寄存器与计数器(3)PPT
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《单片机原理及应用》课件01-51单片机基本结构与存储器分配
内中断
并行口
外中断
P0 P1 P2 P3
串口模块 TXD RXD
中断模块 INT0 INT1
P0.0～P0.7
P2.0～P2.7
VCC (+5V)
GND
RAM地址 锁存器
RAM
通道0驱动器
通道0锁 存器
通道2驱动器
通道2锁 存器
ROM/ EPROM
程序地址寄存器
PSEN ALE
EA RST
B寄存器 ACC TMP2
片内地址空间：RAM 128B（00H-7FH） SFR 128B（80H-FFH）
128B SFR
128B RAM
FFH 21个SFR分布 在80H-FFH
83个可寻址位
80H 7FH
用户、
堆栈区
30H 2FH
位寻址区
20H 1FH
工作寄存器区
00H
内部RAM组织结构
10
所有的RAM区(位 寻址区、工作寄 存器区）都可以 用于存放数据， 故也称为数据缓 存寄存器
特殊功能寄存器(SFR)
▼特殊功能寄存器SFR（专用寄存器）
专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各功能 部件的工作方式、条件、状态、结果的寄存器。
▼不同的SFR管理不同的硬件模块，负责不同的功 17 能——各司其职
换言之：要让单片机实现预定的功能，必须有相应 的硬件和软件，而软件中最重要的一项工作就是对 SFR写命令（要求）。
4 堆栈指针ＳＰ
堆栈：
在片内RAM中，指定一个专门的区域来存放某 些特别的数据,它遵循先进后出和后进先出 (LIFO/FILO）的原则,这个RAM区叫堆栈。
功用：
22
寄存器
3
4位MSI 寄存器74175 CR为各触发器的直接置 0端，用作寄存器的“清零”。 可用来构成缓冲或暂存寄 存器､移位寄存器和图形发生 器等。
5. 4. 2 移位寄存器
1. 移位的概念
除了具有暂存数码的功能之外，还具有移位功能 的逻辑部件称为移位寄存器。 所谓移位功能：就是存在寄存器中的数码（即 各触发器的状态）可以在移位正脉冲（CP）的作用 下，依次向右或向左转移到相邻的触0 = A0 B0 S0 = A0⊕B0⊕C0-1 C1 = (A1⊕B1) C0 + A1B1 S1 = A1⊕B1⊕C0 如果继续下去，当第n个CP脉冲作用后，加数与 被加数全部向左移走，而原来存放被加数的累加寄 存器中就存入了运算结果和（Sn-1……S1S0）。
16
D
（CP的上升沿有效）
Q4
n 1
n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4
Q1
17
1
D F4 CP Ｑ
1
D Ｑ F3
1
D Ｑ F2
1
D Ｑ F1
四位环形计数器
n n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4 Q4 1 Q1
Q3
n1
n1
D3 Q 2
D2 Q1
Q2
CP上升沿有效
Q1
n 1
D1 DSL
8
0 0 Ｑ4 0 1 0 Ｑ D 串行输出 F4 0 0 0 0 1
并行输出 0 0 Ｑ Ｑ３ ２ 1 0 Ｑ D 1 Ｑ D F3 F2 RD RD
0 1 0 Ｑ１ 1 1 Ｑ D F1
串行输入 D SR 1 0 11 CP 移位脉冲 CR 清“0 ”
4位MSI 寄存器74175 CR为各触发器的直接置 0端，用作寄存器的“清零”。 可用来构成缓冲或暂存寄 存器､移位寄存器和图形发生 器等。
5. 4. 2 移位寄存器
1. 移位的概念
除了具有暂存数码的功能之外，还具有移位功能 的逻辑部件称为移位寄存器。 所谓移位功能：就是存在寄存器中的数码（即 各触发器的状态）可以在移位正脉冲（CP）的作用 下，依次向右或向左转移到相邻的触0 = A0 B0 S0 = A0⊕B0⊕C0-1 C1 = (A1⊕B1) C0 + A1B1 S1 = A1⊕B1⊕C0 如果继续下去，当第n个CP脉冲作用后，加数与 被加数全部向左移走，而原来存放被加数的累加寄 存器中就存入了运算结果和（Sn-1……S1S0）。
16
D
（CP的上升沿有效）
Q4
n 1
n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4
Q1
17
1
D F4 CP Ｑ
1
D Ｑ F3
1
D Ｑ F2
1
D Ｑ F1
四位环形计数器
n n n 状态方程：Q1n1 Q2 Q2 1 Q3 Q3 1 Q4 Q4 1 Q1
Q3
n1
n1
D3 Q 2
D2 Q1
Q2
CP上升沿有效
Q1
n 1
D1 DSL
8
0 0 Ｑ4 0 1 0 Ｑ D 串行输出 F4 0 0 0 0 1
并行输出 0 0 Ｑ Ｑ３ ２ 1 0 Ｑ D 1 Ｑ D F3 F2 RD RD
0 1 0 Ｑ１ 1 1 Ｑ D F1
串行输入 D SR 1 0 11 CP 移位脉冲 CR 清“0 ”
《数字电子技术与接口技术试验教程》课件第5章
8
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验
图5-2 边沿D触发器的仿真结果
9
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 (2) 边沿D触发器的VHDL源代码如下：
--Behavioral D Flip-Flop with Clock Enable and Asynchronous Reset
entity Dflipflop is Port (D,clk,rst,ce : in STD_LOGIC; Q : out STD_LOGIC);
architecture Behavioral of DFF is begin
process(clk, rst,D) begin
if (CLK'event and CLK='1') then if rst ='1' then Q <= '0'; else Q<=D; end if;
end if; end process; end Behavioral;
end if; end process; end Behavioral;
13
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验
(3) 带有置位和清零端的边沿D触发器的约束文件规定
如下：
#Basys2约束文件： NET "clk" LOC ="B8"; //时钟
#Basys2约束文件： NET "clk" LOC ="B8"; //时钟
end Dflipflop;
architecture Behavioral of Dflipflop is begin
process(clk, rst,D,ce)
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验
图5-2 边沿D触发器的仿真结果
9
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 (2) 边沿D触发器的VHDL源代码如下：
--Behavioral D Flip-Flop with Clock Enable and Asynchronous Reset
entity Dflipflop is Port (D,clk,rst,ce : in STD_LOGIC; Q : out STD_LOGIC);
architecture Behavioral of DFF is begin
process(clk, rst,D) begin
if (CLK'event and CLK='1') then if rst ='1' then Q <= '0'; else Q<=D; end if;
end if; end process; end Behavioral;
end if; end process; end Behavioral;
13
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验
(3) 带有置位和清零端的边沿D触发器的约束文件规定
如下：
#Basys2约束文件： NET "clk" LOC ="B8"; //时钟
#Basys2约束文件： NET "clk" LOC ="B8"; //时钟
end Dflipflop;
architecture Behavioral of Dflipflop is begin
process(clk, rst,D,ce)
【2024版】精品课件-数字电子技术(第三版)(刘守义)-第6章
果从Q3~Q0取得输出可以构成一个八进制计数器。 对比一下图 6.6中的时钟脉冲波形与Q3的输出波形， 不难发现，Q3的波形 的频率恰为时钟波形频率的1/8。 如果从Q3取得输出， 则 6.5电路构成了一个8分频器。
第6章 寄 存 器
2. 所谓可编程分频器是指分频器的分频比可以受程序控制。 在现代通信系统与控制系统中，可编程分频器得到广泛的应 用。 下面以图6.10的实际电路为例， 介绍利用移位寄存器 实现可编程分频的基本思路。
(2) 并行加载数据。 断开电源， 将S0、 S1置11（都接 高电平）， 将D0~D3置1010； 接通电源， 此时， 发光二极 管均不亮， 送出一个单脉冲， 观察发光二极管的亮、 灭情 况。如果操作准确， 发光二极管的亮、 灭指示Q0~Q3的数据 为1010， 说明D0~D3的数据已加载到输出端， 此时再改变输 入端的数据， 输出数据不变。
第6章 寄 存 器 实训6 寄 存 器
6.1 寄存器的功能与使用方法 6.2 寄存器应用实例 6.3 寄存器集成电路简介
第6章 寄 存 器
实训6 1. （1） 了解寄存器的基本功能。 （2） 学会寄存器的使用方法。 （3） 熟悉寄存器的一般应用。 （4） 进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。
第6章 寄 存 器
第6章 寄 存 器
当A、 B的数据(即74LS194 S0、 S1端的数据)为01时， 数据右移； 第一个时钟脉冲过后， 74LS194（1）DSR端的数 据1移位至Q0端， 其他Q端的0均依次右移， 各输出端的数据 如表6.1的第2行数据所示； 此后， 随着时钟脉冲的到来， 发光二极管自左至右一个个点亮， 第8个脉冲以后， 全部二 极管均点亮, 此时， DSR端的数据变为0， 随着后续脉冲的到 来， 发光二极管自左至右一个个熄灭。
第6章 寄 存 器
2. 所谓可编程分频器是指分频器的分频比可以受程序控制。 在现代通信系统与控制系统中，可编程分频器得到广泛的应 用。 下面以图6.10的实际电路为例， 介绍利用移位寄存器 实现可编程分频的基本思路。
(2) 并行加载数据。 断开电源， 将S0、 S1置11（都接 高电平）， 将D0~D3置1010； 接通电源， 此时， 发光二极 管均不亮， 送出一个单脉冲， 观察发光二极管的亮、 灭情 况。如果操作准确， 发光二极管的亮、 灭指示Q0~Q3的数据 为1010， 说明D0~D3的数据已加载到输出端， 此时再改变输 入端的数据， 输出数据不变。
第6章 寄 存 器 实训6 寄 存 器
6.1 寄存器的功能与使用方法 6.2 寄存器应用实例 6.3 寄存器集成电路简介
第6章 寄 存 器
实训6 1. （1） 了解寄存器的基本功能。 （2） 学会寄存器的使用方法。 （3） 熟悉寄存器的一般应用。 （4） 进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。
第6章 寄 存 器
第6章 寄 存 器
当A、 B的数据(即74LS194 S0、 S1端的数据)为01时， 数据右移； 第一个时钟脉冲过后， 74LS194（1）DSR端的数 据1移位至Q0端， 其他Q端的0均依次右移， 各输出端的数据 如表6.1的第2行数据所示； 此后， 随着时钟脉冲的到来， 发光二极管自左至右一个个点亮， 第8个脉冲以后， 全部二 极管均点亮, 此时， DSR端的数据变为0， 随着后续脉冲的到 来， 发光二极管自左至右一个个熄灭。
数电-时序逻辑电路之寄存器
n1 m
n m
不变
Q Q S1S0=10
n1 m
n 左移移位
m1
Q Q S1S0=01
n1 m
n m 1
右移移位
S1S0=11
Qmn1
DI
并行置数
m
DIm
S0 S1
Dm–1
FFm–1
1D C1
0 3210
1 MUX
MUXm
FFm
Dm 1D
C1
Dm+1
FFm+1
1D C1
CP Qm–1
Qm
Qm+1
Q1
Q2
Q3
在 CP脉冲的作用 1 0 0
0
下 ，DSI端 依次
送入数码1101
11 1
0
02 1
1
13 0
1
41
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
右移串行输入为1101时的波形图 移位脉冲CP 1 2 3 4 5 6 7 8
输入信号 DSI
11 0 1
Q0 0 1 1 0 1
Q1 0 0 1 1 0 Q2 0 0 0 1 1
0
S0
t
0 t
CLK1
0
CLK2
t
0 t
t1 t2 t3 t4
t4时刻后输出Y与两组并行输入的二进制 数M、N在数值上的关系是什么?
作业6.5.1 画出Q3~Q0的波形
CLK 0 1 1 1
1 ＆
So CP D0 D1 D2 D3 DSL
0
S1
74HC194
CR 1
DSR
时序逻辑电路
3 ． 异步减 法计 数器
（1）3位递减计数器的状态
（2）电路组成
二 、 十进制计数器
十进制递减计数器的状态
1．电路组成
异步十进制加法计数器
2．工作原理
（1）计数器输入0～9个计数脉冲时，工作过程与4位二进制异步加法计数器完 全相同，第9个计数脉冲后，Q3Q2Q1Q0状态为1001。 （2）第10个计数脉冲到来后，此时计数器状态恢复为0000，跳过了1010~1111 的6个状态，从而实现842lBCD码十进制递增计数的功能。
④ 最 高 位 触 发 器 FF 3 是 在 Q 0 、 Q 1 、 Q 2 同 时 为 1 时 触 发 翻 转 ， 即 FF 0 ～ FF 2 原均为 1 ，作加 l 计数时，产生进位使 FF 3 翻转为 l 。
（2）电路组成
4位二进制同步加法计数器逻辑图
工
程
应
用
计数不正常的故障检测 第一步，先查工作电源是否正常；第二步，检查触 发器的复位端是否被长置成复位状态；第三步，用示波器观测计数脉冲是否加到 了触发器的CP端；第四步，替换触发器，以确定集成电路是否损坏。
第二节 计数器
在数字系统中，能统计输入脉冲个数的电路称为计数器。
一 、二进 制计 数器 1 ． 异步二 进制 加法计 数器
每输入一个脉冲，就进行一次加 1 运算的计数器称为加法 计数器，也称为递增计数器。 4 个 JK 触发器构成的异步加 法计数器如下图所示。
图中 FF 0 为最低位触发器，其控制端 C l 接收输入脉冲，输 出信号 Q 0 作为触发器 FF 1 的 CP ， Q 1 作为触发器 FF 2 的 CP ， Q 2 作为 FF 3 的 CP 。各触发器的 J 、 K 端均悬空，相当于 J = K =1 ，处于计数状态。各触发器接收负跳变脉冲信号时 状态就翻转，它的时序图见下图。
程序存储器 指令寄存器 程序计数器(PC,IP) 地址寄存器的区别与联系
先明白定义再说区别和原理：1、程序存储器(program storage)在计算机的主存储器中专门用来存放程序、子程序的一个区域。
2、指令寄存器（IR ）：用来保存当前正在执行的一条指令。
当执行一条指令时，先把它从内存取到数据寄存器（DR）中，然后再传送至IR。
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。
为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试，以便识别所要求的操作。
指令译码器就是做这项工作的。
指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。
操作码一经译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。
3、程序计数器（PC）：为了保证程序(在操作系统中理解为进程)能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。
而程序计数器正是起到这种作用，所以通常又称为指令计数器。
在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC，因此程序计数器（PC）的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。
当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。
由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1。
当程序转移时，转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值，此PC值就是转去的地址，以此实现转移。
有些机器中也称PC为指令指针IP（Instruction Pointer）4、地址寄存器：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。
当CPU和内存进行信息交换，即CPU向内存存/取数据时，或者CPU从内存中读出指令时，都要使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。
同样，如果我们把外围设备的设备地址作为像内存的地址单元那样来看待，那么，当CPU和外围设备交换信息时，我们同样使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。
电气控制及PLC应用--定时器、计数器指令介绍PPT课件
13
前值清0，状态位置 1； 当前值＜设定值PT时，状态位保持为1; 当前值=设定值 时， 停止计时，状态位
为 0，当前值保持（设定值）不变。 使能输入端 IN又变为1时，停止计时，TOF的当前值清0，状 态位置 1。
12
2 定时器 TOF 指令工作时序图
T36的分辨率是10ms 计时值T= 30ms
1
试讲内容
❖电气控制及PLC应用
---- 定时器、计数器指令介绍
1
2
主要内容与教学重难点
主要 内容
1.介绍定时器编程指令，定时器编程练习； 2.介绍计数器编程指令，计数器编程练习。
重点 难点
1.定时器、计数器指令的应用； 2.保持型接通延时定时器时序图的理解。
2
3
定时器
使能端
T37
定时器的几个概念 ❖ 定时器的形式：
● 接通延时型定时器（TON）
TON
IN
PT
● 带记忆接通延时型定时器（TONR）
● 断开延时型定时器（TOF）
❖ 定时器的分辨率：
●单位时间的时间增量称为定时器的分辨率，又称为时
间基。
●S7-200系列PLC定时器的分辨率有三种：
1ms 10ms 100ms
3
3 3
定时器
T37
❖ 定时器的编号：
TON
IN
● 定时器的编号=定时器名称 T + 数字
PT
编号T x （ x 的范围为：0～255）
❖ 定时器的两个参数：
●当前值：每个定时器都有一个16位的当前值寄存器，
是对定时器时间基的累计值。当前值是16位有符号整数， 最大值是32767。
●状态位：有一个状态位寄存器，存放状态值，状态位
数字电路与逻辑设计2寄存器移位寄存器
息旳代码。
并行读出脉冲必须在经过5个移存脉冲后出 现，而且和移存脉冲出现旳时间错开。
D5
D4
D3
D2
D1
＆
＆
＆
＆
＆
并行读出指令
串行输 入 1D
11001
CI
1D Q1
CI
1D Q2
CI
1D Q3
CI
1D
Q4
Q5
CI
移存脉冲CP
分析：假设串行输入旳数码为10011（左边先入）
串—并行转换状态表
序号 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
工作过程： ①在开启脉冲和时钟ＣＰ作用下，执行并
行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。 ②开启脉冲消失，在ＣＰ作用下，因为标志位０
旳存在，使门Ｇ１输出为１，使得ＳＨ／ＬＤ ＝１，执行右移移位寄存功能。 ③后来在移存脉冲作用，并行输入数据由片Ⅱ旳 Ｑ３逐位串行输出，同步又不断地将片Ⅰ旳串 行输入端Ｊ，Ｋ＝１旳数据移位寄存到寄存器。
末级输出反相后，接到串行输入端。
Q3Q2Q1Q0
1
0000
0001
0011
0111
∧
Q0Q 1Q2Q 3
CP D SR
74194
S0
1
S1
0
RD D 0 D 1 D2 D 3 D SL
1000
1100
1110
1111
0010
0101
1011
0110
清零
1001 0100
1010
1101
移位寄存器构成旳移位计数器
异步清零 同步置数
高位向低位移动(左移) 低位向高位移动(右移)
保持
3 、用集成移位寄存器实现任意模值 旳计数分频
并行读出脉冲必须在经过5个移存脉冲后出 现，而且和移存脉冲出现旳时间错开。
D5
D4
D3
D2
D1
＆
＆
＆
＆
＆
并行读出指令
串行输 入 1D
11001
CI
1D Q1
CI
1D Q2
CI
1D Q3
CI
1D
Q4
Q5
CI
移存脉冲CP
分析：假设串行输入旳数码为10011（左边先入）
串—并行转换状态表
序号 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
工作过程： ①在开启脉冲和时钟ＣＰ作用下，执行并
行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。 ②开启脉冲消失，在ＣＰ作用下，因为标志位０
旳存在，使门Ｇ１输出为１，使得ＳＨ／ＬＤ ＝１，执行右移移位寄存功能。 ③后来在移存脉冲作用，并行输入数据由片Ⅱ旳 Ｑ３逐位串行输出，同步又不断地将片Ⅰ旳串 行输入端Ｊ，Ｋ＝１旳数据移位寄存到寄存器。
末级输出反相后，接到串行输入端。
Q3Q2Q1Q0
1
0000
0001
0011
0111
∧
Q0Q 1Q2Q 3
CP D SR
74194
S0
1
S1
0
RD D 0 D 1 D2 D 3 D SL
1000
1100
1110
1111
0010
0101
1011
0110
清零
1001 0100
1010
1101
移位寄存器构成旳移位计数器
异步清零 同步置数
高位向低位移动(左移) 低位向高位移动(右移)
保持
3 、用集成移位寄存器实现任意模值 旳计数分频
数字电子技术 第6章 寄存器与计数器
68
工作原理分析
69
74LS90具有以下功能：（1）异步清零。（2）异步置9。（3） 正常计数。（4）保持不变。
70
例6-7 分别采用反馈清零法和反馈置9法，用 74LS90构成8421BCD码的8进制加法计数器。 解：（1）采用反馈清零法。
71
（2）采用反馈置9法。
首先连接成8421BCD码十进制计数器，然后在此基础 上采用反馈置9法。8进制加法计数器的计数状态为 1001、0000～0110，其状态转换图如图（a）所示。
41
6.4.1
集成同步二进制计数器
其产品多以四位二进制即十六进制为主，下面 以典型产品 74LS161为例讨论。
42
① 异步清零。当CLR=0时，不管其它输入信号的状 态如何，计数器输出将立即被置零。
43
② 同步置数。当CLR=1（清零无效）、LD=0时， 如果有一个时钟脉冲的上升沿到来，则计数器输出 端数据Q3～Q0等于计数器的预置端数据D3～D0。
13
例6-1 对于图6-4所示移位寄存器，画出下图所示输入 数据和时钟脉冲波形情况下各触发器输出端的波形。 设寄存器的初始状态全为0。
14
2. 集成电路移位寄存器 常用集成电路移位寄存器为74LS194，其逻辑符号和 引脚图如图所示。
15
16
例6-2 利用两片集成移位寄存器74LS194扩展成一 个8位移位寄存器。
连 接 规 律 加 法 计 数 减 法 计 数 T＇触发器的触发沿 上 升 沿 下 降 沿
CPi Q i 1
CPi Qi 1
CPi Q i 1
例子
25
CPi Qi 1
6.2.2
异步非二进制计数器
计算机组成原理第六章
指令周期的基本概念
节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时 间，如：ALU完成一次正确的运算，寄存器间的一 次数据传送等。
不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。 一个机器周期中，包含若干个时钟周期（节拍脉冲
或T脉冲）。 CPU周期规定，不同的计算机中规定不同
2. 每条指令的指令周期不同
➢译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控 制信号提供给时序控制信号形成部件。
机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路
➢由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的 时钟脉冲
时序控制信号形成部件
➢时序控制信号形成部件又称微操作信号发生器，真 正控制各部件工作的微操作信号是由指令部件提供 的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功 能部件所反馈的状态及条件综合形成的。
2. 微操作：是微命令的操作过程。
– 微命令和微操作是一一对应的。 – 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。 – 微操作是执行部件中最基本的操作。
由于数据通路的结构关系，微操作可分为相容的和互斥：
1. 互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的 微操作。可以编码
2. 相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操 作。必须各占一位
联合控制方式
– 大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采 用异步方式
– 机器周期的节拍脉冲固定，但是各指令的机器周期数不固 定（微程序控制器采用）
微程序控制原理
1. 微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作 微命令，它是构成控制序列的最小单位。
– 例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉 冲等。
读写时序信号的译码逻辑表达式
寄存器(Register) 数电课件
0000
②. CR 时1，在CP上升沿送数。
即：
Q Q Q Q n1 n1 n1 n1 3 21 0
D3 D2 D1D0
③. 在 CR、C1P上升沿以外的时间，寄存器中的内容将保持不变。
即：
Q Q Q Q n1 n1 n1 n1 3 21 0
Q3nQ2nQ1nQ0n
三、移位寄存器 1. 单向移位寄存器
§6·4 寄存器（Register）
一、基本概念 1. 定义
在数字电路中，用来存放二进制数或二进制代码的时序逻辑电路称为寄存器。
2. 特点
Ⅰ. 寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。
Ⅱ. 一个触发器可以存储1位二进制数，如果存放 位二进制代码的n 寄存器，需要用 个
触发器来构成。
n
2. 分类
Qn1 0
Q1n，Q1n1
Q2n，Q2n1
Q3n，Q3n1
Di
状态表 4位单向左移寄存器的状态表如表6.4.2—2所示。
表6.4.2—2
Ⅲ. 单向移位寄存器的特点
①. 单向移位寄存器中触发器的状态，在CP脉冲操作下，可以依次右移或左移。
②. n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码。n个CP脉冲即可完成串行输入工作，此
③. 状态图 能自启动的4位环形计数器的状态图如图6.4.3—4所示。
图6.4.3—4
Ⅲ. 由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器
①. 电路结构 由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器的电路结构如图6.4.3—5所示。
图6.4.3—5
②. 时序图 由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器的时序图如图6.4.3—6所示。
单片机定时计数器PPT课件
需要注意：每个机器周期的S5P2期间，对外部输入进行采 样。如在第一个周期中采得的值为1，而在下一个周期 中采得的值为0，则计数器加1。由于确认一次下跳变至 少要用两个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入 的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的1/24，同时输入 信号的高、低电平保持一个机器周期以上。 例如：选用6MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为
此时，定时/计数器T1可为方式0、方式1 和方式2，作为串行口的波特率发生器。
14
工作于方式3的T0
15
T0工作于方式3时的T1
16
定时器的工作方式（总结）
方式0：13位定时计数器
• 注意：TLx的低5位和THx共同组成
方式1： 16位定时计数器 方式2： 自动重装入的8位定时计数器
• 溢出后TFx=1，同时由THx→TLx
5
6.2.1 TMOD：工作方式控制寄存器
GATE：门控位 GATE＝1，T0、T1是否工作受外部引脚输入电平的控制，INT0
引脚控制T0运行，INT1引脚控制T1运行。可用于测量在INT0或 INT1引脚出现的正脉冲的宽度。
GATE=0，定时/计数器的运行不受外部引脚INT0或INT1的控制。 C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位 C/T=0，为定时器模式。内部计数器对晶振频率12分频后的脉冲
6
工作方式控制寄存器TMOD
M1、M0工作方式选择位
7
6.2.2 定时/计数器控制寄存器TCON
TF1位：T1计数溢出标志位。当T1计数溢出时，由硬件置 1，申请中断。进入中断服务程序后被硬件自动清0。 TR1位：T1计数运行控制位。由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.7）＝0时，若TR1=1，允许T1计数；TR1=0时， 禁止T1计数。当GATE位=1时，TR1＝1且INT1=1时， 允许T1计数。 TF0位：T0计数溢出标志位，功能同TF1。 TR0位：T0计数运行控制位，由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.3）＝0时，若TR0=1，允许T0计数；TR0=0时， 禁止T0计数。当GATE位=1时，TR0＝1且INT0=1时，允许 T重装入)
此时，定时/计数器T1可为方式0、方式1 和方式2，作为串行口的波特率发生器。
14
工作于方式3的T0
15
T0工作于方式3时的T1
16
定时器的工作方式（总结）
方式0：13位定时计数器
• 注意：TLx的低5位和THx共同组成
方式1： 16位定时计数器 方式2： 自动重装入的8位定时计数器
• 溢出后TFx=1，同时由THx→TLx
5
6.2.1 TMOD：工作方式控制寄存器
GATE：门控位 GATE＝1，T0、T1是否工作受外部引脚输入电平的控制，INT0
引脚控制T0运行，INT1引脚控制T1运行。可用于测量在INT0或 INT1引脚出现的正脉冲的宽度。
GATE=0，定时/计数器的运行不受外部引脚INT0或INT1的控制。 C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位 C/T=0，为定时器模式。内部计数器对晶振频率12分频后的脉冲
6
工作方式控制寄存器TMOD
M1、M0工作方式选择位
7
6.2.2 定时/计数器控制寄存器TCON
TF1位：T1计数溢出标志位。当T1计数溢出时，由硬件置 1，申请中断。进入中断服务程序后被硬件自动清0。 TR1位：T1计数运行控制位。由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.7）＝0时，若TR1=1，允许T1计数；TR1=0时， 禁止T1计数。当GATE位=1时，TR1＝1且INT1=1时， 允许T1计数。 TF0位：T0计数溢出标志位，功能同TF1。 TR0位：T0计数运行控制位，由软件置1或清0。当GATE 位（TMOD.3）＝0时，若TR0=1，允许T0计数；TR0=0时， 禁止T0计数。当GATE位=1时，TR0＝1且INT0=1时，允许 T重装入)
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29
异步6进制加计数器电路
0
1
1
计数到110的瞬间就清零
0
30
6.3 同步N进制计数器
主要内容： ▪ 同步2位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步3位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步n位二进制计数器电路的构成方式 ▪ 同步5进制加计数器电路 ▪ 同步10进制加法计数器电路
31
6.3.1 同步n位二进制计数器
38
1.同步5进制加法计数器
39
2.同步10进制加计数器电路
40
6.4 集成计数器
主要内容： 同步二进制加计数器74LS161的逻辑功能 同步十进制加/减计数器74LS192的逻辑功能 异步二进制加法计数器74LS93的逻辑功能 异步十进制加法计数器74LS90的逻辑功能 采用74LS161构成小于16的任意进制加计数器 采用74LS90构成小于10的任意进制加计数器 采用两片74LS161构成小于256的任意进制加法计数器 采用两片74LS90构成小于100的任意进制加法计数器
例6-1 对于图6-4所示移位寄存器，画出下图所示输入 数据和时钟脉冲波形情况下各触发器输出端的波形。 设寄存器的初始状态全为0。
14
2. 集成电路移位寄存器 常用集成电路移位寄存器为74LS194，其逻辑符号和 引脚图如图所示。
15
16
例6-2 利用两片集成移位寄存器74LS194扩展成一 个8位移位寄存器。
Q0
0
0
0
1
0
1
2
1
0
3
1
1
4（再循 0 环）
0
计数脉 Q1 Q0 冲
0
00
1
01
2
10
3（再 0 循环）
0
26
异步3进制加计数器电路如下
计数到
1 11的瞬
0
间就清
零
1
27
异步3进制加计数器输出波形：
28
2. 异步非二进制计数器 构成方式与上述3进制计数器一样，即采用“反馈清 零”法。
如：异步6进制加计 数器电路可在3位2 进制加计数器电路 基础上实现。
第6章 寄存器与计数器
1
6.1 寄存器与移位寄存器
主要内容：
▪ 触发器构成的寄存器 ▪集成寄存器74LS374/ 74HC374/ 74HCT374 ▪ 移位寄存器的五种输入输出方式 ▪ 触发器构成的移位寄存器 ▪ 4位集成移位寄存器74LS194 ▪ 移位寄存器的应用举例
2
6.1.1 寄存器
在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的
1.同步2位二Leabharlann 制计数器32工作原理分析
33
2.同步3位二进制计数器
34
35
3.同步n位二进制计数器 计数器的构成具有一定的规律，可归纳如下：
（a）同步n位二进制计数器由n个JK触发器组成； （b）各个触发器之间采用级联方式，第一个触发器
的输入信号J0＝K0＝1，其它触发器的输入信号由 计数方式决定。
17
例6-3由集成移位寄存器74LS194和非门组成的脉冲分 配器电路如图所示，试画出在CP脉冲作用下移位寄 存器各输出端的波形。
18
6.2 异步N进制计数器
主要内容：
▪ 异步n位二进制加、减计数器电路 ▪ 异步n位二进制计数器电路的构成方法 ▪ 异步3进制加计数器电路 ▪ 异步6进制加计数器电路 ▪ 异步非二进制计数器电路的构成方法
44
③数据保持。当CLR=1、LD=1，且ET·EP=0时， 无论有没有时钟脉冲，计数器状态将保持不变。
45
④加法计数。当CLR=1、LD=1（置数无效）且 ET=EP=1时，每来一个时钟脉冲上升沿，计数器 按照4位二进制码进行加法计数，计数变化范围为 0000～1111。该功能为它的最主要功能。
电路称为寄存器 。
1
0
1
0
1
0
1
上述寄存器的寄存时间？
0
3
集成寄存器74LS175
4
74LS175真值表
课外查资料：了解集成寄存器74LS373与 74LS374。
5
6.1.2 移位寄存器
移位寄存器的5种输入输出方式： （a）串行输入/右移/串行输出
（b）串行输入/左移/串行输出
6
（c）并行输入/串行输出 （d）串行输入/并行输出
·
N进制计数器
· ·
21
6.2.1 异步n位二进制计数器
1. 异步2位二进制加计数器
22
工作原理分析
23
异步2位二进制减计数器
24
2.异步n位二进制计数器
其构成具有一定的规律：
(a)异步n位二进制计数器由n个触发器组成，每个触发器均 接成T′触发器。
(b)各个触发器之间采用级联方式，其连接形式由计数方式 （加或减）和触发器的边沿触发方式（上升沿或下降沿） 共同决定 。
41
6.4.1 集成同步二进制计数器
其产品多以四位二进制即十六进制为主，下面 以典型产品 74LS161为例讨论。
42
① 异步清零。当CLR=0时，不管其它输入信号的状 态如何，计数器输出将立即被置零。
43
② 同步置数。当CLR=1（清零无效）、LD=0时， 如果有一个时钟脉冲的上升沿到来，则计数器输出 端数据Q3～Q0等于计数器的预置端数据D3～D0。
19
能够对输入脉冲个数进行计数的电路称为计数器。 一般将待计数的脉冲作为CP脉冲。
电路结构： 触发器＋门电路。
N个触发器可表示N位二进制数。
20
加法计数器
二进制计数器 减法计数器 可逆计数器 加法计数器
同步计数器 十进制计数器 减法计数器
可逆计数器
计
数
N进制计数器
·
器
·
二进制计数器
·
异步计数器 十进制计数器
连接规律 加法计数 减法计数
T＇触发器的触发沿
上升沿
下降沿
CPi Qi1 CPi Qi1
CPi Qi1 CPi Qi1
例子
25
6.2.2 异步非二进制计数器
1.异步3进制加计数器
异步3进制加计数器以异步2位二进制加计数器为基础 构成。
要实现这一点，必须使用带异步清零端的触发器。
计数脉冲 Q1
7
（e）并行输入/并行输出
8
9
1.串行输入/串行输出/并行输出移位寄存器： 下图所示为边沿D触发器组成的4位串行输入/串行 输出移位寄存器。
串行输入1010
10
（a）寄存器清零
0
0
0
0
0
0
0
11
（c）第2个CP脉冲之后
0
00
（d）第3个CP脉冲之后
0
12
（e）第4个CP脉冲之后
1010
13
36
如果是减计数器则为：
如果是加计数器则为：
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J n1 K n1 Q 0Q 1 Q n2
J n1 K n1 Q 0Q1 Q n2
37
6.3.2 同步非二进制计数器
同步非2n进制计数器的电路构成没有规律可循， 可采取“观察”法，其具体构成过程见书p158
异步6进制加计数器电路
0
1
1
计数到110的瞬间就清零
0
30
6.3 同步N进制计数器
主要内容： ▪ 同步2位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步3位二进制加、减计数器电路 ▪ 同步n位二进制计数器电路的构成方式 ▪ 同步5进制加计数器电路 ▪ 同步10进制加法计数器电路
31
6.3.1 同步n位二进制计数器
38
1.同步5进制加法计数器
39
2.同步10进制加计数器电路
40
6.4 集成计数器
主要内容： 同步二进制加计数器74LS161的逻辑功能 同步十进制加/减计数器74LS192的逻辑功能 异步二进制加法计数器74LS93的逻辑功能 异步十进制加法计数器74LS90的逻辑功能 采用74LS161构成小于16的任意进制加计数器 采用74LS90构成小于10的任意进制加计数器 采用两片74LS161构成小于256的任意进制加法计数器 采用两片74LS90构成小于100的任意进制加法计数器
例6-1 对于图6-4所示移位寄存器，画出下图所示输入 数据和时钟脉冲波形情况下各触发器输出端的波形。 设寄存器的初始状态全为0。
14
2. 集成电路移位寄存器 常用集成电路移位寄存器为74LS194，其逻辑符号和 引脚图如图所示。
15
16
例6-2 利用两片集成移位寄存器74LS194扩展成一 个8位移位寄存器。
Q0
0
0
0
1
0
1
2
1
0
3
1
1
4（再循 0 环）
0
计数脉 Q1 Q0 冲
0
00
1
01
2
10
3（再 0 循环）
0
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异步3进制加计数器电路如下
计数到
1 11的瞬
0
间就清
零
1
27
异步3进制加计数器输出波形：
28
2. 异步非二进制计数器 构成方式与上述3进制计数器一样，即采用“反馈清 零”法。
如：异步6进制加计 数器电路可在3位2 进制加计数器电路 基础上实现。
第6章 寄存器与计数器
1
6.1 寄存器与移位寄存器
主要内容：
▪ 触发器构成的寄存器 ▪集成寄存器74LS374/ 74HC374/ 74HCT374 ▪ 移位寄存器的五种输入输出方式 ▪ 触发器构成的移位寄存器 ▪ 4位集成移位寄存器74LS194 ▪ 移位寄存器的应用举例
2
6.1.1 寄存器
在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的
1.同步2位二Leabharlann 制计数器32工作原理分析
33
2.同步3位二进制计数器
34
35
3.同步n位二进制计数器 计数器的构成具有一定的规律，可归纳如下：
（a）同步n位二进制计数器由n个JK触发器组成； （b）各个触发器之间采用级联方式，第一个触发器
的输入信号J0＝K0＝1，其它触发器的输入信号由 计数方式决定。
17
例6-3由集成移位寄存器74LS194和非门组成的脉冲分 配器电路如图所示，试画出在CP脉冲作用下移位寄 存器各输出端的波形。
18
6.2 异步N进制计数器
主要内容：
▪ 异步n位二进制加、减计数器电路 ▪ 异步n位二进制计数器电路的构成方法 ▪ 异步3进制加计数器电路 ▪ 异步6进制加计数器电路 ▪ 异步非二进制计数器电路的构成方法
44
③数据保持。当CLR=1、LD=1，且ET·EP=0时， 无论有没有时钟脉冲，计数器状态将保持不变。
45
④加法计数。当CLR=1、LD=1（置数无效）且 ET=EP=1时，每来一个时钟脉冲上升沿，计数器 按照4位二进制码进行加法计数，计数变化范围为 0000～1111。该功能为它的最主要功能。
电路称为寄存器 。
1
0
1
0
1
0
1
上述寄存器的寄存时间？
0
3
集成寄存器74LS175
4
74LS175真值表
课外查资料：了解集成寄存器74LS373与 74LS374。
5
6.1.2 移位寄存器
移位寄存器的5种输入输出方式： （a）串行输入/右移/串行输出
（b）串行输入/左移/串行输出
6
（c）并行输入/串行输出 （d）串行输入/并行输出
·
N进制计数器
· ·
21
6.2.1 异步n位二进制计数器
1. 异步2位二进制加计数器
22
工作原理分析
23
异步2位二进制减计数器
24
2.异步n位二进制计数器
其构成具有一定的规律：
(a)异步n位二进制计数器由n个触发器组成，每个触发器均 接成T′触发器。
(b)各个触发器之间采用级联方式，其连接形式由计数方式 （加或减）和触发器的边沿触发方式（上升沿或下降沿） 共同决定 。
41
6.4.1 集成同步二进制计数器
其产品多以四位二进制即十六进制为主，下面 以典型产品 74LS161为例讨论。
42
① 异步清零。当CLR=0时，不管其它输入信号的状 态如何，计数器输出将立即被置零。
43
② 同步置数。当CLR=1（清零无效）、LD=0时， 如果有一个时钟脉冲的上升沿到来，则计数器输出 端数据Q3～Q0等于计数器的预置端数据D3～D0。
19
能够对输入脉冲个数进行计数的电路称为计数器。 一般将待计数的脉冲作为CP脉冲。
电路结构： 触发器＋门电路。
N个触发器可表示N位二进制数。
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加法计数器
二进制计数器 减法计数器 可逆计数器 加法计数器
同步计数器 十进制计数器 减法计数器
可逆计数器
计
数
N进制计数器
·
器
·
二进制计数器
·
异步计数器 十进制计数器
连接规律 加法计数 减法计数
T＇触发器的触发沿
上升沿
下降沿
CPi Qi1 CPi Qi1
CPi Qi1 CPi Qi1
例子
25
6.2.2 异步非二进制计数器
1.异步3进制加计数器
异步3进制加计数器以异步2位二进制加计数器为基础 构成。
要实现这一点，必须使用带异步清零端的触发器。
计数脉冲 Q1
7
（e）并行输入/并行输出
8
9
1.串行输入/串行输出/并行输出移位寄存器： 下图所示为边沿D触发器组成的4位串行输入/串行 输出移位寄存器。
串行输入1010
10
（a）寄存器清零
0
0
0
0
0
0
0
11
（c）第2个CP脉冲之后
0
00
（d）第3个CP脉冲之后
0
12
（e）第4个CP脉冲之后
1010
13
36
如果是减计数器则为：
如果是加计数器则为：
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J1 K1 Q0 J 2 K 2 Q 0Q1
J n1 K n1 Q 0Q 1 Q n2
J n1 K n1 Q 0Q1 Q n2
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6.3.2 同步非二进制计数器
同步非2n进制计数器的电路构成没有规律可循， 可采取“观察”法，其具体构成过程见书p158