第8章

時序邏輯電路第8章時序邏輯電路8.1寄存器8.2計數器【知識目標】1.了解寄存器的功能、基本構成和常見類型2.了解典型集成寄存器的應用3.了解計數器的功能4.掌握二進制、十進制等典型計數器的外特性及應用【技能目標】1.學會識讀常用寄存器和計數器集成電路的引腳并能測試其邏輯功能。2.會安裝電路，安裝并調試秒計數器，實現計數器邏輯功能。3.能初步查閱集成電路手冊，正解選用寄存器、計數器集成電路。數字電路按邏輯功能和電路組成特點不同可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。【時序邏輯電路的特點】

電路任一時刻的輸出狀態不僅與該時刻的輸入狀態有關，而且與電路的原有狀態有關，這種電路稱為時序邏輯電路。前面所討論的觸發器就是一種最簡單的時序邏輯電路。【時序邏輯電路的組成】

時序邏輯電路是由組合邏輯電路和存儲電路兩部分組成，如圖8-1所示。圖8-1時序邏輯電路組成框圖【時序邏輯電路的分類】

時序電路按時鐘信號輸入方式不同，可分為同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路兩大類。同步時序邏輯電路中，各觸發器受同一時鐘控制，其狀態轉換與所加的時鐘脈沖信號都是同步的；異步時序邏輯電路中，各觸發器狀態的變化不是同時發生的。常見的時序邏輯電路有寄存器和計數器等。8.1寄存器

8.1.1寄存器的功能、基本構成及常見類型【寄存器的功能】

寄存器是一種非常重要的時序邏輯電路部件，它主要用來接收、暫存、傳遞數碼、指令等信息。【寄存器的基本構成】

寄存器主要由觸發器和一些控制門電路組成，一個觸發器能存放一位二進制數碼，要存放N位二進制數碼，就應有N個觸發器。【寄存器的常見類型】

寄存器按照功能的不同，可分為數碼寄存器和移位寄存器。

8.1.2數碼寄存器

數碼寄存器是簡單的存儲器，具有接收、暫存數碼和清除數碼的功能。圖8-2所示是用D觸發器組成的四位數碼寄存器。在存數指令（CP脈沖上升沿）的作用下，可將預先加在各D觸發器輸入端的數碼，存入相應的觸發器中，并可從各觸發器的Q端同時輸出，所以稱其為并行輸入、并行輸出寄存器。圖8-2四位數碼寄存器例如，要將四位二進制數碼D3D2D1D0=1010存入寄存器中，工作過程如下：（1）清零：令（總清零端）=0，則Q3Q2Q1Q0=0000，清除原有數碼。（2）寄存數碼：令=1。在寄存器D3、D2、D1、D0輸入端分別輸入為1、0、1、0。當CP脈沖（接收數碼的控制端）的上升沿一到，寄存器的狀態

Q3Q2Q1Q0=1010，只要使=1，CP=0，寄存器就處在保持狀態。從而完成了數碼的接收和暫存功能。8.1.3移位寄存器

移位寄存器除了有存放數碼的功能外，還有數碼移位功能。根據數碼移動情況不同，可分為單向移位寄存器（又可分為左移寄存器和右移寄存器）和雙向移位寄存器。【單向移位寄存器】由D觸發器構成的四位左移寄存器如圖8-3所示。為總清零端。觸發器的輸出接至相鄰左邊觸發器的輸入端D，輸入數據由最右邊觸發器FF0的輸入端D接入。a）邏輯圖b）工作波形圖圖8-3四位左移寄存器

工作原理：例如將數碼D3D2D1D0＝1010寄存，從高位到低位依次串行送到串行輸入端，在第一個CP脈沖上升沿到來后，Q0=D3＝1，在第二個CP脈沖上升沿到來后，Q0=D2＝0，Q1=

1……，依此類推，在4個脈沖作用下，Q3Q2Q1Q0=1010，串行輸入的四位數碼全部置入移位寄存器中，同時，在4個觸發器的輸出端得到了并行輸出的數碼。實現了數碼的串入——并出。工作波形如圖8-3b）所示。

將右移寄存器和左移寄存器組合起來，并引入控制端便構成既可左移又可右移的雙向移位寄存器。技能訓練一74LS194的邏輯功能測試

【訓練目標】1.學會識讀74LS194引腳并能測試其邏輯功能。2.了解74LS194的應用方法【訓練材料】面包板、集成四位雙向移位寄存器74LS194一片，扳手開關若干，導線若干，發光二極管4個。【訓練內容及步驟】1.74LS194引腳順序及引腳功能識別（1）找到集成塊標識讀出1～16引腳順序。集成電路CT74LS194是一塊四位雙向移位寄存器，如圖8-4所示。

a）引腳排列圖b）邏輯功能圖c）實物圖圖8-4雙向移位寄存器CT74LS194（2）根據圖8-4a）找出1腳為總清零端，7腳和2腳分別是左移和右移串行輸入端，3、4、5、6腳是D0～D3四個并行輸入端，9、10腳是工作方式控制端，11腳是CP時鐘脈沖信號輸入端，12、13、14、15是Q3～Q0四個輸出端，8腳是地端，16腳是電源端。（3）74LS194的5種不同操作模式：即并行送數寄存，右移（方向由Q0→Q3）,左移（方向由Q3→Q0），保持及清零。M1、M0和端的控制作用如表8-3所示。2.測試74LS194的邏輯功能根據集成塊74LS194各腳功能和電路邏輯功能接線，如圖8-6所示，、M1、M0、DSL、DSR、D0、D1、D2、D3分別接至邏輯開關；Q0、Q1、Q2、Q3接至發光二極管。CP端接單次脈沖源。按表8-4所規定的輸入狀態，逐項進行測試。圖8-674LS194邏輯功能測試原理圖（1）清除：令=0，其他輸入均為任意態，這時寄存器輸出Q0、Q1、Q2、Q3應均為0。觀察情況并記錄到表8-4中。清除后，至=1。（2）送數：令=M1=M0=1，送入任意4位二進制數，如D0、D1、D2、D3=1010，加CP脈沖，觀察CP=0、CP由0→1、CP由1→0、三種情況下寄存器輸出狀態的變化，觀察寄存器輸出狀態變化是否發生在CP脈沖的上升沿。觀察情況并記錄到表8-4中。（3）右移：清零后，令=1，M1=0M0=1，由右移輸入端DSR送入二進制數碼如0100，由CP端連續加4個脈沖，觀察輸出情況并記錄到表8-4中。（4）左移：先清零，再令=1，M1=1，M0=0，由左移輸入端DSL送入二進制數碼如1111，連續加四個CP脈沖，觀察輸出端情況并記錄到表8-4中。（5）保持：寄存器予置任意4位二進制數碼abcd，令=1，M1=M0=0，加CP脈沖，觀察寄存器輸出狀態并記錄到表8-4中。8.2計數器

8.2.1計數器的功能及類型【計數器的功能及應用】

能累計輸入脈沖個數的時序電路叫計數器。計數器不僅能用于計數，還可用于定時、分頻和程序控制等。例如，圖8-8所示。a）計數器在時鐘中的應用b)計數器在測量儀器中的應用圖8-8計數器的應用【計數器的類型】

常用的計數器種類非常多，計數器按計數進制可分為二進制計數器和非二進制計數器（如十進制、N進制計數器等）；按數字的增減趨勢可分為加法計數器、減法計數器和可逆計數器；按計數器中各觸發器翻轉是否與計數脈沖同步可分為同步計數器和異步計數器。8.2.2異步計數器

【異步三位二進制加法計數器】（１）電路組成。如圖8-8a）所示，由3個JK觸發器構成。FF0為最低位觸發器，其控制端C1接輸入脈沖，低位的輸出端Q接高一位的控制端C1處，FF2為最高位計數器。各觸發器K=J=1，處于計數狀態。當各觸發器的控制端C1接收到由1變0的信號時，觸發器的狀態就翻轉。（2）工作原理

1）計數器清零：使=0，則Q2Q1Q0=000。2）每當一個CP脈沖下降沿到來時，FF0就翻轉一次；每當Q0的下降沿到來時，FF1就翻轉一次；每當Q1的下降沿到來時，FF2就翻轉一次，工作波形如圖8-9b）所示。a）邏輯圖b）工作波形圖

輸入脈沖個數與對應的二進制數狀態，見表8-5，實現了每輸入一個脈沖，就進行一次加1運算的加法計數器操作（也稱遞增計數器）。三位二進制加法計數器的計數范圍是000～111，對應十進制數的0～7，共8個狀態，第8個計數脈沖輸入后計數器又從初始000開始計數。【異步集成計數器74LS290】

（1）74LS290功能介紹：二-五-十進制異步加法計數器74LS290的邏輯功能示意圖、引腳排列圖實物圖如圖8-11所示。集成異步計數器74LS290的功能表如表8-6所示。a）邏輯功能圖b）引腳排列圖c）實物圖圖8-11CT74LS290（2）74LS290的應用：74LS290通過輸入輸出端子的不同連接，可組成不同進制的計數器。圖8-12是分別用74LS290組成的二進制、五進制和十進制計數器。a）二進制計數器b）五進制計數器C）8421BCD十進制計數器圖8-1274LS290的應用8.2.3同步計數器

為提高計數速度，將計數脈沖送到每個觸發器的時鐘脈沖輸入端CP處，使各個觸發器的狀態變化與計數脈沖同步，這種方式的計數器稱為同步計數器。【三位二進制同步加法計數器】如圖8-13所示。

圖8-13三位二進制同步加法計數器1．分析邏輯關系如表８-7所示。表8-7三位二進制同步加法計數器邏輯關系2．工作過程（1）計數器工作前應先清零，初始狀態為000。（2）當第1個CP脈沖到來后，FF0的狀態由0變為1。而CP

到來前，Q0、Q1均為0，所以，CP

到來后，FF２、FF1保持0態不變。計數器狀態為001。（3）當第2個CP脈沖到來后，則FF0由1變為0。FF1狀態翻轉，由0變為1。而FF2仍保持0態不變。計數器狀態為010。（4）當第3個CP脈沖到來后，只有FF0的狀態由0變為1，FF1、FF2保持原態不變。計數器狀態為011。（5）當第4個計數脈沖到來后，三個觸發器均翻轉，計數狀態為100。（6）第5、6個計數脈沖到來后，觸發器的狀態，可自行分析。在第7個CP脈沖到來后，計數狀態變為111，如再送入一個CP脈沖，計數恢復為000。【同步集成計數器74LS161】（1）74LS161功能介紹：74LS161是同步的可預置4位二進制加法計數器。圖8-14分別是他的邏輯電路圖和引腳排列圖，集成同步計數器74LS161的功能表如表8-8所示。（2）74LS161的應用：74LS161是集成同步4位二進制計數器，也就是模16計數器，用它可構成任意進制計數器。項目訓練制作秒計數器

【訓練目標】1.熟悉常用集成電路的使用方法和電子儀器的使用方法。2.學會查閱技術手冊和文獻資料。3.會安裝電路，實現計數器邏輯功能。【訓練準備】查閱技術手冊和文獻資料，按原理圖找出所需要的電子元器件，請根據所給的元器件，并完成電路制作。【訓練內容及步驟】1．秒計數器簡述：秒計數器即是一種60進制計數器，經常在秒表、數字鐘等電路的使用中出現。2．電路元器件的引腳識別與功能檢測： （1）對所選集成電路的引腳進行識別（2）對所選集成電路進行功能測試3．電路的制作與調試： （1）按電路原理圖繪制布局草圖。（2）按工藝要求對元件引腳進行成型加工元器件的引線不要齊根彎折，應該留有一定的距離，不少于2mm，以免損壞元件。（3）按布局插裝、排列元件。（6）調試已制作好的電路主板，達到指標要求。5