移位寄存器基礎(chǔ)知識(shí)

1、把若干個(gè)觸發(fā)器串接起來(lái),就可以構(gòu)成一個(gè)移位寄存器。由4個(gè)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(guò)第一個(gè)時(shí)鐘脈沖后，Q0D3。由于跟隨數(shù)碼D3后面的數(shù)碼是D2，則經(jīng)過(guò)第二個(gè)時(shí)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Q1D3，Q0D2。依此類(lèi)推,可得4位右向移位寄存器的狀態(tài), 如表8.8.1所示。 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(dòng)。經(jīng)過(guò)4個(gè)

2、時(shí)鐘脈沖后,4個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)Q3Q2Q1Q0與輸入數(shù)碼D3D2D1D0相對(duì)應(yīng)。為了加深理解,在圖8.8.2中畫(huà)出了數(shù)碼1101(相當(dāng)于D31,D21,D10 ,D01)在寄存器中移位的波形,經(jīng)過(guò)了4個(gè)時(shí)鐘脈沖后,1101出現(xiàn)在寄存器的輸出端Q3Q2Q1Q0。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。這種轉(zhuǎn)換方式特別適用于將接收到的串行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行輸出信號(hào)，以便于打印或由計(jì)算機(jī)處理。 在圖8.8.3中還畫(huà)出了第5到第8個(gè)時(shí)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(jiàn)，在第8個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后，數(shù)碼從Q3

3、端已全部移出寄存器。這說(shuō)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,還可用其他類(lèi)型的觸發(fā)器來(lái)組成移位寄存器,例如,用主從JK 觸發(fā)器來(lái)組成移位寄存器，其級(jí)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: FF2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。 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(mén),

4、則可構(gòu)成既能右移(由低位向高位)、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(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D 同與或非門(mén)組成的轉(zhuǎn)換控制門(mén)相連,移位方向取決于移位控制端S的狀態(tài)。 當(dāng)S=1時(shí)，D0DSR,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(shí)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(dāng)S=0時(shí)，D0Q1 ，D1Q2，在時(shí)鐘脈沖CP作用下，Q2、 Q1的狀態(tài)將作左向移位。同理，可以分析其他兩位觸發(fā)器間的移位情況。由此可見(jiàn)，圖8.8.4所示寄存器可作雙向移位。當(dāng)S=1時(shí)，數(shù)

5、據(jù)作右向移位；當(dāng)S=0時(shí)，數(shù)據(jù)作左向移位?？蓪?shí)現(xiàn)串行輸入串行輸出（由DOR 或DOL 輸出）、串行輸入并行輸出工作方式（由Q3Q0 輸出）。 有時(shí)要求在移位過(guò)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?。這種移位寄存器稱(chēng)為循環(huán)移位寄存器，它也可以作為計(jì)數(shù)器用，稱(chēng)為環(huán)行計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)中非常重要的一個(gè)功能。如二進(jìn)制數(shù)0101乘以2的運(yùn)算，可以通過(guò)將0101左移一位實(shí)現(xiàn)；而除以2的運(yùn)算則可通過(guò)右移一位

6、實(shí)現(xiàn)。    移位寄存器的種類(lèi)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(gè)觸發(fā)器組成的四位左移寄存器。數(shù)碼從第一個(gè)觸發(fā)器的端串行輸入，使用前先用將各觸發(fā)器清零?，F(xiàn)將數(shù)碼 1101從高位到低位依次送到端。                        

7、;                    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       第一個(gè)CP過(guò)后，=d3=1，其他觸發(fā)器輸出狀態(tài)仍為0，即=000，d3= 0001。第二個(gè)CP過(guò)后，=d2=1，=d3=1，而=0。經(jīng)過(guò)四個(gè)CP脈沖后，=d3d2d1d0=1101，存數(shù)結(jié)束。各輸出端狀態(tài)如表9-

8、6所示。如果繼續(xù)送四個(gè)移位脈沖，就可以使寄存的這四位數(shù)碼1101逐位從端輸出，這種取數(shù)方式為串行輸出方式。直接從 取數(shù)為并行輸出方式。74HC164是比較典型的移位寄存器，該移位寄存器有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口、一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)端口和八個(gè)輸出端口。如圖1所示。     當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)候?qū)⑤敵鲆粋€(gè)數(shù)據(jù)到輸出端D0，當(dāng)時(shí)鐘第二次由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)候?qū)⑤敵龅诙€(gè)數(shù)據(jù)到D0，而第一個(gè)數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到D1端口。依此類(lèi)推，每一個(gè)時(shí)鐘周期中都有一個(gè)串行數(shù)據(jù)輸出到D0，而其他的數(shù)據(jù)則不斷往高位移動(dòng)直到所有數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。如果不再有時(shí)鐘周期輸入，則這些數(shù)據(jù)將暫存在輸出端。 如果

9、需要有更多的輸出端口，可以把多個(gè)74HC164串聯(lián)起來(lái)用。串聯(lián)的方法如圖2所示。 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(dāng)左邊的鎖存器D0D7數(shù)據(jù)全部輸出以后，再輸入一個(gè)串行信號(hào)，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D0端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的移位鎖存。這樣利用74HC164就實(shí)現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 注意到在上面的兩個(gè)圖中，無(wú)論輸出什么長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，所需要的輸入信號(hào)都只有兩個(gè)，一個(gè)是串行數(shù)據(jù)輸入，另一個(gè)是鎖存器的時(shí)鐘信號(hào)輸入。如果我們把這兩個(gè)輸入端口連接到單片機(jī)的兩個(gè)輸出端口上，其中單片機(jī)的一個(gè)端口串行輸出數(shù)據(jù)，另一個(gè)端口輸

10、出時(shí)鐘信號(hào)以便控制串行數(shù)據(jù)的鎖存方式，那么我們就只需要兩個(gè)單片機(jī)端口幾乎實(shí)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(shí)序圖3 串口方式0的時(shí)序8051串口方式0的時(shí)序如圖所示，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(shí)鐘為Fosc/12。（1）       發(fā)送執(zhí)行任何一條MOV SUBF,#data指令時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)部串行發(fā)送允許，SEND置高電平，隨后在TXD同步移位時(shí)鐘的作用下，將數(shù)據(jù)data從RXD端移位輸出。一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)，內(nèi)部發(fā)送中斷請(qǐng)

11、求TI有效。要再次發(fā)送一幀時(shí)，須用軟件清TI。（2）       接收在串行口控制寄存器SCON中，REN=1和RI=0時(shí)，會(huì)啟動(dòng)一次接收過(guò)程。接收時(shí)，TXD仍為同步移位時(shí)鐘輸出，而串行移位數(shù)據(jù)仍從RXD移位輸入。當(dāng)接收完一幀后，內(nèi)部接收中斷請(qǐng)求RI有效，要再次接收一幀數(shù)據(jù)時(shí)，須用軟件清零。3. 電路原理MCS-51單片機(jī)串行口方式0為移位寄存器方式，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作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時(shí)鐘脈沖。74LS164為T(mén)TL單向8位移位寄存器，可實(shí)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(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。T（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到T端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1Q8（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(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來(lái)一個(gè)脈沖會(huì)有什么發(fā)生呢？再來(lái)一個(gè)脈沖，第一個(gè)