第二十六讲 寄存器和移位寄存器

第二十六讲 寄存器和移位寄存器

7.4.1 寄存器
1．定义
2．电路举例
3．逻辑功能分析
7.4.2 移位寄存器
一、单向移位寄存器
㈠　由4个维持阻塞D触发器组成4位右移位寄存器。
1．逻辑电路：
2．工作原理
3．右移位寄存器的状态表
㈡　4位左移位寄存器。
二、双向移位寄存器4位双向移位寄存器CT74LS194
1．逻辑功能示意图
2．功能表
3．主要功能分析
7.4.3 移位寄存器的应用
一、环形计数器
逻辑电路、工作原理
1．写方程式
2．状态转换真值表
3．逻辑功能
4．工作波形（在有效状态时）。
5．优缺点：
二、扭环计数器
同环形计数器的分析过程
7.4.4 顺序脉冲发生器
一、基本概念
二、由环形计数器实现
三、由双向移位寄存器CT74LS194构成
㈠　顺序正脉冲
㈡　顺序负脉冲
四、还可以用计数器+译码器实现

现代教学方法与手段：DLCCAI或EWB演示移位寄存器和顺序脉冲发生器的逻辑功能

7.4 寄存器和移位寄存器
寄存器：存放数码、运算结果或指令的电路。
移位寄存器：不但可存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位。
一个触发器可存储一位二进制代码。
n位二进制代码寄存器需n个触发器。
寄存器应用举例：1 运算中存贮数码、运算结果。2 计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成，其中就有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器。
课堂讨论：寄存器与存储器有何区别?
寄存器内存放的数码经常变更，要求存取速度快，一般无法存放大量数据。（类似于宾馆的贵重物品寄存、超级市场的存包处。）
存储器存放大量的数据，因此最重要的要求是存储容量。（类似于仓库）
7.4.1 寄存器
1．定义
寄存器：用以存放二进代码的电路。
2．电路举例
由维持阻塞D触发器组成的4位数码寄存器。

3．逻辑功能分析：

7.4.2 移位寄存器
具有存放数码和使数码逐位右移或左移的电路称作移位寄存器，又称移存器。
课堂讨论：二进制的乘除法如何实现?(利用了移位寄存器)
移位寄存器又分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。

一、单向移位寄存器
㈠　由4个维持阻塞D触发器组成4位右移位寄存器。

1．逻辑电路：
4个D触发器共用一个时钟脉冲信号，因此为同步时序逻辑电路。
数码由最左边的FF0的DI端串行输入。

2．工作原理
每一个触发器的输出→其右边触发器的输入，
则对应每一个CP上升沿，数据右移一位。

3．右移位寄存器的状态表

并行输出方式：数码由Q3、Q2、Q1、Q0取出

串行输出方式：数码从Q3取出，但需要输入4（触发器的个数）+4（数码位数）个移位脉冲才能从4位寄存器中取出存放的4位数码1011。

㈡　4位左移位寄存器。
数码由最右边的FF3的 端串行输入。
每一个触发器的输出→其左边触发器的输入，
则对应每一个CP上升沿，数据左移一位。

二、双向移位寄存器

3．主要功能分析。（根据功能表分析，不写板书）

7.4.3 移位寄存器的应用
一、环形计数器

为同步时序逻辑电路。

下面分析它的工作原理。（巩固已经学过的同步电路的分析方法。可简单讲分析过程，重点讲明逻辑功能和工作波形。）
1．写方程式

2．状态转换真值表

3．逻辑功能
①　4位环形计数器只有4个有效工作状态，即只能计4个数。
②　状态利用率很低：由4个触发器组成的二进制计数器有16个不同的状态。因此，有12个无效状态。
③　能够自启动：如由于某种原因而进入无效状态时，只要继续输入计数脉冲CP，电路就会自动返回有效状态工作。
4．工作波形（在有效状态时）。
Q0、Q1、Q2、Q3输出的波形为一组顺序脉冲（依次出现正脉冲），因此，环形计数器也是一个顺序脉冲发生器。（本节稍后将会讲到）

5．优缺点：
优点：电路简单。
缺点：电路状态利用率低，计n个数，需n个触发器，很不经济。

自启动扭环计数器，为同步时序逻辑电路。

下面分析它的工作原理。（巩固已经学过的同步电路的分析方法。可简单讲分析过程，重点讲明逻辑功能、工作波形。）

1．写方程式

2．状态转换真值表

3．逻辑功能
①　4位扭环计数器只有8个有效工作状态，即能计8个数。
②　状态利用率较低：由4个触发器组成的二进制计数器有16个不同的状态。因此，有8个无效状态。
③　能够自启动：如由于某种原因而进入无效状态时，只要继续输入计数脉冲CP，电路就会自动返回有效状态工作。

4．工作波形（在有效状态时）。
5．优缺点：
优点：每次状态变化只有一个触发器翻转，不存在竞争冒险现象，电路比较简单。
缺点：电路状态利用率不高。

7.4.4 顺序脉冲发生器
一、基本概念
顺序脉冲：指在每个循环周期内，在时间上按一定先后顺序排列的脉冲信号。
顺序脉冲发生器：产生顺序脉冲信号的电路。
应用：在数字系统中，常用以控制某些设备按照事先规定的顺序进行运算或操作。
复习（提问）：总线传输时多个三态门的EN取值有何要求(顺序脉冲)
二、由环形计数器实现（需几个顺序脉冲，就用几位环形计数器）
三、由双向移位寄存器CT74LS194构成
（以下电路只是提供一种方案，灵活使用CT74LS194，实际上还可以有更多方案。）
㈠　顺序正脉冲

图7.4.6（a）所示。
令＝1、D0D1D2D3＝0001、Q0＝DSL
1．先并行置数
令M1M0＝11，加CP有效↑，Q0Q1Q2Q3＝D0D1D2D3＝0001
2．再不断左移
再令M1M0＝10 ，加CP有效↑
电路开始左移操作，由Q3～Q0端依次输出顺序脉冲。
3．得到顺序正脉冲
顺序脉冲的宽度为CP的一个周期。
它实际上也是一个环形计数器。
㈡　顺序负脉冲
图7.4.7（b）所示。
令＝1、D0D1D2D3＝0111、M0＝1、Q3＝DSR
1．先并行置数
加启动负脉冲时→M1=1→M1M0＝11，加CP有效↑
Q0Q1Q2Q3＝D0D1D2D3＝0111
启动脉冲结束后为高电平。
2．再不断左移
由于Q0＝0→G1输出1→G2输出0→M1＝0
即M1M0＝01，加CP有效↑
电路开始右移操作，由Q0～Q3依次输出低电平顺序脉冲。
3．得到顺序负脉冲

四、还可以用计数器+译码器实现（提示出来，供学生思考）

现代教学方法与手段：DLCCAI或EWB演示移位寄存器和顺序脉冲发生器的逻辑功能