寄存器以及计数器

QQ10nn
1 1

MDSR MQ1n MQ0n MQ2n
Q2n1 MQ1n MQ3n
Q3n1 MQ2n MDSL
Q1
M=0时右移
QQQ102nnn
1 1 1

DSR Q0n Q1n
Q3n1 Q2n
Q2
Q3
来自百度文库
M=1时左移
3.3.1 四个D锁存器或触发器构成的四位寄存器
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)
• 2．74LS161有几种功能，如何实现？如果置 数端为0，输入分别为1100、0011，当CP到 来时，输出状态如何？
• 3．画出九进制计数器（用反馈预置数法）和 五十进制计数器（用反馈归零法）的电路图。
8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 000
3. 还可以用波形图显示状态转换表。
CP
Q0
Q1
Q2
Q0的输出的波形的频率是CP的1/2。 Q1的输出的波形的频率是CP的1/4。 Q2的输出的波形的频率是CP的1/8。
二分频 四分频 八分频
思考题：试用D触发器设计一个M=8的二进制 同步加法计数器电路。
2. 计数器的分类
按工作方式分：同步计数器和异步计数器。
按计数功能分：加法计数器、减法计数器和可逆计 数器。
按计数器的计数容量(或称模数)来分：各种不同的 计数器，如二进制计数器、十进制计数器、N进制 计数器等等。
3.4.1 同步二进制计数器
同步计数器的特点：在同步计数器内部，各个 触发器都受同一时钟脉冲——输入计数脉冲的 控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的， 故被称为 “ 同步计数器 ”。
3、集成 双向移 位寄存
器 74LS194
CR M1 M 0 CP
0 × ×× 1 0 0× 10 1↑ 11 0↑ 11 1×
D0 D1 D2 D3 (b) 逻辑功能示意图
工作状态
异步清零 保持 右移 左移 并行输入
3.4 计数器
计数器的功能和分类
1. 计数器的作用
记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍 脉冲及进行数字运算等等。
2 用移位寄存器构成同步二进制计数器 环形计数器
Q0
Q1
Q2
Q3
FF0
FF1
FF2
FF3
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
结构特点
Q0
Q1
Q2
Q3
D Q 0
n n 1
即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0。
工 根据起始状态设置的不同，在输入计数脉冲CP的作用下， 作 环形计数器的有效状态可以循环移位一个1，也可以循环移 原 位一个0。即当连续输入CP脉冲时，环形计数器中各个触发 理 器的Q端，将轮流地出现矩形脉冲。
J0 = K0 = 1
Q0： 来一个CP，它就翻转一次； Q1：当Q0＝1时，它可翻转一次； Q2：只有当Q1Q0＝11时，它才能翻转一次。
2. 再列写状态转换表，分析其状态转换过程。
CP
原状态 Q2 Q1 Q0
J2＝
控 K2＝
制
端
J1＝ K1＝ J0＝1
K0＝1
下,状,态 ,
Q2 Q1 Q0
Q1Q0 Q1Q0 Q0 Q0
0100→1010→1101→0110
图 ↑ 有效循环 ↓
↑ 无效循环 ↓
0001←0011←0111←1111
1001←0010←0101←1011
能自启动的4位扭环形计数器
&
&
FF0
FF1
FF2
FF3
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
Q0
同步四位二进制计数器74LS161
状态 输出
图3-35 74LS161的外引线图CP输入图3-36 74LS161的逻并辑符行号 输入
74LS161的功能表
异步清0功 能最优先
CP上升 沿有效
同步并 行置数
CO= Q3 Q2 Q1 Q0 CTT
任意进制计数器
• 任意进制计数电路的构成 • 1．反馈归零法
QQQ102nnn
1 1 1

Q1n Q2n Q3n
Q3n1 DSL
VCC Q0 Q1 Q2 Q3 CP M1 M0
Q0 Q1 Q2 Q3
16 15 14 13 12 11 10 9 CR
M1
74LS194
CP
74LS194
M0
12345678
DSR
DSL
CR DSR D0 D1 D2 D3 DSL GND (a) 引脚排列图
QD QC QB QA 地
74LS161
CP 21
PT 9 7 10
+5v
构成六进制计数器
与非门
低位
8
DCB A
16
11 12 13 14
8
Vcc
QD QC QB QA 地
74LS161
CP 21
PT 9 7 10
+5v CP
构成十进制计数器
• 作业:
• 1．任意进制计数电路构成有哪些方法，其工 作过程如何实现？
与非门
QD QC QB QA 74LS161
与非门
QD QC QB QA 74LS161
Cr
六进制 Cr
十二进制
• (1)六进制的构成 • 输出QC和QB经过与非门又返回74LS161的清零
端,构成六进制计数器
• 74LS161构成六十进制计数器
高位
8
与非门
DCB
A
16
11 12 13 14
8
Vcc
双向 移位 寄存器
(c)
4位右移 移位寄存器
1．单向移位寄存器
并行输出
FF0
1D
Di D0 右移
C1
输入
CP 移位时钟脉冲
Q0 FF1
1D Q0 D1 C1
Q0
Q1 FF2
1D Q1 D2 C1
Q1
Q2 FF3
1D Q2 D3 C1
Q2
Q3
Q3 右移 输出
Q3
时 钟 方 程 ：CP0 CP1 CP2 CP3 CP
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 × ×
C 的卡诺图
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t10
CP
时 Q0 序 Q1 图
Di CP 1↑ 1 ↑ 1 ↑ 1 ↑
现态
Q0n Q1n Q2n Q3n
0000 1000 1100 1110
次态
Q0n1 Q1n1 Q2n1 Q3n1
1000 1100 1110 1111
说明
连续输入 4个 1
4位左移 移位寄存器
并行输出
Q0
Q1
Q2
Q3
左移输出
FF0
FF1
FF2
Di
FF3
左移输入
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
移位时钟脉冲
时 钟 方 程 ：CP0 CP1 CP2 CP3 CP
状态方程： Q0n1 Q1n、Q1n1 Q2n、Q2n1 Q3n、Q3n1 Di
Q2
Q3
选择时钟脉冲的一个基本原则：在满足 翻转要求的条件下，触发沿越少越好。
CP0 CP
时 钟
CP1 Q0
方 程
CP2 Q1
CP3 Q2
中规模集成计数器及其应用
同步四位二进制计数器74LS161
74LS161是常用的四位二进制可预置的同 步加法计数器，它可以灵活地运用在各种 数字电路，以及单片机系统种实现分频器 等很多重要的功能；
次态
Q0n1 Q1n1 Q2n1 Q3n1
0001 0011 0111 1111
说明
连续输入 4个 1
2、双向移位寄存器
Q0
Q1
Q2
Q3
M
1
DSR
&
≥1
& ≥1
& ≥1
&
DSL
≥1
FF0
1D D0 C1
Q0
FF1
1D D1 C1
Q1
FF2
1D D2 C1
Q2
FF3
1D D3 C1
Q3
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
(a) 逻辑图
排列顺序： Q0nQ1nQ2nQ3n
0000→1000→1100→1110←1101←1010←0100←1001←0010
↑ 有效循环 ↓
↑
0001←0011←0111←1111
0101←1011←0110
(b) 状态图
3.4.2 异步计数器
异步计数器的特点：在异步计数器内部，有的 触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器 则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟 脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不 一，故被称为“ 异步计数器 ”。
扭环形计数器
Q0
Q1
Q2
Q3
FF0
FF1
FF2
FF3
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
结构特点
D0

Qn n 1
即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0。
排列顺序： Q0nQ1nQ2nQ3n
状
态 0000→1000→1100→1110
例：三位二进制异步加法计数器。
CP 计数 脉冲
D2 Q2 Q2
D1 Q1 Q1
D0 Q0 Q0
三位二进制异步加法计数器
CP 计数 脉冲
D2 Q2 Q2
D1 Q1 Q1
D0 Q0 Q0
三位二进制异步加法计数器
作业：试画出三位二进制 异步减法计数器的电路图， 并分析其工作过程。
Q0Q1Q2
000 001 010 011 100 101 1 10 111 000 001 010
状态方程： Q0n1 Di、Q1n1 Q0n、Q2n1 Q1n、Q3n1 Q2n
FF0
1D
Di D0 右移
C1
输入
CP 移位时钟脉冲
Q0 FF1
1D Q0 D1 C1
Q0
Q1 FF2
1D Q1 D2 C1
Q1
Q2 FF3
1D Q2 D3 C1
Q2
Q3
Q3 右移 输出
Q3
输入
Q0
Q1
Q2
Q3
左移输出
FF0
FF1
FF2
Di
FF3
左移输入
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
移位时钟脉冲
输入
Di CP 1↑ 1 ↑ 1 ↑ 1 ↑
现态
Q0n Q1n Q2n Q3n
0000 1000 1100 1110
异步计数器优点：电路简单、可靠。
异步计数器缺点：速度慢。
Q2 Q1
2、十进制异步计数器
十进制异步加法计数器
状 排列顺序：
/0 /0 /0 /0 0000→0001→0010→0011→0100
态 图
Q3nQ2nQ1nQ0n /C
/1↑
↓/0
1001←1000←0111←0110←0101
/0 /0 /0 /0
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
1 用计数方法同步二进制计数器 例：三位二进制同步加法计数器。
Q2 J2
&
Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
Q0 J0 Q0 K0
三位二进制同步加法计数器
CP 计数脉冲
Q2 J2
&
Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
Q0 J0 Q0 K0
CP 计数脉冲
三位二进制同步加法计数器
分析步骤: 1. 先列写控制端的逻辑表达式： J2 = K2 = Q1Q0 J1 = K1 = Q0