4位双向移位寄存器74194使用中存在的问题及原因分析

4位双向移位寄存器74194使用中存在的问题及原因分析林涛
【摘要】4位双向移位寄存器74194在时钟脉冲CP＝0期间,模式选择信号S1S0的状态变化可能造成逻辑功能混乱.利用ISPLEVER Starter Software2.0软件设计的测试向量文件,对74194进行仿真,仿真波形证明存在这种现象.通过对产生上述问题的原因分析,表明在CP＝0期间,S1S0状态的变化,会使74194内部触发器的时钟脉冲输入端出现错误的脉冲信号.最后给出了解决此问题的建议.
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2006(029)016
【总页数】2页(P143-144)
【关键词】集成电路;移位寄存器;功能分析;模式选择信号
【作者】林涛
【作者单位】长安大学,信息工程学院,陕西,西安,710064
【正文语种】中文
【中图分类】TP332.1+1
移位寄存器是数字电路和数字系统中常用的电路形式，4位双向移位寄存器74194是最常见的集成电路移位寄存器。

对于一般使用者而言，在应用集成电路时，注意力多集中在集成电路的功能表及器件的管脚排列上，而较少关注其内部电路的组成形式。

笔者在使用4位双向移位寄存器74194时，曾遇到下述问题，即在时钟脉冲CP＝0期间，控制输入S1S0的状态变化，造成QDQCQBQA输出状
态的改变，致使正常的逻辑功能得不到保证，而这种现象从74194的功能表中是无法找到合理解释依据的。

为了弄清楚在CP＝0期间，控制输入S1S0状态的变化为什么会引起QDQCQBQA输出状态改变的原因，笔者利用ISPLEVER Starter Software 2.0对图1所示的74194电路进行了仿真分析。

其测试向量文件如下：
仿真结果输出波形如图2所示。

图中清楚地表明：在CP＝0期间，当S1S0的状态发生变化时，QDQCQBQA的状态确实在改变。

例如当QDQCQBQA＝1010，CP＝0，S1S0由11变为00时，由功能表分析，S1S0＝00应为保持，但QDQCQBQA变为0101，而没有实现保持功能。

在CP＝0期间，S1S0的其他几种变化，同样也造成了QDQCQBQA的状态改变，可见仿真结果与实际中遇到的问题相同，即CP＝0期间，S1S0状态的改变，致使74194的正常逻辑功能无法实现。

造成上述现象的原因是什么呢？图1所示74194的电路结构由RS触发器和相应的输入驱动电路组成，触发器的工作原理表明：使触发器的输出状态发生变化有2种因素，一是驱动条件，二是时钟脉冲触发沿的到达，前者决定触发器的输出状态变为什么，后者决定触发器的状态什么时间发生变化。

分析图1所示电路，外部输入时钟脉冲与触发器的时钟脉冲CP′输入端之间存在变换电路，而变换电路与S1S0有关。

问题可能出在变换电路部分，由图1可得：
S1S0及CP与CP′的逻辑关系可用波形图表示如图3所示。

图3表明，在CP＝0期间，由于S1S0状态的变化，使CP′多次出现下降沿作用于触发器（下降沿触发）的时钟脉冲输入端，他必将引起触发器状态的改变，这就是CP＝0期间，S1S0变化造成74194正常的逻辑功能无法实现的原因。

仔细分析可见，当CP＝0时，在下述几种情况下：
（1）S1S0＝11，同时由11变为00时；
（2）S1＝0，S0由1变为0时；
（3）S0＝0，S1由1变为0时，CP′出现下降沿（下降沿触发），为RS触发器提供移位触发信号，致使其输出状态可能产生变化（是否改变由现态及输入条件决定），从而导致正常的逻辑关系无法实现。

由式（1）及图3可见，当CP＝1时因此，在CP＝1期间，S1S0状态的变化不会影响触发器的状态。

若限定S1S0的状态变化发生在CP＝1期间，则可保证74194正常的逻辑关系得以实现。

文中分析表明，4位双向移位寄存器74194在电路结构设计上存在一定缺陷，设计者可能考虑在CP与CP′之间加入S1S0的控制作用，其目的在于使S1S0＝00时，封锁CP使CP′＝0，以便实现保持功能，但由于电路设计的缺陷，使得CP＝0时，S1S0的变化为CP′提供了触发脉冲，致使其正常的逻辑功能无法实现。

即CP＝0期间，74194由左移、右移或并行输入状态转换为保持状态时，事实上无法保持原有状态不变。

因此，提请74194的使用者注意，S1S0的状态变化应发生在CP＝1期间，才能保证74194正常的逻辑关系得以实现。

74194A功能与74194相同，但电路结构得到改进，对其进行仿真分析可见，未出现文中指出的74194所存在的问题，建议读者在用到4位双向移位寄存器时，最好选用74194A。

【相关文献】
［1］Texas Instruments Engineering.TTL Data Book［M］.2nd Edition.Texas Instruments Incorporated，1976.
［2］康华光.电子技术基础（数字部分）［M］.4版.北京：高等教育出版社，2000.。