数字电路和模拟电路-9时序逻辑电路、计数器和寄存器

前言：结合之前的数字&模拟电路知识，了解时序逻辑电路概述，计数器，寄存器

目录

一、什么是时序逻辑电路?

二、时序电路的模型

三、时序逻辑电路的分类

1.同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路

2、计数器

（1）计数器:

（2）计数器的分类

（3）计数器举例

（4）异步二进制加法计数器的构成规律

（5）异步二进制减法计数器的构成规律

3、状态机:

 四、寄存器和移位寄存器

1、什么是寄存器?

2、寄存器的构成

3、寄存器的分类

4、并行寄存器74HC574

5、右移寄存器

6、左移寄存器

7、多功能寄存器（保持、右移、左移、并行置数)

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一、什么是时序逻辑电路?

组合电路:

电路的输出只与当前的输入有关，而与以前的输入无关。
结构:由门电路构成。

时序电路:

电路在某一给定时刻的输出，不仅取决于该时刻电路的输入，还取决于前一时刻电路的状态。
结构:组合电路+存储电路（触发器)。

二、时序电路的模型

 输出方程：

 驱动方程：

 状态方程：

例：时序逻辑电路举例——串行加法器

 上方电路是一个加法器，下方电路是D触发器，串联在一起组成了一个一位全加器。

10110101+00111011=11110000

三、时序逻辑电路的分类

1.同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路

同步时序电路:所有触发器由同一时钟脉冲源控制

异步时序电路:没有统一的时钟脉冲

例如:SPI、UART、IIC，下图属于同步时序电路

2、计数器

（1）计数器:

没有输入变量X，它仅仅在时钟控制下自动地改变状态，一般直接以触发器的状态作为输出。

例：T反触发器

（2）计数器的分类

按计数脉冲引入方式，分为异步和同步计数器
按进位制，分为二进制、十进制和N进制计数器
按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器

（3）计数器举例

 上图案例便是T反触发器，一个脉冲实现一个反转。

分析：

CP低电平，下降沿触发，通过D触发器反转，Q0变为高电平

Q0下降沿触发，通过D触发线，又导致Q1变为高电平

Q1下降沿触发，需要等待Q0下降沿触发，带动Q1下降沿触发，带动Q2低电平变为高电平

从而实现了计数、分配、定时的功能。

（4）异步二进制加法计数器的构成规律

• 用T'触发器构成;
• 若触发器要求用上升沿触发，则应用前级Q作为下级的CP，若触发器要求用下降沿触发，则应用前级的Q反作为下级的CP。

（5）异步二进制减法计数器的构成规律

• 用T’触发器构成;
• 若触发器要求用上升沿触发，则应用前级Q作为下级的CP，若触发器要求用下降沿触发，则应用前级的Q反作为下级的CP。

思考:如何用触发器构成3位二进制(8进制）加法计数器。

 

思考:如何用触发器构成3位二进制(8进制）减法计数器。 

3、状态机:

除了时钟信号之外，还有输入信号X，它通过对输入信号X的响应实现状态转移。分摩尔型(Moore）状态机和米里型(Mealy）状态机两类。
摩尔型状态机:输出只和现态有关，与输入无关。如下图：

 米里型状态机:输出不仅和现态有关，还和输入有关。

 四、寄存器和移位寄存器

1、什么是寄存器?

寄存器用于寄存一组二值代码，广泛地用于数字系统和数字计算机中。

2、寄存器的构成

寄存器一般用D触发器构成。（透明触发器）

3、寄存器的分类

寄存器主要分并行寄存器和移位寄存器两种。

4、并行寄存器74HC574

 只有CP脉冲的上升沿到来后，数据才能存入寄存器。实现了并行寄存器

思考:74HC574与并行锁存器74HC573有什么区别?

5、右移寄存器

寄存器工作波形

 8位移位寄存器74HC164

 R复位信号

6、左移寄存器

 从左往右

7、多功能寄存器（保持、右移、左移、并行置数)