常用時(shí)序邏輯電路有計(jì)數(shù)器和寄存器兩種。寄存器分為數(shù)據(jù)寄存器和移位寄存器。計(jì)數(shù)器種類較多，有同步計(jì)數(shù)器、異步計(jì)數(shù)器；有二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器；二進(jìn)制計(jì)數(shù)器又有加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器等。

(1)寄存器

數(shù)字電路中用來存放數(shù)碼或指令的部件稱為寄存器。寄存器具有以下邏輯功能：可在時(shí)鐘脈沖作用下將數(shù)碼或指令存入寄存器(稱為寫入)，或從寄存器中將數(shù)碼或指令取出(稱為讀出)。由于一個(gè)觸發(fā)器只能寄存1位二進(jìn)制數(shù)，要存多位數(shù)時(shí)，就得用多個(gè)觸發(fā)器。常用的有4位、8位、16位等。

寄存器存放和取出數(shù)碼的方式有并行和串行兩種。并行方式就是數(shù)碼各位同時(shí)從各對應(yīng)位輸入端輸入到寄存器中，或同時(shí)出現(xiàn)在輸出端；串行方式就是數(shù)碼逐位從一個(gè)輸入端輸入到寄存器中，或由一個(gè)輸出端輸出。

寄存器根據(jù)功能的不同可分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器兩種。

(a) 數(shù)碼寄存器：這種寄存器只有寄存數(shù)碼和清除數(shù)碼的功能。圖1所示是由D觸發(fā)器組成的4位數(shù)碼寄存器。該數(shù)碼寄存器的工作方式為并行輸入、并行輸出。

圖1 4位數(shù)碼寄存器

(b)移位寄存器：移位寄存器不僅能存放數(shù)碼而且有移位功能。根據(jù)數(shù)碼在寄存器內(nèi)移動(dòng)的方向又可分為左移移位寄存器和右移移位寄存器兩種。

在移位寄存器中，數(shù)碼的存入或取出也有并行和串行兩種方式。

圖2所示是由J—K觸發(fā)器組成的4位左移移位寄存器。F0接成D觸發(fā)器，數(shù)碼由D端串行輸入；也可由d0～d3作并行輸入。從4個(gè)觸發(fā)器的Q端得到并行的數(shù)碼輸出。也可從Q3端逐位串行輸出。

圖2  4位左移移位寄存器

(2)計(jì)數(shù)器

因?yàn)橛?jì)數(shù)器是最常用而又典型的時(shí)序邏輯電路，其分析方法即為一般時(shí)序邏輯電路的分析方法。常用計(jì)數(shù)器有多種類型，重點(diǎn)掌握以下幾種。

①二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器能按二進(jìn)制的規(guī)律累計(jì)脈沖的數(shù)目，也是構(gòu)成其它進(jìn)制計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)。一個(gè)觸發(fā)器可以表示l位二進(jìn)制數(shù)，表示n位二進(jìn)制數(shù)就得用n個(gè)觸發(fā)器。

(a)異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器：圖3所示邏輯電路是由4個(gè)J—K觸發(fā)器組成的4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖中各觸發(fā)器輸入端均為“1”(懸空)即計(jì)數(shù)狀態(tài)。只要有時(shí)鐘脈沖就會(huì)翻轉(zhuǎn)，但前級觸發(fā)器的輸出作為后級觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖，只有在前級觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，后級觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)，故為異步計(jì)數(shù)器。其狀態(tài)真值表見圖4。

可見，在第16個(gè)時(shí)鐘脈沖到來后，計(jì)數(shù)器循環(huán)一周回到原態(tài)，因此也稱為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其波形圖如圖5所示，由圖可知，各觸發(fā)器輸出端Q0，Q1，Q2，Q3的脈沖頻率分別為時(shí)鐘脈沖的1／2，l／4，l／8，1／16，也稱分頻器。

圖3 4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

圖4異步計(jì)數(shù)器狀態(tài)真值表

圖5 十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器波形圖

(b)同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器：異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器線路簡單，工作速度較慢。同步計(jì)數(shù)器工作速度較快，電路較復(fù)雜。圖6所示為同步4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖。從圖中可以看出計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)供給各觸發(fā)器，它們的狀態(tài)變換和計(jì)數(shù)脈沖同步。圖中每個(gè)觸發(fā)器有多個(gè)J端和K端，各J端或各K端之間都是“與”邏輯關(guān)系。

各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達(dá)式(驅(qū)動(dòng)方程)為

J0=K0=1

J1=K1=Q0

J2=K2=Q1Q0

J3=K3= Q2Q1Q0

該計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表和波形圖與異步4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器相同。分析可知，n位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器能計(jì)的最大十進(jìn)制數(shù)為2n－1。

圖6 同步4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖

②十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：從4位二進(jìn)制數(shù)碼的16種狀態(tài)中任取10種狀態(tài)，來表示1位十進(jìn)制數(shù)，可有多種組合，也稱編碼。常用的編碼形式是8421加權(quán)碼，相應(yīng)的計(jì)數(shù)器稱8421十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖7所為同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。

圖7 同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

③集成計(jì)數(shù)器：將多個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器做在一塊中規(guī)模芯片上構(gòu)成集成計(jì)數(shù)器，用它可構(gòu)成所需模數(shù)的各種計(jì)數(shù)器。

④用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器組成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通常有兩種方法：

(a)反饋復(fù)位法(或稱反饋“清0”法)：它是利用中規(guī)模組件進(jìn)行正常計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到N進(jìn)制進(jìn)位要求時(shí)，形成復(fù)位脈沖，并用此脈沖反饋到組件的異步復(fù)位(/)端，使計(jì)數(shù)器復(fù)位(“清0”)，實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。

  (b)反饋置數(shù)法(或稱反饋預(yù)置法)：根據(jù)74LSl6l等通用計(jì)數(shù)器的功能，可將任意狀態(tài)譯碼后反饋到置數(shù)命令端()，并在下一個(gè)脈沖時(shí)給計(jì)數(shù)器并行輸入0000～1111之間的任意一個(gè)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)任意計(jì)數(shù)方法的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。例如當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到1001時(shí)發(fā)出反饋信號給，下一個(gè)脈沖將計(jì)數(shù)器置成0100，于是計(jì)數(shù)器便成為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其狀態(tài)由0100到1001循環(huán)變化。這種方法稱反饋預(yù)置法。