环形计数器设计原理与移位寄存器应用

"环形计数器设计-北京交通大学数电" 环形计数器是一种特殊的时序逻辑电路，常用于实现循环计数或者顺序控制。这种计数器的结构基于移位寄存器，其特点是最后一个触发器的输出被反馈回移位寄存器的第一级的输入端，形成一个闭合的循环。这种连接方式使得计数器在每次时钟脉冲到来时，其状态会按照预设的顺序逐次变化，直至回到初始状态，形成一个完整的循环。 设计环形计数器的关键在于确定触发器的数量。计数器的模（即它可以计数的最大值）等于移位寄存器的位数n。例如，一个四位移位寄存器构成的环形计数器可以计数的最大值为4（模M=4），因为每次时钟脉冲，计数器的状态会右移一位，当所有位都移动过一次后，计数器的状态又回到了原始状态。 在《北京交通大学数电》课程中，可能涵盖了以下知识点： 1. **逻辑门电路**：这是数字电路的基础，包括与门、或门、非门、异或门等，这些门电路可以组合出各种复杂的逻辑功能。 2. **组合逻辑电路**：由逻辑门电路构成的电路，其输出仅取决于当前输入信号，没有记忆功能。例如，加法器、编码器、译码器和数据选择器等。 3. **触发器**：是时序逻辑电路的基本单元，如RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等，它们具有记忆功能，能存储一位二进制信息。 4. **时序逻辑电路**：除了输入外，其状态还依赖于之前的状态，环形计数器就是一种时序逻辑电路。这类电路包括计数器和寄存器等。 5. **中规模集成电路**：如计数器74系列，提供了预先设计好的功能，便于构建复杂的数字系统。 6. **可编程逻辑器件PLD**：如PAL、GAL和现代的FPGA，允许用户根据需求自定义逻辑功能，极大地提高了设计的灵活性。 7. **VHDL**：硬件描述语言，用于描述数字系统的结构和行为，是 FPGA 和 CPLD 设计的常用工具。 8. **数字系统设计**：涵盖从逻辑门到复杂数字系统的设计过程，包括系统划分、模块化设计以及系统集成。 在第一章《数字逻辑基础》中，主要讲解了数制与编码、逻辑代数基础、逻辑函数的标准形式和化简等基础知识： - **数制与编码**：介绍了进位计数制，如十进制、二进制，以及不同数制间的转换。还涉及到数值数据的表示，如二进制补码表示负数，以及各种特定编码方式，如BCD码、格雷码等。 - **逻辑代数基础**：讲述了逻辑变量、基本逻辑运算（与、或、非），以及逻辑函数的表示方法（真值表、卡诺图、逻辑表达式等）。此外，还涉及逻辑代数的基本定律和规则，如德摩根定律、代数规则等。 - **逻辑函数的标准形式**：讨论了逻辑函数的与或表达式、最简与或表达式以及最小项之和（摩根定律的应用）。 - **逻辑函数的化简**：介绍如何通过代数法（如代数规则、分配律、结合律等）和图解法（如卡诺图）来简化逻辑函数，以减少门的使用和提高电路效率。 课程的后续章节深入到更复杂的数字系统设计，如定时器、计数器、多路复用器等，以及VHDL语言的应用，为学生提供了一套完整的数字电子技术学习体系。