數(shù)字電路第6章(2常見(jiàn)時(shí)序邏輯電路—寄存器)_1

1、第六章 時(shí)序邏輯電路6.1 概述概述 6.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法 6.3 若干常用的時(shí)序邏輯電路若干常用的時(shí)序邏輯電路 6.4 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法6.5 時(shí)序邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)序邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象冒險(xiǎn)現(xiàn)象一一. 寄存器寄存器二二. 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器n同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器n異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器n任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法n移位寄存器型計(jì)數(shù)器移位寄存器型計(jì)數(shù)器6.3 若干常用的時(shí)序邏輯電路 數(shù)字系統(tǒng)中，常需要將一些數(shù)碼暫時(shí)存放起來(lái)，數(shù)字系統(tǒng)中，常需要將一些數(shù)碼暫時(shí)存放起來(lái)，這種暫時(shí)存放數(shù)碼的邏輯部件稱(chēng)為寄存器。這種暫時(shí)存

2、放數(shù)碼的邏輯部件稱(chēng)為寄存器。 寄存器的電路結(jié)構(gòu)包括兩部分：寄存器的電路結(jié)構(gòu)包括兩部分：觸發(fā)器觸發(fā)器: :具有具有0 0，1 1兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，所以?xún)蓚€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，所以1 1個(gè)觸發(fā)器個(gè)觸發(fā)器可以寄存可以寄存1 1位二進(jìn)制數(shù)碼，位二進(jìn)制數(shù)碼，N N位寄存器由位寄存器由N N個(gè)觸發(fā)個(gè)觸發(fā)器組成，可存放一組器組成，可存放一組N N位二值代碼。位二值代碼。寄存器還應(yīng)具有由門(mén)電路構(gòu)成的控制電路，以保寄存器還應(yīng)具有由門(mén)電路構(gòu)成的控制電路，以保證信號(hào)的接受和清除。證信號(hào)的接受和清除。一、寄存器一、寄存器1 1、概述、概述 只要求觸發(fā)器可置只要求觸發(fā)器可置1 1，置置0 0，對(duì)觸發(fā)器，對(duì)觸發(fā)器 觸發(fā)方式?jīng)]有要求觸發(fā)

3、方式?jīng)]有要求 按照是否具有移位功能，分為：按照是否具有移位功能，分為：n普通寄存器（只具有普通寄存器（只具有存儲(chǔ)存儲(chǔ)功能）功能）n移位寄存器（具有移位寄存器（具有存儲(chǔ)存儲(chǔ)與與移位移位功能）功能）按照數(shù)碼移動(dòng)的方向不同，分為單向（向左、按照數(shù)碼移動(dòng)的方向不同，分為單向（向左、向右）及雙向寄存器；向右）及雙向寄存器； 按照數(shù)碼輸入輸出方式不同，可有四種工作方按照數(shù)碼輸入輸出方式不同，可有四種工作方式：串行輸入式：串行輸入- -串行輸出、串行輸入串行輸出、串行輸入- -并行輸出、并行輸出、并行輸入并行輸入- -串行輸出、并行輸入串行輸出、并行輸入- -并行輸出。并行輸出。一、寄存器一、寄存器2 2、

4、寄存器的分類(lèi)、寄存器的分類(lèi)3、介紹三種寄存器、介紹三種寄存器n普通普通寄存器寄存器74HC175n單向移位寄存器單向移位寄存器n雙向移位寄存器雙向移位寄存器74LS194A一、寄存器一、寄存器3.1 普通寄存器普通寄存器74HC175n電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)四個(gè)邊沿觸發(fā)的四個(gè)邊沿觸發(fā)的D 觸發(fā)器觸發(fā)器D0 D3 數(shù)據(jù)輸入端；數(shù)據(jù)輸入端；Q0 Q3 數(shù)據(jù)輸出端；數(shù)據(jù)輸出端；CLK時(shí)鐘端；時(shí)鐘端；RD 是異步置是異步置0 0端；端；3.1 普通寄存器普通寄存器74HC175n功能描述功能描述異步清零：異步清零： 無(wú)論觸發(fā)器處于何種狀態(tài)，只要無(wú)論觸發(fā)器處于何種狀態(tài)，只要RD= 0, ,輸出輸出Qi = 0

5、; ; 不需要異步不需要異步清零時(shí)，應(yīng)使清零時(shí)，應(yīng)使RD= =1; ; 送數(shù)：送數(shù)： 當(dāng)當(dāng)RD= =1，且，且CLK上升沿時(shí)上升沿時(shí)并行送并行送數(shù)，使得數(shù)，使得 Q0n+1=D0 , Q1n+1=D1 , Q2n+1=D2 , Q3n+1=D3。保持：保持： 當(dāng)當(dāng)RD= =1，且，且CLK=0時(shí)，各觸發(fā)器時(shí)，各觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變；保持原狀態(tài)不變；n功能表功能表輸輸 入入輸輸 出出RDCLKD0 D3Q0n+1 Q3n+100 0 0 01 d0 d3d0 d310Q0n Q3n3.1 普通寄存器普通寄存器74HC17574HC175：帶異步清零端的：帶異步清零端的4位寄存器位寄存器 ； 并行

6、輸入并行輸入并行輸出方式；并行輸出方式；3.2 單向移位寄存器單向移位寄存器n電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)DI 串行數(shù)據(jù)輸入端；串行數(shù)據(jù)輸入端； DO串行數(shù)據(jù)輸出端；串行數(shù)據(jù)輸出端；Q0 Q3并行數(shù)據(jù)輸出端；并行數(shù)據(jù)輸出端；CLK時(shí)鐘端；時(shí)鐘端；異步清零異步清零RDRRRR3.2 單向移位寄存器單向移位寄存器（1 1）由給定電路，寫(xiě)出各觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程）由給定電路，寫(xiě)出各觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程異步清零異步清零RDRRRRD0=DI , D1=Q0n , D2=Q1n , D3=Q2n . n電路分析：電路分析：3.2 單向移位寄存器單向移位寄存器（2 2）將驅(qū)動(dòng)方程帶入）將驅(qū)動(dòng)方程帶入D D觸發(fā)器特性方程觸發(fā)器特性

7、方程( (Qn+1=D),),得得到狀態(tài)方程到狀態(tài)方程; ;輸出方程與狀態(tài)方程相同。輸出方程與狀態(tài)方程相同。異步清零異步清零RDRRRRQ0n+1=DI , Q1n+1=Q0n , Q2n+1=Q1n , Q3n+1=Q2n n電路分析：電路分析：D0=DI , D1=Q0n , D2=Q1n , D3=Q2n 注：對(duì)于同步時(shí)序電注：對(duì)于同步時(shí)序電路，時(shí)鐘來(lái)自同一脈路，時(shí)鐘來(lái)自同一脈沖源，可以省略沖源，可以省略. . 3.2 單向移位寄存器單向移位寄存器（3 3）寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表/ /時(shí)序圖時(shí)序圖n電路分析：電路分析： 設(shè)初態(tài)設(shè)初態(tài)Q3Q2Q1Q0= 0000，且在第，且在第1個(gè)

8、時(shí)鐘作用前輸入端口個(gè)時(shí)鐘作用前輸入端口DI = 0, 連續(xù)四個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)輸入數(shù)據(jù)為連續(xù)四個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)輸入數(shù)據(jù)為“1011”，帶入狀態(tài)方程，帶入狀態(tài)方程:Q0n+1=DI , Q1n+1=Q0n , Q2n+1=Q1n , Q3n+1=Q2n CLK順序順序輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)DIQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+10000001000000111010101112031413.2 單向移位寄存器單向移位寄存器異步清零異步清零RDRRRRQ0=1Q1=1Q0=0Q2=1Q1=0Q0=1Q3=1Q2=0Q1=1Q0=1經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)4 4個(gè)時(shí)鐘周期后，串行輸入個(gè)時(shí)鐘周期后，串行輸入的的4 4位二進(jìn)制碼全

9、部移入了移位位二進(jìn)制碼全部移入了移位寄存器中，同時(shí)在寄存器中，同時(shí)在4 4個(gè)觸發(fā)器的個(gè)觸發(fā)器的輸出端得到并行輸出代碼。因輸出端得到并行輸出代碼。因此，利用移位寄存器此，利用移位寄存器可實(shí)現(xiàn)代可實(shí)現(xiàn)代碼的碼的“串行串行- -并行并行”轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。3.2 單向移位寄存器單向移位寄存器（3 3）寫(xiě)出）寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表/ /時(shí)序圖時(shí)序圖n電路分析：電路分析：（4 4）功能描述）功能描述異步清零：異步清零： 無(wú)論觸發(fā)器處于何種狀態(tài)，只要無(wú)論觸發(fā)器處于何種狀態(tài)，只要RD= 0, ,輸出輸出Qi = 0; ; 寄存器處于寄存器處于“右移右移”工作狀態(tài)：工作狀態(tài)：當(dāng)當(dāng)RD= =1，CLK 到達(dá)時(shí)，各觸

10、發(fā)到達(dá)時(shí)，各觸發(fā)器按前一級(jí)觸發(fā)器原狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；器按前一級(jí)觸發(fā)器原狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；數(shù)據(jù)依次右移一位；數(shù)據(jù)依次右移一位；3.3 雙向移位寄存器雙向移位寄存器 為了便于擴(kuò)展邏輯功能、增加使用的靈活性，為了便于擴(kuò)展邏輯功能、增加使用的靈活性，在移位寄存器電路上附加了在移位寄存器電路上附加了左右移控制左右移控制、數(shù)據(jù)并數(shù)據(jù)并行輸入行輸入、保持保持、異步置零異步置零等功能。等功能。 74LS194A為為4 4位雙向移位寄存器。位雙向移位寄存器。3.3 雙向移位寄存器雙向移位寄存器n電路組成及工作原理電路組成及工作原理S = S1S0Q1+S1S0Q0+S1S0Q2+S1S0D1 R =S通過(guò)控制通過(guò)控制S1S0,可以選擇可以選擇194A的工作狀態(tài)：的工作狀態(tài)： D1Q1Q2S1 S1S0S0RD (2) RD = 1，S1S0 = 00： S = Q1 , R = Q1 ; 當(dāng)當(dāng)CLK 時(shí)，時(shí)，F(xiàn)F1置為置為Q1n+1=Q1. “保持保持”(3) RD = 1，S1S0 = 01： S = Q0 , R = Q0 ; 當(dāng)當(dāng)CLK 時(shí)，時(shí)，F(xiàn)F1置為置為Q1n+1=Q0. “右移右移”(4) RD = 1，S1S0 = 10： S = Q2 , R = Q2 ; 當(dāng)當(dāng)CLK 時(shí)，時(shí)，F(xiàn)F1置為置為Q1n+1=Q2. “左移左移”(5) RD = 1，S1S0 = 11： S = D1 ,