1、實驗六 移位寄存器的設計一、實驗目的1、掌握中規模 4位雙向移位寄存器邏輯功能及使用方法。2、熟悉移位寄存器的應用 實現數據的串行、并行轉換和構成環形計數器。二、實驗預習要求1、復習有關寄存器及串行、并行轉換器有關內容。2、查閱 CC40194、 CC4011及 CC4068 邏輯線路。熟悉其邏輯功能及引腳排列。3、在對 CC40194進行送數后,若要使輸出端改成另外的數碼,是否一定要使寄存器清 零?4、使寄存器清零,除采用 R C 輸入低電平外,可否采用右移或左移的方法?可否使用并 行送數法?若可行,如何進行操作?5、若進行循環左移,圖 6-4接線應如何改接?6、畫出用兩片 CC40194構

2、成的七位左移串 /并行轉換器線路。7、畫出用兩片 CC40194構成的七位左移并 /串行轉換器線路。三、實驗設備及器件1、 +5V 直流電源 2、 單次脈沖源3、 邏輯電平開關 4、 邏輯電平顯示器5、 CC40194×2(74LS194 CC4011(74LS00 CC4068(74LS30四、設計方法與參考資料1、移位寄存器是一個具有移位功能的寄存器,是指寄存器中所存的代碼能夠在移位脈 沖的作用下依次左移或右移。 既能左移又能右移的稱為雙向移位寄存器, 只需要改變左、 右 移的控制信號便可實現雙向移位要求。 根據移位寄存器存取信息的方式不同分為:串入串出、 串入并出、并入串出、并

3、入并出四種形式。本實驗選用的 4位雙向通用移位寄存器,型號為 CC40194或 74LS194,兩者功能相同, 可互換使用,其邏輯符號及引腳排列如圖 6-1所示。其中 D 0、 D 1、 D 2、 D 3為并行輸入端; Q 0、 Q 1、 Q 2、 Q 3為并行輸出端; S R 為右移串行輸 入端, S L 為左移串行輸入端; S 1、 S 0為操作模式控制端; RC 為直接無條件清零端; 圖 6-1 CC40194的邏輯符號及引腳功能CP 為時鐘脈沖輸入端。CC40194有 5種不同操作模式:即并行送數寄存,右移 (方向由 Q 0 Q 3 ,左移(方向 由 Q 3 Q 0 ,保持及清零。S

4、1、 S 0和 R C 端的控制作用如表 6-1。2、移位寄存器應用很廣,可構成移位寄存器型計數器;順序脈沖發生器;串行累 加器;可用作數據轉換,即把串行數據轉換為并行數據,或把并行數據轉換為串行數據等。 本實驗研究移位寄存器用作環形計數器和數據的串、并行轉換。(1 環形計數器把移位寄存器的輸出反饋到它的串行輸入端,就可以進行循環移位,如圖 6-2所示,把輸出端 Q 3 和右移串行輸入端 S R 相連接,設初始狀態 Q 0Q 1Q 2Q 3=1000,則在時鐘脈沖作用下 Q 0Q 1Q 2Q 3將依次變為 0100 0010 0001 1000,如表 6-2所示,可見它是一個具有四個有效狀態的

5、計數器,這種類型的計數器通常稱為環形計數 器。圖 6-2 電路可以由各個輸出端輸出在時間上有先后順序的脈沖,因此也可作為順序脈 沖發生器。 表 6-2 圖 6-2 環形計數器如果將輸出 Q O 與左移串行輸入端 S L 相連接,即可達左移循環移位。(2實現數據串、并行轉換 串行 /并行轉換器串行 /并行轉換是指串行輸入的數碼,經轉換電路之后變換成并行輸出。圖 6-3是用二片 CC40194(74LS194四位雙向移位寄存器組成的七位串 /并行數據轉換電 路。圖 6-3 七位串行 / 并行轉換器電路中 S 0端接高電平 1, S 1受 Q 7控制,二片寄存器連接成串行輸入右移工作模式。 Q 7是

6、轉換結束標志。當 Q 7=1時, S 1為 0,使之成為 S 1S 0=01的串入右移工作方式,當 Q 7 =0時, S 1=1,有 S 1S 0=10,則串行送數結束,標志著串行輸入的數據已轉換成并行輸出 了。串行 /并行轉換的具體過程如下:轉換前, R C 端加低電平,使 1、 2兩片寄存器的內容清 0,此時 S 1S 0=11,寄存器執行 并行輸入工作方式。當第一個 CP 脈沖到來后,寄存器的輸出狀態 Q 0Q 7為 01111111,與 此同時 S 1S 0變為 01, 轉換電路變為執行串入右移工作方式, 串行輸入數據由 1片的 S R 端加 入。隨著 CP 脈沖的依次加入,輸出狀態的

7、變化可列成表 6-3所示。由表 6-3可見,右移操作七次之后, Q 7變為 0, S 1S 0又變為 11,說明串行輸入結束。 這時,串行輸入的數碼已經轉換成了并行輸出了。當再來一個 CP 脈沖時, 電路又重新執行一次并行輸入, 為第二組串行數碼轉換作好了 準備。 并行 /串行轉換器并行 /串行轉換器是指并行輸入的數碼經轉換電路之后,換成串行輸出。圖 6-4是用兩片 CC40194(74LS194組成的七位并行 /串行轉換電路,它比圖 6-3多了兩只與非門 G 1和 G 2,電路工作方式同樣為右移。表 6-3 圖 6-4 七位并行 / 串行轉換器寄存器清 “ 0” 后, 加一個轉換起動信號 (

8、負脈沖或低電平 。 此時, 由于方式控制 S 1S 0為 11,轉換電路執行并行輸入操作。當第一個 CP 脈沖到來后, Q 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7的狀態為 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7,并行輸入數碼存入寄存器。從而使得 G 1輸出為 1, G 2輸出為 0,結果, S 1S 2變為 01,轉換電路隨著 CP 脈沖的加入,開始執行右移串行輸出,隨著 CP 脈沖的依次加入,輸出狀態依次右移,待右移操作七次后, Q 0Q 6的狀態都為高電平 1, 與 非門 G 1輸出為低電平, G 2門輸出為高電平 ,S 1S 2又變為 11,表示并 /串行轉換結束,且為第 二次并行輸入創造了條件。轉換過程如表 6-4所示。中規模集成移位寄存器, 其位數往往以 4位居多, 當需要的位數多于 4位時, 可把幾片 移位寄存器用級連的方法來擴展位數。 1、環形計數器自擬實驗線路用并行送數法予置寄存器為某二進制數碼 (如 0100 , 然后進行右移循環, 觀察寄存器輸出端狀態的變化,記入表 6-5中。 2、數據的串、并行轉換(1串行輸入、并行輸出按參考圖 6-3接線,進行右移串入、并出實驗,串入數碼自定;改接線路用左移方式 實現并行輸出。自擬表格,記錄之。(2并行輸入、串行輸出參考圖 6-4接線,進行右移并入、串出實驗,并入數碼自定。再改接線