第19講寄存器和移位寄存器.ppt

第19講 課時(shí)授課計(jì)劃課程內(nèi)容 內(nèi)容 寄存器 移位寄存器及其應(yīng)用目的與要求 1 掌握寄存器及移位寄存器的基本概念 工作原理 工作波形2 了解雙向移位寄存器74LS194的邏輯功能3 了解寄存器 移位寄存器的應(yīng)用4 掌握順序脈沖發(fā)生器的工作原理 實(shí)現(xiàn)方法 注意問題重點(diǎn)與難點(diǎn) 寄存器和移位寄存器的基本概念 工作原理 工作波形 課堂討論 1二進(jìn)制的乘除法如何實(shí)現(xiàn) 利用了移位寄存器 2寄存器與存儲(chǔ)器有何區(qū)別 現(xiàn)代教學(xué)方法與手段 大屏幕投影教學(xué) 復(fù)習(xí) 提問 總線傳輸時(shí)多個(gè)三態(tài)門的EN取值有何要求 順序脈沖 寄存器 Register 寄存器 能存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路 由FF構(gòu)成 基本寄存器 只能存放數(shù)據(jù) 代碼移位寄存器 除了能存放數(shù)據(jù) 代碼以外 還有移位功能 基本寄存器雙拍接收方式單拍接收方式 雙拍工作方式基本寄存器 1 第一步 拍 清零 即Q 0 2 第二步 拍 存數(shù) 即Q D 在Rd 1 B上升沿以外時(shí)間 寄存器內(nèi)容將保持不變 缺點(diǎn) 工作速度低 寄存器由基本RSFF構(gòu)成 單拍工作方式基本寄存器 無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么 只要送數(shù)控制時(shí)鐘脈沖CP上升沿到來 加在并行數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)D0 D3 就立即被送入進(jìn)寄存器中 即有 寄存器由維阻DFF構(gòu)成 74374 OctalD TypeFlipflopwithOutputEnableandTri StateOutputs 8D寄存器74LS374 移位寄存器 移位功能 寄存器中存放的數(shù)據(jù)或代碼能在移位脈沖作用下逐位左移或右移 逐位 每一個(gè)上升沿移一位 如何實(shí)現(xiàn)移位功能 連接右移 DIR 最左D端 左Q端 右D端 規(guī)律左移 左D端 右Q端 最右D端 DIL 乘2除2的快速算法 1 單向移位寄存器 并行輸出 4位右移移位寄存器 時(shí)鐘方程 驅(qū)動(dòng)方程 狀態(tài)方程 移位過程 4位右移寄存器 并行輸出 4位左移移位寄存器 時(shí)鐘方程 驅(qū)動(dòng)方程 狀態(tài)方程 移位過程 單向移位寄存器具有以下主要特點(diǎn) 1 單向移位寄存器中的數(shù)碼 在CP脈沖操作下 可以依次右移或左移 2 n位單向移位寄存器可以寄存n位二進(jìn)制代碼 n個(gè)CP脈沖即可完成串行輸入工作 此后可從Q0 Qn 1端獲得并行的n位二進(jìn)制數(shù)碼 再用n個(gè)CP脈沖又可實(shí)現(xiàn)串行輸出操作 3 若串行輸入端狀態(tài)為0 則n個(gè)CP脈沖后 寄存器便被清零 雙向移位寄存器 使用維阻DFF和二選一MUX實(shí)現(xiàn)的三位雙向移位寄存器 M 0左移M 1右移 集成雙向移位寄存器74LS194 74194 4 BitBidirectionalShiftRegisterwithParallelLoad 74299 8 BitUniversalShift StorageRegister 通用移位寄存器74299 A0A1A2A3A4A5A6CP 寄存器的應(yīng)用 1 串并轉(zhuǎn)換 串入并出 七位串行 并行轉(zhuǎn)換器 1 1 Rd異步清0 1 1 1 W0W1W2W3W4W5W6 七位串行 并行轉(zhuǎn)換器工作原理 W0W1W2W3W4W5W6S1S0Rd下降沿0000000CP上升沿 1 011111111 并入 CP上升沿 2 A601111101 右移 CP上升沿 3 A5A60111101 右移 CP上升沿 8 A0A1A2A3A4A5A601 右移 11 并入 并行輸入數(shù)據(jù)的選擇是考慮了工作狀態(tài)的控制以及轉(zhuǎn)換完成信號(hào)的產(chǎn)生而設(shè)定的 寄存器的應(yīng)用 2 移位寄存器型計(jì)數(shù)器 環(huán)形計(jì)數(shù)器 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 即將FFn 1的輸出Qn 1接到FF0的輸入端D0 工作原理 根據(jù)起始狀態(tài)設(shè)置的不同 在輸入計(jì)數(shù)脈沖CP的作用下 環(huán)形計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)可以循環(huán)移位一個(gè)1 也可以循環(huán)移位一個(gè)0 即當(dāng)連續(xù)輸入CP脈沖時(shí) 環(huán)形計(jì)數(shù)器中各個(gè)觸發(fā)器的Q端或端 將輪流地出現(xiàn)矩形脈沖 環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 Q0Q1Q2Q3 0001 1000 0100 00100011 1001 1100 01100111 1011 1101 11100101 101000001111 有效循環(huán) 無效循環(huán) 由于存在無效循環(huán) 故不能自啟動(dòng) 環(huán)形計(jì)數(shù)器的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 做順序脈沖發(fā)生器時(shí)不需要附加譯碼電路缺點(diǎn) FF利用率不高 能自啟動(dòng)的4位環(huán)形計(jì)數(shù)器 狀態(tài)圖 由74LS194構(gòu)成的能自啟動(dòng)的4位環(huán)形計(jì)數(shù)器 時(shí)序圖 3 移位寄存器型計(jì)數(shù)器 扭環(huán)形計(jì)數(shù)器 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 狀態(tài)圖 能自啟動(dòng)的4位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器 由74LS194組成的扭環(huán)計(jì)數(shù)器 扭環(huán)計(jì)數(shù)器解決了環(huán)形計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)利用率不高的問題 從圖上可以看出它有兩種循環(huán) 每個(gè)循環(huán)的狀態(tài)個(gè)數(shù)都是8 每來一個(gè)CP脈沖 計(jì)數(shù)器中只有一個(gè)FF翻轉(zhuǎn) 并且在CP作用下 這個(gè) 1 在計(jì)數(shù)器中循環(huán) 計(jì)數(shù)狀態(tài)構(gòu)成循環(huán)碼 相鄰兩個(gè)碼只有一位不同 構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器 不存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象 不會(huì)產(chǎn)生尖峰脈沖 1 計(jì)數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器 在數(shù)字電路中 能按一定時(shí)間 一定順序輪流輸出脈沖波形的電路稱為順序脈沖發(fā)生器 在數(shù)字系統(tǒng)中 常用來控制某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作 計(jì)數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器一般用按自然態(tài)序計(jì)數(shù)的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成 順序脈沖發(fā)生器也稱脈沖分配器或節(jié)拍脈沖發(fā)生器 一般由計(jì)數(shù)器 包括移位寄存器型計(jì)數(shù)器 和譯碼器組成 作為時(shí)間基準(zhǔn)的計(jì)數(shù)脈沖由計(jì)數(shù)器的輸入端送入 譯碼器即將計(jì)數(shù)器狀態(tài)譯成輸出端上的順序脈沖 使輸出端上的狀態(tài)按一定時(shí)間 一定順序輪流為1 或者輪流為0 前面介紹過的環(huán)形計(jì)數(shù)器的輸出就是順序脈沖 故可不加譯碼電路即可直接作為順序脈沖發(fā)生器 4 順序脈沖發(fā)生器 扭環(huán)形計(jì)數(shù)器構(gòu)成的脈沖分配器 時(shí)序圖 譯碼器 計(jì)數(shù)器 用集成計(jì)數(shù)器74LS163和集成3線 8線譯碼器74LS138構(gòu)成的8輸出順序脈沖發(fā)生器 2 移位型順序脈沖發(fā)生器 移位型順序脈沖發(fā)生器由移位寄存器型計(jì)數(shù)器加譯碼電路構(gòu)成 其中環(huán)形計(jì)數(shù)器的輸出就是順序脈沖 故可不加譯碼電路就可直接作為順序脈沖發(fā)生器 時(shí)序圖 由74LS194構(gòu)成的順序正脈沖發(fā)生器 令 1 D3D2D1D0 1000 Q0 DSL1 先并行置數(shù) 令M1M0 11 CP Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0 10002 不斷左移 再令M1M0 10 CP 電路開始左移操作 Q3 Q0依次輸出順序脈沖 3 得到順序正脈沖順序脈沖的寬度為CP的一個(gè)周期 實(shí)際上就是一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)器 由74LS194構(gòu)成的順序負(fù)脈沖發(fā)生器 令 1 D3D2D1D0 1110 Q3 DSR M0 11 先并行置數(shù) 加啟動(dòng)負(fù)脈沖時(shí) M1 1 M1M0 11 CP Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0 11102 不斷右移 由于Q0 0 G1輸出1 G2輸出0 M1 0 即M1M0 01 CP 電路開始右移操作 Q0 Q3依次輸出低電平順序脈沖 3 得到順序負(fù)脈沖 5 序列檢測(cè)器 1111 序列檢測(cè)器 XCP 01 Y 6 序列發(fā)生器 例 用一片T1194和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T構(gòu)成產(chǎn)生序列為10011001的脈沖序列發(fā)生器 T194功能表 解 序列信號(hào)發(fā)生器可由移位寄存器和反饋邏輯電路構(gòu)成 其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示 假定序列發(fā)生器產(chǎn)生的序列周期為p 移位寄存器的級(jí)數(shù) 觸發(fā)器個(gè)數(shù) 為n 應(yīng)滿足關(guān)系式2n p 本例的p 8 故n 3 選擇n 3 設(shè)輸出序列Z a7a6a5a4a3a2a1a0 下圖列出了所要產(chǎn)生的序列 以p 8周期重復(fù) 最右邊信號(hào)先輸出 圖中 數(shù)碼下面的水平線段表示移位寄存器的狀態(tài) 將a7a6a5 100作為寄存器的初始狀態(tài) 即Q2Q1Q0 100 從Q2產(chǎn)生輸出 由反饋電路依次形成a4a3a2a1a0a7a6a5作為右移串行輸入端DR的輸入 這樣便可在時(shí)鐘脈沖作用下 產(chǎn)生規(guī)定的輸出序列 電路工作狀態(tài)表如下表所示 由表可得到反饋函數(shù)F 或DR 的邏輯表達(dá)式為 據(jù)上述表達(dá)式和T