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1、(5-1)7.37.3 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器 一、寄存器：一、寄存器： 寄存器的主要组成部分是触发器寄存器的主要组成部分是触发器（FF），一个），一个FF可存储一位二进制代码或可存储一位二进制代码或数据，故要存储数据，故要存储 n 位二进制代码或数据，位二进制代码或数据，则需要用则需要用 n 个触发器构成的寄存器。个触发器构成的寄存器。 寄存器是计算机的主要部件之一，寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。它用来暂时存放数据或指令。(5-2)例例. 4位集成寄存器位集成寄存器74LS175 功能表见功能表见P261分析：分析：RD ：低电平清零。：低电平清零。C
2、P：只有在：只有在来到时才能来到时才能将数据存储进寄存器。将数据存储进寄存器。CP=1CP=0时均保持原时均保持原状态，电路可得到原码又状态，电路可得到原码又可得到反码。可得到反码。10011100(5-3)二、移位寄存器：二、移位寄存器： 具有移位功能的寄存器（左移或右移）具有移位功能的寄存器（左移或右移） 分类分类单向寄存器单向寄存器双向寄存器双向寄存器循环移位寄存器循环移位寄存器(5-4) 所谓所谓“移位移位”，就是将寄存器所存各，就是将寄存器所存各位位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左数据，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，常把它或向右移动一位。根据移位方向，
3、常把它分成分成左移寄存器左移寄存器、右移寄存器右移寄存器 和和 双向移双向移位寄存器位寄存器三种：三种：寄存器寄存器左移左移(a)寄存器寄存器右移右移(b)寄存器寄存器双向双向移位移位(c)(5-5) 根据移位数根据移位数据的输入输据的输入输出方式，又可出方式，又可将它分为将它分为串串行行输输入入串串行输行输出出、串串行输行输入入并并行输行输出出、并并行输行输入入串串行输行输出出和和并并行行输输入入并并行输行输出出四种电路结四种电路结构：构：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入串出串入串出串入并出串入并出并入串出并入串出并入并出并入并出(5-6)QQDQQDQQ
4、DQQD&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出数数 据据 预预 置置 3210存数存数脉冲脉冲清零清零脉冲脉冲SD四位并入四位并入 - 串出的左移串出的左移寄存器寄存器 设设A3A2A1A0 1011，在存数脉冲作用在存数脉冲作用下，并行输入数据，使下，并行输入数据，使 Q3Q2Q1Q0 1011 。QQDQQDQQDQQD1移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210 下面将重下面将重点讨论点讨论 兰兰颜色的颜色的 那那部分部分电路电路的的工作原理。工作原理。(5-7)D0 D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 21 0 1 11 0
5、1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态并入初态 Q3Q2Q1Q0 1011Q3Q2D1Q0D0移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1左移过程左移过程(5-8)用波形图表示如下：用波形图表示如下：1 0 1 11
6、0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态并入初态Q3Q2Q1Q0 1011Q3Q2Q1Q0CPCP1 11 10 01 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00
7、 0Q3Q2D1Q0D0移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1(5-9)四位串入四位串入 - - 串出的串出的左移左移寄存器：寄存器：D0 LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2 “L L”即需即需左移的输左移的输入数据入数据. .串行串行输入输入LQ3Q2D1Q0D0移位移位脉冲脉冲CP串行串行输出输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1数据由数据由Q3串行输出串行输出(5-10)D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1四位串入四位串入 - 串出的串出的右移右移寄存器：寄存器：QDQQ3DQDQD移位移位脉冲脉冲CP串行串行输出
8、输出Q1Q2Q0串行串行输入输入R “R R”即即需右移的需右移的输入数据输入数据数据由数据由Q0串行输出串行输出(5-11)构成原理：既能左移又能右移。构成原理：既能左移又能右移。 给移位寄存器设置一个控制端如给移位寄存器设置一个控制端如S S，令，令S S0 0 时时左移；左移；S S1 1时右移即可。时右移即可。 集成组件集成组件74LS194就是这样的多功能移位寄存器。就是这样的多功能移位寄存器。 双向移位双向移位寄存器寄存器D0 L LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2左移左移D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1右移右移D0 = SL
9、 SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 双向移双向移(5-12)VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移右移串行串行输入输入左移左移串行串行输入输入并行输入并行输入工作方式工作方式控制控制(5-13)VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194011110 00 11 01 1直接清零直接清零保保 持
10、持右移右移(从从QA向右移动向右移动)左移左移(从从QD向左移动向左移动)并入并入 CLRCPS1 S0功功 能能(5-14) 寄存器应用举例寄存器应用举例例：数据传送方式变换电路例：数据传送方式变换电路D6D5D4D3D2D1D0并并行行输输入入串行输出串行输出数数据据传传送送方方式式变变换换电电路路1.实现方法实现方法:(1) 因为有因为有7位并行输入，故位并行输入，故 需使用两片需使用两片74LS194；(2) 用最高位用最高位QD2作为它的作为它的 串行输出端。串行输出端。(5-15)2.具体电路具体电路:&G1S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD
11、2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2D0D1D2D3D4D5D6+5V+5VCP启动启动脉冲脉冲移位移位脉冲脉冲&G2串行输出串行输出并并 行行 输输 入入74LS194 (1)74LS194 (2)(5-16)寄存器各输出端状态寄存器各输出端状态QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2 QD2寄存器工作方式寄存器工作方式0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 1 1 1 0 D0 D1 D2 D3 1 1 1 1 0 D0 D1 D2 1 1 1 1 1 0 D0 D1 1 1 1 1 1 1
12、 0 D0 CP并行输入并行输入 ( S1S0=11)并行输入并行输入 ( S1S0=11)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)3.工作效果工作效果:提醒：在电路中，提醒：在电路中，“右移输入右移输入”端接端接 5V。(5-17)例例1.1.（习题（习题7.2.1 7.2.1 ）试画出图示逻辑电路输出端试画出图示逻辑电路输出端QAQAQDQD波形。波形。（并分析其逻辑功能）（并分析其逻辑功能）启动信号加入启动信号加入置数置数11101110（Q Q0 0Q Q3 3）同步置数，同步
13、置数，CPCP设初状态为设初状态为11111111。右移：由低到高位右移：由低到高位右移输入右移输入D DSRSR=1=1第五个第五个CPCP：Q Q3 3=0 D=0 DIRIR=Q=Q3 3=0=0 Q Q0 0CP启动启动0111(5-18)分析：该电路能按固定的时序输出低电平脉冲，分析：该电路能按固定的时序输出低电平脉冲， 是一个四相时序脉冲产生电路。是一个四相时序脉冲产生电路。CPQ0Q1Q2Q311111 2 3 4 5(5-19)例例2.2.（习题（习题7.2.27.2.2）试用试用7419474194构成构成8 8位双向移位寄存器。位双向移位寄存器。解：需要解：需要2 2片片7
14、419474194。（分析）（分析）将其中一片的将其中一片的Q QD D接至另一片的右移接至另一片的右移串行输入端串行输入端D DSRSR，而将另一片的，而将另一片的Q QA A接到这一片接到这一片的左移串行输入端的左移串行输入端D DSLSL，同时把两片的，同时把两片的S S1 1、S S0 0、CPCP、R RD D分别并联。分别并联。(5-20)右移右移: 由低到高由低到高左移：左移： 由高到低由高到低32100123(5-21) 7.1 计数器计数器 一、一、 计数器的功能和分类计数器的功能和分类1. 计数器的计数器的功能功能 记忆输入脉冲的个数。用于定时、分记忆输入脉冲的个数。用于定
15、时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。2. 计数器的计数器的分类分类同步计数器和异步计数器。同步计数器和异步计数器。加法计数器、减法计数器和可逆计数器。加法计数器、减法计数器和可逆计数器。有时也用计数器的计数循环规律有时也用计数器的计数循环规律(或称或称模数模数)来区分各种不同的计数器，如二来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器等等。进制计数器等等。(5-22)二、二、 异步计数器的分析异步计数器的分析Q2D2Q1D1Q0D0Q2Q1Q0CP计数计数脉冲脉冲 在异步计数器中，有的触发器直在异步计
16、数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发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，故被器状态变换的时间先后不一，故被称为称为“ 异步计数器异步计数器 ”。例例1. 三位二进制三位二进制异步异步加法计数器。加法计数器。(5-23)Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP计数计数脉冲脉冲Q2Q1Q0 010 0 010101010100 010 1011 0 11 1000 0010 1结论：结论：1. 各触发器间时钟不一致，各触发器间时钟不一致， 所以称
17、异步计数器；所以称异步计数器；2. Q2Q1Q0各位间为二进制关系；各位间为二进制关系；3. 计数从计数从000开始到开始到111结束，然结束，然 后循环，所以称加法计数。后循环，所以称加法计数。 （或叫上行计数）（或叫上行计数）(5-24)思考题：思考题： 试画出三位二进制异步减法计数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。器的电路图，并分析其工作过程。优点优点：电路简单、可靠：电路简单、可靠缺点缺点：速度慢：速度慢异步计数器的优缺点：异步计数器的优缺点：(5-25)三、三、 同步计数器的分析同步计数器的分析例例2. 三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器Q2Q2
18、J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲CP 在同步计数器中，各个触发器都受在同步计数器中，各个触发器都受同一时钟脉冲输入计数脉冲的控制，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，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为故被称为 “ 同步计数器同步计数器 ”。(5-26)Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器CP分析步骤分析步骤:1. 先列写控制端的逻辑表达式：先列写控制端的逻辑表达式：J2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1Q0： 来一个
19、来一个CP，翻转一次；，翻转一次；Q1：当：当Q01时，可随时，可随CP翻转；翻转；Q2：只有当：只有当Q1Q01时，才能随时，才能随CP翻转。翻转。(5-27)2. 列写状态转换表，分析其状态转换过程。列写状态转换表，分析其状态转换过程。 2 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 3 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 14 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 5 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 6 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 7 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1
20、1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0CP Q2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J01 K01 Q2 Q1 Q0 Q1Q0Q1Q0Q0Q0 原状态原状态 控控 制制 端端 下状下状态态, ,(5-28)CPQ0Q1Q23. 用波形图显示状态转换关系用波形图显示状态转换关系注意注意：各触发器均在：各触发器均在CP的下降沿翻转。的下降沿翻转。(5-29)Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器CP思考题：思考题： 根据以上分析思路，试设计一个四根据以上分析思路，试设计一个四位二进制同步加法计数器电路，并
21、检验位二进制同步加法计数器电路，并检验其正确性。其正确性。(5-30)四、四、 任意进制计数器的分析任意进制计数器的分析Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP1. 写出控制端的逻辑表达式：写出控制端的逻辑表达式：J2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ， K0 1 (5-31)2. 列写状态转换表，分析其状态转换过程：列写状态转换表，分析其状态转换过程：Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 2 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 3 0
22、1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 14 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 5 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2 = J1 = K1 = J0 = K0 = Q2 Q1 Q0 Q1Q0 1 1 1 原状态原状态 控控 制制 端端 下状下状态态, 1Q2(5-32)Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP 结论：结论：（1）电路计数循环由）电路计数循环由000到到100，所为，所为五进五进 制加法计数器制加法计数器。（2）各触发器间）各触发器间CP不一致，所以为不一致，所以为异步计异步计 数。数。3
23、. 还可以用波形图显示状态转换表还可以用波形图显示状态转换表( 略略 )(5-33)另有三种状态另有三种状态111、110、101不在计数循环不在计数循环内，如果这些状态经若干个时钟脉冲后，能够内，如果这些状态经若干个时钟脉冲后，能够进入计数循环，称为能够进入计数循环，称为能够自行启动自行启动。4. 检验其能否检验其能否自动启动自动启动 ？CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2 = J1 = K1 = J0 = K0 = Q2 Q1 Q0 Q1Q0 1 1 1 原状态原状态 控控 制制 端端 下状下状态态, 1Q2 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0
24、 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0结论：结论： 经检验，可以自动启动。经检验，可以自动启动。(5-34)0 0 01 0 00 1 10 0 10 1 00 1 00 1 01 1 15. 状态转换图状态转换图(5-35)1. 741611. 74161是是4 4位二进制同步加计数器，功能表如下：位二进制同步加计数器，功能表如下：7.2 7.2 集成计数器集成计数器一、几种集成计数器见一、几种集成计数器见P249清零RD预置LD使能EP ET时钟CP预置输入 A B C D 输出QA QB QC QD0XX X XX X X X 0 0 0 0 10X XA B
25、C DA B C D110 XXX X X X保持11X 0XX X X X保持111 1X X X X计数(5-36)异步清零异步清零 当当R RD D=0=0时，计数器输出直接置零时，计数器输出直接置零 同步并行置数同步并行置数 R RD D=1 LD=0 =1 LD=0 且有且有CPCP时，时， 的数据送至的数据送至Q QA A Q QB B Q QC C Q QD D 保持保持 R RD D=LD=1,ET*EP=0 =LD=1,ET*EP=0 ，计数器保持不变。，计数器保持不变。 EP=0EP=0，ET=1,ET=1,进位输出进位输出 RCORCO也保持不变也保持不变 ET=0, E
26、P=X,ET=0, EP=X,进位输出进位输出 RCO=0RCO=0 (RCO=ET*Q (RCO=ET*QA AQ QB BQ QC CQ QD D) )计数，计数，R RD D=LD=EP=ET=1=LD=EP=ET=1时计数器计数，时计数器计数， 分析分析P251P251时序图时序图分析：分析：(5-37)计数脉冲由计数脉冲由CPCPA A输入。输出由输入。输出由Q QA A引出，引出， 即为一个即为一个1 1位位二进制计数器二进制计数器2 2、 74LS19374LS193同步双时钟同步双时钟4 4位二进制可逆集成计数器，位二进制可逆集成计数器， 功能表见功能表见P252P252，自己
27、看书，自己看书3 3、 74LS29074LS290异步二异步二- -五五- -十进制加法集成计数器十进制加法集成计数器计数脉冲由计数脉冲由CPBCPB输入，输出由输入，输出由QBQBQDQD引出，引出， 即为即为五进制计数器五进制计数器 将将 Q QA A 与与CPCPB B 相连，计数脉冲由相连，计数脉冲由 CPCPA A 输入，输出输入，输出 由由Q QD DQ QA A引出，即得引出，即得84218421码码十进制计数器。十进制计数器。 故故74LS29074LS290称为称为二二- -五五- -十进制计数器。十进制计数器。(5-38)74LS29074LS290电路分析（图见书电路分
28、析（图见书P253P253）(5-39)由状态方程画时序逻辑图由状态方程画时序逻辑图(5-40)二二. .用集成计数器构成任意进制计数器用集成计数器构成任意进制计数器例一、用例一、用7416174161构成九进制加法计数器构成九进制加法计数器 74131 74131计数数过程中，有程中，有M=16M=16个状个状态（Q QD DQ QC CQ QB BQ QA A） （2 24 4=16=16）要构成）要构成N=9N=9进制制计数器。数器。 因因为 NMNM，则只需要一片只需要一片M M进制制计数器即可，数器即可， 若若NM NM 则只需要多片只需要多片M M进制制计数器即可数器即可 一般有两
29、种方法：一般有两种方法： 反反馈清零法。清零法。 反反馈置数法。置数法。(5-41)反馈清零法反馈清零法 适用于有清零输入端的集成计数器。适用于有清零输入端的集成计数器。 74161 74161具有异步清零功能，在其计数过程中，具有异步清零功能，在其计数过程中，不管它的输出处于那种状态，只要使不管它的输出处于那种状态，只要使R RD D=0=0，其输，其输出状态就会立即回到出状态就会立即回到态，清零信号消失态，清零信号消失后，后，7416174161又从又从 状态开始重新计数。状态开始重新计数。 要实现九进制计数器，则要求在第九个计数要实现九进制计数器，则要求在第九个计数脉冲来到时，计数器回到
30、脉冲来到时，计数器回到态。态。(5-42) 对于对于7416174161，第九个脉冲来到后，其输出，第九个脉冲来到后，其输出状态为状态为10011001（Q QD DQ QA A）（十进制的九）只要再用）（十进制的九）只要再用一个二输入端与非门，则可实现要求。如图，当一个二输入端与非门，则可实现要求。如图，当 Q QD D 和和 Q QA A 同时为同时为1 1时，与非门输出为时，与非门输出为0 0，送入，送入R RD D端端使使7416174161清零。而清零。而10011001状态瞬间即逝，即状态瞬间即逝，即10001000直直接进入接进入00000000，然后又从，然后又从0 0开始计数
31、。图见开始计数。图见P255P255(5-43)由状态方程画状态图由状态方程画状态图111100000001001010001001QDQCQBQA同理可实现任意进制（同理可实现任意进制（NM）的计数器）的计数器(5-44)反馈置数法反馈置数法适用于具有预置数功能的适用于具有预置数功能的 计数器。计数器。同步置数，只有在同步置数，只有在CPCP来到时，来到时，LD=0LD=0才能置数。才能置数。 见见P256P256图。图。 当输出为当输出为10001000时，再来一个时，再来一个CP0000CP0000态，态， ? 问：为什么不在问：为什么不在10011001态置数？态置数？例例2. 2. 用用74HCT16174HCT161组成组成256256进制计数器。进制计数器。 (P257(P257自己看书自己看书) )例例3. 3. 例例7.1.47.1.4，计数器电路，计数器电路( (自己看书！自己看书！) )
