7.3.3移位寄存器及其应用

7.3.3移位寄存器及其应用

一、实验目的

1、掌握中规模4位双向移位寄存器逻辑功能及使用方法。

2、熟悉移位寄存器的应用——实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器。

二、实验原理

1、移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器，只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。

本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为CC40194或74LS194，两者功能相同，可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图10－1所示。

2、移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器；顺序脉冲发生器；串行累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。本实验研究移位寄存器用作环形计数器和数据的串、并行转换。 表7-28 输 入 功能 CP CR 0 1 1 1 1 1 S1 × 1 0 1 0 × S0 × 1 1 0 0 × SR × × DSR × × × SL × × × DSL × × DO × a × × × × D1 × b × × × × D2 × c × × × × D3 × d Q0 0 a 输 出 Q1 0 b Q0 Q2 Q2 0 c Q1 Q3 Q3 0 d Q2 DSL 清除 × 送数 ↑ 右移 ↑ 左移 ↑ 保持 ↑ 保持 ↓ × DSR × × × Q1 nnnn Q3 Q2 Q1Q0nnnn Q3 Q2 Q1Q0

(1) 环形计数器

把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可以进行循环移位，

如图10－2所示，把输出端 Q3 和右移串行输入端SR 相连接，设初始状态Q0Q1Q2Q3＝1000，则在时钟脉冲作用下Q0Q1Q2Q3将依次变为0100→0010→0001→1000→……，如表7-29所示，可见它是一个具有四个有效状态的计数器，这种类型的计数器通常称为环形计数器。图7-52 电路可以由各个输出端输出在时间上有先后顺序的脉冲，因此也可作为顺序脉冲发生器。如果将输出QO与左移串行输入端SL相连接，即可达左移循环移位。 表7-29 CP 0 1 2 Q0 1 0 0 Q1 0 1 0 Q2 0 0 1 Q3 0 0 0 3 0 0 0 1 图 7-52 环形计数器

(2)实现数据串、并行转换

第一串行/并行转换器串行/并行转换是指串行输入的数码，经转换电路之后变换成并行输出。图10－3是用二片CC40194（74LS194）四位双向移位寄存器组成的七位串/并行数据转换电路。电路中S0端接高电平1，S1受Q7控制，二片寄存器连接成串行输入右移工作模式。Q7是转换结束标志。当Q7＝1时，S1为0，使之成为S1S0＝01的串入右移工作方式，当Q7＝0时，S1＝1，有S1S0＝10，则串行送数结束，标志着串行输入的数据已转换成并行输出了。

图10－3 七位串行 / 并行转换器

串行/并行转换的具体过程如下：

转换前，CR端加低电平，使1、2两片寄存器的内容清0，此时S1S0＝11，寄存器执行并行输入工作方式。当第一个CP脉冲到来后，寄存器的输出状态Q0～Q7为01111111，与此同时S1S0变为01，转换电路变为执行串入右移工作方式，串行输入数据由1片的SR端加入。随着CP脉冲的依次加入，输出状态的变化可列成表10-3所示。 表10－3

CP Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 说明 0 0 0 0 0 0 0 0 0 清零 1 0 1 1 1 1 1 1 1 送数

2 dO 0 1 1 1 1 1 1 右 3 d1 d0 0 1 1 1 1 1 移 4 d2 d1 d0 0 1 1 1 1 操 5 d3 d2 d1 d0 0 1 1 1 作

6 d4 d3 d2 d1 d0 0 1 1 七

7 d5 d4 d3 d2 d1 d0 0 1 次

8 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 0

9 0 1 1 1 1 1 1 1 送数

由表10－3可见，右移操作七次之后，Q7变为0，S1S0又变为11，说明串行输入结束。这时，串行输入的数码已经转换成了并行输出了。

当再来一个CP脉冲时，电路又重新执行一次并行输入，为第二组串行数码转换作好了准备。

第二，并行/串行转换器，并行/串行转换器是指并行输入的数码经转换电路之后，换成串行输出。图10－4是用两片CC40194（74LS194）组成的七位并行/串行转换电路，它比图10－3多了两只与非门G1和G2，电路工作方式同样为右移。

图10－4 七位并行 / 串行转换器

寄存器清“0”后，加一个转换起动信号（负脉冲或低电平）。此时，由于方式控制S1S0

为11，转换电路执行并行输入操作。当第一个CP脉冲到来后，Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7的状态为

0D1D2D3D4D5D6D7，并行输入数码存入寄存器。从而使得G1输出为1，G2输出为0，结果，S1S2变为01，转换电路随着CP脉冲的加入，开始执行右移串行输出，随着CP脉冲的依次加入，输出状态依次右移，待右移操作七次后，Q0～Q6的状态都为高电平1,与非门G1输出为低电平，G2门输出为高电平,S1S2又变为11，表示并/串行转换结束，且为第二次并行输入创造了条件。转换过程如表10－4所示。

表10－4

CP 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 0 0 0 0 0 0 0 0 串 行 输 出 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 1 1 1 1 1 1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 1 1 1 1 1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 1 1 1 1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 1 1 1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 1 1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 中规模集成移位寄存器，其位数往往以4位居多，当需要的位数多于4位时，可把几片移位寄存器用级连的方法来扩展位数。

三、实验设备及器件

1、 ＋5V直流电源 2、 单次脉冲源 3、 逻辑电平开关 4、 逻辑电平显示器

5、 CC40194×2（74LS194） CC4011(74LS00) CC4068(74LS30)

四、实验内容

1 、测试CC40194（或74LS194）的逻辑功能 按图10－5接线，CR、S1、S0、SL、 SR、D0、D1、D2、D3分别接至逻辑开关的 输出插口；Q0、Q1、Q2、Q3接至逻辑电平 显示输入插口。CP端接单次脉冲源。按 表10－5所规定的输入状态，逐项进行测 试。

图10－5 CC40194逻辑功能测试

(1) 清除：令CR＝0，其它输入均为任意态，这时寄存器输出Q0、Q1、Q2、 Q3应均为0。清除后，置CR＝1 。

(2)送数：令CR＝S1＝S0＝1 ，送入任意4位二进制数，如D0D1D2D3＝abcd，加CP脉冲，观察CP＝0 、CP由0→1、CP由1→0三种情况下寄存器输出状态的变化，观察寄存器输出状态变化是否发生在CP脉冲的上升沿。

(2) 右移：清零后，令CR＝1，S1＝0，S0＝1，由右移输入端SR 送入二进 制数码如0100，由CP端连续加4个脉冲，观察输出情况，记录之。

(4) 左移：先清零或予置，再令CR＝1，S1＝1，S0＝0，由左移输入端SL 送入二进制数码如1111，连续加四个CP脉冲，观察输出端情况，记录之。

(5) 保持：寄存器予置任意4位二进制数码abcd，令CR＝1，S1＝S0＝0，加CP脉冲，观察寄存器输出状态，记录之。 2、环形计数器

自拟实验线路用并行送数法予置寄存器为某二进制数码（如0100），然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化，记入表10－6中。 表10－5 清除 模 式 S1 × 1 0 0 0 0 1 S0 × 1 1 1 1 1 0 时钟 CP × ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 串 行 SL × × × × × × 1 SR × × 0 1 0 0 × 输 入 D0 D1 D2 D3 ×××× a b c d ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× 输 出 Q0 Q1 Q2 Q3 功能总结 CR 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 ↑ ↑ ↑ ↑ 1 1 1 × × × × × ×××× ×××× ×××× ×××× 表10－6

CP 0 1 2 3 4 Q0 0 Q1 1 Q2 0 Q3 0 3、 实现数据的串、并行转换 (1)串行输入、并行输出

按图10－3接线，进行右移串入、并出实验，串入数码自定；改接线路用左移方式实现并行输出。自拟表格，记录之。

(2)并行输入、串行输出

按图10－4接线，进行右移并入、串出实验，并入数码自定。再改接线路用左移方式实现串行输出。自拟表格，记录之。 五、实验预习要求

1、复习有关寄存器及串行、并行转换器有关内容。

2、查阅CC40194、CC4011及CC4068 逻辑线路。熟悉其逻辑功能及引脚排列。 3、在对CC40194进行送数后，若要使输出端改成另外的数码，是否一定要使寄存器清零？ 4、使寄存器清零，除采用CR输入低电平外，可否采用右移或左移的方法？可否使用并行送数法？若可行，如何进行操作？

5、若进行循环左移，图10－4接线应如何改接？ 6、画出用两片CC40194构成的七位左移串 / 并行转换器线路。 7、画出用两片CC40194构成的七位左移并 / 串行转换器线路。 六、实验报告

1、分析表10－4的实验结果，总结移位寄存器CC40194的逻辑功能并写入表格功能总结一栏中。

1、 根据实验内容2 的结果，画出4位环形计数器的状态转换图及波形图。 2、 分析串 / 并、并 / 串转换器所得结果的正确性。

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