移位寄存器基礎(chǔ)知識

1、把若干個觸發(fā)器串接起來，就可以構(gòu)成一個移位寄存器。由 4個邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的4位移位寄存器邏輯 電路如圖8.8.1所示。數(shù)據(jù)從串行輸入端 D1輸入。左邊觸發(fā)器的輸出作為右鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入。假設(shè)移 位寄存器的初始狀態(tài)為 0000,現(xiàn)將數(shù)碼D3D2D1D0（1101）從高位（D3）至低位依次送到 D1端，經(jīng)過第一個 時鐘脈沖后，Q0=D3。由于跟隨數(shù)碼 D3后面的數(shù)碼是D2 ,則經(jīng)過第二個時鐘脈沖后，觸發(fā)器FF0的狀態(tài) 移入觸發(fā)器FF1,而FF0變?yōu)樾碌臓顟B(tài)，即Q1 = D3, Q0 = D2。依此類推，可彳1 4位右向移位寄存器的狀態(tài)， 如表8.8.1所不。B. S. 1用迪沼D向嗜器構(gòu)成的4

2、位移位寄存器表 8. 8.18. S. 1電路的狀態(tài)表GFQIQ2Q30001 -B300a _2D2D3003mD2D3n4DODID2D3由表可知，輸入數(shù)碼依次地由低位觸發(fā)器移到高位觸發(fā)器，作右向移動。經(jīng)過4個時鐘脈沖后，4個觸發(fā)器的輸出犬態(tài)Q3Q2Q1Q0與輸入數(shù)碼D3D2D1D0相對應。為了加深理解，在圖8.8.2中畫出了數(shù)碼1101（相當于 D3 = 1,D2= 1,D1 =0 ,D0=1）在寄存器中移位的波形，經(jīng)過了 4個時鐘脈沖后，1101出現(xiàn)在寄存器的輸出端 Q 3Q2Q1Q0O這樣，就可將串行輸入（從D1端輸入）的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為并行輸出 （從Q3、Q2、Q1、Q0端輸出） 的數(shù)碼

3、。這種轉(zhuǎn)換方式特別適用于將接收到的串行輸入信號轉(zhuǎn)換為并行輸出信號，以便于打印或由計算機處理。uXh-Ji. Wf-Ji!?l_NU _ 上f !i*5i i<«_r-TLhr-u¥IIp|1 i 1ri-4i i_rn圖& & N圖&& 1電路的時序圖在圖8.8.3中還畫出了第5到第8個時鐘脈沖作用下，輸入數(shù)碼在寄存器中移位的波形（如圖8.8.2所示）。由圖可見，在第8個時鐘脈沖作用后，數(shù)碼從 Q3端已全部移出寄存器。這說明存入該寄存器中的數(shù)碼也 可以從Q端串行輸出。根據(jù)需要，可用更多的觸發(fā)器組成多位移位寄存器。除了用邊沿D觸發(fā)器外，還

4、可用其他類型的觸發(fā)器來組成移位寄存器，例如，用主從JK觸發(fā)器來組成移位寄存器，其級間連接方式如圖8.8.3所示。根據(jù)JK觸發(fā)器的特征方程，由圖 8.8.3可得：Q """篇v 三0-"二 g ya vFF2和FF3的接法與FF1完全相似，所以各JK觸發(fā)器均以D觸發(fā)器的功能工作，圖8.8.3和圖8.8.1所示電路具有相同的功能。cr身國甘,3用工從環(huán)觸發(fā)看俎成的q位移位寄存器雙向移位寄存器若將圖8.8.1所示電路中各觸發(fā)器間的連接順序調(diào)換一下，讓右邊觸發(fā)器的輸出作為左鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入，則可構(gòu)成左向移位寄存器。若再增添一些控制門，則可構(gòu)成既能右移（由低位向

5、高位卜又能左移（由高位至低位）的雙向移位寄存器。圖 8.8.4是雙向移位寄存器的一種方案，它是利用邊沿D觸發(fā)器組成的，每個觸發(fā)器 的數(shù)據(jù)輸入端D同與或非門組成的轉(zhuǎn)換控制門相連，移位方向取決于移位控制端 S的狀態(tài)。圖生區(qū)4用邊沿D觸發(fā)器赳成的雙向移位寄存器以觸境器FFk FFL為例，其數(shù)據(jù)輸入端D的邏輯表達或分別為;運當S=1時，D0=DSR,D1=Q0,即FF0的D0端與右移串行輸入端 DSR接通，F(xiàn)F1的D1端與Q0接通，在時 鐘脈沖CP作用下，由DSR端輸入的數(shù)據(jù)將作右向移位；反之，當 S=0時，D0 = Q1 , D1 = Q2,在時鐘 脈沖CP作用下，Q2、 Q1的狀態(tài)將作左向移位。同

6、理，可以分析其他兩位觸發(fā)器間的移位情況。由此可 見，圖8.8.4所示寄存器可作雙向移位。當 S=1時，數(shù)據(jù)作右向移位；當 S=0時，數(shù)據(jù)作左向移位?？蓪?現(xiàn)串行輸入一一串行輸出（由DOR或DOL輸出）、串行輸入一一并行輸出工作方式（由Q3Q0輸出）。有時要求在移位過程中數(shù)據(jù)不要丟失，仍然保持在寄存器中。只要將移位寄存器的最高位的輸出接至最低 位的輸入端，或?qū)⒆畹臀坏妮敵鼋又磷罡呶坏妮斎攵恕＿@種移位寄存器稱為循環(huán)移位寄存器，它也可以作 為計數(shù)器用，稱為環(huán)行計數(shù)器。移位寄存器工作原理移位寄存器不僅能夠寄存數(shù)碼，而且具有移位功能。移位是數(shù)字系統(tǒng)和計算機技術(shù)中非常重要的一個功能。如二進制數(shù)0101乘以

7、2的運算，可以通過將 0101左移一位實現(xiàn)；而除以 2的運算則可通過右移一位實現(xiàn)。移位寄存器的種類很多，有左移寄存器、右移寄存器、雙向移位寄存器和循環(huán)移位寄存器等。圖9-14所示是由四個觸發(fā)器組成的四位左移寄存器。數(shù)碼從第一個觸發(fā)器的端串行輸入，使用前先用將各觸發(fā)器清零。現(xiàn)將數(shù)碼1101從高位到低位依次送到端。R <?. 。圖9-14由觸發(fā)器組成的四位左移寄存器表9-6四位左移寄存器狀態(tài)表CPaaa10200d-口由心由4出d3= 0001 。第二個 CP 過后,=,存數(shù)結(jié)束。各輸出端狀態(tài)如表 9 逐位從端輸出，這種取數(shù)方式為串第一個CP過后，=d3=1 ,其他觸發(fā)器輸出狀態(tài)仍為 0,即

8、=000 , d2=1 , =d3=1,而=0 。經(jīng)過四個 CP 脈沖后，=d3d2d1d0=11011101-6所示。如果繼續(xù)送四個移位脈沖，就可以使寄存的這四位數(shù)碼行輸出方式。直接從取數(shù)為并行輸出方式。74HC1641比較典型的移位寄存器，該移位寄存器有一個數(shù)據(jù)輸入端口、 個時鐘信號端口和八個輸出端口。如圖 1所示。DO DI DZ D3 D4 D5 DO D7圖1 71HC161個引腳當時鐘信號從低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候?qū)⑤敵鲆粋€數(shù)據(jù)到輸出端DQ當時鐘第二次由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候?qū)⑤敵龅诙€數(shù)據(jù)到DQ而第一個數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到D1端口。依此類推，每一個時鐘周期中都有一個申行數(shù)據(jù)輸出到DO,而其

9、他的數(shù)據(jù)則不斷往高位移動直到所有數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。如果不再有時鐘周期輸入， 則這些數(shù)據(jù)將暫存在輸出端。如果需要有更多的輸出端口，可以把多個74HC16鐘聯(lián)起來用。串聯(lián)的方法 如圖2所示。m Dl D2 Di D4 D5 D6 07DO Dl D2 D5 EW D5 D6 D7M款朦粕人時鐘輸入內(nèi)23個仁存雷平.式在上圖的串聯(lián)電路中，左邊的鎖存器 D7與右邊鎖存器的串行數(shù)據(jù)輸入端連接， 當左邊的鎖存器DOD7&據(jù)全部輸出以后，再輸入一個用行信號，左邊鎖存器 D7數(shù)據(jù)將作為右邊鎖存器的輸入數(shù)據(jù)并從右邊鎖存器DO端輸出，從而實現(xiàn)了多個字節(jié)數(shù)據(jù)的移位鎖存。這樣利用74HC16砧實現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)到并行

10、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。注意到在上面的兩個圖中，無論輸出什么長度的數(shù)據(jù)，所需要的輸入信號都 只有兩個，一個是串行數(shù)據(jù)輸入，另一個是鎖存器的時鐘信號輸入。 如果我們把 這兩個輸入端口連接到單片機的兩個輸出端口上， 其中單片機的一個端口用行輸 出數(shù)據(jù)，另一個端口輸出時鐘信號以便控制申行數(shù)據(jù)的鎖存方式，那么我們就只需要兩個單片機端口幾乎實現(xiàn)任意數(shù)量的并口輸出。2. 8051串口方式0的工作原理與時序豈入SENDRXD 一 （數(shù)據(jù)輸出）TXD（移位脈沖）imuumnnjri（中新標志）置煙=1RI（接收中斯標志）RXD（數(shù)據(jù)的TXD（移位陳沖）tWAWnmmnmmr圖3串口方式0的時序8051串口方式0的時序如圖

11、所示，RXD（P3.0）為數(shù)據(jù)端，TXD（P3.1）為同 步移位脈沖端，每次串行發(fā)送、接收8位數(shù)據(jù)（一幀），低位在先。時鐘為Fosc/12。1 1）發(fā)送執(zhí)行任何一條MOV SUBF,#data旨令時，啟動內(nèi)部串行發(fā)送允許，SENDS高 電平，隨后在TXD同步移位時鐘的作用下，將數(shù)據(jù) data從RXW移位輸出。一 幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時，內(nèi)部發(fā)送中斷請求 TI有效。要再次發(fā)送一幀時，須用軟件 清TI。2 2）接收在用行口控制寄存器SCO即，REN=ffl RI=0時，會啟動一次接收過程。接 收時，TXM為同步移位時鐘輸出，而串行移位數(shù)據(jù)仍從 RXD位輸入。當接收 完一幀后，內(nèi)部接收中斷請求RI有效，要

12、再次接收一幀數(shù)據(jù)時，須用軟件清零。3 .電路原理MCS-5仲片機用彳T口萬式0為移位寄存器萬式，外接4片74LS164作為4 位LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把8031的RXD乍為數(shù)據(jù)/出線，TXD乍為移位 時鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。 其中A、B （第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信 號，共一個輸入信號時可并接。T （第8腳）為時鐘輸入端，可連接到用行口的 TXD端。每一個時鐘信號的上升沿加到 T端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈 沖過后，8位二進制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復位端，當R=0時， 移位寄存器各位復0,只有當R=1時，時鐘脈沖才起作用。Q1- -Q8第3-6和10-13 引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的hg a各段對應的引腳上。在給出了 8個脈沖后，最先進入74LS164的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，然后再來一個脈沖 會有什么發(fā)生呢？再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出，搞清了這