项目10寄存器和计算器的应用

电子技术基础与技能 陈振源主编 电子演示文稿 项目10寄存器和计数器的应用 时序逻辑电路简称时序电路 它由逻辑门电路和触发器组成 是一种具有记忆功能的逻辑电路 常用的电路类型有寄存器和计数器 本项目重点学习寄存器 计数器的逻辑功能和典型应用电路的制作 10 1寄存器 10 2计数器 项目小结 项目10寄存器和计数器的应用 寄存器主要用来暂存数码和信息 寄存器由触发器和门电路组成 按接收数码的方式不同可分为单拍接收式和双拍接收式两种 10 1 1数码寄存器1 双拍接收式寄存器 1 电路组成4位双拍接收式数码寄存器是由基本RS触发器和门电路组成 4位双拍接收式数码寄存器 10 1寄存器 2 工作原理双拍接收寄存器工作时是分两步进行的 第一步 寄存前先清零 第二步 接收脉冲控制数据寄存 2 单拍接收寄存器 1 电路组成4位单拍接收式数码寄存器是由D触发器组成 2 工作原理单拍接收寄存器不需要先清零 当接收脉冲CP到来时 即可将数码存入 若要清除已存入的数码 使寄存器全部清零 只需在端加入一清零负脉冲即可实现 4位单拍接收寄存器 寄存器的优点是存储时间短 速度快 可用来当高速缓冲存储器 其缺点是一旦停电后 所存储的数码便全部丢失 因此数码寄存器通常用于暂存工作过程中的数据和信息 不能作为永久的存储器使用 由许多的寄存器组合起来的大规模集成电路可作为数据存储器 每个寄存器是数据存储器中的一个存储单元 再用地址线来选择对应的存储单元 就成为随机存取存储器RAM 寄存器若出现各位数据都无法正常存储的故障 检测的基本步骤和技巧是 第一步 先查工作电源是否正常 第二步 查复位端是否被长置成复位状态 第三步 用示波器观测CP脉冲是否有输入到触发控制端 10 1 2移位寄存器移位寄存器除了具有寄存数码的功能外 还具有将数码在寄存器中单向或双向移位的功能 1 电路组成由D触发器组成的4位左移寄存器电路中 FF0是最低位触发器 FF3是最高位触发器 高位触发器的D端依次接到相邻低位触发器的数据输出端Q 4位左移寄存器 2 工作过程以存入数码1011为例 4位左移寄存器的工作状态示意图 左移寄存器工作状态示意图 3 集成移位寄存器74LS194集成电路是一块4位双向通用移位寄存器 实物外形及引脚功能图如图10 5所示 设置M0 1 M1 0时 为右移寄存器工作状态 设置M0 0 M1 1时 为左移寄存器工作状态 设置M0 1 M1 1时 此时为并行寄存器工作状态 1 电路组装按图10 8所示的电路图安装寄存器控制彩灯电路 2 输入脉冲信号将脉冲信号发生器产生的矩形脉冲CP送入74LS194的11脚 3 寄存器清零开关Sr按下为0状态 寄存器设置为清零状态 观察输出发光二极管的状态 4 设置为右移串行寄存器将开关Sr处于1状态 拨动单刀双掷开关SM0 SM1 使M0 1 M1 0 SR端分别设置为0和1状态时 观察发光二极管的变化状态 读出对应的输出的数 5 设置为左移串行寄存器将开关Sr处于1状态 拨动单刀双掷开关SM0 SM1 使M0 0 M1 1 SL端分别设置为0和1状态时 观察发光二极管的变化状态 读出对应的输出的数 6 设置为并行寄存器开关Sr处于1状态 拨动单刀双掷开关SM0 SM1 使M0 1 M1 1 此时为并行寄存器工作状态 通过开关S0 S1 S2 S3设置并行输入数码D0 D1 D2 D3 观察输出端发光二极管的状态 在数字系统中 能统计输入脉冲个数的电路称为计数器 10 2 1二进制计数器1 电路组成每输入一个脉冲 就进行一次加1运算的计数器称为加法计数器 也称为递增计数器 4个JK触发器构成的加法计数器如下图所示 4位二进制递增计数器逻辑图 10 2计数器 2 工作过程在计数脉冲输入前 先在端加入清零负脉冲 置4位二进制数为0000 在第1个计数脉冲下降沿到来后 Q0由0翻转到1 二进制数Q3Q2Q1Q0 0001 在第2个计数脉冲下降沿到来后 Q0由l翻转到0 触发FF1使得Q1由0翻转为1 Q3Q2Q1Q0 0010 在第3个计数脉冲下降沿到来后 Q0由0翻转到1 该脉冲的上升沿并不触发FF1 仍保持Q1 l 因此Q3Q2Q1Q0 0011 4位二进制递增计数器时序图 10 2 2十进制计数器1 十进制递减计数器的状态 2 电路组成异步十进制加法计数器3 工作过程 1 计数器输入0 9个计数脉冲时 工作过程与4位二进制异步加法计数器完全相同 第9个计数脉冲后 Q3Q2Q1Q0状态为1001 2 第10个计数脉冲到来后 此时计数器状态恢复为0000 跳过了1010 1111六个状态 从而实现842lBCD码十进制递增计数的功能 4 集成计数器的应用十进制计数集成电路74LS160的外形和引脚排列如下图所示 74LS160实物外形图74LS160引脚功能图将2片74LS160串联起来可构成一个模为100的计数器 模为100的计数器连接图 数字钟的外形及电路框图如图10 16所示 其电路主要由计数器 译码电路 显示器和秒信号源所组成 石英晶体振荡器产生的振荡信号经电路分频后获得1Hz的脉冲信号 秒信号 数字钟共有3个计数器 分别记录秒 分 时的变化情况 分显示器由60进制的加法计数器和译码显示电路构成 时显示器则由24进制的加法计数器和译码显示电路构成 数字钟组成框图 1 按图10 19连接电路 注意图中74LS48的 脚和74LS161的 CTP CTT脚应置于高电平 2 检查电路连线无误后 VCC端接上 5V电源 3 在计数器的CP端连续输入单个脉冲 观测数码器的显示结果 并用万用表对74LS48的a g引脚电平进行测量 记录于表10 5中 项目小结 1 时序电路是由逻辑门电路和具有记忆功能的触发器构成 它的任一时刻的输出 不仅与当时的输入信号有关 还与原来的状态有关 本章介绍了常用的时序逻辑电路 寄存器和计数器 2 寄存器是用来存储数码和信息的部件 它具有清零 存储和输出的功能 寄存器可分为单拍接收式和双拍接收式两种 3