數(shù)字邏輯設(shè)計(jì) 課件 unit 9 寄存器與計(jì)數(shù)器

Unit9RegistersandCounters

基本寄存器（Registers）

移位寄存器（ShiftRegisters）

計(jì)數(shù)器（Counters）

節(jié)拍發(fā)生器（BeatGenerator）

Registers

一個(gè)n

位寄存器由

n個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，能存放n

位二進(jìn)制數(shù)。各種觸發(fā)器均能構(gòu)成寄存器，用D

觸發(fā)器最簡單。10104位寄存器

基本寄存器功能表同步時(shí)序功能條件寄存器輸出異步清零ClrN=0Q3Q2Q1Q0=0000保持ClrN=1,

且Load=0Qn+13Qn+12Qn+11Qn+10=Qn3Qn2Qn1Qn0

寫入ClrN=1,Load=1,clk↓

Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0讀出En=0Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0LoadClrNCLKQ3Q2Q1Q0D3D2D1D0ClrCEClrCEClrCEClrCEEnClrCEClrNEnLoad

CLKQD44ParallelAdderwithAccumulatorX=X+YRegisterTransfers1.初始化清零：ClrN=0，則Qn

…..Q0=0,即Xn

…..X0=02.ClrN=1,將yi送到全加器輸入端3.執(zhí)行Si=yi+xi4.存儲(chǔ)累加和:ClrN=1,Ad=1,CLK↑到來時(shí),寄存器Qi=Si需要清零操作AdCLKClrNxnxix2x1xnxix2x1snsis2s1ynyiy2y1cncic2C1=0Cn+1Ci+1c3QDQDQDQDCECECECEQ’Q’Q’Q’ShiftRegisters

1.右移寄存器（Right-ShiftRegister）(1).串行輸入/串行輸出（SI/So）Applications:DelaylineShiftingthestoreddatatothenextflip-flop單向移位寄存器——

寄存器里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在移位脈沖的作用下依次的左移或右移。

可以實(shí)現(xiàn)代碼的串行→并行轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等。應(yīng)用：時(shí)間延遲Q3D3CECEQ2D2Q1D1Q0D0CECEShiftClockSerialin(SI)Serialout(SO)CPY3Y4D4Q4D3Q3D2Q2D1

Q1Y2Y11101CPY4Y2Y3

CP

D1

Y4Y3Y2Y1

0000

11000001001101011101Y1D00001000010010101101(2).串入/并出（Serialin/Parallelout）S/PsignalconvertorShiftRegisters

(3).Parallelin/ParalleloutQ3Q2Q1Q0D3D2D1D0(SO)Serialout(SI)Serialin(Sh)ShiftEnable(L)LoadEnableCLK2.Applications——

(1).環(huán)形計(jì)數(shù)器（RingCounter）

Counter:AcircuitthatcyclesthroughafixedsequenceofstatesCPY3Y4D4

10D3

10D2

10D1

10Y2Y1

ShiftRegisters

1000010000100001常用狀態(tài)圖不常用狀態(tài)圖110001100011100111011110011110110000111101011010

優(yōu)點(diǎn):

電路簡單,輸出具有二進(jìn)制譯碼器的特點(diǎn)

缺點(diǎn):

只使用了

n

個(gè)狀態(tài)(total

states:

2n)

不能自啟動(dòng)CPQ3Q4D4

10D3

10D2

10D1

10Q2Q1

2.Applications(2).扭環(huán)形計(jì)數(shù)器(JohnsonCounter/TwistedRingCounter)帶反饋的右移寄存器ShiftRegisters

0000100000110001110011101111011101001010001010011101011010110101常用狀態(tài)圖不常用狀態(tài)圖優(yōu)點(diǎn)：

無險(xiǎn)象后級(jí)每個(gè)譯碼門只需要2個(gè)輸入端

模8計(jì)數(shù)器ShiftRegisters

輸入譯碼輸出Q3Q2Q1Q0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7000010000000100001000000110000100000111000010000111100001000011100000100001100000010000100000001X0XXX0010001111000011110Q3Q2Q1Q0XXX000X0X0XXX0000001111000011110Q3Q2Q1Q0XXX100X0Y0=Q3Q0Y1=Q3Q200001000001100011100111011110111常用狀態(tài)圖環(huán)形計(jì)數(shù)器波形圖扭環(huán)形計(jì)數(shù)器波形圖ShiftRegisters

3.雙向移位寄存器Rd

——清零WAC

——寫入使能WR——右移使能WL

——左移使能WCB——輸出使能CP0

1D30

1D20

1D1RdWCBB1B2B3C2C1C3+++C2C4A3C1C3A2C0C2A1WACWRWLB3＝C3WCBB2＝C2WCBB1＝C1WCBD3＝A3WAC＋C4WR＋C2WLD2＝A2WAC＋C3WR＋C1WLD1＝A1WAC＋C2WR＋C0WLC3n+1＝D3C2n+1＝D2C1n+1＝D1outputequationsInputequationsNext-stateequationsCP0

1D30

1D20

1D1RdWCBB1B2B3C2C1C3+++C2C4A3C1C3A2C0C2A1WACWRWL（1）LoadA1～A3inregisterLet:WAC＝1,WR＝

WL＝0D3＝A31＋C40＋C20＝A3D2＝A21＋C30＋C10＝A2D1＝A11＋C20＋C00＝A1C3n+1＝D3＝A3

C2n+1＝D2＝A2C1n+1＝D1＝A1BidirectionalShiftRegisters

WhencpBidirectionalShiftRegisters

（2）Rightshift

Let:WR＝1，WL＝

WAC＝0C3n+1＝D3＝

C2n+1＝D2＝C1n+1＝D1＝

A30＋C41＋C20＝C4

A20＋C31＋C10＝C3

A10＋C21＋C00＝C2WhencpBidirectionalShiftRegisters

（3）Leftshift

Let：WL＝1，WR＝

WAC＝0C3n+1＝D3＝

C2n+1＝D2＝C1n+1＝D1＝

A30＋C40＋C21＝C2

A20＋C30＋C11＝C1

A10＋C20＋C01＝C0WhencpLet：WCB＝1B3＝C3WCBB2＝C2WCBB1＝C1WCB＝C3＝C2＝C1B3＝C3B2＝C2B1＝C1BidirectionalShiftRegisters

（4）Output寄存器每一個(gè)操作（寫入、讀出、左移、右移）都是在節(jié)拍的控制下完成的。不改變觸發(fā)器狀態(tài)的操作，只需要節(jié)拍電位.節(jié)拍節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖BidirectionalShiftRegisters

節(jié)拍：一種控制信號(hào)必須保證節(jié)拍脈沖的邊沿被節(jié)拍電位的有效電平完全覆蓋分類方式種類特點(diǎn)電路框圖示例時(shí)序邏輯電路按照時(shí)鐘信號(hào)的連接方式按照電路輸出與輸入及電路狀態(tài)的關(guān)系同步時(shí)序——

摩爾型電路（Moore）特點(diǎn)：所有的時(shí)鐘端連接在一起，狀態(tài)的改變同時(shí)發(fā)生

沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖同步，狀態(tài)的改變有先有后，不同時(shí)發(fā)生

容易產(chǎn)生毛刺異步時(shí)序——

米里型電路（Mealy）電路的輸出僅與現(xiàn)態(tài)有關(guān),與電路的輸入沒有直接關(guān)系;或者直接以電路狀態(tài)作為輸出。電路輸出與電路的現(xiàn)態(tài)及電路的輸入均有關(guān);Counters

Counters

確定系統(tǒng)變量（輸入變量、輸出變量、狀態(tài)變量）①列驅(qū)動(dòng)方程（控制函數(shù)）②列輸出方程（輸出函數(shù)）③列狀態(tài)方程（次態(tài)方程）④

列寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表⑤畫出狀態(tài)圖⑥畫出波形圖（如必要）時(shí)序邏輯電路的分析方法

RDCP1Y1

Q’QK3J3

Q’QK2J2

Q’QK1J1Y2Y3CP2CP31.異步計(jì)數(shù)器（Asynchronous

Counters）

Y1n+1=J1Q1+K1Q1＝Y(jié)1

Y3n+1＝J3Q3+K3Q3＝Y(jié)3

Y2n+1=J2Q2+K2Q2＝Y(jié)2

J1=K1=1CP1J2=K2=1CP2=Y1J3=K3=1CP3=Y2

InputequationsExampleNext-stateequationsMoore

Y3Y2Y1

Y3n+1Y2n+1

Y1n+1

CP3CP2CP1

10000012001010

3010011401110

051001016101110

7110111811

10

0

0

Y1n+1=J1Q1+K1Q1＝Y(jié)1

Y3n+1＝J3Q3+K3Q3＝Y(jié)3

Y2n+1=J2Q2+K2Q2＝Y(jié)2

J1=K1=1CP1J2=K2=1CP2=Y1J3=K3=1CP3=Y2

2.同步計(jì)數(shù)器（Synchronous

Counters）

Y2Y2CP0

1D30

1D20

1D1RdY1Y2Y3C2C1C3++Y3Y2Y1Y1Y2Y1Y3Y1Y3Y1n+1=D1

Y2n+1=D2

Y3n+1=D3

D3=Y3Y2Y1+Y3Y2+Y3Y1

=Y3Y2Y1+Y3Y2Y1

D2=Y2Y1+Y2Y1

D1=Y1InputequationsNext-stateequationsExampleY1n+1=D1

Y2n+1=D2

Y3n+1=D3

D2=Y2Y1+Y2Y1

D1=Y1

D3=Y3Y2Y1+Y3Y2+Y3Y1

=Y3Y2Y1+Y3Y2Y1

Y3Y2Y1

Y3n+1Y2n+1

Y1n+1

CP10000012001010301001140111005100101610111071101118111000

InputequationsNext-stateequationsUnit9RegistersandCounters

基本寄存器（Registers）

移位寄存器（ShiftRegisters）

計(jì)數(shù)器（Counters）

節(jié)拍發(fā)生器（BeatGenerator）

節(jié)拍發(fā)生器（順序脈沖發(fā)生器）——定義

在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi),在時(shí)鐘脈沖的作用下，產(chǎn)生一組在時(shí)間上有一定先后順序的脈沖信號(hào)作用

數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的控制部件利用順序脈沖形成所需要的各種控制信號(hào)，使某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作節(jié)拍發(fā)生器(BeatGenerator)

啟動(dòng)控制器工作

發(fā)送指令地址

取出指令

發(fā)送操作數(shù)地址

取出操作數(shù)

通知運(yùn)算器計(jì)算

發(fā)送保存結(jié)果的地址

保存結(jié)果例如：執(zhí)行result=A+10;CP1Y1

01K2J2

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