§3-3寄存器3.3.1寄存器（1）寄存器的概念

若干個鐘控D觸發(fā)器或正沿D觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲多位二進制代碼的時序邏輯電路，叫寄存器。（2）鐘控D觸發(fā)器構(gòu)成的寄存器的工作過程①當G=1時，Q=D，電路接收輸入數(shù)據(jù)；即當使能信號到來（不鎖存數(shù)據(jù)）時，輸出端的信號隨輸入信號變化；（3）邏輯結(jié)構(gòu)與功能表（74LS373）②當G=0時，D數(shù)據(jù)輸入不影響電路的狀態(tài)，電路鎖定原來的數(shù)據(jù)。（電位）（3）正沿D觸發(fā)器構(gòu)成的寄存器的邏輯結(jié)構(gòu)與功能表（74LS374）（脈沖）3.3.3移位寄存器向右移位的叫右移位寄存器，向左移位的叫左移位寄存器。具有右移、左移并行置數(shù)功能的寄存器叫做通用移位寄存器。（1）移位寄存器的概念在時鐘信號控制下，將所寄存的數(shù)據(jù)能夠向左或向右進行移位的寄存器叫做移位寄存器。（2）右移位寄存器①右移位寄存器的邏輯結(jié)構(gòu)圖②右移位寄存器的功能描述把左邊一位觸發(fā)器的輸出端接到右邊一位觸發(fā)器的輸入端，進行串行連接，其連接關(guān)系滿足如下表達式：所有時鐘端連在一起，接在一個CP同步脈沖信號源上。③右移位寄存器的工作波形圖RD完成觸發(fā)器“清零”的功能，低電平有效。（3）左移位寄存器①左移位寄存器的邏輯結(jié)構(gòu)圖②左移位寄存器的功能描述把右邊一位觸發(fā)器的輸出端接到左邊一位觸發(fā)器的輸入端，進行串行連接，其連接關(guān)系滿足如下表達式：所有時鐘端接在同一個CP同步脈沖信號源上。③左移位寄存器的工作波形圖（4）通用移位寄存器①通用移位寄存器的邏輯結(jié)構(gòu)圖（74LS299）多路開關(guān)MUX功能選擇輸入端輸出控制端②

通用移位寄存器的邏輯功能表具有清零、并行置數(shù)、保持、左移、右移等功能。③通用移位寄存器的功能描述（74LS194）VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCPS1S0RDLDCBARABCDDSRCRGND74LS194并行輸入DSL右移串行輸入左移串行輸入工作方式控制0111100011011直接清零保持右移(從QA向右移動)左移(從QD向左移動)并行置數(shù)

CRCPS1

S0功能74LS194功能表④

通用移位寄存器的四種工作方式并行輸入－并行輸出串行輸入－串行輸出串行輸入－并行輸出并行輸入－串行輸出§3-3計數(shù)器§3.3.4計數(shù)器的應用§3.3.1

同步計數(shù)器§3.3.2異步計數(shù)器§3.3.3中規(guī)模集成計數(shù)器§3.3.0

計數(shù)器的概念與分類（1）計數(shù)器的概念記憶輸入脈沖的個數(shù)。用于定時、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進行數(shù)字運算等等。（2）計數(shù)器的分類構(gòu)成計數(shù)器的核心元件是觸發(fā)器。

按功能分按進位基數(shù)分按進位方式分加法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器二進制計數(shù)器（模為2r的計數(shù)器，r為整數(shù)）十進制計數(shù)器任意進制計數(shù)器同步計數(shù)器（又稱為并行計數(shù)器）異步計數(shù)器（又稱為串行計數(shù)器）§3.3.1

同步計數(shù)器電路中所有觸發(fā)器的時鐘都來自同一個時鐘脈沖源，即所有觸發(fā)器的狀態(tài)變化都與時鐘脈沖同步。1）根據(jù)已知的邏輯電路圖，寫出激勵方程和輸出方程；2）由激勵方程和觸發(fā)器特征方程寫出觸發(fā)器的狀態(tài)方程；3）作出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表和狀態(tài)圖；4）進一步分析其邏輯功能。（1）同步計數(shù)器：（2）同步計數(shù)器的一般分析步驟如下：【例1】分析下圖所示的同步計數(shù)器?！窘狻浚?）寫出輸出方程和激勵方程：

輸出方程：激勵方程：（2）寫出狀態(tài)方程（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表PS（現(xiàn)態(tài)）NS（次態(tài)）輸出Q3nQ2nQ1nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Z00000100010100010011001110001001010101110011011101110001（4）作狀態(tài)圖

若是同步二進制減法器，則連接關(guān)系為：（5）分析說明根據(jù)狀態(tài)圖，這個計數(shù)器是模M=8的二進制加法器，計數(shù)循環(huán)從000-111，共8個狀態(tài)。當計滿8個數(shù)時(狀態(tài)7)，輸出等于1，相當于逢8進1的進位輸出。

同步二進制加法器的組成很有規(guī)律，若JK觸發(fā)器的數(shù)目為k,模數(shù)為M=2k，各級之間的連接關(guān)系為：【例2】分析下圖所示的同步計數(shù)器?！窘狻?/p>

（1）寫出激勵函數(shù)：即，該計數(shù)器由右移寄存器構(gòu)成。若計數(shù)器中由端引入反饋，稱為扭環(huán)計數(shù)器。若計數(shù)器中由端引入反饋，稱為循環(huán)計數(shù)器。故本例為由3位右移寄存器構(gòu)成的扭環(huán)計數(shù)器。,連接方式為：（2）通常K位移位寄存器構(gòu)成的扭環(huán)計數(shù)器，可以計2K個數(shù)，即M=2K。故本例為模6計算器。

（3）扭環(huán)計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表

CPPSNS輸出/輸入Q2Q1Q0Q2Q1Q0=D000000011100101112011111131111100411010005100000060000011（4）扭環(huán)計數(shù)器波形圖

（5）扭環(huán)計數(shù)器狀態(tài)圖

§3.3.2

異步計數(shù)器電路中各觸發(fā)器的時鐘不是來自同一個時鐘脈沖源。1）將時鐘信號引入觸發(fā)器的狀態(tài)方程

；（1）異步計數(shù)器：（2）異步計數(shù)器的一般分析步驟：分析方法與同步計數(shù)器類似，但要把時鐘信號作為輸入信號來處理。但應注意以下三點：若是JK觸發(fā)器，狀態(tài)方程修改為：若是D觸發(fā)器，狀態(tài)方程修改為：第一項表示：CP有效（CP=1）時觸發(fā)器按JK或D觸發(fā)器規(guī)律變化；第二項表示：CP無效（CP=0）時觸發(fā)器維持原狀態(tài)。3）從第一級開始寫時鐘表達式和觸發(fā)器狀態(tài)方程，直到最后一級。

在全部狀態(tài)方程寫完后，再作出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表和狀態(tài)圖。2）確定各級觸發(fā)器時鐘信號的表達式

；若時鐘取自觸發(fā)器端，則：若時鐘取自觸發(fā)器端，則

【例3】分析下圖所示的異步計數(shù)器?！窘狻浚?）依次寫出Q0～Q3的時鐘表達式、激勵方程和次態(tài)方程：依次寫出Q0-Q3的時鐘表達式、激勵方程和次態(tài)方程：根據(jù)JK觸發(fā)器修改后的狀態(tài)方程：以及時鐘信號表達式：觸發(fā)器Q0

：

觸發(fā)器Q1

：觸發(fā)器Q2

：觸發(fā)器Q3

：（2）根據(jù)次態(tài)方程，作出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表

PS（現(xiàn)態(tài)）NS（次態(tài)）00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110001001000110100010101100111100010010000101101001101010011110000（3）根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，作出狀態(tài)圖

從狀態(tài)圖可以看出，這是一個8421碼十進制異步計數(shù)器。6個多余狀態(tài)也可以進入計數(shù)循環(huán)，可以自啟動?！?.3.3

中規(guī)模集成計數(shù)器（3）中規(guī)模異步計數(shù)器（1）幾種常見的中規(guī)模計數(shù)器（2）中規(guī)模同步計數(shù)器（4）中規(guī)模計數(shù)器的級聯(lián)（5）用中規(guī)模計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器型號模式預置清零工作頻率74LS162A十進同步同步（低）25MHz74LS160A十進同步異步（低）25MHz74LS168十進可逆同步無40MHz74LS190十進可逆異步無20MHz74ALS568十進可逆同步同步（低）20MHz74LS163A4位二進同步同步（低）25MHz74LS161A4位二進同步異步（低）25MHz74ALS5614位二進同步同步（低）

異步（低）30MHz74LS1934位二進可逆異步異步（高）25MHz74LS1914位二進可逆異步無20MHz74ALS5694位二進可逆同步異步（低）20MHz74ALS8678位二進同步同步115MHz74ALS8698位二進異步異步115MHz（1）幾種常見的中規(guī)模計數(shù)器（2）中規(guī)模同步計數(shù)器1）同步計數(shù)器特點：工作速度快，譯碼后輸出波形好。2）同步計數(shù)器主要功能：◆

可逆計數(shù)①加減控制方式：控制信號，時加計數(shù)，，時減計數(shù)。端輸入時加計數(shù)，端輸入時減計數(shù)。

②雙時鐘方式：外部時鐘從從可逆計數(shù)又稱加減計數(shù)，實現(xiàn)可逆計數(shù)有以下兩種方式：◆預置功能所謂預置，就是控制端時，使計數(shù)器同步預置方式：即，QDQCQBQA=DCBA（輸入數(shù)據(jù)）。的狀態(tài)變成設(shè)定的外部輸入常數(shù)，，且下一個時鐘有效邊沿到來時完成預置。異步預置方式：時，立即預置數(shù)據(jù)送入各觸發(fā)器，與CP無關(guān)。◆復位功能所謂復位，就是從復位端輸入有效信號后，計數(shù)器恢復成初始狀態(tài)（全0或某個常數(shù)）。同步復位方式：用復位信號與時鐘信號CP配合完成。異步復位方式：用復位信號直接完成，與CP無關(guān)?！魰r鐘邊沿選擇

同步計數(shù)器一般用上升沿觸發(fā)，異步計數(shù)器一般用下降沿觸發(fā)。有的同步計數(shù)器有兩個時鐘輸入端，既可用上升沿觸發(fā)，也可用下降沿觸發(fā)。◆其它功能計數(shù)器滿模值時，產(chǎn)生一個進位輸出CO信號或借位輸出BO信號，作為標志信號或進位功能擴展。計數(shù)控制輸入端（P、T），用來控制計數(shù)器是否計數(shù)。多片計數(shù)器級聯(lián)時，可控制各級計數(shù)器的工作?！纠?】分析74LS163同步二進制計數(shù)器。圖(a)是它的邏輯電路圖，圖(b)是邏輯波形圖，表是功能表。

74LS163功能表

清除PTCPDCBAQD

QC

QB

QA0

1

1

1×

0

0

1×

1

0

1×

×

↑

↑××××××××dcba××××0000保持原狀態(tài)dcba計數(shù)【解】根據(jù)邏輯圖、波形圖、功能表分析，74LS163具有如下功能：①是同步4位二進制加法計數(shù)器，M=16，CP上升沿觸發(fā)。②既可同步清除，也可異步清除。同步清除時，清除信號的低電平將在下一個CP上升沿配合下把四個觸發(fā)器的輸出置為低電平。異步清除時，直接用清除信號的低電平把四個觸發(fā)器的輸出置為低電平。⑤CO為進位輸出，可用來級聯(lián)成n位同步計數(shù)器。③同步預置方式：當LD=0時，在CP作用下，計數(shù)器可并行打入預置數(shù)據(jù).④當LD=1時，使能輸入PT同時為高電平，在CP作用下，進行正常計數(shù)。PT任一為低時，計數(shù)器處于保持狀態(tài)。（3）中規(guī)模異步計數(shù)器下圖是異步計數(shù)器74LS90的邏輯電路圖，它包含M=2和M=5兩個獨立計數(shù)器。其中CP1、CP2為時鐘輸入端，R01、R02和R91、R92是兩組復位輸入端，但是沒有預置端。

74LS90的結(jié)構(gòu)框架圖⑥CP2輸入時鐘，QD輸出接CP1，實現(xiàn)5421碼十進制計數(shù)器，即當模5計數(shù)器由100-->000時，QD產(chǎn)生一個時鐘，使QA改變狀態(tài)。④CP1=0，CP2輸入時鐘，QDQCQB輸入，實現(xiàn)模5計數(shù)器。⑤CP1輸入時鐘，QA輸出接CP2，實現(xiàn)8421碼十進制計數(shù)器。【解】從邏輯圖看出，計數(shù)器具有如下功能：①R91R92=0，R01R02=1時，計數(shù)器置全0。②R01R02=0，R91R92=1時，計數(shù)器置為9，即QDQCQBQA=1001。③CP2=0，CP1輸入時鐘，QA輸出，實現(xiàn)模2計數(shù)器。74LS90異步計數(shù)器功能表R01

R02R91

R91CP1

CP2QD

QC

QB

QA說明1

1

1

10

×

×

0×

×

×

×0

0

0

0

0

0

0

0異步置0

異步置00

×

×

01

1

1

1×

×

×

×1

0

0

1

1

0

0

1異步置9

異步置9×

0×

0↓

0二進計數(shù)由QA輸出×

00

×0

↓五進計數(shù)由QDQCQB輸出0

××

0↓

QA8421碼十進計數(shù)QDQCQBQA輸出0

×0

×QD

↓5421碼十進計數(shù)QDQCQBQA輸出（4）中規(guī)模計數(shù)器的級聯(lián)①同步級聯(lián)同步級聯(lián)方式的要點如下：◆外加時鐘CP同時接各片計數(shù)器的時鐘輸入端。使各片同時工作?！暨M位信號采用串行傳送時用前級計數(shù)器的進位輸出CO來控制后級計數(shù)器的計數(shù)控制輸入端（CTP+CTT）。只有CTP+CTT=0時才能計數(shù)。◆CTP和CTT都用來控制計數(shù)，但CTT還能控制進位的產(chǎn)生，因此在進位采用并行傳送時，要求其單獨接地。為了實現(xiàn)高速，要求進位信號必須并行傳送，為此需要外加或門，另外CTT端單獨接地。見圖所示。

【例3】請采用74LS169設(shè)計一個以216為模的高速計數(shù)器?！窘狻?4LS169是模16的同步二進制計數(shù)器，要實現(xiàn)216為模的計數(shù)器，需要4片74LS169。②異步級聯(lián)異步級聯(lián)方式的特點是：用前級計數(shù)器的輸出作為后級計數(shù)器的時鐘信號。如圖所示，用兩片74LS192構(gòu)成M=100的計數(shù)器?！?4LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器?！鬋PU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端?！鬖D為預置輸入控制端，異步預置。◆CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除?！鬋O為進位輸出：1001狀態(tài)后，負脈沖輸出?！鬊O為借位輸出：0000狀態(tài)后，負脈沖輸出。要點說明：（5）用中規(guī)模計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器方法：狀態(tài)跳越法——復位法和預置法S0S1

S2

S3SM-1

SMSN-2SN-1復位法S0S1SiSm

Sk預置法Sk-1基本思想：計數(shù)器從某個預置狀態(tài)開始計數(shù)，到達滿足M的終止狀態(tài)時，產(chǎn)生預置控制信號，加載到預置端LD，將外部輸入的預置信號值打入計數(shù)器。然后重復進行。

①預置法◆同步預置方式加計數(shù)

預置值=N-M減計數(shù)

預置值=M-1其中N為原來計數(shù)器的模值，M為現(xiàn)在要求實現(xiàn)的模值?！舢惒筋A置方式加計數(shù)

預置值=N-M-1減計數(shù)

預置值=M

74LS192原來的模值為N=10，預置控制為異步方式，現(xiàn)用加計數(shù)預置值=N-M-1=3?！纠?】將74LS192十進制可逆計數(shù)器改造成M=6的計數(shù)器?！窘狻炕舅枷耄河嫈?shù)器從某個狀態(tài)開始計數(shù)，到達滿足M的終止狀態(tài)時，產(chǎn)生一個復位信號，加載到計數(shù)器的復位輸入端，使計數(shù)器恢復到初始狀態(tài)。然后重復進行。復位法的先決條件是計數(shù)器必須有復位輸入端。②復位法◆

使用中規(guī)模同步計數(shù)器以74LS163為例，它是模16的計數(shù)器，采用同步清除，且只有一個復位端?，F(xiàn)要求構(gòu)造一個M=12的計數(shù)器，因此必須外加門電路來檢測終止狀態(tài)。我們采用復0法，由于是同步清除，計數(shù)器的狀態(tài)見圖所示。外加的門電路一旦檢測出計數(shù)器狀態(tài)QDQCQBQA=1011時，產(chǎn)生一個負電位，并在CP上升沿到來時將計數(shù)器清0?！?/p>

使用中規(guī)模異步計數(shù)器以74LS90異步計數(shù)器為例，它由模2和模5計數(shù)器組成，有R01R02和R91R92兩組復位輸入端，采用異步復位方式?，F(xiàn)要求用74LS90構(gòu)成M=6的計數(shù)器，我們采用復0法，不需要外加門邏輯，其邏輯連接和狀