數(shù)字電路與邏輯設(shè)計 第6章寄存器課件

三、寄存器，移位寄存器。

寄存器是一種常用的時序邏輯電路,用來存儲多位二進制代碼。這些代碼可以是數(shù)據(jù)，指令，地址或其他信息。由于一個觸發(fā)器只能存放一位二進制代碼，因此，n位寄存器。按功能劃分，寄存器可分為：數(shù)碼寄存器移位寄存器1、數(shù)碼寄存器

1DCIDI存數(shù)指令QQ1、數(shù)碼寄存器

數(shù)碼寄存器是能夠存放二進制數(shù)碼的電路。由于觸發(fā)器具有記憶功能，因此可以作為數(shù)碼寄存器的電路。下圖為由D觸發(fā)器實現(xiàn)寄存一位數(shù)碼的寄存單元。工作原理：若DI=0，在存數(shù)指令的作用下，Qn+1=0，若DI=1，在存數(shù)指令的作用下，Qn+1=1。這樣，在存數(shù)指令的作用下，將輸入信號的數(shù)碼DI存入到D觸發(fā)器中。這樣寄存器只用來存放數(shù)碼，一般僅具有接收數(shù)碼，保持并清除原有數(shù)碼等功能，電路結(jié)構(gòu)和工作原理都比較簡單。一個多位的數(shù)碼寄存器，可以看作是多個觸發(fā)器的并行使用。⑴下圖為由4個D觸發(fā)器構(gòu)成的4位左移的移位寄存器由圖可見：Q1n+1=VI，Q2n+1=Q1nQ3n+1=Q2n，Q4n+1=Q3n1D4CI1D4CI1D4CI1D4CIQ4Q3Q2Q1輸入VICP就實現(xiàn)了數(shù)碼在移存脈沖作用下，向左依位移存。同理可構(gòu)成右移位寄存器。10111111001011⑵雙向寄存器

同時具有左移和右移的功能，是左移還是右移取決于

移存控制信號M。如圖所示由圖可寫出各級D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：

Q4n+1=AM+MQ3n其中，A為右移輸入數(shù)碼Q3n+1=MQ4n+MQ2nB為左移輸入數(shù)碼Q2n+1=MQ3n+MQ1nQ1n+1=MQ2n+MB

當M=1時，Q4n+1=AQ3n+1=Q4nQ2n+1=Q3nQ1n+1=Q2n

因此，在移存脈沖CP作用下，實現(xiàn)右移移位寄存功能。當M=0時，Q4n+1=Q3nQ3n+1=Q2nQ2n+1=Q1nQ1n+1=B

因此，在移存脈沖CP作用下，實現(xiàn)左移移位寄存功能。移位寄存器的邏輯功能：既能寄存數(shù)碼，又能在時鐘脈沖的作用下使數(shù)碼向高位或向低位移動移位寄存器按移動方式分單向移位寄存器雙向移位寄存器左移位寄存器右移位寄存器移位寄存器的邏輯功能分類實現(xiàn)數(shù)碼串—并行轉(zhuǎn)換通常信息在線路上的傳遞是串行傳送，而終端的輸入或輸出往往是并行的，因而需對信號進行

串—并行轉(zhuǎn)換或并—串轉(zhuǎn)換。⑶移位寄存器的應(yīng)用并入并出、并入串出、串入并出、串入串出移位寄存器的應(yīng)用并入并出－數(shù)據(jù)寄存并入串出－多位數(shù)據(jù)共信道傳輸串入并出－共信道傳輸數(shù)據(jù)接收串入串出－數(shù)字延遲可變長度移位寄存器1DCI1DCI1DCI1DCI1DCI＆＆＆＆＆并行讀出指令串行輸入移存脈沖CPD5D4D3D2D1Q1Q2Q3Q4Q511001分析：假設(shè)串行輸入的數(shù)碼為10011（左邊先入）序號Q1Q2Q3Q4Q50—————11————201———3001——41001—511001并行輸出11001串—并行轉(zhuǎn)換狀態(tài)表波形：并行輸出脈沖移存脈沖Q1Q2Q3Q4Q5110011001工作時:

(1)RD首先清零，使所有觸發(fā)器置0。

(2)當并行取樣脈沖M=1時，在第一個移存脈沖CP的作用下，輸入信號D11~D15并行存入到各級觸發(fā)器中。

(3)存入以后并行取樣脈沖M=0，在移存的脈沖CP的作用下，實行右移移存功能，從Q5端輸出串行數(shù)碼。假設(shè)輸入的5位數(shù)碼為11001（Q1…Q5），第二組為10101。5單位數(shù)碼并—串行轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)移表序號Q1Q2Q3Q4Q5000000111001（并入）201100串行輸出30011040001150000

1610101（并入）M=1M=1M=0

波形：RDCP并行取樣Q1Q2Q3Q4Q5110010001112345678910100113集成移位寄存器⑴集成74LS195

首先看一下195內(nèi)部電路構(gòu)成（189頁）及外部端口的作用。CR為異步清0端J，K為串行數(shù)據(jù)輸入端D0，D1，D2，D3為并行數(shù)據(jù)輸入端。SH/LD為移位/置入控制端分析：根據(jù)D觸發(fā)器的狀態(tài)方程和激勵函數(shù)，有Q0n+1=SH/LDD0+SH/LD（JQ0n+KQ0n）Q1n+1=SH/LDD1+SH/LDQ0nQ2n+1=SH/LDD2+SH/LDQ1nQ3n+1=SH/LDD3+SH/LDQ2n當SH/LD=0時，即置入功能時，有Q0n+1=D0Q1n+1=D1Q2n+1=D2Q3n+1=D3若SH/LD=1，即右移功能時，有Q0n+1=JQ0+KQ0nQ1n+1=Q0nQ2n+1=Q1nQ3n+1=Q2n74LS195的邏輯符號（書上190圖6—2—14）⑵集成移位寄存器74LS195的應(yīng)用a串行—并行轉(zhuǎn)換下圖所示為7位串行-并行轉(zhuǎn)換器

JKD0D1D2D3SH/LDⅠ

CRQ0Q1Q2Q3Q3

JKD0D1D2D3SH/LDⅡCRQ0Q1Q2Q3Q3串輸入行DI01Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6CRCP并行輸出電路結(jié)構(gòu)分析：

串行輸入數(shù)據(jù)DI加到片Ⅰ的J，K和D0端。

片Ⅰ的D1端接0，作為標志碼，片Ⅰ其余的D2，D3接1。片Ⅱ的串行數(shù)據(jù)輸入端J，K接片Ⅰ的Q3。片Ⅱ的輸入端D0~D3均接1。片Ⅱ的Q3輸出作片Ⅰ和片Ⅱ的SH/LD輸入。數(shù)據(jù)的D1移入寄存器，使總輸出“D0~D6”=“D1D001111”。④在CP上升沿作用下，由于片ⅡQ3=1，使電路繼續(xù)執(zhí)行右移移位功能，串行輸入數(shù)據(jù)逐個存入到移位寄存器，直到“Q0~Q6”=“D6~D0”。⑤這時標志碼0移到了片Ⅱ的Q3，使SH/LD=0，在下一CP上升沿到達時，執(zhí)行又一次的并行置入功能，開始新的一組7位數(shù)碼的串—并開始。ｂ并行—串行轉(zhuǎn)換器（書上１９２頁）

工作過程：①在啟動脈沖和時鐘ＣＰ作用下，執(zhí)行并行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。②啟動脈沖消失，在ＣＰ作用下，由于標志位０的存在，使門Ｇ１輸出為１，使得ＳＨ／ＬＤ＝１，執(zhí)行右移移位寄存功能。③以后在移存脈沖作用，并行輸入數(shù)據(jù)由片Ⅱ的Ｑ３逐位串行輸出，同時又不斷地將片Ⅰ的串行輸入端Ｊ，Ｋ＝１的數(shù)據(jù)移位寄存到寄存器。④第１個ＣＰ時：ＤＩ６２ＤＩ５３ＤＩ４４ＤＩ３５ＤＩ２６ＤＩ１７ＤＩ０串出數(shù)據(jù)(Q3)⑤當?shù)冢穫€ＣＰ脈沖到達后，片Ⅱ的

Ｑ２＝０，Ｑ３＝ＤＩ０，片Ⅰ，Ⅱ的其余輸入端均為１，門Ｇ１的輸入全為１，使ＳＨ／ＬＤ＝０。標志著這一組７位并行輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。同時在下一時鐘ＣＰ作用下，執(zhí)行下一組７位數(shù)據(jù)的并行置入，進行下一組并行數(shù)據(jù)的并—串轉(zhuǎn)換。74LS194的功能表

×××××××0018L××××0×0117H××××1×01160×××××010151×××××11014D0D1D2D3D0D1D2D3××1113××××非上升沿××××120000×××××××××01D0D1D2D3右移DSR左移DSLMBMAQ0Q1Q2Q3并行輸入時鐘脈沖CP串行輸入控制信號輸出輸入清零RD序號異步清零

同步置數(shù)低位向高位移動(右移)高位向低位移動(左移)保持按移存規(guī)律構(gòu)成的任意模值計數(shù)分頻器稱為移存型計數(shù)器。常用的移存型計數(shù)器有環(huán)形計數(shù)器和扭環(huán)計數(shù)器。3、用集成移位寄存器實現(xiàn)任意模值的計數(shù)分頻移位寄存器構(gòu)成的同步移位計數(shù)器1.環(huán)形計數(shù)器環(huán)形計數(shù)器的特點：電路簡單，N位移位寄存器可以計N個數(shù)，實現(xiàn)模N計數(shù)器。狀態(tài)為1的輸出端的序號等于計數(shù)脈沖的個數(shù)，通常不需要譯碼電路。3Q00001Q0010Q1Q0100210001、環(huán)形計數(shù)器例1：用CT1195構(gòu)成M=4的環(huán)形計數(shù)器。

態(tài)序表

Ｑ３Ｑ２Ｑ１Ｑ００

０

０

１０

０

１

００

１０

０１０

０

０

移位寄存器構(gòu)成的移位計數(shù)器1.環(huán)形計數(shù)器3Q00001Q0010Q1Q0100210000011011011001001011111101101101110100000111101011、環(huán)形計數(shù)器1.電路除了有效計數(shù)循環(huán)外，還有五個無效循環(huán)；2.不能自啟動;3.工作時首先在SH/LD加啟動信號進行預(yù)置.注意1、環(huán)形計數(shù)器1.連接方法：——將移位寄存器的最后一級輸出Q反饋到第一級的Ｊ、K輸入端；2.判斷觸發(fā)器個數(shù)n：——計數(shù)器的模為Ｍ＝ｎ(n為所需移位寄存器的位數(shù))設(shè)計方法2．扭環(huán)形計數(shù)器為了增加有效計數(shù)狀態(tài)，擴大計數(shù)器的模，可用扭環(huán)形計數(shù)器。一般來說，N位移位寄存器可以組成模2N的扭環(huán)形計數(shù)器，只需將末級輸出反相后，接到串行輸入端。01011001001001001011101001101101Q000110001QQ00003011002Q0011111001111111移位寄存器構(gòu)成的移位計數(shù)器2、扭環(huán)形計數(shù)器例1：M=8的扭環(huán)形計數(shù)器。

態(tài)序表

Q0

Q1

Q2

Q

30000100011001110111