2009-7-27 1
第 5章 时序逻辑电路
5.1.3 寄存器的应用实例
5.1.1 数码寄存器
5.1.2 移位寄存器
5.1 寄存器结束放映
2009-7-27 2
复习触发器按触发方式分类？各自特点？
触发器按逻辑功能分类？各自功能表？
定义,时序逻辑电路在任何时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而且还取决于电路的原来状态。
电路构成,
存储电路（主要是触发器，必不可少）
组合逻辑电路（可选）。
时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的。
第 5章 时序逻辑电路时序逻辑电路的结构框图
2009-7-27 4
按各触发器接受时钟信号的不同 分类,
同步时序电路,各触发器状态的变化都在同一时钟信号作用下同时发生 。
异步时序电路,各触发器状态的变化不是同步发生的,可能有一部分电路有公共的时钟信号,也可能完全没有公共的时钟信号 。
本章内容提要：
时序逻辑电路基本概念,时序逻辑电路的一般分析方法；
异步计数器,同步计数器,寄存器与移位寄存器的基本工作原理；
重点介绍几种中规模集成器件及其应用,介绍基于功能块分析中规模时序逻辑电路的方法 。
2009-7-27 5
1,寄存器通常分为两大类：
5.1 寄存器数码寄存器：存储二进制数码,运算结果或指令等信息的电路 。
移位寄存器：不但可存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位。
2,组成：触发器和门电路 。
一个触发器能存放一位二进制数码；
N个触发器可以存放 N位二进制数码 。
2009-7-27 6
3,寄存器应用举例：
(1) 运算中存贮数码,运算结果 。
(2) 计算机的 CPU由运算器,控制器,译码器,寄存器组成,其中就有数据寄存器,指令寄存器,一般寄存器 。
4,寄存器与存储器有何区别?
寄存器内存放的数码经常变更,要求存取速度快,
一般无法存放大量数据 。 （ 类似于宾馆的贵重物品寄存,超级市场的存包处 。 ）
存储器存放大量的数据,因此最重要的要求是存储容量 。 （ 类似于仓库 ）
2009-7-27 7
数码寄存器具有接收,存放,输出和清除数码的功能 。
在接收指令 （ 在计算机中称为写指令 ） 控制下,
将数据送入寄存器存放；需要时可在输出指令 （ 读出指令 ） 控制下,将数据由寄存器输出 。
5.1.1 数码寄存器图 5-1 单拍工作方式的数码寄存器仿真
1,由 D触发器构成的数码寄存器
（ 1） 电路组成
CP：接收脉冲（控制信号输入端 )
输出端数码输入端
2009-7-27 8
（ 2） 工作原理当 CP↑时，触发器更新状态，
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0，即接收输入数码并保存。
单拍工作方式：不需清除原有数据，只要 CP↑一到达，新的数据就会存入。
常用 4D型触发器 74LS175,6D型触发器 74LS174、
8D型触发器 74LS374或 MSI器件等实现。
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2,由 D型锁存器构成的数码寄存器
（ 1） 锁存器的工作原理图 5-2 锁存器送数脉冲 CP为锁存控制信号输入端，
即使能信号（电平信号） 。
工作过程：
① 当 CP=0时,Q =D,电路接收输入数据；
即当使能信号到来 （ 不锁存数据 ） 时,输出端的信号随输入信号变化；
② 当 CP=1时,D数据输入不影响电路的状态,电路锁定原来的数据 。
即当使能信号结束后 （ 锁存 ）,数据被锁住,输出状态保持不变 。
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（ 2）集成数码锁存器 74LS373
图 5-3 8D型锁存器 74LS373
(a) 外引脚图 (b) 逻辑符号
2009-7-27 11
表 5-1 8D型锁存器 74LS373功能表
2009-7-27 12
5.1.2 移位寄存器移位寄存器除了具有存储数码的功能外,还具有移位功能 。
移位功能：寄存器中所存数据,可以在移位脉冲作用下逐位左移或右移 。
在数字电路系统中,由于运算 （ 如二进制的乘除法 ） 的需要,常常要求实现移位功能 。
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图 5-4 4位右移位寄存器
1,单向移位寄存器单向移位寄存器,是指仅具有左移功能或右移功能的移位寄存器 。
（ 1） 右移位寄存器
① 电路组成仿真串行输入同步时序逻辑电路
2009-7-27 14
② 工作过程 （ 仿真运行图 5－ 4电路 。 ）
将数码 1101右移串行输入给寄存器 （ 串行输入是指逐位依次输入 ） 。
在接收数码前,从输入端输入一个负脉冲把各触发器置为 0状态 （ 称为清零 ） 。
③ 状态表表 5-2 4位右移位寄存器状态表
CP顺序 输 入 DSR 输 出Q0 Q1 Q2 Q3
0 1 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0
2 0 1 1 0 0
3 1 0 1 1 0
4 0 1 0 1 1
5 0 0 1 0 1
6 0 0 0 1 0
7 0 0 0 0 1
8 0 0 0 0 0
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④ 时序图图 5-5 4位右移位寄存器时序图并行输出串行输出
2009-7-27 16
图 5-6 4位左移位寄存器
（ 2） 左移位寄存器仿真串行输入异步清零
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② 工作过程 （ 仿真运行图 5－ 6电路 。 ）
将数码 1011左移串行输入给寄存器 。 在接收数码前清零 。
③ 状态表 表 5-3 4位左移位寄存器状态表
CP顺序 输 入 DSR 输 出Q0 Q1 Q2 Q3
0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 1
2 1 0 0 1 0
3 1 0 1 0 1
4 0 1 0 1 1
5 0 0 1 1 0
6 0 1 1 0 0
7 0 1 0 0 0
8 0 0 0 0 0
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④ 时序图 。
图 5-7 4位左移位寄存器时序图并行输出 串行输出
2009-7-27 19
2,集成双向移位寄存器在单向移位寄存器的基础上，增加由门电路组成的控制电路实现 。
74LS194为四位双向移位寄存器。与 74LS194的逻辑功能和外引脚排列都兼容的芯片有 CC40194、
CC4022和 74198等。
图 5-8 双向移位寄存器 74LS194
（ a） 外引脚图 （ b） 逻辑符号
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表 5-4 74LS194功能表结论：清零功能最优先（异步方式）。
计数、移位、并行输入都需 CP的 ↑到来（同步方式）
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工作方式控制端
M1M0区分四种功能。
M1 M0 功能
0 0 保持
0 1 右移
1 0 左移
1 1 并行置数
2009-7-27 22
5.1.3 寄存器的应用实例数据显示锁存器；
序列脉冲信号发生器；
数码的串／并与并／串转换；
构成计数器 ……
图 5-9 2位数据显示锁存器
1,数据显示锁存器在许多设备中常需要显示计数器的计数值，计数值通常以 8421BCD码计数，并以七段数码显示器显示。
问题：如果计数器的计数速度高，人眼则无法辨认显示的字符。
措施：在计数器和译码器之间加入锁存器，就可控制数据显示的时间。
若锁存信号 C＝ 1时,计数器的输出数据可通过锁存器到达译码显示电路；
若锁存信号 ＝ 0时,数据被锁存,译码显示电路稳定显示锁存的数据 。
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2,序列脉冲信号发生器序列脉冲信号是在同步脉冲的作用下，按一定周期循环产生的一组二进制信号。
如 111011101110…,每隔 4位重复一次 1110，称为
4位序列脉冲信号。
序列脉冲信号广泛用于数字设备测试、通信和遥控中的识别信号或基准信号等。
图 5-10 8位序列脉冲信号产生电路
M1M0=01,为右移方式,
Q3经非门接 DSR，
同时 Q3作为 OUT。
首先令 CR＝ 0,输出端全为零,则 DSR为 1；
CP↑,DSR 数据右移,Q3 的输出依次为
0000111100001111… 。
电路产生的 8位序列脉冲信号为 00001111。
图 5-11 8位序列脉冲信号发生器输出波形
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3,顺序脉冲发生器
(1) 顺序正脉冲
2009-7-27 25
（ 2） 顺序负脉冲
2009-7-27 26
作业题
5-1
5-2
5-3
第 5章 时序逻辑电路
5.1.3 寄存器的应用实例
5.1.1 数码寄存器
5.1.2 移位寄存器
5.1 寄存器结束放映
2009-7-27 2
复习触发器按触发方式分类？各自特点？
触发器按逻辑功能分类？各自功能表？
定义,时序逻辑电路在任何时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而且还取决于电路的原来状态。
电路构成,
存储电路（主要是触发器，必不可少）
组合逻辑电路（可选）。
时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的。
第 5章 时序逻辑电路时序逻辑电路的结构框图
2009-7-27 4
按各触发器接受时钟信号的不同 分类,
同步时序电路,各触发器状态的变化都在同一时钟信号作用下同时发生 。
异步时序电路,各触发器状态的变化不是同步发生的,可能有一部分电路有公共的时钟信号,也可能完全没有公共的时钟信号 。
本章内容提要：
时序逻辑电路基本概念,时序逻辑电路的一般分析方法；
异步计数器,同步计数器,寄存器与移位寄存器的基本工作原理；
重点介绍几种中规模集成器件及其应用,介绍基于功能块分析中规模时序逻辑电路的方法 。
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1,寄存器通常分为两大类：
5.1 寄存器数码寄存器：存储二进制数码,运算结果或指令等信息的电路 。
移位寄存器：不但可存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位。
2,组成：触发器和门电路 。
一个触发器能存放一位二进制数码；
N个触发器可以存放 N位二进制数码 。
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3,寄存器应用举例：
(1) 运算中存贮数码,运算结果 。
(2) 计算机的 CPU由运算器,控制器,译码器,寄存器组成,其中就有数据寄存器,指令寄存器,一般寄存器 。
4,寄存器与存储器有何区别?
寄存器内存放的数码经常变更,要求存取速度快,
一般无法存放大量数据 。 （ 类似于宾馆的贵重物品寄存,超级市场的存包处 。 ）
存储器存放大量的数据,因此最重要的要求是存储容量 。 （ 类似于仓库 ）
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数码寄存器具有接收,存放,输出和清除数码的功能 。
在接收指令 （ 在计算机中称为写指令 ） 控制下,
将数据送入寄存器存放；需要时可在输出指令 （ 读出指令 ） 控制下,将数据由寄存器输出 。
5.1.1 数码寄存器图 5-1 单拍工作方式的数码寄存器仿真
1,由 D触发器构成的数码寄存器
（ 1） 电路组成
CP：接收脉冲（控制信号输入端 )
输出端数码输入端
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（ 2） 工作原理当 CP↑时，触发器更新状态，
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0，即接收输入数码并保存。
单拍工作方式：不需清除原有数据，只要 CP↑一到达，新的数据就会存入。
常用 4D型触发器 74LS175,6D型触发器 74LS174、
8D型触发器 74LS374或 MSI器件等实现。
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2,由 D型锁存器构成的数码寄存器
（ 1） 锁存器的工作原理图 5-2 锁存器送数脉冲 CP为锁存控制信号输入端，
即使能信号（电平信号） 。
工作过程：
① 当 CP=0时,Q =D,电路接收输入数据；
即当使能信号到来 （ 不锁存数据 ） 时,输出端的信号随输入信号变化；
② 当 CP=1时,D数据输入不影响电路的状态,电路锁定原来的数据 。
即当使能信号结束后 （ 锁存 ）,数据被锁住,输出状态保持不变 。
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（ 2）集成数码锁存器 74LS373
图 5-3 8D型锁存器 74LS373
(a) 外引脚图 (b) 逻辑符号
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表 5-1 8D型锁存器 74LS373功能表
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5.1.2 移位寄存器移位寄存器除了具有存储数码的功能外,还具有移位功能 。
移位功能：寄存器中所存数据,可以在移位脉冲作用下逐位左移或右移 。
在数字电路系统中,由于运算 （ 如二进制的乘除法 ） 的需要,常常要求实现移位功能 。
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图 5-4 4位右移位寄存器
1,单向移位寄存器单向移位寄存器,是指仅具有左移功能或右移功能的移位寄存器 。
（ 1） 右移位寄存器
① 电路组成仿真串行输入同步时序逻辑电路
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② 工作过程 （ 仿真运行图 5－ 4电路 。 ）
将数码 1101右移串行输入给寄存器 （ 串行输入是指逐位依次输入 ） 。
在接收数码前,从输入端输入一个负脉冲把各触发器置为 0状态 （ 称为清零 ） 。
③ 状态表表 5-2 4位右移位寄存器状态表
CP顺序 输 入 DSR 输 出Q0 Q1 Q2 Q3
0 1 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0
2 0 1 1 0 0
3 1 0 1 1 0
4 0 1 0 1 1
5 0 0 1 0 1
6 0 0 0 1 0
7 0 0 0 0 1
8 0 0 0 0 0
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④ 时序图图 5-5 4位右移位寄存器时序图并行输出串行输出
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图 5-6 4位左移位寄存器
（ 2） 左移位寄存器仿真串行输入异步清零
2009-7-27 17
② 工作过程 （ 仿真运行图 5－ 6电路 。 ）
将数码 1011左移串行输入给寄存器 。 在接收数码前清零 。
③ 状态表 表 5-3 4位左移位寄存器状态表
CP顺序 输 入 DSR 输 出Q0 Q1 Q2 Q3
0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 1
2 1 0 0 1 0
3 1 0 1 0 1
4 0 1 0 1 1
5 0 0 1 1 0
6 0 1 1 0 0
7 0 1 0 0 0
8 0 0 0 0 0
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④ 时序图 。
图 5-7 4位左移位寄存器时序图并行输出 串行输出
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2,集成双向移位寄存器在单向移位寄存器的基础上，增加由门电路组成的控制电路实现 。
74LS194为四位双向移位寄存器。与 74LS194的逻辑功能和外引脚排列都兼容的芯片有 CC40194、
CC4022和 74198等。
图 5-8 双向移位寄存器 74LS194
（ a） 外引脚图 （ b） 逻辑符号
2009-7-27 20
表 5-4 74LS194功能表结论：清零功能最优先（异步方式）。
计数、移位、并行输入都需 CP的 ↑到来（同步方式）
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工作方式控制端
M1M0区分四种功能。
M1 M0 功能
0 0 保持
0 1 右移
1 0 左移
1 1 并行置数
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5.1.3 寄存器的应用实例数据显示锁存器；
序列脉冲信号发生器；
数码的串／并与并／串转换；
构成计数器 ……
图 5-9 2位数据显示锁存器
1,数据显示锁存器在许多设备中常需要显示计数器的计数值，计数值通常以 8421BCD码计数，并以七段数码显示器显示。
问题：如果计数器的计数速度高，人眼则无法辨认显示的字符。
措施：在计数器和译码器之间加入锁存器，就可控制数据显示的时间。
若锁存信号 C＝ 1时,计数器的输出数据可通过锁存器到达译码显示电路；
若锁存信号 ＝ 0时,数据被锁存,译码显示电路稳定显示锁存的数据 。
2009-7-27 23
2,序列脉冲信号发生器序列脉冲信号是在同步脉冲的作用下，按一定周期循环产生的一组二进制信号。
如 111011101110…,每隔 4位重复一次 1110，称为
4位序列脉冲信号。
序列脉冲信号广泛用于数字设备测试、通信和遥控中的识别信号或基准信号等。
图 5-10 8位序列脉冲信号产生电路
M1M0=01,为右移方式,
Q3经非门接 DSR，
同时 Q3作为 OUT。
首先令 CR＝ 0,输出端全为零,则 DSR为 1；
CP↑,DSR 数据右移,Q3 的输出依次为
0000111100001111… 。
电路产生的 8位序列脉冲信号为 00001111。
图 5-11 8位序列脉冲信号发生器输出波形
2009-7-27 24
3,顺序脉冲发生器
(1) 顺序正脉冲
2009-7-27 25
（ 2） 顺序负脉冲
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作业题
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