数字电路寄存器

时序-概述一、时序电路的特点1.定义任何时刻电路的输出，不仅和该时刻的输入信号有关，而且还取决于电路原来的状态。2.电路特点(1)与时间(CP)有关；(2)含有记忆性的元件(触发器)。组合逻辑电路存储电路…………x1…xiy1…yjw1wkq1ql输入输出继续二、时序电路逻辑功能表示方法1.逻辑表达式（三大方程）(1)输出方程)](),([)(nnntQtXFtY(3)状态方程)](),([)(1nnntQtWHtQ(2)驱动方程)](),([)(nnntQtXGtW2.状态表、状态图、时序图（卡诺图）组合逻辑电路存储电路…………x1…xiy1…yjw1wkq1qlx1y1y2JKQ1Q2x21J1KC1CP继续输出方程：输出变量的表达式。驱动(激励)方程：触发器输入信号的表达式。状态(次态)方程：次态输出的表达式。驱动方程代入特性方程。时钟方程：控制时钟CP表达式继续x1y1y2JKQ1Q2x21J1KC1CP三、时序电路分类1.按功能划分：计数器、寄存器等2.按时钟控制方式划分：同步时序电路触发器共用一个时钟CP异步时序电路触发器不共用CP3.按输出信号的特性划分：Moore型)]([)(nntQFtYMealy型)](),([)(nnntQtXFtY存储电路Y(tn)输出WQX(tn)输入组合电路CPY(tn)输出CPX(tn)输入存储电路组合电路组合电路继续&1&&1DC1=1=11DC1ACPQ1Q1Q2Q2YFF1FF21DC1Q0Q0FF01DC1Q1Q1FF11DC1Q2Q2FF2CP&&给定时序电路分析电路组成时钟、输出方程驱动方程状态表、状态图求出状态方程说明功能触发器特性方程Qn+1=S+RQQn+1=DQn+1=JQ+KQQn+1=T⊕Q时序电路的基本分析方法例11J1KC1Q0Q0FF01J1KC1Q1Q1FF11J1KC1Q2Q2FF2CP&Y①写激励方程：J0=Qn2；K0=Qn2J1=Qn0；K1=Qn0J2=Qn1；K2=Qn1②求状态方程：Q0n+1=Qn2Qn0+Qn2Qn0Q1n+1=Qn0Qn1+Qn0Qn1Q2n+1=Qn1Qn2+Qn1Qn2nnnQKQJQ1=Qn2=Qn0=Qn1③写输出方程：Y=Qn2Qn1Qn0至此，我们写出了三大方程，但是，我们并不清楚这个电路的作用！Y=Qn2Qn1Qn0状态方程：Q0n+1=Qn2Q1n+1=Qn0Q2n+1=Qn1输出方程：Moore型的同步时序逻辑电路④计算，列写状态转换表：Y=Qn2Qn1Qn0状态方程：Q0n+1=Qn2Q1n+1=Qn0Q2n+1=Qn1输出方程：nQ2nQ0nQ110nQ12nQ11nQY00010010011101011111111101111100011100000001010111010101⑤由状态表画出状态转换图：000001011111110100/0/1/1/1/1/1010101⑥由状态图画时序图：/1/1CP000001011111110100000Q0Q1Q2Y注意：CP触发沿到来时相应的FF才会更新状态，否则保持原态。Q2Q1Q0/Y注意：不能漏掉任何可能出现的初态和输入的取值。（1）将输入变量和FF初态的取值分别代入状态方程和输出方程进行计算，求出每个FF的次态和输出的状态；（2）以得到的次态作为新的初态，和这时的输入变量取值一起重复该步骤。如此继续下去，将全部的计算结果列成真值表的形式——状态表。以圆圈表示电路的状态；用箭头表示状态转换的方向；箭头旁标注输入条件和输出结果④计算，列写状态转换表：⑤由状态表画出状态转换图：⑥由状态图画时序图：000001011111110100/0/1/1/1/1/1010101/1/1⑦功能说明:由状态图或时序图容易看出：每经过6个CP以后电路的状态循环变化一次，而Y输出一个0，现实生活中是什么东西具有这种规律呢？6进制计数器！Q2Q1Q0为计数状态，Y为进位。CP000001011111110100000Q0Q1Q2Y000001011111110100/0/1/1/1/1/1010101/1/1CP000001011111110100000Q0Q1Q2Y有效状态：被利用了的状态；有效循环：有效状态形成的循环；有效循环无效状态：没有用到的状态；无效循环：无效状态形成的循环；能自启动：电路存在无效状态，但没有形成无效循环，经过若干个CP后总能回到有效循环中；不能自启动：无效状态形成了循环。无效循环一般时序图只画出有效状态及有效状态下的输出。一个实际可用的时序逻辑电路，应该具有自启动的能力。相关概念n01QMJ{{n10QMJ1K01K1（2）写输出方程：本例Q1、Q0外没有其他输出，无输出方程解：电路分析：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写（1）写出驱动方程：1=1F1JC1KQQ=1F0JC1KQQ1Q1Q0MCP例2试分析下图所示时序逻辑电路继续Mealy型的同步时序逻辑电路（3）求状态方程（即各触发器的次态）（4）状态转换表及状态图n1n0n11n111n1Q)Q(MQKQJQn10QMJn0n1n00n001n0Q)Q(MQKQJQn1nn010QQQ1K0n1nn010QQQ1K1n01QMJ或：M=0时M=1时n1nn110QQQn1nn110QQQn1Qn0Q1n0Q1n1Q00001M00110010000110011001101001001011100Q1Q011M=0时M=1时00011010010011nn1nQKQJQ继续结论：该电路是一个能自启动的可逆3进制计数器1100011010010011M=0时M=1时（5）给定时序逻辑电路的逻辑功能无效状态无效状态自启动自启动有效循环有效循环M=03进制加法计数器，能自启动M=13进制减法计数器，能自启动下例例3&1&&1DC1=1=11DC1ACPQ1Q1Q2Q2YFF1FF2Mealy型的同步时序逻辑电路输入输出①驱动方程：nQD11nnQQAD212②状态方程：DQn1代入D触发器的特性方程：111DQn212DQnnnQQA21nQ1③输出方程：nnnnQQAQQAY2121nnnnQQAQQA2121状态方程：nnQQ111nnnQQAQ2112nnnnQQAQQAY2121输出方程：YAnQ2nQ112nQ11nQ①驱动方程：nQD11nnQQAD212DQn1代入D触发器的特性方程：状态方程：nnQQ111nnnQQAQ2112nnnnQQAQQAY2121输出方程：④计算，列写状态转换表：000010010100111011000001100111111101100110100000⑤由状态表画出状态图：④计算，列写状态转换表：⑤由状态表画出状态图：00011011A=000111001A=1/0/1/1/0/0/0/0/0000110110/00/00/00/11/01/11/01/0Q2Q1A/Y⑥功能说明:是一个四进制的可控计数器：A=0时，为加法计数器；A=1时，为减法计数器；YAnQ2nQ112nQ11nQ000010010100111011000001100111111101100110100000注意：（1）电路的状态是各个触发器的组合；（2）不能漏掉任何可能的输入和现态的取值组合；画状态转换图：（1）状态转换是现态到次态；（2）输出是现态的函数，不是次态的函数；（3）只有当CP边沿到来时，相应触发器才会更新状态。异步CP1=Q0例1：试分析如图所示的时序逻辑电路解：该电路为异步时序逻辑电路（1）时钟方程CP0=CP2=CP异步时序逻辑电路的分析方法n20QJ1KJ111K01K2n0n12QQJ（2）驱动方程F2JC1KQQF0JC1KQQQ2Q0CPJC1KQQF1Q1111继续（3）状态方程n20QJ1KJ111K01K2n0n12QQJn0n21n0QQQn0n1n2n2QQQQn11n1QQ(4)状态转换表、状态转换图CPCP2CP1CP0n0n1n2QQQ1n01n11n2QQQ1000001↓↓（CP0↓）（CP2↓）（CP1↓）0000011001010↓↓↓0101010011↓↓0111011100↓↓↓1001100000↓↓101010↓↓↓110010↓↓111000↓↓↓111110101无效状态有效循环无效状态nn1nQKQJQ继续（6）结论：能自启动的异步五进制加法计数器（5）时序图（设初态为000）QQQCP00000101001110000001212345继续1DC1Q0Q0FF01DC1Q1Q1FF11DC1Q2Q2FF2CP&&课下练习小结要求掌握时序逻辑电路的分析方法，重点是同步时序逻辑电路的分析。重要概念：三大方程：激励方程状态方程输出方程状态转换表：（关键）状态转换图：写激励方程求状态方程写输出方程列状态表画状态图画时序图说明电路功能写时钟方程同步可以忽略有效状态和有效循环：无效状态和无效循环：能自启动和不能自启动：寄存寄存器(Register)寄存：把二进制数据或代码暂时存储功能特点：暂存数据或代码，一般不对存储内容进行处理分类：基本寄存器（数码寄存器）移位寄存器通常由D触发器构成1、概念和特点结构特点：并行方式:串行方式:输入输出方式每一位数据对应一个输入端（输出端）,在CP作用下，各位同时输入（输出）只有一个输入端（输出端）,CP作用下，各数码逐位输入（输出）并行输入并行输出FF0FF1FFn–1D0D1Dn–1Q0Q1Qn–1控制信号101…0101…001010101串行输入串行输出2、基本寄存器（数码寄存器，简称寄存器）用来寄存一组二进制数据或代码；只能并行送入寄存器，也只能并行输出。由于一个触发器可以存储“1”位二进制信号，因此n位寄存器需要用n个触发器构成。寄存器可以存储多位二进制信息，如4位、8位、16位等，我们称之为n位寄存器，n为寄存器的长度。8位寄存器011010110110101111011011并行输入并行输出0110101101101011011010111101101111011011D0～D3是并行数据输入端Q0～Q3是并行数据输出端0111RD清零×↑10CP时钟××××d0d1d2d3××××××××D0D1D2D3输入0000d0d1d2d3保持保持Q0Q1Q2Q3输出工作模式异步清零数码寄存数据保持数据保持74LS175的功能表RD是异步清零控制端QD03VccQ15374LS175D2D6Q3CP2GND74QQD3205116211411Q110129QRQD10138继续3、集成寄存器74LS175二、移位寄存器寄存器左移(a)寄存器右移(b)寄存器双向移位(c)移位的概念：将寄存器所存储的各位数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位的方向，分成：左移、右移和双向移位寄存器。FFFFFFFF（1）串入－串出输入输出（2）串入－并出一个输入，一个输出串行数据并行数据FFFFFFFF输入输出（3）并入－串出FFFFFFFF输入输出（4）并入－并出FFFFFFFF输入输出并行数据串行数据移位寄存器有四种输入输出方式：常用于数据锁存。数据的串-并转换是实现计算机串行通信的重要操作。由D触发器构成的移位寄存器1234ABCD4321DCBA210QQQDRCP210QQDC1FD2QQDC1FD2QQDC1FD2DR是数据输入端，它在CP脉冲（移位脉冲）的作用下，输入数据逐个地输入寄存器状态方程为：R1n0DQn01n1QQn11n2QQ1.单向串行移位寄存器继续1234ABCD4321DCBADRCP120QQQ123456R1n0DQn01n1QQn11n2QQ