续脉冲的到 来， 发光二极管自左至右一个个熄灭。
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。
第5章定时计数器 (2)
5.4 8XX51定时/计数器的应用程序设计
5.4.3 应用编程举例 例1 如图所示，
P1中接有八个发光二极管， 编程使八个管轮流点亮，每 个管亮100ms，设晶振为 6MHz。 分析利用T1完成100ms的定时、 当P1口线输出“1”时，发光二 极管亮，每隔100ms”1”左移一 次，采用定时方式1，先计算计 数初值： MC=2μs 100ms/2μs =50000=C350H C =10000H-C350H=3CB0H
★若将T0设置为模式3，TL0和TH0被分成为两个互相独立的8位计数器
TH0和 TL0 。
★TL0可工作为定时方式或计数方式。占用原T0的各控制位、引脚和 中断源。即C／T、GATE、TR0、TF0和T0 (P3.4)引脚、INT0 (P3.2) 引脚。 TH0只可用作定时功能，占用定时器T1的控制位TR1和T1的中断标 志位TF1，其启动和关闭仅受TRl的控制。
ORG 0000H
AJMP
AJMP
MAIN
；T0中断服务程序入口 ；主程序开始 ；T0定时100ms IP0
ORG 000BH ORG 0030H MAIN：CLR P1.7
MOV TMOD，#01H MOV TH0，#3CH MOV TL0，#0B0H
SETB
SETB
ET0
EA
5.4 8XX51定时/计数器的应用程序设计
本章介绍的主要内容
★ ★
★
定时计数器结构和工作原理 定时计数器的控制寄存器
定时计数器的应用编程
5· 1 8XX51定时/计数器结构和工作原理
★51系列单片机片内有两个十六位定时/计数器：定时器0(T0) 和定时器1(T1)。 ★两个定时器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、 延时、对外部事件计数和检测等场合。 ★定时/计数器实际上是16位加1计数器。 T0由2个8位持殊功能寄存器TH0和TL0构成， T1由2个8位持殊功能寄存器TH1和TL1构成。 ★每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或 计数工作方式。
电气控制及PLC应用--定时器、计数器指令介绍PPT课件
13
前值清0，状态位置 1； 当前值＜设定值PT时，状态位保持为1; 当前值=设定值 时， 停止计时，状态位
为 0，当前值保持（设定值）不变。 使能输入端 IN又变为1时，停止计时，TOF的当前值清0，状 态位置 1。
12
2 定时器 TOF 指令工作时序图
T36的分辨率是10ms 计时值T= 30ms
1
试讲内容
❖电气控制及PLC应用
---- 定时器、计数器指令介绍
1
2
主要内容与教学重难点
主要 内容
1.介绍定时器编程指令，定时器编程练习； 2.介绍计数器编程指令，计数器编程练习。
重点 难点
1.定时器、计数器指令的应用； 2.保持型接通延时定时器时序图的理解。
2
3
定时器
使能端
T37
定时器的几个概念 ❖ 定时器的形式：
● 接通延时型定时器（TON）
TON
IN
PT
● 带记忆接通延时型定时器（TONR）
● 断开延时型定时器（TOF）
❖ 定时器的分辨率：
●单位时间的时间增量称为定时器的分辨率，又称为时
间基。
●S7-200系列PLC定时器的分辨率有三种：
1ms 10ms 100ms
3
3 3
定时器
T37
❖ 定时器的编号：
TON
IN
● 定时器的编号=定时器名称 T + 数字
PT
编号T x （ x 的范围为：0～255）
❖ 定时器的两个参数：
●当前值：每个定时器都有一个16位的当前值寄存器，
是对定时器时间基的累计值。当前值是16位有符号整数， 最大值是32767。
●状态位：有一个状态位寄存器，存放状态值，状态位
单片机结构(共46张PPT)
MCS-51单片机的结构原理
8051是MCS-51系列单片机的典型产品， 我们以这一代表性的机型进行系统的讲 解。
➢ 内部结构
➢ 外部引脚 ➢ 工作时序
➢ 实例分析
第1页，共46页。
典型单片机结构
T0 T1
时钟电路 ROM
内部总线 CPU
RAM
定时/计数器
并行接口
串行接口
中断系统
中央处理器 数据存储器(RAM)
输入输出引脚
P1.0
➢ P0：P0.1~P0.7
P1.1
➢ 漏极开路双向I/O
P1.2 P1.3
➢ 一般为数据总线口
P1.4
➢ P1：P1.1~P1.7
P1.5 P1.6
➢ 拟双向I/O通道
➢ P2：P2.1~P2.7
P1.7 RST
RXD/P3.0
➢ 拟双向I/O通道
TXD/P3.1 INT0/P3.2
P3口的第二功能表
I/O口
第二功能
注释
2个定时器T0、T1溢3，.0 然后从中间往两R头X逐D 个灭，周而复始 为1时：负边沿触发中断请求；
串行口数据接收端
分别由8位寄存器TH0、TL0 和 TH1、TL1组成。
else return(0);
28
14
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18
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19
22
20
21
第10页，共46页。
V CC P0.0/AD 0 P0.1/AD 1 P0.2/AD 2 P0.3/AD 3 P0.4/AD 4 P0.5/AD 5 P0.6/AD 6 P0.7/AD 7 EA/V PP ALE/PROG PSEN P2.7/A 15 P2.6/A 14 P2.5/A 13 P2.4/A 12 P2.3/A 11 P2.2/A 10 P2.1/A 9 P2.0/A 8
8051是MCS-51系列单片机的典型产品， 我们以这一代表性的机型进行系统的讲 解。
➢ 内部结构
➢ 外部引脚 ➢ 工作时序
➢ 实例分析
第1页，共46页。
典型单片机结构
T0 T1
时钟电路 ROM
内部总线 CPU
RAM
定时/计数器
并行接口
串行接口
中断系统
中央处理器 数据存储器(RAM)
输入输出引脚
P1.0
➢ P0：P0.1~P0.7
P1.1
➢ 漏极开路双向I/O
P1.2 P1.3
➢ 一般为数据总线口
P1.4
➢ P1：P1.1~P1.7
P1.5 P1.6
➢ 拟双向I/O通道
➢ P2：P2.1~P2.7
P1.7 RST
RXD/P3.0
➢ 拟双向I/O通道
TXD/P3.1 INT0/P3.2
P3口的第二功能表
I/O口
第二功能
注释
2个定时器T0、T1溢3，.0 然后从中间往两R头X逐D 个灭，周而复始 为1时：负边沿触发中断请求；
串行口数据接收端
分别由8位寄存器TH0、TL0 和 TH1、TL1组成。
else return(0);
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V CC P0.0/AD 0 P0.1/AD 1 P0.2/AD 2 P0.3/AD 3 P0.4/AD 4 P0.5/AD 5 P0.6/AD 6 P0.7/AD 7 EA/V PP ALE/PROG PSEN P2.7/A 15 P2.6/A 14 P2.5/A 13 P2.4/A 12 P2.3/A 11 P2.2/A 10 P2.1/A 9 P2.0/A 8
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
计算机组成原理第六章
指令周期的基本概念
节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时 间，如：ALU完成一次正确的运算，寄存器间的一 次数据传送等。
不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。 一个机器周期中，包含若干个时钟周期（节拍脉冲
或T脉冲）。 CPU周期规定，不同的计算机中规定不同
2. 每条指令的指令周期不同
➢译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控 制信号提供给时序控制信号形成部件。
机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路
➢由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的 时钟脉冲
时序控制信号形成部件
➢时序控制信号形成部件又称微操作信号发生器，真 正控制各部件工作的微操作信号是由指令部件提供 的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功 能部件所反馈的状态及条件综合形成的。
2. 微操作：是微命令的操作过程。
– 微命令和微操作是一一对应的。 – 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。 – 微操作是执行部件中最基本的操作。
由于数据通路的结构关系，微操作可分为相容的和互斥：
1. 互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的 微操作。可以编码
2. 相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操 作。必须各占一位
联合控制方式
– 大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采 用异步方式
– 机器周期的节拍脉冲固定，但是各指令的机器周期数不固 定（微程序控制器采用）
微程序控制原理
1. 微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作 微命令，它是构成控制序列的最小单位。
– 例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉 冲等。
读写时序信号的译码逻辑表达式
寄存器(Register) 数电课件
0000
②. CR 时1，在CP上升沿送数。
即：
Q Q Q Q n1 n1 n1 n1 3 21 0
D3 D2 D1D0
③. 在 CR、C1P上升沿以外的时间，寄存器中的内容将保持不变。
即：
Q Q Q Q n1 n1 n1 n1 3 21 0
Q3nQ2nQ1nQ0n
三、移位寄存器 1. 单向移位寄存器
§6·4 寄存器（Register）
一、基本概念 1. 定义
在数字电路中，用来存放二进制数或二进制代码的时序逻辑电路称为寄存器。
2. 特点
Ⅰ. 寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。
Ⅱ. 一个触发器可以存储1位二进制数，如果存放 位二进制代码的n 寄存器，需要用 个
触发器来构成。
n
2. 分类
Qn1 0
Q1n，Q1n1
Q2n，Q2n1
Q3n，Q3n1
Di
状态表 4位单向左移寄存器的状态表如表6.4.2—2所示。
表6.4.2—2
Ⅲ. 单向移位寄存器的特点
①. 单向移位寄存器中触发器的状态，在CP脉冲操作下，可以依次右移或左移。
②. n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码。n个CP脉冲即可完成串行输入工作，此
③. 状态图 能自启动的4位环形计数器的状态图如图6.4.3—4所示。
图6.4.3—4
Ⅲ. 由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器
①. 电路结构 由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器的电路结构如图6.4.3—5所示。
图6.4.3—5
②. 时序图 由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器的时序图如图6.4.3—6所示。
Mixly开源项目设计27：移位寄存器(二)——8位二进制计数器和流水灯
技术与应用tougao1@77OCT 2018 NO.19Mixly开源项目设计27：移位寄存器（二）——8位二进制计数器和流水灯隋杰峰 山东省威海市乳山市畅园学校信息技术实验上一期，我们介绍了通过74HC595移位寄存器只用UNO 的3个管脚就可以控制8个LED的亮灭。
本期，我们将进一步介绍74HC595的一些应用，将分别做一个8位二进制计数器和一个流水灯项目。
在元件的使用和电路的连接上，依然沿用上一期的元件和电路。
● 需要的元件（如表1）● 电路连接（如图1）● 程序设计1.8位二进制计数器上一期的文章介绍了在shiftOut模块中输入数值，控制8个LED亮灭的过程，实际上，就是将十进制的数值转换为8位二进制，依次送入移位寄存器，明白了这个过程，就可以设计一个程序，来展现二进制进位了，程序如图2所示。
我们来解释一下这个程序：首先声明一个变量i为整数，并赋值为0；然后是一个for循环模块，让i 依次（步长为1）取从0到255的值，即第一次取值0，第二次取值1，第三次取值2……第256次取值255；接着就是我们熟悉的模块，在上一期，我们用它来控制了8个LED 的亮灭；最后延时200毫秒，作用是让每一次输入数值后，LED亮灭的状态保持200毫秒。
上传程序后，我们就可以看到L E D从全灭到全亮的过程，LED从右往左开始被点亮，它们每200毫秒变化一下，相当于从二进制00000000每次加1，一直加到11111111，再重新开始，如此重复表1图1 电路图图2 程序4（8位二进制计数器程序）技术与应用tougao1@78中国信息技术教育本案例的分享视频将会在以下公众号中陆续登载。
执行。
2.流水灯如果要设计一个流水灯，只需要将下面的二进制数一个个输入即可，为了方便，我们可以将它们转换成十进制或者十六进制放到数组里（如表2）。
以十进制为例，流水灯程序如图3所示。
上面的程序采用了数组，依次取出数组mylist中的8个数值，转换为二进制输入移位寄存器，就实现了流水灯的效果。
数字电路与逻辑设计第6章 2 寄存器,移位寄存器
工作过程： ①在启动脉冲和时钟ＣＰ作用下，执行并
行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。 ②启动脉冲消失，在ＣＰ作用下，由于标志位０
的存在，使门Ｇ１输出为１，使得ＳＨ／ＬＤ ＝１，执行右移移位寄存功能。 ③以后在移存脉冲作用，并行输入数据由片Ⅱ的 Ｑ３逐位串行输出，同时又不断地将片Ⅰ的串 行输入端Ｊ，Ｋ＝１的数据移位寄存到寄存器。
因此，在移存脉冲CP作用下，实现右移移位寄存功能。
当M=0时， Q4n+1=Q3n Q3n+1=Q2n Q2n+1=Q1n Q1n+1=B
因此，在移存脉冲CP作用下，实现左移移位寄存功能。
所以在双向移位寄存器中，我们可通过控制M的取 值来完成左右移功能。在上例中，
M=1时，完成右移功能； M=0时，完成左移功能。
移位寄存器的应用
并入并出－数据寄存 并入串出－多位数据共信道传输 串入并出－共信道传输数据接收 串入串出－数字延迟
可变长度移位寄存器
A 、 串行转换成并行
（5单位信息的串—并转换电路）
组成：由两部分:
5位右移移位寄存器, 5个与门组成的并行读出电路.
5单位信息：是由5位二进制数码组成一个信
息的代码。
电路结构分析：
串行输入数据DI加到片Ⅰ的J，K和D0端。
片Ⅰ的D1端接0，作为标志码，片Ⅰ其余 的D2，D3接1。
片Ⅱ的串行数据输入端J， K接片Ⅰ的Q3。 片Ⅱ的输入端D0~D3均接1。片Ⅱ的Q3输出作 片Ⅰ和片Ⅱ的SH/LD输入。
工作过程：
①器件通过CR清0，使所有Q输出均为0， 包括片Ⅱ的Q3=0。
74LS194的功能表
序 号
清 零
RD
控制信号
MA MB
输入 串行输入 左移DSL 右移DSR
行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。 ②启动脉冲消失，在ＣＰ作用下，由于标志位０
的存在，使门Ｇ１输出为１，使得ＳＨ／ＬＤ ＝１，执行右移移位寄存功能。 ③以后在移存脉冲作用，并行输入数据由片Ⅱ的 Ｑ３逐位串行输出，同时又不断地将片Ⅰ的串 行输入端Ｊ，Ｋ＝１的数据移位寄存到寄存器。
因此，在移存脉冲CP作用下，实现右移移位寄存功能。
当M=0时， Q4n+1=Q3n Q3n+1=Q2n Q2n+1=Q1n Q1n+1=B
因此，在移存脉冲CP作用下，实现左移移位寄存功能。
所以在双向移位寄存器中，我们可通过控制M的取 值来完成左右移功能。在上例中，
M=1时，完成右移功能； M=0时，完成左移功能。
移位寄存器的应用
并入并出－数据寄存 并入串出－多位数据共信道传输 串入并出－共信道传输数据接收 串入串出－数字延迟
可变长度移位寄存器
A 、 串行转换成并行
（5单位信息的串—并转换电路）
组成：由两部分:
5位右移移位寄存器, 5个与门组成的并行读出电路.
5单位信息：是由5位二进制数码组成一个信
息的代码。
电路结构分析：
串行输入数据DI加到片Ⅰ的J，K和D0端。
片Ⅰ的D1端接0，作为标志码，片Ⅰ其余 的D2，D3接1。
片Ⅱ的串行数据输入端J， K接片Ⅰ的Q3。 片Ⅱ的输入端D0~D3均接1。片Ⅱ的Q3输出作 片Ⅰ和片Ⅱ的SH/LD输入。
工作过程：
①器件通过CR清0，使所有Q输出均为0， 包括片Ⅱ的Q3=0。
74LS194的功能表
序 号
清 零
RD
控制信号
MA MB
输入 串行输入 左移DSL 右移DSR
单片机定时计数器PPT课件
需要注意：每个机器周期的S5P2期间，对外部输入进行采 样。如在第一个周期中采得的值为1，而在下一个周期 中采得的值为0，则计数器加1。由于确认一次下跳变至 少要用两个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入 的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的1/24，同时输入 信号的高、低电平保持一个机器周期以上。 例如：选用6MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为
此时，定时/计数器T1可为方式0、方式1 和方式2，作为串行口的波特率发生器。
14
工作于方式3的T0
15
T0工作于方式3时的T1
16
定时器的工作方式（总结）
方式0：13位定时计数器
• 注意：TLx的低5位和THx共同组成
方式1： 16位定时计数器 方式2： 自动重装入的8位定时计数器
• 溢出后TFx=1，同时由THx→TLx
5
6.2.1 TMOD：工作方式控制寄存器
GATE：门控位 GATE＝1，T0、T1是否工作受外部引脚输入电平的控制，INT0
引脚控制T0运行，INT1引脚控制T1运行。可用于测量在INT0或 INT1引脚出现的正脉冲的宽度。
GATE=0，定时/计数器的运行不受外部引脚INT0或INT1的控制。 C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位 C/T=0，为定时器模式。内部计数器对晶振频率12分频后的脉冲
6
工作方式控制寄存器TMOD
M1、M0工作方式选择位
7
6.2.2 定时/计数器控制寄存器TCON
TF1位：T1计数溢出标志位。当T1计数溢出时，由硬件置 1，申请中断。进入中断服务程序后被硬件自动清0。 TR1位：T1计数运行控制位。由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.7）＝0时，若TR1=1，允许T1计数；TR1=0时， 禁止T1计数。当GATE位=1时，TR1＝1且INT1=1时， 允许T1计数。 TF0位：T0计数溢出标志位，功能同TF1。 TR0位：T0计数运行控制位，由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.3）＝0时，若TR0=1，允许T0计数；TR0=0时， 禁止T0计数。当GATE位=1时，TR0＝1且INT0=1时，允许 T重装入)
此时，定时/计数器T1可为方式0、方式1 和方式2，作为串行口的波特率发生器。
14
工作于方式3的T0
15
T0工作于方式3时的T1
16
定时器的工作方式（总结）
方式0：13位定时计数器
• 注意：TLx的低5位和THx共同组成
方式1： 16位定时计数器 方式2： 自动重装入的8位定时计数器
• 溢出后TFx=1，同时由THx→TLx
5
6.2.1 TMOD：工作方式控制寄存器
GATE：门控位 GATE＝1，T0、T1是否工作受外部引脚输入电平的控制，INT0
引脚控制T0运行，INT1引脚控制T1运行。可用于测量在INT0或 INT1引脚出现的正脉冲的宽度。
GATE=0，定时/计数器的运行不受外部引脚INT0或INT1的控制。 C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位 C/T=0，为定时器模式。内部计数器对晶振频率12分频后的脉冲
6
工作方式控制寄存器TMOD
M1、M0工作方式选择位
7
6.2.2 定时/计数器控制寄存器TCON
TF1位：T1计数溢出标志位。当T1计数溢出时，由硬件置 1，申请中断。进入中断服务程序后被硬件自动清0。 TR1位：T1计数运行控制位。由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.7）＝0时，若TR1=1，允许T1计数；TR1=0时， 禁止T1计数。当GATE位=1时，TR1＝1且INT1=1时， 允许T1计数。 TF0位：T0计数溢出标志位，功能同TF1。 TR0位：T0计数运行控制位，由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.3）＝0时，若TR0=1，允许T0计数；TR0=0时， 禁止T0计数。当GATE位=1时，TR0＝1且INT0=1时，允许 T重装入)
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6
（e）并行输入/并行输出
7
8
1.串行输入/串行输出/并行输出移位寄存器： 下图所示为边沿D触发器组成的4位串行输入/串行 输出移位寄存器。
串行输入1010
9
（a）寄存器清零
0
0
0
0
0
0
0
10
（c）第2个CP脉冲之后
0
00
（d）第3个CP脉冲之后
0
11
（e）第4个CP脉冲之后
1010
12
35
如果是减计数器则为：
如果是加计数器则为：
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J n1 K n1 Q 0Q 1 Q n2
J n1 K n1 Q 0Q1 Q n2
36
6.3.2 同步非二进制计数器
同步非2n进制计数器的电路构成没有规律可循， 可采取“观察”法，其具体构成过程见书p158
40
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。
41
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。
42
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。
1.同步2位二进制计数器
31
工作原理分析
32
2.同步3位二进制计数器
33
34
3.同步n位二进制计数器 计数器的构成具有一定的规律，可归纳如下：
（a）同步n位二进制计数器由n个JK触发器组成； （b）各个触发器之间采用级联方式，第一个触发器
的输入信号J0＝K0＝1，其它触发器的输入信号由 计数方式决定。
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。
13
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。
14
15
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。
37
1.同步5进制加法计数器
38
2.同步10进制加计数器电路
39
6.4 集成计数器
主要内容： 同步二进制加计数器74LS161的逻辑功能 同步十进制加/减计数器74LS192的逻辑功能 异步二进制加法计数器74LS93的逻辑功能 异步十进制加法计数器74LS90的逻辑功能 采用74LS90构成小于十的任意进制8421BCD码加计数器 采用74LS90构成小于十的任意进制5421BCD码加计数器 采用两片74LS161构成小于256的任意进制加法计数器 采用两片74LS90构成小于100的任意进制加法计数器
Q0
0
0
0
1
0
1
2
1
0
3
1
1
4（再循 0 环）
0
计数脉 Q1 Q0 冲
0
00
1
01
2
10
3（再 0 循环）
0
25
异步3进制加计数器电路如下
计数到
1 11的瞬
0
间就清
零
1
26
异步3进制加计数器输出波形：
27
2. 异步非二进制计数器 构成方式与上述3进制计数器一样，即采用“反馈清 零”法。
如：异步6进制加计 数器电路可在3位2 进制加计数器电路 基础上实现。
电路称为寄存器 。
1
0
1
0
0
1
上述寄存器的寄存时间？
0
2
集成寄存器74LS175
3
74LS175真值表
课外查资料：了解集成寄存器74LS373与 74LS374。
4
6.1.2 移位寄存器
移位寄存器的5种输入输出方式： （a）串行输入/右移/串行输出
（b）串行输入/左移/串行输出
5
（c）并行输入/串行输出 （d）串行输入/并行输出
6.1 寄存器与移位寄存器
主要内容：
▪ 触发器构成的寄存器 ▪ 集成寄存器74LS374/ 74HC374/ 74HCT374 ▪ 移位寄存器的五种输入输出方式 ▪ 触发器构成的移位寄存器 ▪ 4位集成移位寄存器74LS194 ▪ 移位寄存器的应用举例
1
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
18
能够对输入脉冲个数进行计数的电路称为计数器。 一般将待计数的脉冲作为CP脉冲。
电路结构： 触发器＋门电路。
N个触发器可表示N位二进制数。
19
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
· ·
20
6.2.1 异步n位二进制计数器
1. 异步2位二进制加计数器
21
工作原理分析
22
异步2位二进制减计数器
23
2.异步n位二进制计数器
其构成具有一定的规律：
(a)异步n位二进制计数器由n个触发器组成，每个触发器均 接成T′触发器。
(b)各个触发器之间采用级联方式，其连接形式由计数方式 （加或减）和触发器的边沿触发方式（上升沿或下降沿） 共同决定 。
28
异步6进制加计数器电路
0
1
1
计数到110的瞬间就清零
0
29
6.3 同步N进制计数器
主要内容： ▪ 同步2位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步3位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步n位二进制计数器电路的构成方式 ▪ 同步5进制加计数器电路 ▪ 同步10进制加法计数器电路
30
6.3.1 同步n位二进制计数器
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 Qi1 CPi Qi1
CPi Qi1 CPi Qi1
例子
24
6.2.2 异步非二进制计数器
1.异步3进制加计数器
异步3进制加计数器以异步2位二进制加计数器为基础 构成。
要实现这一点，必须使用带异步清零端的触发器。
计数脉冲 Q1
16
例6-3由集成移位寄存器74LS194和非门组成的脉冲分 配器电路如图所示，试画出在CP脉冲作用下移位寄 存器各输出端的波形。
17
6.2 异步N进制计数器
主要内容：
▪ 异步n位二进制加、减计数器电路 ▪ 异步n位二进制计数器电路的构成方法 ▪ 异步3进制加计数器电路 ▪ 异步6进制加计数器电路 ▪ 异步非二进制计数器电路的构成方法
43
③数据保持。当CLR=1、LD=1，且ET·EP=0时， 无论有没有时钟脉冲，计数器状态将保持不变。
44
④加法计数。当CLR=1、LD=1（置数无效）且 ET=EP=1时，每来一个时钟脉冲上升沿，计数器 按照4位二进制码进行加法计数，计数变化范围为 0000～1111。该功能为它的最主要功能。
（e）并行输入/并行输出
7
8
1.串行输入/串行输出/并行输出移位寄存器： 下图所示为边沿D触发器组成的4位串行输入/串行 输出移位寄存器。
串行输入1010
9
（a）寄存器清零
0
0
0
0
0
0
0
10
（c）第2个CP脉冲之后
0
00
（d）第3个CP脉冲之后
0
11
（e）第4个CP脉冲之后
1010
12
35
如果是减计数器则为：
如果是加计数器则为：
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J n1 K n1 Q 0Q 1 Q n2
J n1 K n1 Q 0Q1 Q n2
36
6.3.2 同步非二进制计数器
同步非2n进制计数器的电路构成没有规律可循， 可采取“观察”法，其具体构成过程见书p158
40
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。
41
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。
42
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。
1.同步2位二进制计数器
31
工作原理分析
32
2.同步3位二进制计数器
33
34
3.同步n位二进制计数器 计数器的构成具有一定的规律，可归纳如下：
（a）同步n位二进制计数器由n个JK触发器组成； （b）各个触发器之间采用级联方式，第一个触发器
的输入信号J0＝K0＝1，其它触发器的输入信号由 计数方式决定。
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。
13
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。
14
15
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。
37
1.同步5进制加法计数器
38
2.同步10进制加计数器电路
39
6.4 集成计数器
主要内容： 同步二进制加计数器74LS161的逻辑功能 同步十进制加/减计数器74LS192的逻辑功能 异步二进制加法计数器74LS93的逻辑功能 异步十进制加法计数器74LS90的逻辑功能 采用74LS90构成小于十的任意进制8421BCD码加计数器 采用74LS90构成小于十的任意进制5421BCD码加计数器 采用两片74LS161构成小于256的任意进制加法计数器 采用两片74LS90构成小于100的任意进制加法计数器
Q0
0
0
0
1
0
1
2
1
0
3
1
1
4（再循 0 环）
0
计数脉 Q1 Q0 冲
0
00
1
01
2
10
3（再 0 循环）
0
25
异步3进制加计数器电路如下
计数到
1 11的瞬
0
间就清
零
1
26
异步3进制加计数器输出波形：
27
2. 异步非二进制计数器 构成方式与上述3进制计数器一样，即采用“反馈清 零”法。
如：异步6进制加计 数器电路可在3位2 进制加计数器电路 基础上实现。
电路称为寄存器 。
1
0
1
0
0
1
上述寄存器的寄存时间？
0
2
集成寄存器74LS175
3
74LS175真值表
课外查资料：了解集成寄存器74LS373与 74LS374。
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6.1.2 移位寄存器
移位寄存器的5种输入输出方式： （a）串行输入/右移/串行输出
（b）串行输入/左移/串行输出
5
（c）并行输入/串行输出 （d）串行输入/并行输出
6.1 寄存器与移位寄存器
主要内容：
▪ 触发器构成的寄存器 ▪ 集成寄存器74LS374/ 74HC374/ 74HCT374 ▪ 移位寄存器的五种输入输出方式 ▪ 触发器构成的移位寄存器 ▪ 4位集成移位寄存器74LS194 ▪ 移位寄存器的应用举例
1
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
18
能够对输入脉冲个数进行计数的电路称为计数器。 一般将待计数的脉冲作为CP脉冲。
电路结构： 触发器＋门电路。
N个触发器可表示N位二进制数。
19
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
· ·
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6.2.1 异步n位二进制计数器
1. 异步2位二进制加计数器
21
工作原理分析
22
异步2位二进制减计数器
23
2.异步n位二进制计数器
其构成具有一定的规律：
(a)异步n位二进制计数器由n个触发器组成，每个触发器均 接成T′触发器。
(b)各个触发器之间采用级联方式，其连接形式由计数方式 （加或减）和触发器的边沿触发方式（上升沿或下降沿） 共同决定 。
28
异步6进制加计数器电路
0
1
1
计数到110的瞬间就清零
0
29
6.3 同步N进制计数器
主要内容： ▪ 同步2位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步3位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步n位二进制计数器电路的构成方式 ▪ 同步5进制加计数器电路 ▪ 同步10进制加法计数器电路
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6.3.1 同步n位二进制计数器
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 Qi1 CPi Qi1
CPi Qi1 CPi Qi1
例子
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6.2.2 异步非二进制计数器
1.异步3进制加计数器
异步3进制加计数器以异步2位二进制加计数器为基础 构成。
要实现这一点，必须使用带异步清零端的触发器。
计数脉冲 Q1
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例6-3由集成移位寄存器74LS194和非门组成的脉冲分 配器电路如图所示，试画出在CP脉冲作用下移位寄 存器各输出端的波形。
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6.2 异步N进制计数器
主要内容：
▪ 异步n位二进制加、减计数器电路 ▪ 异步n位二进制计数器电路的构成方法 ▪ 异步3进制加计数器电路 ▪ 异步6进制加计数器电路 ▪ 异步非二进制计数器电路的构成方法
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③数据保持。当CLR=1、LD=1，且ET·EP=0时， 无论有没有时钟脉冲，计数器状态将保持不变。
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④加法计数。当CLR=1、LD=1（置数无效）且 ET=EP=1时，每来一个时钟脉冲上升沿，计数器 按照4位二进制码进行加法计数，计数变化范围为 0000～1111。该功能为它的最主要功能。