（ 1-1）
第 22章触发器和时序逻辑电路
(2)
（ 1-2）
22.2.1 数码寄存器寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。
四位数码寄存器
22.2 寄存器
Q3 Q2 Q1 Q0
& & & &
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
A0A1A2A3
取数脉冲接收脉冲
( CP )
DR
（ 1-3）
A0--A3：待存数据 Q0--Q3,输出数据工作过程,接收脉冲到达后，将待存数据送至各 D触发器,取数脉冲加入后将所存数据送出。
Q3 Q2 Q1 Q0
& & & &
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
A0A1A2A3
取数脉冲接收脉冲
( CP )
DR
（ 1-4）
22.2.2 移位寄存器所谓,移位,，就是将寄存器所存各位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成 左移寄存器,右移寄存器 和 双向移位寄存器 三种：
寄存器左移
(a)
寄存器右移
(b)
寄存器双向移位
(c)
（ 1-5）
Q
Q D
Q
Q D
Q
Q D
Q
Q D
& & & &
A0A1A2A3
SD
RD
CLR
LOAD
移位脉冲
CP
0串行输出数 据 预 臵
3 2 1 0
存数脉冲清零脉冲
SD
四位并入 -
串出的左移寄存器设 A3A2A1A0 ＝ 1011,在存数脉冲作用下，并行输入数据，使 Q3Q2Q1Q0 ＝
1011 。
1
移位脉冲串行输出
（ 1-6）
D0 ＝ 0
D1 ＝ Q0
D2 ＝ Q1
D3 ＝ Q2
1 0 1 1 0 1 1 0
0 1 1 0 1 1 0 0
1 1 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0
并入初态 Q3Q2Q1Q0 ＝ 1011
Q3 Q2
D1
Q0
D0
移位脉冲
CP
0串行输出 D2D3 Q2Q3 Q1 Q0
Q1
左移过程
（ 1-7）
用波形图表示如下：
1 0 1 1 0 1 1 0
0 1 1 0 1 1 0 0
1 1 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0
并入初态 Q3Q2Q1Q0＝ 1011
Q3
Q2
Q1
Q0
CP
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
Q3 Q2
D1
Q0
D0
移位脉冲
CP
0串行输出 D2D3 Q2Q3 Q1 Q0
Q1
（ 1-8）
四位串入 - 串出的 左移 寄存器：
D0 ＝ L
D1 ＝ Q0
D2 ＝ Q1
D3 ＝ Q2
“L”即需左移的输入数据,
串行输入
L
Q3 Q2
D1
Q0
D0
移位脉冲
CP
串行输出 D2D3 Q2Q3 Q1 Q0
Q1
数据由 Q3
串行输出
（ 1-9）
D1 ＝ Q2
D2 ＝ Q3
D3 ＝ R
D0 ＝ Q1
四位串入 - 串出的 右移 寄存器：
Q
D
Q
Q3 D
Q
D
Q
D
移位脉冲
CP
串行输出Q1Q2 Q0
串行输入
R
“R”即需右移的输入数据数据由 Q0
串行输出
（ 1-10）
构成原理：既能左移又能右移。
给移位寄存器设臵一个控制端如 S，令 S＝ 0 时左移； S＝ 1时右移即可。
集成组件 74LS194就是这样的多功能移位寄存器。
双向移位 寄存器
D0 ＝ L
D1 ＝ Q0
D2 ＝ Q1
D3 ＝ Q2
左移
D1 ＝ Q2
D2 ＝ Q3
D3 ＝ R
D0 ＝ Q1
右移
D0 = SL ＋ SQ1
D2 = SQ1 ＋ SQ3
D3 = SQ2 ＋ SR
D1 = SQ0 ＋ SQ2
双向移
（ 1-11）
VCC QA QB QC QD S1 S0CP
16 15 14 13 12 11 10 9
1 3 4 5 6 7 82
QA QB QC QD CP S1
S0CLR
LDCBAR
A B C DR LCLR GND
74LS194
右移串行输入左移串行输入并行输入工作方式控制
（ 1-12）
VCC QA QB QC QD S1 S0CP
16 15 14 13 12 11 10 9
1 3 4 5 6 7 82
QA QB QC QD CP S1
S0CLR
LDCBAR
A B C DR LCLR GND
74LS194
0
1
1
1
1
0 0
0 1
1 0
1 1
直接清零保 持右移 (从 QA向右移动 )
左移 (从 QD向左移动 )
并入
CLR CP S1 S0 功 能
（ 1-13）
计数器的功能和分类
1,计数器的 功能记忆输入脉冲的个数。用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。
2,计数器的 分类同步计数器和异步计数器。
加法计数器、减法计数器和可逆计数器。
有时也用计数器的计数循环规律 (或称模数 )来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二－十进制计数器等等。
22.3 计数器
（ 1-14）
22.3.1 二进制计数器
（ 1）二进制异步加法计数器（ 4位）
在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为,异步计数器,。
（ 1-15）
Q0D0 Q1D1 Q2D2
Q0 Q1 Q2
CP
计数脉冲
Q2Q1Q0 Q Q0 1
0 0 0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0 0
1
0 1
01
1 0
1
1 1
00
0 0
0
1
0 1
结论：
1,各触发器间时钟不一致，
所以称异步计数器；
2,Q2Q1Q0各位间为二进制关系；
3,计数从 000开始到 111结束，然后循环，所以称加法计数。
（或上叫上行计数）
例 1 三位二进制 异步 加法计数器
（ 1-16）
每当 Q2由 1变 0,FF3向相反的状态翻转一次。
每来一个 CP的下降沿时,FF0向相反的状态翻转一次；
每当 Q0由 1变 0,FF1向相反的状态翻转一次；
每当 Q1由 1变 0,FF2向相反的状态翻转一次；
1J
1K
C1
2
Q
1
Q
CP
FF
3
R
∧
1K
FF
2
1J
C1
R
∧
1K
FF
1
Q
1J
0
C1
R
∧
R
0
FF
∧
1J
C1
1K
Q
3
1
CR
计数脉冲清零脉冲
Q Q Q Q
例 2 四位二进制 异步 加法计数器
（ 1-17）
电路的时序波形图和状态图。
CP
Q 0
Q 1
Q 2
Q 3
0001 0011 0110
1010
0010
1000
0101
1001
0100
Q
11011111
0
1110
Q
3
1011
Q
1
0000
1100
Q
2
0111
（ 1-18）
(2)同步二进制加法计数器在同步计数器中，各个触发器都受同一输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为,同步计数器,。
例 3,三位二进制同步加法计数器
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0
&
计数脉冲
CP
（ 1-19）
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0
&
计数脉冲三位二进制同步加法计数器
CP
分析步骤,
1,先列写控制端的逻辑表达式：
J2 = K2 = Q1 Q0
J1 = K1 = Q0
J0 = K0 = 1
Q0,来一个 CP，翻转一次；
Q1：当 Q0＝ 1时，可随 CP翻转；
Q2：只有当 Q1Q0＝ 11时，才能随 CP翻转。
（ 1-20）
2,列写状态表，分析其状态转换过程。
1 0 0 1
0 0 0 0
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
CP Q2 Q1 Q0
8 0 0 0
J2 = K2 = Q1 Q0
J1 = K1 = Q0
J0 = K0 = 1
（ 1-21）
CP
Q0
Q1
Q2
3,用波形图显示状态转换关系注意,各触发器均在 CP的下降沿翻转。
（ 1-22）
FF
1K
R
C1
1J
清零脉冲
Q
0
1K
1
Q
∧
Q
FF
C1
1J
Q
∧
1K
计数脉冲
&
2
2
FF
1J
& &
0
1J
Q
CP
3
∧
R
1K
Q
CR
Q
C1
1
∧
&
R R
3
FF
C1
Q
1
FF0：每来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。 J0=K0=1
FF1：当 Q0=1时,来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。 J1=K1= Q0
FF2：当 Q0Q1=1时,来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。 J2=K2= Q0Q1
FF3,当 Q0Q1Q2=1时,来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。
J3=K3= Q0Q1Q2
例 4,四位二进制同步加法计数器
（ 1-23）
计数脉冲序号电 路 状 态 等效十进制数Q3 Q2 Q1 Q0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
0 0 0 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
J0=K0=1
J1=K1= Q0
J2=K2= Q0Q1
J3=K3= Q0Q1Q2
（ 1-24）
例,二进制异步减法计数器工作原理,D触发器也都接成 T’触发器 。
由于是上升沿触发,则应将低位触发器的 Q端与相邻高位触发器的时钟脉冲输入端相连,即从 Q端取借位信号 。
C1 CP
FF 3
1D
∧
Q
3
计数脉冲
Q
R
Q
3
1D
Q
Q
2
2FF
∧C1
R
2
Q
1D
Q
Q
1
1FF
∧C1
R
1
Q
1D
Q
Q
0
0FF
∧C1
R
0
Q
清零脉冲CR
（ 1-25）
时序波形图和状态图
CP
Q 0
Q 1
Q 2
Q 3 23 1 0
Q QQ Q
0000 1111 1110 1101 1100 1011
10011010
10000111
011001010100001100100001
（ 1-26）
1,同步十进制加法计数器
（ 1）写出驱动方程：
10?J 10?K
nn QQJ 031? nQK
01?
nn QQJ 012? nn QQK 012?
nnn QQQJ 0123? n03 QK?
Q
Q
1K
R
1J
2
Q
C1
0
∧C1
1
1J
FF
R
Q
计数脉冲清零脉冲CR
∧
0
∧
Q
1J
R
FF
Q
1
1K
C1∧
3 FF
1K
R
FF
C1
CP
2
Q
1
Q
1K
1J
3
&
&
& &22.3.2 十进制计数器
（ 1-27）
状态转换表现 态 次 态
Q3 n Q2 n Q1 n Q0 n Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1
0 0 0 0 1000
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
0100
1100
0010
0000
1010
0110
1110
0001
1001
nn QQJ 031?
10?J 10?K
nQK 01?
nn QQJ 012? nn QQK 012?
nnn QQQJ 0123? n03 QK?
（ 1-28）
状态图和时序图
23 1 0
Q QQ Q
0000
1000
010000110001 0010
1001
01010110
0111
CP
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
（ 1-29）
电路能否自启动由于电路中有 4个触发器,它们的状态组合共有 16种 。 而在计数器中只用了 10种,称为有效状态 。 其余 6种状态称为无效状态 。
当由于某种原因,使计数器进入无效状态时,如果能在时钟信号作用下,最终进入有效状态,我们就称该电路具有 自启动 能力 。
1001
0000
1
0001
Q
3
0101
0010 0100
QQ
有效循环
0011
Q
011001111000
02
11111110
1101
1100
1010 1011
可见,该计数器能够自启动 。
（ 1-30）
2,异步十进制加法计数器
CP2=Q1（ 当 Q1由 1→ 0时,Q2可能改变状态 ）
CP0=CP （ 时钟脉冲源的下降沿触发 ）
CP1=Q0 （ 当 Q0由 1→ 0时,Q1可能改变状态 )
CP3=Q0（ 当 Q0由 1→ 0时,Q3可能改变状态 )
1J
1K
C1
2
Q
1
Q
CP
FF 3
R
∧
1K
FF 2
1J
C1
R
∧
1K
FF 1
Q
1J
0
C1
R
∧
R
0FF
∧
1J
C1
1K
Q
3
1
CR
计数脉冲清零脉冲
Q Q Q Q
&
10?J 10?K
nQJ 31? 1
1?K
12?J 12?K
nn QQJ 123? 13?K
各触发器的驱动方程
（ 1-31）
状态转换表现 态 次 态 时钟脉冲
Q3 n Q2 n Q1 n Q0 Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 CP3 CP2 CP1 CP0
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1000
0100
1100
0010
0000
1010
0110
1110
0001
1001
↓000
↓↓0↓
↓000
↓↓↓↓
↓↓0↓
↓000
↓↓0↓
↓000
↓↓↓↓
↓001
10?J 1
0?K
nQJ 31?
11?K
12?J 12?K
nn QQJ 123? 13?K
CP2=Q1
CP0=CP
CP1=Q0
CP3=Q0
（ 1-32）
22.3.3 任意进制计数器的分析
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0 计数脉冲
CP
J2 = Q1 Q0,K2 ＝ 1
J1 = K1 ＝ 1
J0 = Q2,K0 ＝ 1
（ 1-33）
J2 = Q1 Q0,K2 ＝ 1
J1 = K1 ＝ 1
J0 = Q2,K0 ＝ 1
CP2=CP
CP0=CP
CP1=Q0
1 0 0 1
0 0 0 0
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 0 0 0
CP Q2 Q1 Q0
（ 1-34）
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0 计数脉冲
CP结论：
（ 1）电路计数循环由 000到 100，所为 五进制加法计数器 。
（ 2）各触发器间 CP不一致，所以为 异步计数。
3,还可以用波形图显示状态转换表 ( 略 )
（ 1-35）
22.3.4 二 —五 —十进制异步加法计数器二进制计数器的时钟输入端为 CP1,输出端为 Q0；
五进制计数器的时钟输入端为 CP2,输出端为 Q1,Q2,Q3。
74LS290包含一个独立的 1位二进制计数器和一个独立的异步五进制计数器 。
如果将 Q0与 CP2相连,CP1作时钟脉冲输入端,Q0～ Q3作输出端，则为十进制计数器。
R
Q
C1 C1
R
Q
∧C1
1K
CP
R
1K
1J
1J
∧
1J
1J
∧
1K
Q
1K
R
C1
Q
∧
&&
S
S
&
3 Q
0
Q
1
Q Q
2
2
0 (1 )
R 0 (2 )
R 9 (1 )
R 9 (2 )
1CP
R
（ 1-36）
① 异步清零 。
③ 计数 。
② 异步置数 （ 置 9） 。
41 2 3 5 6 7
891011121314
GND
V c c
74L S 290
9 (1 ) NC 9 (2 ) NC
0 (1 )0 (2 ) 2 1
Q
3
Q
0
Q
1
Q
2
CPCPR R
R R
（ 1-37）
用计数器的输出端作进位 /借位端例：用两片 74LS290级联方式组成十进制加法计数器。
模为 10× 10=100
3
Q
2
Q
1
Q
0
Q
74290(1)
∧
∧CP 1
CP 2
R 0 ( 2 )R 0 ( 1 ) R 9 ( 1 ) 9 ( 2 )R
Q
0
∧
Q
12
QQ
3
74290(2)
∧CP 1
CP 2
0 ( 2 )RR 0 ( 1 ) 9 ( 1 )R R 9 ( 2 )
计数脉冲置数脉冲清零脉冲个位输出十位输出
01
Q
2
QQ
3
Q
01
Q
2
QQ
3
Q
（ 1-38）
22.4 单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。
它的突出特点是,输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态,加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,
经过一定时间以后,它又会 自动返回 原来的稳定状态。
稳定状态 稳定状态暂稳态由外界触发 自动返回学习的重点,为什么 会自动返回?需 多少时间?
（ 1-39）
22.4.2 555定时器组成的单稳态触发器
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。
1,555定时器的工作原理
555定时器的内部电路包括以下几部分,一个由三个相等电阻组成的分压器 ;
两个电压比较器,A1,A2;一个 RS 触发器 ; 一个反相器和一个晶体管 T等 。具体的 结构见后图。
（ 1-40）
1 2 3 4
5678
555
VCC D TH CO
GND TR Uo RD
电源放电阈值电控压制地 触发输出复位电源电压范围,
4.5V ~ 18V
管脚图
VCC
TH
CO
TR
Q
Q
-
+
+
-
A1
A2
D T
uo
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
DS
DR
（ 1-41）
2,单稳态触发器
0 t
0 t
0 t
ui
uCT
uo
2VCC /3
TW
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0 。
（ 1-42）
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0。
接通电源后，设按钮 S 处于打开状态,电容已充电至稳态。
此时 uo= 0,555内的晶体管 T导通,电容 CT
被短路,TH < 2VCC /3,
TR > VCC /3 。 Uo保持 0状态。
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-43）
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0。
0 t
ui
uo = 0,555内的管 T导通,电容 CT 被短路。
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-44）
0 t
ui
S按下时,TR < VCC /3,已有
TH < 2VCC /3,故 uo = 1 。
此时 555 内的晶体管 T 截止,CT 将充电。只要 uCT
未充至 2VCC/3,uo=1的状态不会改变。
0 t
uo
0 t
uCT
2VCC /3
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-45）
一旦 uCT > 2VCC /3,
且按钮已 松开,TR >
VCC /3,则 uo = 0 ; 555内的晶体管 T也由截止变成导通,电容 CT 迅速放电而变成 0V。
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-46）
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo由以上过程可以看出,
按钮每按动一次,uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW
由 RT CT 决定 。
TW=1.1RTCT TW
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-47）
22.4.3 单稳态触发器的应用单稳的应用多种多样,如,整形、延时控制、定时顺序控制等等。
例如,延时控制,
利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过 R,C调节。
（ 1-48）
22.5 多谐振荡器
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
波形
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-49）
设电容 C 原先未充电,
故 TH = TR < VCC /3,
此时 uo = 1,555内的晶体管 T 截止,电源通过
R1 和 R2 对电容 C 充电。
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
在 uC 没有充电到
2VCC /3 之前,uo 保持 1
不变。
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-50）
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
uC一旦充至 2VCC /3，则 TH
= TR =2VCC /3,uo由 1翻转为 0 。同时 555内的晶体管
T 导通,电容 C 经 R2,T放电,一直至 VCC /3,使得 uo
回到 1,进入循环,..
t1 t2 t3
在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前,uo
保持 1 不变。
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-51）
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2
输出方波的 周期 T的计算,
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-52）
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2如何改变方波的占空比？
改变充放电回路的时间常数即可。
充电时间常数,（ R1+R2） C
放电时间常数,R2C
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
（ 1-53）
第 22章结 束
第 22章触发器和时序逻辑电路
(2)
（ 1-2）
22.2.1 数码寄存器寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。
四位数码寄存器
22.2 寄存器
Q3 Q2 Q1 Q0
& & & &
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
A0A1A2A3
取数脉冲接收脉冲
( CP )
DR
（ 1-3）
A0--A3：待存数据 Q0--Q3,输出数据工作过程,接收脉冲到达后，将待存数据送至各 D触发器,取数脉冲加入后将所存数据送出。
Q3 Q2 Q1 Q0
& & & &
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
Q Q
D
A0A1A2A3
取数脉冲接收脉冲
( CP )
DR
（ 1-4）
22.2.2 移位寄存器所谓,移位,，就是将寄存器所存各位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成 左移寄存器,右移寄存器 和 双向移位寄存器 三种：
寄存器左移
(a)
寄存器右移
(b)
寄存器双向移位
(c)
（ 1-5）
Q
Q D
Q
Q D
Q
Q D
Q
Q D
& & & &
A0A1A2A3
SD
RD
CLR
LOAD
移位脉冲
CP
0串行输出数 据 预 臵
3 2 1 0
存数脉冲清零脉冲
SD
四位并入 -
串出的左移寄存器设 A3A2A1A0 ＝ 1011,在存数脉冲作用下，并行输入数据，使 Q3Q2Q1Q0 ＝
1011 。
1
移位脉冲串行输出
（ 1-6）
D0 ＝ 0
D1 ＝ Q0
D2 ＝ Q1
D3 ＝ Q2
1 0 1 1 0 1 1 0
0 1 1 0 1 1 0 0
1 1 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0
并入初态 Q3Q2Q1Q0 ＝ 1011
Q3 Q2
D1
Q0
D0
移位脉冲
CP
0串行输出 D2D3 Q2Q3 Q1 Q0
Q1
左移过程
（ 1-7）
用波形图表示如下：
1 0 1 1 0 1 1 0
0 1 1 0 1 1 0 0
1 1 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0
并入初态 Q3Q2Q1Q0＝ 1011
Q3
Q2
Q1
Q0
CP
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
Q3 Q2
D1
Q0
D0
移位脉冲
CP
0串行输出 D2D3 Q2Q3 Q1 Q0
Q1
（ 1-8）
四位串入 - 串出的 左移 寄存器：
D0 ＝ L
D1 ＝ Q0
D2 ＝ Q1
D3 ＝ Q2
“L”即需左移的输入数据,
串行输入
L
Q3 Q2
D1
Q0
D0
移位脉冲
CP
串行输出 D2D3 Q2Q3 Q1 Q0
Q1
数据由 Q3
串行输出
（ 1-9）
D1 ＝ Q2
D2 ＝ Q3
D3 ＝ R
D0 ＝ Q1
四位串入 - 串出的 右移 寄存器：
Q
D
Q
Q3 D
Q
D
Q
D
移位脉冲
CP
串行输出Q1Q2 Q0
串行输入
R
“R”即需右移的输入数据数据由 Q0
串行输出
（ 1-10）
构成原理：既能左移又能右移。
给移位寄存器设臵一个控制端如 S，令 S＝ 0 时左移； S＝ 1时右移即可。
集成组件 74LS194就是这样的多功能移位寄存器。
双向移位 寄存器
D0 ＝ L
D1 ＝ Q0
D2 ＝ Q1
D3 ＝ Q2
左移
D1 ＝ Q2
D2 ＝ Q3
D3 ＝ R
D0 ＝ Q1
右移
D0 = SL ＋ SQ1
D2 = SQ1 ＋ SQ3
D3 = SQ2 ＋ SR
D1 = SQ0 ＋ SQ2
双向移
（ 1-11）
VCC QA QB QC QD S1 S0CP
16 15 14 13 12 11 10 9
1 3 4 5 6 7 82
QA QB QC QD CP S1
S0CLR
LDCBAR
A B C DR LCLR GND
74LS194
右移串行输入左移串行输入并行输入工作方式控制
（ 1-12）
VCC QA QB QC QD S1 S0CP
16 15 14 13 12 11 10 9
1 3 4 5 6 7 82
QA QB QC QD CP S1
S0CLR
LDCBAR
A B C DR LCLR GND
74LS194
0
1
1
1
1
0 0
0 1
1 0
1 1
直接清零保 持右移 (从 QA向右移动 )
左移 (从 QD向左移动 )
并入
CLR CP S1 S0 功 能
（ 1-13）
计数器的功能和分类
1,计数器的 功能记忆输入脉冲的个数。用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。
2,计数器的 分类同步计数器和异步计数器。
加法计数器、减法计数器和可逆计数器。
有时也用计数器的计数循环规律 (或称模数 )来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二－十进制计数器等等。
22.3 计数器
（ 1-14）
22.3.1 二进制计数器
（ 1）二进制异步加法计数器（ 4位）
在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为,异步计数器,。
（ 1-15）
Q0D0 Q1D1 Q2D2
Q0 Q1 Q2
CP
计数脉冲
Q2Q1Q0 Q Q0 1
0 0 0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0 0
1
0 1
01
1 0
1
1 1
00
0 0
0
1
0 1
结论：
1,各触发器间时钟不一致，
所以称异步计数器；
2,Q2Q1Q0各位间为二进制关系；
3,计数从 000开始到 111结束，然后循环，所以称加法计数。
（或上叫上行计数）
例 1 三位二进制 异步 加法计数器
（ 1-16）
每当 Q2由 1变 0,FF3向相反的状态翻转一次。
每来一个 CP的下降沿时,FF0向相反的状态翻转一次；
每当 Q0由 1变 0,FF1向相反的状态翻转一次；
每当 Q1由 1变 0,FF2向相反的状态翻转一次；
1J
1K
C1
2
Q
1
Q
CP
FF
3
R
∧
1K
FF
2
1J
C1
R
∧
1K
FF
1
Q
1J
0
C1
R
∧
R
0
FF
∧
1J
C1
1K
Q
3
1
CR
计数脉冲清零脉冲
Q Q Q Q
例 2 四位二进制 异步 加法计数器
（ 1-17）
电路的时序波形图和状态图。
CP
Q 0
Q 1
Q 2
Q 3
0001 0011 0110
1010
0010
1000
0101
1001
0100
Q
11011111
0
1110
Q
3
1011
Q
1
0000
1100
Q
2
0111
（ 1-18）
(2)同步二进制加法计数器在同步计数器中，各个触发器都受同一输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为,同步计数器,。
例 3,三位二进制同步加法计数器
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0
&
计数脉冲
CP
（ 1-19）
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0
&
计数脉冲三位二进制同步加法计数器
CP
分析步骤,
1,先列写控制端的逻辑表达式：
J2 = K2 = Q1 Q0
J1 = K1 = Q0
J0 = K0 = 1
Q0,来一个 CP，翻转一次；
Q1：当 Q0＝ 1时，可随 CP翻转；
Q2：只有当 Q1Q0＝ 11时，才能随 CP翻转。
（ 1-20）
2,列写状态表，分析其状态转换过程。
1 0 0 1
0 0 0 0
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
CP Q2 Q1 Q0
8 0 0 0
J2 = K2 = Q1 Q0
J1 = K1 = Q0
J0 = K0 = 1
（ 1-21）
CP
Q0
Q1
Q2
3,用波形图显示状态转换关系注意,各触发器均在 CP的下降沿翻转。
（ 1-22）
FF
1K
R
C1
1J
清零脉冲
Q
0
1K
1
Q
∧
Q
FF
C1
1J
Q
∧
1K
计数脉冲
&
2
2
FF
1J
& &
0
1J
Q
CP
3
∧
R
1K
Q
CR
Q
C1
1
∧
&
R R
3
FF
C1
Q
1
FF0：每来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。 J0=K0=1
FF1：当 Q0=1时,来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。 J1=K1= Q0
FF2：当 Q0Q1=1时,来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。 J2=K2= Q0Q1
FF3,当 Q0Q1Q2=1时,来一个 CP,向相反的状态翻转一次 。
J3=K3= Q0Q1Q2
例 4,四位二进制同步加法计数器
（ 1-23）
计数脉冲序号电 路 状 态 等效十进制数Q3 Q2 Q1 Q0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
0 0 0 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
J0=K0=1
J1=K1= Q0
J2=K2= Q0Q1
J3=K3= Q0Q1Q2
（ 1-24）
例,二进制异步减法计数器工作原理,D触发器也都接成 T’触发器 。
由于是上升沿触发,则应将低位触发器的 Q端与相邻高位触发器的时钟脉冲输入端相连,即从 Q端取借位信号 。
C1 CP
FF 3
1D
∧
Q
3
计数脉冲
Q
R
Q
3
1D
Q
Q
2
2FF
∧C1
R
2
Q
1D
Q
Q
1
1FF
∧C1
R
1
Q
1D
Q
Q
0
0FF
∧C1
R
0
Q
清零脉冲CR
（ 1-25）
时序波形图和状态图
CP
Q 0
Q 1
Q 2
Q 3 23 1 0
Q QQ Q
0000 1111 1110 1101 1100 1011
10011010
10000111
011001010100001100100001
（ 1-26）
1,同步十进制加法计数器
（ 1）写出驱动方程：
10?J 10?K
nn QQJ 031? nQK
01?
nn QQJ 012? nn QQK 012?
nnn QQQJ 0123? n03 QK?
Q
Q
1K
R
1J
2
Q
C1
0
∧C1
1
1J
FF
R
Q
计数脉冲清零脉冲CR
∧
0
∧
Q
1J
R
FF
Q
1
1K
C1∧
3 FF
1K
R
FF
C1
CP
2
Q
1
Q
1K
1J
3
&
&
& &22.3.2 十进制计数器
（ 1-27）
状态转换表现 态 次 态
Q3 n Q2 n Q1 n Q0 n Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1
0 0 0 0 1000
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
0100
1100
0010
0000
1010
0110
1110
0001
1001
nn QQJ 031?
10?J 10?K
nQK 01?
nn QQJ 012? nn QQK 012?
nnn QQQJ 0123? n03 QK?
（ 1-28）
状态图和时序图
23 1 0
Q QQ Q
0000
1000
010000110001 0010
1001
01010110
0111
CP
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
（ 1-29）
电路能否自启动由于电路中有 4个触发器,它们的状态组合共有 16种 。 而在计数器中只用了 10种,称为有效状态 。 其余 6种状态称为无效状态 。
当由于某种原因,使计数器进入无效状态时,如果能在时钟信号作用下,最终进入有效状态,我们就称该电路具有 自启动 能力 。
1001
0000
1
0001
Q
3
0101
0010 0100
有效循环
0011
Q
011001111000
02
11111110
1101
1100
1010 1011
可见,该计数器能够自启动 。
（ 1-30）
2,异步十进制加法计数器
CP2=Q1（ 当 Q1由 1→ 0时,Q2可能改变状态 ）
CP0=CP （ 时钟脉冲源的下降沿触发 ）
CP1=Q0 （ 当 Q0由 1→ 0时,Q1可能改变状态 )
CP3=Q0（ 当 Q0由 1→ 0时,Q3可能改变状态 )
1J
1K
C1
2
Q
1
Q
CP
FF 3
R
∧
1K
FF 2
1J
C1
R
∧
1K
FF 1
Q
1J
0
C1
R
∧
R
0FF
∧
1J
C1
1K
Q
3
1
CR
计数脉冲清零脉冲
Q Q Q Q
&
10?J 10?K
nQJ 31? 1
1?K
12?J 12?K
nn QQJ 123? 13?K
各触发器的驱动方程
（ 1-31）
状态转换表现 态 次 态 时钟脉冲
Q3 n Q2 n Q1 n Q0 Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 CP3 CP2 CP1 CP0
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1000
0100
1100
0010
0000
1010
0110
1110
0001
1001
↓000
↓↓0↓
↓000
↓↓↓↓
↓↓0↓
↓000
↓↓0↓
↓000
↓↓↓↓
↓001
10?J 1
0?K
nQJ 31?
11?K
12?J 12?K
nn QQJ 123? 13?K
CP2=Q1
CP0=CP
CP1=Q0
CP3=Q0
（ 1-32）
22.3.3 任意进制计数器的分析
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0 计数脉冲
CP
J2 = Q1 Q0,K2 ＝ 1
J1 = K1 ＝ 1
J0 = Q2,K0 ＝ 1
（ 1-33）
J2 = Q1 Q0,K2 ＝ 1
J1 = K1 ＝ 1
J0 = Q2,K0 ＝ 1
CP2=CP
CP0=CP
CP1=Q0
1 0 0 1
0 0 0 0
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 0 0 0
CP Q2 Q1 Q0
（ 1-34）
Q2
Q2 J2
K2 Q1
Q1 J1
K1 Q0
Q0 J0
K0 计数脉冲
CP结论：
（ 1）电路计数循环由 000到 100，所为 五进制加法计数器 。
（ 2）各触发器间 CP不一致，所以为 异步计数。
3,还可以用波形图显示状态转换表 ( 略 )
（ 1-35）
22.3.4 二 —五 —十进制异步加法计数器二进制计数器的时钟输入端为 CP1,输出端为 Q0；
五进制计数器的时钟输入端为 CP2,输出端为 Q1,Q2,Q3。
74LS290包含一个独立的 1位二进制计数器和一个独立的异步五进制计数器 。
如果将 Q0与 CP2相连,CP1作时钟脉冲输入端,Q0～ Q3作输出端，则为十进制计数器。
R
Q
C1 C1
R
Q
∧C1
1K
CP
R
1K
1J
1J
∧
1J
1J
∧
1K
Q
1K
R
C1
Q
∧
&&
S
S
&
3 Q
0
Q
1
Q Q
2
2
0 (1 )
R 0 (2 )
R 9 (1 )
R 9 (2 )
1CP
R
（ 1-36）
① 异步清零 。
③ 计数 。
② 异步置数 （ 置 9） 。
41 2 3 5 6 7
891011121314
GND
V c c
74L S 290
9 (1 ) NC 9 (2 ) NC
0 (1 )0 (2 ) 2 1
Q
3
Q
0
Q
1
Q
2
CPCPR R
R R
（ 1-37）
用计数器的输出端作进位 /借位端例：用两片 74LS290级联方式组成十进制加法计数器。
模为 10× 10=100
3
Q
2
Q
1
Q
0
Q
74290(1)
∧
∧CP 1
CP 2
R 0 ( 2 )R 0 ( 1 ) R 9 ( 1 ) 9 ( 2 )R
Q
0
∧
Q
12
3
74290(2)
∧CP 1
CP 2
0 ( 2 )RR 0 ( 1 ) 9 ( 1 )R R 9 ( 2 )
计数脉冲置数脉冲清零脉冲个位输出十位输出
01
Q
2
3
Q
01
Q
2
3
Q
（ 1-38）
22.4 单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。
它的突出特点是,输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态,加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,
经过一定时间以后,它又会 自动返回 原来的稳定状态。
稳定状态 稳定状态暂稳态由外界触发 自动返回学习的重点,为什么 会自动返回?需 多少时间?
（ 1-39）
22.4.2 555定时器组成的单稳态触发器
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。
1,555定时器的工作原理
555定时器的内部电路包括以下几部分,一个由三个相等电阻组成的分压器 ;
两个电压比较器,A1,A2;一个 RS 触发器 ; 一个反相器和一个晶体管 T等 。具体的 结构见后图。
（ 1-40）
1 2 3 4
5678
555
VCC D TH CO
GND TR Uo RD
电源放电阈值电控压制地 触发输出复位电源电压范围,
4.5V ~ 18V
管脚图
VCC
TH
CO
TR
Q
Q
-
+
+
-
A1
A2
D T
uo
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
DS
DR
（ 1-41）
2,单稳态触发器
0 t
0 t
0 t
ui
uCT
uo
2VCC /3
TW
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0 。
（ 1-42）
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0。
接通电源后，设按钮 S 处于打开状态,电容已充电至稳态。
此时 uo= 0,555内的晶体管 T导通,电容 CT
被短路,TH < 2VCC /3,
TR > VCC /3 。 Uo保持 0状态。
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-43）
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0。
0 t
ui
uo = 0,555内的管 T导通,电容 CT 被短路。
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-44）
0 t
ui
S按下时,TR < VCC /3,已有
TH < 2VCC /3,故 uo = 1 。
此时 555 内的晶体管 T 截止,CT 将充电。只要 uCT
未充至 2VCC/3,uo=1的状态不会改变。
0 t
uo
0 t
uCT
2VCC /3
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-45）
一旦 uCT > 2VCC /3,
且按钮已 松开,TR >
VCC /3,则 uo = 0 ; 555内的晶体管 T也由截止变成导通,电容 CT 迅速放电而变成 0V。
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-46）
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo由以上过程可以看出,
按钮每按动一次,uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW
由 RT CT 决定 。
TW=1.1RTCT TW
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
ui
RT
CT
C
R
S
（ 1-47）
22.4.3 单稳态触发器的应用单稳的应用多种多样,如,整形、延时控制、定时顺序控制等等。
例如,延时控制,
利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过 R,C调节。
（ 1-48）
22.5 多谐振荡器
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
波形
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-49）
设电容 C 原先未充电,
故 TH = TR < VCC /3,
此时 uo = 1,555内的晶体管 T 截止,电源通过
R1 和 R2 对电容 C 充电。
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
在 uC 没有充电到
2VCC /3 之前,uo 保持 1
不变。
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-50）
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
uC一旦充至 2VCC /3，则 TH
= TR =2VCC /3,uo由 1翻转为 0 。同时 555内的晶体管
T 导通,电容 C 经 R2,T放电,一直至 VCC /3,使得 uo
回到 1,进入循环,..
t1 t2 t3
在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前,uo
保持 1 不变。
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-51）
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2
输出方波的 周期 T的计算,
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
uo
Q
Q
+
-
-
+
A1
A2
VCC
T
R
R
DS
DR
uC
R1
C
R
R2
（ 1-52）
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2如何改变方波的占空比？
改变充放电回路的时间常数即可。
充电时间常数,（ R1+R2） C
放电时间常数,R2C
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
（ 1-53）
第 22章结 束
