1、6.5 若干典型的時序邏輯集成電路若干典型的時序邏輯集成電路6.5.1 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器6.5.2 計數器計數器6.5 若干典型的時序邏輯集成電路若干典型的時序邏輯集成電路1 1、 寄存器寄存器6.5.1 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器寄存器:是數字系統中用來存儲代碼或數據的邏輯部是數字系統中用來存儲代碼或數據的邏輯部件。它的主要組成部分是觸發器。件。它的主要組成部分是觸發器。 一個觸發器能存儲一個觸發器能存儲1位二進制代碼，存儲位二進制代碼，存儲 n 位二進位二進制代碼的寄存器需要用制代碼的寄存器需要用 n 個觸發器組成。寄存器實際個觸發器組成。寄存器實際上是

2、若干觸發器的集合。上是若干觸發器的集合。8位位CMOS寄存器寄存器74HC374脈沖邊沿敏感的寄存器脈沖邊沿敏感的寄存器8位位CMOS寄存器寄存器74HC/HCT37411111101118位位CMOS寄存器寄存器74LV374高阻高阻HHH高阻高阻LLH存入數據，禁止輸出存入數據，禁止輸出HHL對應內部觸發對應內部觸發器的狀態器的狀態LLL存入和讀出數據存入和讀出數據Q0Q7DNCP輸出輸出內部觸發器內部觸發器輸輸 入入工作模式工作模式OE1nNQ2、 移位寄存器移位寄存器移位寄存器是既能寄存數碼，又能在時鐘脈沖的作用下使數移位寄存器是既能寄存數碼，又能在時鐘脈沖的作用下使數碼向高位或向低位

3、移動的邏輯功能部件。碼向高位或向低位移動的邏輯功能部件。按移動方式分按移動方式分單向移位寄存器單向移位寄存器雙向移位寄存器雙向移位寄存器左移位寄存器左移位寄存器移位寄存器的邏輯功能分類移位寄存器的邏輯功能分類移位寄存器的邏輯功能移位寄存器的邏輯功能右移位寄存器右移位寄存器 1D Q0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF3 FF0 FF1 FF2 (1) (1) 基本移位寄存器基本移位寄存器（a a）電路）電路串行數據輸入端串行數據輸入端串行數據輸出端串行數據輸出端并行數據輸出端并行數據輸出端D3=Qn2D1=Q0nD0=DSIQ0n+1=DS

4、IQ1n+1 =D1 = Q0nQ2n+1 =D2 =Qn1Q3n+1 =D3 = Qn2寫出激勵方程：寫出激勵方程：寫出狀態方程：寫出狀態方程：(b). (b). 工作原理工作原理 1D Q0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF0 FF1 FF2 FF3 D2=Qn1D0 D2 D1 D3 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 00 0 0 0 0 0 0FF0 FF1 FF2 FF31CP 后后2CP 后后3CP 后后4CP 后后1101 1 Q0n+1=DSIQ1n+1 = Q0nQ2n+1 =Qn1Q3n+1 =Qn2 1D Q

5、0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF0 FF1 FF2 FF3 1011 DSI CP 1 1 0 1 1 2 4 3 5 6 8 7 0 0 0 0 0 DSI =11010000,從高位開始輸入從高位開始輸入 串串行行輸輸出出 并并行行輸輸出出DPO 經過經過4個個CP脈沖作用后，從脈沖作用后，從DS I端串行輸入的數碼就可以端串行輸入的數碼就可以從從Q0 Q1 Q2 Q3并行并行輸出。輸出。 串入串入并出并出 經過經過7個個CP脈沖作用后，從脈沖作用后，從DSI 端串行輸入的數碼就可以端串行輸入的數碼就可以從從DO 端串行輸出。端串行

6、輸出。 串入串入串出串出 Q0 Q1 Q2 Q3(DSO) ( 2) 多功能雙向移位寄存器多功能雙向移位寄存器 D0 FF0 D1 FF1 D2 FF2 D3 FF3 并行輸并行輸入入 并行輸并行輸出出 右移串行輸入右移串行輸入（DIR） 左移串行輸出左移串行輸出（DOL） 右移串行輸出右移串行輸出（DOR） 左移串行輸入左移串行輸入（DIL） Q0 Q1 Q2 Q3 多功能移位寄存器工作模式簡圖多功能移位寄存器工作模式簡圖（a）工作原理）工作原理高位移向低位高位移向低位-左移左移低位移向高位低位移向高位-右移右移 1D C1 1D C1 FFm Dm1 Dm FFm1 1D C1 FFm+1

7、 Dm+1 DIm CP S1 S0 Qm1 Qm Qm+1 00 01 10 11 實現多種功能雙向移位寄存器的一種方案實現多種功能雙向移位寄存器的一種方案( (僅以僅以FFm為例為例) )nmnmQQ11 nmnmQQ11 mnmDQ 1S1S0=00S1S0=01高位移高位移向低位向低位S1S0=10S1S0=11nmnmQQ 1并入并入不變不變低位移低位移向高位向高位（b）典型集成電路）典型集成電路CMOS 4位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器74HC/HCT194 1S C1 FF0 S1 1R R DSR S0 DI0 DI1 DI2 DI3 DSL D0 D0 CP 1S C1 F

8、F1 1R R D1 D1 1S C1 FF2 1R R D2 D2 1S C1 FF3 1R R D3 D3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 四選一數據 選擇器 MUX0 MUX1 MUX2 MUX3 74HCT194 的功能表的功能表 10 nQ11 nQ12 nQ13 nQCRnQ0nQ1nQ2nQ3nQ1nQ2nQ0nQ1nQ2nQ3nQ1nQ2nQ37D3D2D1D0DI3*DI2*DI1*DI0*HHH6H HLHH5LLLHH4HHHLH3LLHLH2LLH1LLLLLDI3DI2DI1DI0左左移移DSL右右移移DSRS0S1行行并行輸入并行輸入時時鐘鐘CP串行輸串行輸入入控制信

9、控制信號號清清零零輸輸 出出輸輸 入入nQ0nQ1nQ2例例: 時序脈沖產生器。電路如圖所示。畫出時序脈沖產生器。電路如圖所示。畫出 Q0Q3波形，分波形，分析邏輯功能。析邏輯功能。解：解： 啟動信號為啟動信號為0: S1=1 S0=1,同步置數同步置數QAQD=0111因為因為Q0Q3總有一個為總有一個為0，S1S0=01，則，則74194始終工作始終工作在低位向高位移動循環移位在低位向高位移動循環移位的狀態。的狀態。啟動信號為啟動信號為1后后: S1=0 S0=1, 低位移向高位狀態低位移向高位狀態, Q3 = DSR啟動啟動0 1 1 10 1 1 1CPQ0 Q1Q2 Q3S1S0DS

10、R74194A B C D11CR C P Q0 Q1 Q2 1 2 3 4 Q3 01111011110111100111Q0Q3Q2Q1(2) 計數器的分類計數器的分類按脈沖輸入方式，分為同步和異步計數器按脈沖輸入方式，分為同步和異步計數器按進位體制，分為二進制、十進制和任意進制計數器按進位體制，分為二進制、十進制和任意進制計數器按邏輯功能，分為加法、減法和可逆計數器按邏輯功能，分為加法、減法和可逆計數器概概 述述(1) 計數器的邏輯功能計數器的邏輯功能 計數器的基本功能是對輸入時鐘脈沖進行計數。它也可計數器的基本功能是對輸入時鐘脈沖進行計數。它也可用于分頻、定時、產生節拍脈沖和脈沖序列及

11、進行數字用于分頻、定時、產生節拍脈沖和脈沖序列及進行數字運算等等。運算等等。6.5.2 計計 數數 器器同步計數器同步計數器異步計數器異步計數器加計數器加計數器減計數器減計數器可逆計數器可逆計數器二進制計數器二進制計數器非二進制計數器非二進制計數器 十進制計數器十進制計數器 任意進制計數器任意進制計數器加計數器加計數器減計數器減計數器可逆計數器可逆計數器二進制計數器二進制計數器非二進制計數器非二進制計數器 十進制計數器十進制計數器 任意進制計數器任意進制計數器(1) 異步二進制計數器異步二進制計數器-4位異步二進制加法計數器位異步二進制加法計數器工作原理工作原理 FF0 R CR Q0 FF1

12、 R FF2 R FF3 R Q1 Q2 Q3 C CP C C C 1、 二進制計數器二進制計數器 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Q1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 Q3 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 結論結論:CPQff210 CPQff411 CPQff812 計數器的功能：不僅可以計數也可作為分頻器計數器的功能：

13、不僅可以計數也可作為分頻器。CPQff1613 Q0 CP Q1 Q2 Q3 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1tpd 2tpd 3tpd 4tpd 4tpd 如考慮每個觸發器都有如考慮每個觸發器都有1tpd的延時，電路會出現什么問題？的延時，電路會出現什么問題？異步計數脈沖的最小

14、周期異步計數脈沖的最小周期 Tmin=n tpd。（。（n為位數）為位數） Q0在每個在每個CP都翻轉一次都翻轉一次Q1僅在僅在Q0=1后的下一個后的下一個CP到來時翻轉到來時翻轉FF0可采用可采用T=1的的T觸發器觸發器FF1可采用可采用T= Q0的的T觸發器觸發器Q3僅在僅在Q0=Q1=Q2=1后的下后的下一個一個CP到來時翻轉到來時翻轉FF2可采用可采用T= Q0Q1T的觸發的觸發器器Q2僅在僅在Q0=Q1=1后的下一個后的下一個CP到來時翻轉到來時翻轉FF3可采用可采用T= Q0Q1Q2T的的觸發器觸發器4位二進制計數器狀態表000001611111150011114010111300

15、0111201101110010110010019000018011107001106010105000104011003001002010001000000Q0Q1Q2Q3進位輸出進位輸出電路狀態電路狀態計數順序計數順序(2)二進制同步加計數器二進制同步加計數器(a) 4位二進制同步加計數器邏輯圖位二進制同步加計數器邏輯圖-由由T觸發器構成觸發器構成 01230120101QQQTQQTQTT Q0 CP Q1 Q2 Q3 1tpd 4位二進制同步加計數器時序圖位二進制同步加計數器時序圖(b) 4位二進制同步加計數器邏輯圖位二進制同步加計數器邏輯圖-由由D觸發器構成觸發器構成nnnQTQTD

16、Q 1 01230120101QQQTQQTQTT FF0 1D C1 T0=CE CET CP FF1 1D C1 T1=Q0CE FF2 1D C1 T2=Q1Q0CE FF3 1D C1 T3=Q2Q1Q0CE Q0 Q1 Q2 Q3 TC CEP G1 G2 G3 G4 G0 (c) 計數使能和并行進位計數使能和并行進位CET、 CEP為計數使能，并行進位為計數使能，并行進位TC=Q3Q2Q1Q0CET FF0 1D C1 R Q FF1 1D C1 R Q FF2 1D C1 R Q FF3 1D C1 R Q Q0 Q1 Q2 Q3 TC D0 D1 D2 D3 CET CEP P

17、E CP CR 1 0 1 0 1 0 1 0 (d) 異步清零和同步并行置數異步清零和同步并行置數2選選1數據選擇器數據選擇器 清清零零 (3)(3)時序圖時序圖 CR PE CP CEP CET Q0 Q1 Q2 Q3 TC 計計數數 保保持持 異異步步清清零零 同同步步預預置置 D3 D0 D1 D2 TC=CETQ3Q2Q1Q074LVC161邏輯功能表邏輯功能表輸輸 入入輸輸 出出清零清零預預置置使能使能時鐘時鐘預置數據輸入預置數據輸入計計 數數進進位位CEPCETCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0TCLLLLLLHLD3D2D1D0D3D2D1D0*HHL保保持持*HHL保保持持

18、*HHHH計計數數*PECRCR的作用？的作用？PE的作用？的作用？設法跳過設法跳過16 9=7個狀態個狀態 74LVC161 Q0 Q1 Q2 Q3 PE TC CR D0 D1 D2 D3 CET CEP CP 11CP例例 用用74LVC161構成九進制加計數器。構成九進制加計數器。CPQ3Q2Q1Q0000001000120010.8100091001151111(a) 反饋清零法：利用異步置零輸入端，在反饋清零法：利用異步置零輸入端，在M進制計數器的進制計數器的 計數過程中，跳過計數過程中，跳過M-N個狀態，得到個狀態，得到N進制計數器的方法。進制計數器的方法。(4）應用）應用103

19、0QQCRCPQ0Q1Q2Q31001Q3Q2Q1Q0000000011000001000110100011101100101工作波形工作波形狀態圖狀態圖 74LVC161 Q0 Q1 Q2 Q3 PE TC CR D0 D1 D2 D3 CET CEP CP 11CP11 1 CP 1 1 1000 0000 0001 0010 0111 0110 0101 0100 0011 QD QC QB QA CPQ3Q2Q1Q0000001000120010.8100091001151111(b) 反饋置數法反饋置數法:利用同步置數端，在利用同步置數端，在M進制計數器的計數進制計數器的計數過程中，

20、跳過過程中，跳過M-N個狀態，得到個狀態，得到N進制計數器的方法。進制計數器的方法。利用同步置數端構成九進制計數器利用同步置數端構成九進制計數器03 QPE 74LVC161 Q0 Q1 Q2 Q3 PE TC CR D0 D1 D2 D3 CET CEP CP 74LVC161 Q0 Q1 Q2 Q3 PE TC CR D0 D1 D2 D3 CET CEP CP 采用后九種狀態作為有效狀態，采用后九種狀態作為有效狀態，用用反饋置數法反饋置數法 構成九進制構成九進制加計數器。加計數器。CPQDQCQBQA000001000120010.7011180111910001511111 1 CP

21、1 1 1 1 1 1 1 1 Q3 Q2 Q1 Q01 1 0 01 1 0 00 1 1 10 1 1 11 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 0 11 0 1 01 0 1 01 0 1 11 0 1 11 1 0 11 1 0 11 1 1 01 1 1 01 1 1 11 1 1 1 1000 1001 1010 1011 0111 1111 1110 1101 1100 Q3 Q2 Q1 Q0 10123QQQQCETTC CP Q0 Q1 Q2 Q3 1 1 1 0 1 1 1 0 12345678910波形圖：波形圖：該計數器的模為該計數器的模為9 9。分析下圖所示

22、的時序邏輯電路，試畫出其狀態圖和在分析下圖所示的時序邏輯電路，試畫出其狀態圖和在CP脈沖脈沖作用下作用下Q3、Q2、Q1、Q0的波形，并指出計數器的模是多少？的波形，并指出計數器的模是多少？ CP D0 D1 D2 D3 CET CEP Q0 Q1 Q3 74LVC161 CP 1 PE CR Q2 0000 0001 0010 0011 0100 0101 1110 1111 1011 1010 1001 1000 0111 0110 1100 1101 Q3Q2 Q1Q0 0013QQQPEM=12例例 用用74VC161組成組成256進制計數器。進制計數器。解：解： 1片片74161是是

23、16進制計數器進制計數器 256 = 1616 所以所以256進制計數器需用兩片進制計數器需用兩片74161構成構成片與片之間的連接通常有兩種方式：片與片之間的連接通常有兩種方式：并行進位并行進位 ( (低位片的進位信號作為高位片的使能信號低位片的進位信號作為高位片的使能信號) )串行進位串行進位 ( (低位片的進位信號作為高位片的時鐘脈沖，低位片的進位信號作為高位片的時鐘脈沖， 即異步計數方式即異步計數方式) ) 設計思想設計思想N = 1616=256 CR PE CP D0 D1 D2 D3 CET CEP Q0 Q1 Q2 Q3 TC 74161(B) 1 1 1 1 CR PE CP

24、 D0 D1 D2 D3 CET CEP Q0 Q1 Q2 Q3 TC 1 1 74161(A) + 0 0 0 1CP0000 1111 計數狀態計數狀態 : 0000 0000 1111 1111并行進位：低位片的進位作為高位片的使能并行進位：低位片的進位作為高位片的使能P294 CP A B C D CET CEP QA QB QC QD TC 74161(A) 1 CP1 1 1 1 CP A B C D CET CEP QA QB QC QD TC 74161(B) 1 1 1 1 CR PE PE CR 計數狀態計數狀態 : 0000 0000 1111 1111采用串行進位時，為

25、什么低采用串行進位時，為什么低TC要經反相器后作為高位的要經反相器后作為高位的CP？+ 0 0 0 10000 1111 串行進位：低位片的進位作為高位片的時鐘串行進位：低位片的進位作為高位片的時鐘用集成計數器構成任意進制計數器的一般方法用集成計數器構成任意進制計數器的一般方法1）N M 的情況的情況（1）串行進位方式：）串行進位方式：（2）并行進位方式：）并行進位方式：-采用多片采用多片M進制計數器構成。進制計數器構成。按芯片連接方式可分為：按芯片連接方式可分為：構成異步計數器構成異步計數器構成同步計數器構成同步計數器實現的方法：實現的方法：應用舉例應用舉例 CP D0 D1 D2 D3 C

26、ET CEP Q0 Q1 Q2 Q3 TC 74LVC161 PE CRD D7 0 1 74LS151 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 EN CBA111CPYD7 序列信號發生器序列信號發生器在在CP的作用下，的作用下，Y端產生端產生00010111循環序列信號循環序列信號如要求如要求Y端產生端產生10110010循環序列信號，如何改變電路的連接？循環序列信號，如何改變電路的連接？2. 異步二異步二-十進制計數器十進制計數器將圖中電路按以下兩種方式連接：將圖中電路按以下兩種方式連接：試分析它們的邏輯輸出狀態。試分析它們的邏輯輸出狀態。0CP1CP接計數脈沖信號，將接計數脈沖信號，將Q0與與相連；相連；（1）1CP0CP接計數脈沖信號，將接計數脈沖信號，將Q3與與相連相連（2）兩種連接方式的狀態表兩種