数字电路-移位寄存器的应用

在上一章中，我们讨论了四种类型的移位寄存器。根据需要，我们可以使用其中一个移位寄存器。以下是移位寄存器的应用。

本章我们就来一一讨论这两个计数器。

环形计数器

在前面的章节中，我们讨论了串行输入-并行输出（SIPO）移位寄存器的操作。它以串行形式接受来自外部的数据，并且需要“N”个时钟脉冲才能移位“N”位数据。

类似地，“N”位环形计数器执行类似的操作。但是，唯一的区别是最右边的 D 触发器的输出作为最左边的 D 触发器的输入，而不是从外部应用数据。因此，环形计数器产生一系列状态（0 和 1 的模式），并且每“N”个时钟周期重复一次。

3位环形计数器的框图如下图所示。

3 位环形计数器仅包含一个 3 位 SIPO 移位寄存器。最右边的 D 触发器的输出连接到最左边的 D 触发器的串行输入。

假设从最左到最右的D触发器的初始状态为$Q_{2}Q_{1}Q_{0}=001$。这里，$Q_{2}$和$Q_{0}$分别是MSB和LSB。我们可以从下表了解环形计数器的工作原理。

时钟上升沿数量	串行输入 = Q ₀	Q ₂（最高有效位）	问₁	Q ₀ (最低有效位)
0	-	0	0	1
1	1	1	0	0
2	0	0	1	0
3	0	0	0	1

无时钟信号时D触发器的初始状态为$Q_{2}Q_{1}Q_{0}=001$。时钟信号每三个正边沿转换就会重复此状态。

因此，对于时钟信号的每个正沿，都会发生以下操作。

Johnson Ring 计数器的操作与Ring 计数器类似。但是，唯一的区别是最右边的 D 触发器的补码输出作为最左边的 D 触发器的输入而不是正常输出。因此，“N”位约翰逊环计数器产生一系列状态（0 和 1 的模式），并且每“2N”个时钟周期重复一次。

约翰逊环计数器也称为扭环计数器和开关尾环计数器。3位约翰逊环计数器的框图如下图所示。

3 位 Johnson Ring 计数器还仅包含一个 3 位 SIPO 移位寄存器。最右边的 D 触发器的互补输出连接到最左边的 D 触发器的串行输入。

假设最初所有 D 触发器都被清除。因此，$Q_{2}Q_{1}Q_{0}=000$。这里，$Q_{2}$和$Q_{0}$分别是MSB和LSB。我们可以从下表了解约翰逊环计数器的工作原理。

时钟上升沿数量	串行输入 = Q ₀	Q ₂（最高有效位）	问₁	Q ₀ (最低有效位)
0	-	0	0	0
1	1	1	0	0
2	1	1	1	0
3	1	1	1	1
4	0	0	1	1
5	0	0	0	1
6	0	0	0	0

无时钟信号时D触发器的初始状态为$Q_{2}Q_{1}Q_{0}=000$。时钟信号每六个正边沿转换就会重复此状态。

因此，对于时钟信号的每个正沿，都会发生以下操作。