數(shù)碼寄存器和移位寄存器

1、歡迎訪問(wèn)Freekaoyan論文站數(shù)碼寄存器和移位寄存器歡迎訪問(wèn)Freekaoyan論文站    歡迎訪問(wèn)Freekaoyan論文站    在數(shù)字電路中，常常需要將一些數(shù)碼、指令或運(yùn)算結(jié)果暫時(shí)存放起來(lái)，這些暫時(shí)存放數(shù)碼或指令的部件就是寄存器。由于寄存器具有清除數(shù)碼、接收數(shù)碼、存放數(shù)碼和傳送數(shù)碼的功能，因此，它必須具有記憶功能，所以寄存器都由觸發(fā)器和門(mén)電路組成的。一般說(shuō)來(lái)，需要存入多少位二進(jìn)制碼就需要多少個(gè)觸發(fā)器。 寄存器中可分為數(shù)碼寄存器（也簡(jiǎn)稱為存器）和移位寄存器兩種。它們共同之處是都具有暫時(shí)存放數(shù)碼的記憶功能，

2、不同之處是后者具有移位功能而前者卻沒(méi)有。    數(shù)碼寄存器的邏輯圖如圖10-1-1所示，它的存儲(chǔ)部分由D觸發(fā)器構(gòu)成。 圖23-1-1  數(shù)碼寄存器  這種寄存器每次接收數(shù)碼時(shí)，只需要一個(gè)接收脈沖，故稱單拍接收方式。顯然，從傳送速度來(lái)看，單拍接收方式要快一些。在數(shù)字式儀表中，為了節(jié)省復(fù)位時(shí)間，往往采用單拍接收方式。 圖23-1-1介紹的寄存器在接收數(shù)碼時(shí)，各數(shù)碼是同時(shí)輸入到寄存器中去的。輸出時(shí)也是各位同時(shí)輸出的。因此，稱這種輸入、輸出方式為并行輸入并行輸出。寄存器也可以用JK觸發(fā)器構(gòu)成，它的工作原理也很簡(jiǎn)單，在此就不再分析了。   &#

3、160; 在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要將寄存器中的數(shù)碼按時(shí)鐘的節(jié)拍向左移或右移一位或多位，能實(shí)現(xiàn)這種移位功能的寄存就稱為移位寄存器。移位寄存器是數(shù)字裝置中大量應(yīng)用的一種邏輯部件，例如在計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行二制數(shù)的乘法和除法都可由移位操作結(jié)合加法操作來(lái)完成。 移位寄存器的每一位也是由觸發(fā)器組成的，但由于它需要有移位功能，所以每位觸發(fā)器的輸出端與下一位觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端相連接，所有觸發(fā)器公用一個(gè)時(shí)鐘脈沖，使它們同步工作。一般規(guī)定右移是向高位移，左移是向低位移，而不管看上去的方向如何。例如一個(gè)移位寄存器中的數(shù)碼是         &#

4、160;           高位                   低位          原數(shù)據(jù)     1       0

5、      0       1右移：串出1 ¬   0       0      1       X ¬ 串入          原數(shù)據(jù)     1&

6、#160;      0      0       1左移：串入   ®  X      1      0       0  ®1串出在移位的過(guò)程中，移出方向端口處觸發(fā)器的數(shù)據(jù)將移出寄存器，稱為串行輸出，簡(jiǎn)稱串出；在寄存

7、器另一端口處的觸發(fā)器將有數(shù)據(jù)X移入寄存器，稱為串行輸入，簡(jiǎn)稱串入。如果連續(xù)來(lái)幾個(gè)時(shí)鐘脈沖，寄存器中是數(shù)據(jù)就會(huì)從串行輸出端一個(gè)一個(gè)送出，于是可以將寄存器中的數(shù)據(jù)取出，同時(shí)有新的數(shù)據(jù)從串入端一個(gè)一個(gè)進(jìn)入寄存器。從寄存器中取出數(shù)據(jù)還有另一種方式，前面已經(jīng)提過(guò)，就是從每位觸發(fā)器的輸出端引出，這種輸出方式稱并行輸出，簡(jiǎn)稱并出，同理送入數(shù)據(jù)有并入的方式，見(jiàn)圖23-1-1。 此移位寄存器的各種功能各需要有一個(gè)控制端，即有左移、右移、接收數(shù)碼三個(gè)控制端，這些功能都不執(zhí)行即相當(dāng)保持功能。需要說(shuō)明的是左移、右移、保持和并行輸入數(shù)據(jù)相當(dāng)是一次信號(hào)，這些功能只能一個(gè)一個(gè)的進(jìn)行。如果是高電平有效，那么左移、右移、保持和

8、并行輸入數(shù)據(jù)這些輸入端，其中只能有一個(gè)是高電平，否則寄存器不能正常工作。 圖10-1-3  雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)并行輸入時(shí)，接收控制端為“1”，其化控制端為“0”，全部2號(hào)與門(mén)打開(kāi)，在CP作用后，數(shù)據(jù)X1X4就分別通過(guò)2號(hào)與門(mén)，并行送入各位觸發(fā)器中。 實(shí)現(xiàn)右移時(shí)，右稱控制端為“1”，其它控制端置“0”全部3號(hào)與門(mén)打開(kāi)，3號(hào)與門(mén)的連線是按照右移功能的要求，從低位連向高一位的觸發(fā)器。因此，CP脈沖作用后就實(shí)現(xiàn)右移。 實(shí)現(xiàn)左移時(shí)，左移控制信號(hào)為“1”，其它控制端為“0”，全部1號(hào)與門(mén)打開(kāi)。通過(guò)1號(hào)與門(mén)的數(shù)據(jù)是按左移功能連接的。因此，在CP脈沖作用后就實(shí)現(xiàn)了左移。 至于，“右移”、“左移”以及

9、“接收”三種控制信號(hào)，則是由另外的控制電路送來(lái)的。根據(jù)這些控制命令，移位寄存器在不同的時(shí)間內(nèi)完成不同的功能。寄存器的輸出緩沖級(jí)往往采用三態(tài)門(mén)（TSG），這樣，可以根據(jù)需要斷開(kāi)寄存器和外電路之間的聯(lián)系，或者擴(kuò)展寄存器的個(gè)數(shù)，或者將寄存器的輸出端都接到同一條輸出總線上，大大簡(jiǎn)化寄存器的外電路連接，使寄存器的應(yīng)用更方便。集成化移位寄存器一般均設(shè)置時(shí)鐘緩沖門(mén)。下面介紹一種常見(jiàn)的單塊集成移位寄存器。 下面介紹幾種移位寄存器電路，一般移位寄存器在應(yīng)用中，需要有左移、右移、保持和并行輸入數(shù)據(jù)等多種功能。圖23-1-2是一個(gè)雙向移位寄存器，它可實(shí)現(xiàn)右移、左移、并入、并出、串入和串出等操作，即能右移又能左移，故

10、稱>"javascript：openwin('23-1-2.htm','top=10,left=80,width=540,height=420')">雙向移位寄存器圖10-1-3  74LS194的邏輯符號(hào)     >"javascript：openwin('23-1-3.htm','top=10,left=80,width=540,height=420')">2>"javascript：openwin('

11、;23-1-3.htm','top=10,left=80,width=540,height=420')">>"javascript：openwin('23-1-4.htm','top=10,left=80,width=540,height=420')">送數(shù) 當(dāng)控制端S1S0=11(3)時(shí)，由邏輯符號(hào)中方式控制符M可知，它將控制受3影響的功能。在圖中計(jì)有四個(gè)3，4D，即接收A、B、C、D數(shù)據(jù)的并行輸入。執(zhí)行這一功能還必須有時(shí)鐘的參與，時(shí)鐘端標(biāo)有C4，說(shuō)明時(shí)鐘控制所有帶4字頭的受影響端的功能的

12、執(zhí)行。3，4D中的D（Data）代表數(shù)據(jù)。 圖10-1-3  74LS194的邏輯符號(hào)       例如，當(dāng)數(shù)碼DCBA=1010時(shí)，由于S1S0=11(3)，在時(shí)鐘的作用下，執(zhí)行送數(shù)功能，寄存器中的觸發(fā)器將翻轉(zhuǎn)到新?tīng)顟B(tài)：QDQCQBQA=1010，即把數(shù)碼1010接收到寄存器中去了。這里要注意，D為高位，A為低位，不管是寫(xiě)成DCBA，還是寫(xiě)成ABCD；對(duì)Q端也是如此。     >"javascript：openwin('23-1-5.htm','top=10,left=80

13、,width=540,height=420')">     >"javascript：openwin('23-1-6.htm','top=10,left=80,width=540,height=420')">        移位寄存器在數(shù)字裝置中作為邏輯部件，應(yīng)用十分廣泛。經(jīng)除了在計(jì)算機(jī)中大量應(yīng)用于乘、除法所必須的移位操作及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)外，還可以用它作為數(shù)字延遲線，串行、并行數(shù)碼轉(zhuǎn)換器以及構(gòu)成各種環(huán)形計(jì)數(shù)器等。下面以二進(jìn)制串行加法器

14、為例，說(shuō)明它的應(yīng)用，進(jìn)一步體會(huì)移位寄存器的功能。 >"javascript：openwin('23-1-8.htm','top=10,left=80,width=540,height=420')">二進(jìn)制串行加法器的工作原理圖23-1-4的電路是一種能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的n位二進(jìn)制數(shù)，按串行運(yùn)算方式相加的電路。它主要由一個(gè)全加器、一個(gè)進(jìn)位寄存器及兩個(gè)移位寄存器組成。在這兩個(gè)移位寄存器中，一個(gè)存放加數(shù)，它具有左移位功能（向低位移）；另一個(gè)存放被加數(shù)和運(yùn)算過(guò)程中產(chǎn)生的和數(shù)。它也具有左移位功能，稱之為累加寄存器，簡(jiǎn)稱累加器。圖中全加器的進(jìn)

15、位輸出端與D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D相連，而D觸發(fā)器的Q端與全加器的進(jìn)位輸入端Ci-1相連。D觸發(fā)器稱為進(jìn)位寄存器，它的作用是，暫保留加法運(yùn)算過(guò)程中從低位送來(lái)的進(jìn)位信號(hào)。進(jìn)位寄存器的CP端和兩移位寄存器的CP端均接時(shí)鐘脈沖源，但作為進(jìn)位寄存器的D觸發(fā)器的動(dòng)作邊沿與移位寄存器不同。 所謂串行加法，是指兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相加的過(guò)程是從低位至高位逐位進(jìn)行。就好象用手算的方法把兩個(gè)多位數(shù)相加的過(guò)程一樣。這種運(yùn)算從數(shù)的最低位開(kāi)始，每次加一位，依次從最低位至最高位依次進(jìn)行，如果是二個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)相加，即從i=0至i=n-1逐位進(jìn)行。例如對(duì)第i位進(jìn)行運(yùn)算，得到第i位全加后的和數(shù)Si及進(jìn)位數(shù)Ci后才進(jìn)行下一位i+1位的

16、運(yùn)算，即Ai+1、Bi+1和Ci相加。但其中的Ci是作為低位的進(jìn)位，要晚半個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍才加到全加器上，以保證全加的正確性。所以，作為進(jìn)位寄存器的D觸發(fā)器要采用下降沿動(dòng)作的觸發(fā)器?，F(xiàn)結(jié)合圖10.11說(shuō)明在時(shí)鐘作用下，串行加法的步驟。 在相加之前，將被加數(shù)B和加數(shù)A分別存入累加器和加數(shù)移位寄存器中，同時(shí)將進(jìn)位寄存器置“0”（圖中未畫(huà)出這部分的送數(shù)電路和置“0”線）。 圖23-1-4  串行累加行二進(jìn)制加法器   加法開(kāi)始時(shí)，與門(mén)G的相加控制端X接“1”，打開(kāi)時(shí)鐘控制門(mén)G，相加運(yùn)算便按照時(shí)鐘脈沖CP的節(jié)拍一位一位地逐次相加。 第一個(gè)CP到來(lái)前，全加器輸入數(shù)為Ai=B0，Bi=A0，Ci-1=C0-1=0。相加得到 S0=A0B0C0-1 C0=A0B0 在第一個(gè)CP上升沿的作用下，移位寄存器中的加數(shù)和被加數(shù)都向低位移動(dòng)了一位，其和S0得以存入累加器最高位剛剛空出的一個(gè)寄存單元中；進(jìn)位C0在CP的下降沿來(lái)到時(shí)，被暫時(shí)寄存到進(jìn)位寄存器中（Q=C0）。可見(jiàn)在第二個(gè)CP作用前，全加器的輸入數(shù)為：Ai=B1，Bi=A1，Ci-1=C0，而相加結(jié)果為 S1=A