第七次课-寄存器与移位寄存器和计数与分频电路
计数器与寄存器电路设计
计数器与寄存器电路设计在数字电路中，计数器和寄存器是非常重要的组件，它们广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍计数器和寄存器的基本原理，以及如何设计这些电路。
一、计数器计数器是一种能够在给定的条件下进行计数的电路。
它通常由触发器和逻辑门组成。
根据计数器的功能和触发器的类型，计数器可以分为同步计数器和异步计数器。
1. 同步计数器同步计数器是一种能够在同一时钟信号的作用下进行计数的电路。
它的特点是所有的触发器都在同一时钟脉冲上升沿或下降沿触发。
同步计数器的位数取决于触发器的数量。
在设计同步计数器时，需要确定计数器的位数和计数范围，并选择适当的触发器和连接方式。
2. 异步计数器异步计数器是一种能够在独立的时钟信号的作用下进行计数的电路。
它的特点是各个触发器的时钟信号可以是不同的。
异步计数器的位数也由触发器的数量决定。
在设计异步计数器时，需要确定计数器的位数和计数范围，并选择适当的触发器和连接方式。
二、寄存器寄存器是一种能够将数据存储起来并在需要时进行读取和写入的电路。
它可以用于暂存和传输数据。
寄存器的位数取决于需要存储的数据的大小。
在设计寄存器时，需要确定寄存器的位数和写入和读取的时序。
在计数器和寄存器的设计中，还有一些值得注意的问题。
首先是时钟信号的稳定性，计数器和寄存器的工作稳定性受到时钟信号的影响，需要选择稳定性较好的时钟信号源。
其次是电源电压的稳定性，电源电压的波动会对计数器和寄存器的工作产生影响，需要选择电压稳定性较高的电源。
除了计数器和寄存器的基本原理和设计，还有一些常见的应用场景。
例如，计数器可以用于频率计，当输入信号的脉冲数量达到一定值时，计数器输出一个频率计数值；寄存器可以用于数据暂存和传输，当数据需要在不同的电路之间传递时，可以使用寄存器进行缓存。
总结：计数器和寄存器是数字电路中常见的组件，对于数字电路的设计和实现起着重要的作用。
通过合理的设计和选型，可以实现各种功能的计数器和寄存器电路。
经典：实验二第7次课(计数器+寄存器)
❖ 各通道的垂直偏转灵敏度置1V～2V /div。 ❖ 水平偏转灵敏度应调整到最大周期 信号至少能显示一
个完整的周期。
❖ 内触发信源应选择显示最大周期 信号的通道。必要时 可采用“脉宽”触发方式。
❖ 触发电平（LEVEL）标志线应调整到最大周期 信号 的波形上。
（2）用74HC194和74HC151电路实 现
❖ 用双踪示波器同时观测CP和F 的波形。触 发信源应选择F 的通道。至少显示F一个 完整的周期。
❖ 记录波形时必须注意CP和F波形对应的时 间关系。
F
CP
T
使用数字示波器注意事项
使用数字示波器同时观测两路数字信号时应遵循以下基
本操作规则：
❖ 各通道的输入耦合方式置“直流”
四：计数与分频电路P88 2、3
➢ 74LS161是同步置数，异步清零十六进制 （M=16）计数器，其功能表如下
C L R LOAD P
01 φ 10 φ 11 1 11 0 11 φ
T CLK Q3 Q2 Q1 Q0
φ φ 0000
φ ↑ DB C A
1↑
0000~1111
1
φ Qn3 Qn2 Qn1 Qn0
存储器和移位寄存器 计数与分频电路实验
2020/12/15
1
主要授课内容：
一、移位寄存器(P97 3) 二、计数与分频电路(P88 2、3)
主要授课内容：
一、介绍74194双向移位寄存器的管脚和功能表 二、用74194双向移位寄存器设计一个序列信号 发生器，其输入信号为时钟CP，输出信号为序列 码F。实验任务要求是：
2020/12/15
第七次课-寄存器与移位寄存器和计数与分频电路
DSR Q A QC QA Q B QC QB QC
• 4、根据逻辑表达式画出数据反馈电路。
7
P153J3-设计过程-方法三 • 5、数据反馈电路也可用74151实现：
151 / / A C B B C A D0= D2= D5= D6=1，其余为“0” D0= D2= D3= D5=1，其余为“0” SR 1 右移时194的低三
16
使用数字示波器注意事项
使用数字示波器同时观测两路数字信号时应遵循以下 基本操作规则： 各通道的输入耦合方式置“直流” 两路信号分上、下半屏显示，勿重叠。认清各通道 的横坐标位置。 各通道的垂直偏转灵敏度置1V～2V /div。 水平偏转灵敏度应调整到最大周期 信号至少能显示 一个完整的周期。 内触发信源应选择显示最大周期 信号的通道。必要 时可采用“脉宽”触发方式。 触发电平（LEVEL）标志线应调整到最大周期 信 号的波形上。
CP
T
11
二、 P150J2
实验课题
用预置法设计一个计数电路。实验要求是：① M=7，并且具有自启动特性；②测试出其各个 输出端波形的时间关系；③测试其自启动特性。 用模N的计数器构成模M的计数器(N>M)，一 般采用同步置数的方法。可采用置最小数法、 置“0”法和置最大数法。基本思路是使计数器 从预置状态开始计数，当计到满足模值为M的 终止状态时产生置数控制信号，下一CP周期 进行置数，重复计数过程，从而实现模M的计 数。
同步并入 8421计数 保持RCO=RCOn 保持RCO= 0
13
P150J2-设计过程
反馈函数 QD QC QB QA RCO CP 74LS161 ABCD 预置数 P T CR “1” LD
电路中的移位寄存器与计数器的原理与应用
电路中的移位寄存器与计数器的原理与应用在现代科技中，电路是一个不可或缺的组成部分。
电路可以用于各种领域，其中移位寄存器和计数器是最为常见且重要的电路之一。
本文将深入探讨这两种电路的原理与应用。
一、移位寄存器的原理与应用移位寄存器是一种能够将输入数据连续地移位、保留并输出的电路。
其原理主要基于逻辑门电路的组合与连接。
1. 原理移位寄存器通常由多个触发器构成，触发器是一种能够存储一个二进制位的设备。
当输入数据进入移位寄存器时，触发器会按照一定的时序规律将数据进行移位，并输出。
移位寄存器可以实现向左（左移）或向右（右移）移动数据的功能。
2. 应用移位寄存器在数字系统中有广泛的应用。
例如，在串行通信中，移位寄存器可以将并行数据转化为串行数据进行传输；在移位加法器中，移位寄存器可以实现两个二进制数的相加；在移位寄存器阵列中，移位寄存器可以用于存储、处理和传输图像等。
二、计数器的原理与应用计数器是一种能够将输入的时钟信号进行计数并输出的电路。
计数器能够记录输入信号的数量，并根据设定的计数规则输出对应的结果。
1. 原理计数器通常由触发器和逻辑门电路构成。
当计数器接收到时钟信号时，触发器会根据时钟信号的上升沿或下降沿进行状态变换，从而实现计数功能。
计数器可以分为二进制计数器、十进制计数器等，根据不同的计数规则可以实现不同的计数功能。
2. 应用计数器在数字电路中有广泛的应用。
例如，在计算机中，计数器可以用于指示程序执行的步骤；在测量仪器中，计数器可以用于计算输入信号的频率或脉冲个数；在定时器中，计数器可以实现定时功能等。
综上所述，移位寄存器和计数器都是数字电路中重要的组成部分。
移位寄存器可以将输入数据按照一定的规律移位输出，广泛应用于数字系统中；计数器则可以根据输入的时钟信号进行计数输出，实现不同的计数功能。
这两种电路的原理与应用相互关联且互相补充，为数字电路的设计与实现提供了强大的工具与方法。
总之，了解移位寄存器和计数器的原理与应用对于理解和应用数字电路至关重要。
寄存器和移位寄存器通用课件
通过设置特殊功能寄存器的值，可以控制计算机的运行 方式和状态。
移位寄存器概述
02
移位寄存器的定义与功能
01
移位寄存器是一种数字逻辑电路， 能够将输入的二进制序列在时钟 信号的控制下，逐位向左或向右 移动。
02
D
寄存器和移位寄存器的发展趋 势与未来展望
05
技术发展与新应用领域
技术进步
随着微电子技术的不断发展，寄存器和移位寄存器的集成度越来越高，性能越来越强大。
新应用领域
除了传统的数字逻辑和计算机应用，寄存器和移位寄存器在物联网、智能制造、自动驾驶等领域的应用也越来越 广泛。
未来发展方向与挑战
高速、低功耗
A
数字逻辑电路
寄存器和移位寄存器在数字逻辑电路中广泛应 用，如计数器、触发器等。
自动化控制系统
用于存储控制参数和状态信息，实现自动 化控制系统的稳定运行。
B
C
数据压缩与解压缩
利用移位寄存器实现数据压缩和解压缩，降 低存储和传输成本。
音频处理
在音频处理系统中，寄存器和移位寄存器用 于实现音频信号的滤波、混响等效果。
1.A 作为数据传输和处理的关键元件，移位寄存器
在数字系统中广泛应用于串行通信、数据转换、 算术运算和程序控制等领域。
1.C 进制数的乘除运算和二进制数的位移操作。 在算术运算中，移位寄存器可以快速实现二
1.B 转换，便于长距离数据传输和节省硬件资源。
通过移位操作，可以实现数据的串行/并行
1.D 在程序控制中，移位寄存器用于实现机器 指
移位寄存器
在数据传输、算术运算、序列检测等场景中应用较多，特别 是在通信和控制系统中。
数字电路中的计数器和移位寄存器
数字电路中的计数器和移位寄存器在数字电路中，计数器和移位寄存器是两个常用的元件，用于实现不同的功能。
计数器可以用于计算输入信号的频率、计数场合和控制电路等。
移位寄存器则用于数据的移位和存储。
本文将详细介绍计数器和移位寄存器的原理、应用以及设计注意事项。
一、计数器计数器是一种重要的数字电路元件，广泛应用于各种电子设备中。
计数器按照工作原理的不同，可以分为同步计数器和异步计数器。
1. 同步计数器同步计数器是一种在时钟信号的控制下进行计数的计数器。
它使用时钟信号来同步所有的触发器，保证在时钟边沿进行计数操作。
同步计数器的输入信号可以是来自外部的信号，也可以是内部产生的。
同步计数器通常由触发器级联构成，每一个触发器代表计数器中的一个位。
当所有的触发器都到达最大计数值时，计数器就会归零重新开始计数。
2. 异步计数器异步计数器是一种不需要时钟信号进行计数的计数器。
它的计数操作是以输入信号的变化边沿触发的。
异步计数器通常由触发器和门电路组成，输入信号的变化会通过门电路产生控制信号，触发器根据控制信号进行计数操作。
异步计数器在工作时需要特别注意输入信号的稳定性和时序关系，以确保计数的准确性。
二、移位寄存器移位寄存器是一种可以实现数据的移位和存储的元件。
移位寄存器可以分为串行移位寄存器和并行移位寄存器两种。
1. 串行移位寄存器串行移位寄存器是一种将数据逐位进行移位操作的寄存器。
它可以将输入数据从一个端口输入，并从另一个端口输出。
串行移位寄存器通常由触发器和移位电路组成，触发器用于存储数据，移位电路用于实现数据的移位操作。
串行移位寄存器的移位操作可以是向左移位或向右移位。
2. 并行移位寄存器并行移位寄存器是一种同时对多个数据位进行移位操作的寄存器。
它可以将输入数据从一个端口输入，并从另一个端口输出。
并行移位寄存器通常由多个触发器构成，每个触发器用于存储一个数据位。
通过控制信号，可以将输入数据同时存储到各个触发器中，并且可以同时从各个触发器中读取数据。
电路中的计数器与寄存器
电路中的计数器与寄存器在数字电路中，计数器和寄存器都是常见的模块，它们在数字电路设计中扮演着重要的角色。
本文将讨论计数器和寄存器的基本概念、工作原理以及在电路中的应用。
一、计数器计数器是一种电子电路，可以在一定的条件下沿着二进制序列计数。
计数器的输出可以用于控制其它电路模块或作为计数器的结果输出。
计数器的类型有很多种，如二进制计数器、BCD计数器、环形计数器等。
这里以二进制计数器为例。
1.二进制计数器的工作原理二进制计数器是一种递增计数器，其状态在每次时钟脉冲到来时加1。
在二进制计数器中，计数器的输出由一组二进制数字表示。
当计数器的输出超过计数器的最大值时，输出会回到初始值，形成循环计数的效果。
2.二进制计数器的应用二进制计数器常用于控制数字电路中的定时器、驱动器和脉冲发生器等。
例如，在串口通信控制电路中，常用二进制计数器产生波特率时钟。
此外，二进制计数器还可以用于嵌入式系统中的定时器和计数器。
二、寄存器寄存器是一种用于存储和保持数字数据的电子电路。
寄存器通常由多个存储单元构成，每个存储单元都可以存储一个二进制数字。
寄存器可以进行读和写操作，其读写操作可以通过时钟控制以实现同步。
1.寄存器的工作原理寄存器可以看作是一种由存储单元组成的存储器。
寄存器的输入和输出都通过存储单元完成。
寄存器的时钟触发器控制输入数据被存储到指定的存储单元中，同时输出数据从指定的存储单元中读出。
由于时钟控制，输入数据和输出数据的同步可以保证。
2.寄存器的应用寄存器作为一种数据存储器件，在数字电路中被广泛应用。
例如，在CPU中，寄存器用于存储操作数和结果。
在图像处理和音频处理电路中，寄存器用于存储图像和音频数据以及中间结果。
此外，寄存器还可以用于计时器、数据缓存、逻辑控制等方面。
结论计数器和寄存器是数字电路中常见的模块，它们在数字电路设计中扮演着非常重要的角色。
计数器可以逐步计数并产生输出信号，用于控制其它电路模块或输出计数器的结果。
寄存器移位寄存器课件
时序逻辑电路
举例说明工作原理
移位 输入 移位寄存器中的数
脉冲 数据 Q0 Q1 Q2 Q3
0
000 0
1 1 100 0
2 0 010 0
3 1 101 0
4 1 110 1
设串行输入数码 DI= 1011，电路初态为 Q3Q2Q1Q0= 0000。
在 4 个移位脉冲作 用下，串行输入的 4 位 数码 1011 全部存入寄 存器，并由 Q3、Q2、 Q1 和 Q0 并行输出。
时序逻辑电路
数字电子技术 第十七讲
时序逻辑电路
第 7 章 时序逻辑电路
寄存器和移位寄存器 小结
时序逻辑电路
7.4 寄存器和移位寄存器
主要要求：
理解寄存器和移位寄存器的作用和工作原理。 了解集成移位寄存器的应用。
时序逻辑电路
一、寄存器 RegQis0t~erQ，3用是于同存时放输二出进的制，数这码种。输出 方式称并行输出。
可见，移位寄存器除了能寄存数码外， 还能实现数据的串、并行转换。
时序逻辑电路
时序逻辑电路
左移位寄存器
左移输出
Q0
Q1
Q2
Q3 DI
左移输入
FF那0 么，左F移F1位寄存器FF又2是怎样的FF呢3 ？
D0 1D C1
D1 1D C1
D2 1D C1
D3 1D C1
CP 移位脉冲
移位寄存器结构特点： 各触发器均为 D 功能且串联使用。
DQ00 Q0 QD1 Q1 QD2 Q2 QD3 Q3
4 位 寄
FF0 1D C1 R
FF1 1D C1 R
FF2 1D C1 R
FF3 1D C1 R
存
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0 1 1 1 0 0 0 1
1 1 1 0 0 0 1 0
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1 0 0 0 1 0 1 1
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P153J3-设计过程-方法二
• 2、检查QC 、 QB 、 QA 八组三位码，无 重码，取74194的低三位输出端可行。若 有重码，74194的输出端取四位，按16种 状态填写状态表。 • 3、根据状态表，写出SR的逻辑表达式：
12
P150J2-设计过程
74LS161是同步置数，异步清零十六进制 （M=16）计数器，其功能表 如下
CLR LOAD ENP
ENT CLK QD QC QB QA
φ φ 0 0 0 0
功能
异步清零
0
1
φ
1 1 1 1
0 1 1 1
φ 1 0 φ
φ 1 1 0
↑ ↑ φ φ
D B C A 0000~1111 QnD QnB QnC QnA QnD QnB QnC QnA
4
P153J3-设计过程-方法一
修改预置数为10111000，再改 S1S0=“10”，从U1的QA依次输出 10111000，同时返送到U2的左移输入 端，使其不断循环，实现左移输出。 此类电路需预置数后再启动。为了避免 预置数（加电即可产生所需序列信号） 可用一片74LS194外加组合电路（门电 路或数据选择器）设计。
5
P153J3-设计过程-方法二 • 74LS194加组合电路设计： • 1、确定数据移动方向，填写状态表。
右移： 194 S1S0=“01”，Q 端的数低位向高 位移动， SR的 数送QA 。 QD先 输出， QC、 QB 、 QA的输出经数据 反馈电路后送SR。
QD QC QB QA SR
1 0 1 1 1 0 0 0
QD QC QB QA 1 0 1 1
194
0 1 1 1 0 0 0
1 1 1 0 0 0 1
1 1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0 1
0 0 0 1 0 1 1
位输出端连接151 的地址端，最高 位不用，否则需 按16种状态设计。 151的输出端W连 接194的SR端。
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P153J3-设计过程-方法三
9
P153J3-设计过程-方法三
A 151 C 1 0 1 1 B 1 1 A 0 1 / 1 0 SL QD QC QB QA B C / D0= D2= D3= D5=1，其余为“0” D0= D2= D5= D6=1，其余为“0”
194
0 0 1 0 1
1
0 0 0 1 0
1
1 0 0 0 1
18
谢 谢！
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寄存器与移位寄存器 计数与分频电路
实验课题
一、P153J3
用标准数字电路器件中的移位寄存器 设计一个序列信号发生器，其输入信 号为时钟CP，输出信号为序列码F。 实验任务要求是： 1.序列发生器模值M=8： 2.各个码位上的码值为00011101， 最右端码位为最先输出的低位： 3.测量时钟信号CP和F的波形。 4.用一片74194和其它器件实现
DSR Q A QC QA Q B QC QB QC
• 4、根据逻辑表达式画出数据反馈电路。
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P153J3-设计过程-方法三 • 5、数据反馈电路也可用74151实现：
151 / / A C B B C A D0= D2= D5= D6=1，其余为“0” D0= D2= D3= D5=1，其余为“0” SR 1 右移时194的低三
0
1 1 0 0 0
1
1 1 1 0 0
0
左移时194的高三位输 出端连接151的地址端， 最低位不用，否则需按 16种状态设计。 151的输出端W连接194 的SL端。 也可根据状态表写出SL 的逻辑表达式，然后用 10 门电路实现。
P153J3-调测 用双踪示波器同时观测CP和F 的波形。触 发信源应选择F 的通道。至少显示F 一个 完整的周期。 记录波形时必须注意CP和F 波形对应的时 间关系。
F
CP
T
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二、 P150J2
实验课题
用预置法设计一个计数电路。实验要求是：① M=7，并且具有自启动特性；②测试出其各个 输出端波形的时间关系；③测试其自启动特性。 用模N的计数器构成模M的计数器(N>M)，一 般采用同步置数的方法。可采用置最小数法、 置“0”法和置最大数法。基本思路是使计数器 从预置状态开始计数，当计到满足模值为M的 终止状态时产生置数控制信号，下一CP周期 进行置数，重复计数过程，从而实现模M的计 数。
Qn 2 Qn 1 Qn 1 Qn 3 Qn 3
3
CR M0 M1 CP DSR DSL D0 D1 D2 D3 Qn+10 Qn+11 Qn+12 Qn+13 × 1 ×
0 1 1 0 0
清除 并入
保持Biblioteka × 1 ×0 0 0 1 1
× ↑ 0
× ↑ ↑ ↑ ↑
× × ×
× 1 0 × ×
0 d0
Qn 0 1 0 Qn 1 Qn 1
同步并入 8421计数 保持RCO=RCOn 保持RCO= 0
13
P150J2-设计过程
反馈函数 QD QC QB QA RCO CP 74LS161 ABCD 预置数 P T CR “1” LD
用74161构成模M计数器的示意图
14
P150J2-设计过程
置“0”法：同步预置数为全“0”。对于同步预置 加计数器，反馈状态为（M－1），本例中反馈状 态为7－1=6，即计数器从“000”计到“0110”。可 检测QC、QB为“1”，与非反相后置数。 置最大数法：预置数为计数器工作循环中的最大 数，最大数=N。对于同步预置加计数器，反馈状 态为（M－2），本例中反馈状态为7－2=5，即计 数器从“1111”计到“0101”。可将QD反相再和QC、 QA为“1”，与非反相后置数。 置最小数法：同步预置最小数，最小数=N－M。 本例中最小数=16-7=9，即计数器从“1001”计到 “1111”。可利用“RCO”经反相后置数。电路最简 15 单。
P150J2-调测
以置“0”法为例： 用双踪示波器同时观测、记录CP和QC的 波形。触发信源应选择QC的通道。至少 显示QC一个完整的周期，并注意查验、 确认QC一个的周期的起始位置。 将观测CP的探头依次分别观测、记录QB、 QA波形。 在示波器上QB、 QA 一个的周 期的起始位置和QC的起始位置相同。 记录波形时必须注意CP、 QC 、 QB、 QA 各波形的时间关系。
0 d1
Qn 1 Qn 0 Qn 0 Qn 2 Qn 2
0 d3
Qn 3 Qn 2 Qn 2 1 0
右移
左移
右移：低位往高位移、左移：高位往低位移
P153J3-设计过程-方法一 两片74LS194级连，预置“00011101”，使用右移，从U2 的QD依次输出10111000，同时返送到U1的右移输入端， 使其不断循环输出。图中J1置 “1” （S1S0=“11”）时， 电路预置数。J1置“0” （S1S0=“01”）时，进行右移。
17
自启动性测试步骤（静态测试）
1、CP接单脉冲K9，输入端口D、C、B、A接逻辑电平 K1-K8任意四个，输出端口QDQCQBQA接逻辑电平显 示L1-L8任意四个。 2、置偏离态： （1）使LD接0，DCBA=偏离态； （2）给一个CP，使QDQCQBQA=偏离态。 3、观察状态： （1）将LD、D、C、B、A恢复回原电路； （2）给若干个CP，观察QDQCQBQA能否进入有效循 环中的状态。若能，则电路具有自启动性；若不能， 则电路没有自启动性。
2
P153J3-设计过程
74194是4位串入、并入-串出、并出双向移存器。其功能表如下： 功能
输 0 1 1
1 1 1 1 1
入 × × ×
× × × 1 0
输 × × × × d0 d1 d2 d3 × × × ×
× × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×
出 0 d2
输出F可在74194的任一Q端获得，最 好不用数据反馈电路的输出端。因 74194的两个或两个以上Q端翻转时 有延时（功能冒险），使得数据反馈 电路的输出有“毛刺”。 若74194采用左移：S1S0=“10”，Q端 的数高位向低位移动， SL的数送QD 。 QA先输出， QD、 QC 、 QB的输出经 数据反馈电路后送SL。
16
使用数字示波器注意事项
使用数字示波器同时观测两路数字信号时应遵循以下 基本操作规则： 各通道的输入耦合方式置“直流” 两路信号分上、下半屏显示，勿重叠。认清各通道 的横坐标位置。 各通道的垂直偏转灵敏度置1V～2V /div。 水平偏转灵敏度应调整到最大周期 信号至少能显示 一个完整的周期。 内触发信源应选择显示最大周期 信号的通道。必要 时可采用“脉宽”触发方式。 触发电平（LEVEL）标志线应调整到最大周期 信 号的波形上。