第 11章 时序逻辑电路
11-1 寄存器
11-2 计数器
11-3 集成计数器
11-1 寄存器
时序逻辑电路简称时序电路,是数字系统中非常
重要的一类逻辑电路。 常见的时序逻辑电路有计数器、
寄存器和序列信号发生器等。
所谓时序逻辑电路是指电路此刻的输出不仅与电
路此刻的输入组合有关,还与前一时刻的输出状态有关。
它是由门电路和记忆元件（或反馈支路）共同构成的。
分析时序电路的目的是确定已知电路的逻辑功
能和工作特点。具体步骤如下：
(1)
根据给定的逻辑电路图写出电路中各个触发器
的时钟方程、驱动方程和输出方程。
① 时钟方程：时序电路中各个触发器 CP脉冲的
逻辑关系。
② 驱动方程：时序电路中各个触发器的输入信
号之间的逻辑关系。
③ 输出方程：时序电路的输出 Z=f（ A,Q），
若无输出时此方程可省略。
(2)
将时钟方程和驱动方程代入相应触发器的特征
方程式中，求出触发器的状态方程。
(3)
① 列状态表：将电路输入信号和触发器现态的
所有取值组合代入相应的状态方程，求得相应触发
器的次态，列表得出。
② 画状态图。
③ 画时序图。
(4) 归纳上述分析结果,确定时序电路的功能。
1.数据寄存器
数据寄存器又称数据缓冲储存器或数据锁存器，
其功能是接受、存储和输出数据，主要由触发器和
控制门组成。 n个触发器可以储存 n位二进制数据。
C D
Q
F
3
C D
Q
F
2
C D
Q
F
1
C D
Q
F
0
CP
D
3
D
2
D
1
D
0
接受寄存数据只需一拍即可，无须先进行清零。
当接收脉冲 CP有效时，输入数据 D3D2D1D0直接存入触
发器。
R
D
S
D
F
2
&
R
D
S
D
F
1
&
R
D
S
D
F
0
&
清零
接收
D
2
D
1
D
0
Q Q Q
在接收存放输入数据时，需要两拍才能完成：
第一拍，在接收数据前，送入清零负脉冲至触发
器的置零端输入端，使触发器输出为零，完成输出清
第二拍，触发器清零之后，当接收脉冲为高电平
,1”有效时，输入数据 D2D1D0，经与非门送至对应触
发器而寄存下来，在第二拍完成接收数据任务。
2.移位寄存器
移位寄存器除了接受、存储、输出数据以外，
同时还能将其中寄存的数据按一定方向进行移动。
移位寄存器有单向和双向移位寄存器之分。
C
Q
F
3
D
C
Q
F
2
D
C
Q
F
1
D
C
Q
F
0
D
Q
3
Q
2
Q
1
Q
0
CP
串行输入 D 串行输出
并行输出
功能分析：
(1) 时钟方程
CP0=CP1=CP2=CP3=CP↑
驱动方程
D0= D1= D2= D3=D
D触发器特征方程为
Q n+1=D (CP↑)
nQ1 nQ
2 nQ3
(2) 将对应驱动方程分别代入 D触发器特征方程，
进行化简变换可得状态方程,
)(110 ??? CPQQ nn )(211 ??? CPQQ nn
)(312 ??? CPQQ nn )(13 ??? CPDQ n
(3)假定电路初态为零，而此电路输入数据 D在第
一,二,三,四个 CP脉冲时依次为 1,0,1,1，根据
状态方程可得到对应的电路输出 D3D2D1D0的变化情况。
(4) 确定该时序电路的逻辑功能。由时钟方程可知
该电路是同步电路。
CP 输入数据
D
右移移位寄存器输出
Q3 Q2 Q1 Q0
0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0
2 0 0 1 0 0
3 1 1 0 1 0
4 1 1 1 0 1
D
CP
Q
3
Q
2
Q
1
Q
0
,0,
,0,
,0,
,0,
,0,
C
Q
F
0
D
C
D
F
1
Q
C
D
F
2
Q
C
D
F
3
Q
Q
1
Q
2
Q
3
Q
0
D
CP
左移移位寄存器
F
3
C
R
D
& &
≥1
D
Q
Q
F
2
C
R
D
& &
≥1
D
Q
Q
F
1
C
R
D
& &
≥1
D
Q
Q
F
0
C
R
D
& &
≥1
D
Q
Q
1 1
1
D
S L
串行输入
（左移）
X
X ＝ 0 右移
X ＝ 1 左移
D
S R
串行输入
（右移）
串行输出
（左移）
Q
3
Q
2
Q
1
Q
0 串行输出
（右移）
CP
清 零
11-2 计数器
时序逻辑电路简称时序电路,是数字系统中非常
重要的一类逻辑电路。 常见的时序逻辑电路有计数器、
寄存器和序列信号发生器等。
所谓时序逻辑电路是指电路此刻的输出不仅与电
路此刻的输入组合有关,还与前一时刻的输出状态有关。
它是由门电路和记忆元件（或反馈支路）共同构成的。
计
数
器
二进制计数器
十进制计数器
N进制计数器
加法计数器
同步计数器
异步计数器
减法计数器
可逆计数器
加法计数器
减法计数器
可逆计数器
二进制计数器
十进制计数器
N进制计数器
1.同步二进制计数器
移位寄存器除了接受、存储、输出数据以外，
同时还能将其中寄存的数据按一定方向进行移动。
移位寄存器有单向和双向移位寄存器之分。
Q J
C
K
&
&Q
F
2
Q
2
Q J
C
K
&
R
D
Q
F
1
Q
1
Q J
C
K
&
R
D
Q
F
0
Q
0
清 零
CP
R
D
nnn QQQC 012?
CPCPCPCP ??? 210
0 0 0 → 001 → 010 → 011
/ 1 ↑ ↓ /0
1 1 1 ← 110 ← 101 ← 100
/ 0 / 0 / 0
/ 0 / 0 / 0
排列顺序：
/ C
nnn
QQQ 012
0 0 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0
1 1 0 1 0 1
1 0 1 1 0 0
1 0 0 0 1 1
0 1 1 0 1 0
0 1 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0
nQ2 nQ
1 nQ0 12?nQ 11?nQ 10?nQ
CP
Q0
Q1
Q2
2.同步非二进制计数器
Q
1
J
1
F
1
K
1
Q
0
J
0
F
0
K
0
CP
&
Q
1
Q
2
J
2
F
2
K
2
Q
2
Q
0
时钟方程
CP0=CP1=CP2=CP↓
驱动方程
k0=1
nQJ 20 ?
nQJ 01 ? nQK 01 ?
nn QQJ 102 ? 12 ?K
)(02000010 ????? CPQQQKQJQ nnnnn
)(1010111111 ?????? CPQQQQQKQJQ nnnnnnn
)(012212222212 ?????? CPQQQQQQQKQJQ nnnnnnnnn
cp
0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 0
0 1 0 0 1 1
0 1 1 1 0 0
1 0 0 1 0 1
1 0 1 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 1 1 0 0 0
?
?
?
?
?
?
?
?
?
nQ2 nQ1 nQ0 12?nQ 11?nQ 1
0?nQ
CP
Q0
Q1
Q2
0 0 0
1 0 0
0 0 1
0 1 0 1 0 1
1 1 1
0 1 1
Q3Q2Q1
1 1 0
3.异步计数器
Q J
C
K
R
D
Q
F
2
Q J
C
K
R
D
Q
F
1
Q J
C
K
R
D
Q
F
0
Q
1
Q
0
Q
2
,1,
CP
清 零
进位
CP0=CP↓CP1=Q0↓CP2=Q1↓
驱动方程
J0=1 K0=1
J1=1 K1=1
J2=1 K2=1
求各个触发器的状态方程。 JK触发器特性方程为
)(1 ???? CPQKQJQ nnn
)(0000010 ????? CPQQKQJQ nnnn
)( 01111111 ????? QQQKQJQ nnnn
)( 12222212 ????? QQQKQJQ nnnn
cp
1 0 0 0 0 0 1
2 0 0 1 0 1 0
3 0 1 0 0 1 1
4 0 1 1 1 0 0
5 1 0 0 1 0 1
6 1 0 1 1 1 0
7 1 1 0 1 1 1
8 1 1 1 0 0 0
nQ2 nQ1 nQ0 12?nQ 11?nQ 1
0?nQ
Q2Q1Q0
0 0 0
1 1 1
0 0 1 0 1 0
0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 0
CP
Q0
Q1
Q2
“0”
“0”
“0”
11-3 集成计数器
1.集成异步计数器
QJ
S
D
C
P
K
R
D
QJ
C
P
K
≥1 R
D
Q
C
P
K
≥1 R
D
F
0
F
1
F
2
QJ
C
P
K
R
D
F
3
&
S
D
Q
&
&
S
9 (1 )
S
9 (2 )
CP
0
CP
1
R
0 (1 )
R
0 (2 )
二进制计数器 五进制计数器
Q
1
Q
0
Q
2
Q
3
S9(1) S9(2) R0(1) R0(2) CP0 CP1 Q3 Q2 Q1
Q0
1 1 × × × × 1 0 0 1
0 × 1 1
× 0 1 1
× ×
× ×
0 0 0 0
0 0 0 1
S9(1) ·S9(2)=0
R0(1) ·R 0(2)
cp 0
0 cp
cp Q0
Q3 CP3
二进制
五进制
8421 十进制
8421 十进制
置,0”功能,当 S9(1)和 S9(2)不全为 1，并且
R0(1)=R0(2)=1时,不论其他输入端状态如何,计数器
输出 Q3Q2Q1Q0 = 0000，故又称异步清零功能或复位功
能。
计数功能：当 S9(1)和 S9(2)不全为 1，并且 R0(1)和 R0(2)
不全为 1，输入计数脉冲 CP时,计数器开始计数。
2.任意（ N）进制计数器
二进制计数器,CP由 CP0端输入,Q0端输出。
Q0
74LS290
R0(1) R0(2) S9(1) S9(2)
CP0
Q3 Q2 Q1
74LS290
R0(1) R0(2) S9(1) S9(2)
CP1
五进制计数器,CP由 CP1端输入,Q3Q2Q1端输出。
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS290 CP1
R0(1) R0(2) S9(1) S9(2)
CP0
十进制计数器（ 8421码）,Q0和 CP1相连，以 CP0
为计数脉冲输入端,Q3Q2Q1Q0端输出。
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS290CP
1
R0(1) R0(2) S9(1) S9(2)
CP0
十进制计数器（ 5421码）,Q3和 CP0相连，以 CP1
为计数脉冲输入端,Q0Q3Q2Q1端输出。
