用移位寄存器LS芯片实现扭环形计数器精编版
数字电子技术智慧树知到答案章节测试2023年沈阳农业大学
绪论单元测试1.数字电路研究输入输出的逻辑关系，因此具有逻辑运算能力。
A:对B:错答案:A2.数字电路中，三极管工作在放大状态。
A:错B:对答案:A3.数字电路的工作信号为数字信号。
A:错B:对答案:B4.正弦波是数字信号。
A:对B:错答案:B5.电子信号可分为模拟信号和数字信号两种形式。
A:对B:错答案:A第一章测试1.下面关于数字信号描述错误的是（）A:数字信号是只具有0和1两个数码的二进制信号。
B:数字信号是离散的电压或电流信号。
C:数字信号是在时间和数值上连续变化的信号。
答案:C2.二进制数只有两个代码：0和1，因此二进制1+1=（）A:2B:1C:10D:0答案:C3.以下代码中为相邻两组码只有一位代码有差异的是（）。
A:8421BCD码B:自然二进制码C:格雷码D:余3码答案:C4.十进制数56转换成二进制等于（）。
A:111100B:110001C:110000D:111000答案:D5.逻辑运算（）。
A:B:0C:1D:A答案:A6.下列异或运算表示式中，正确的表示式是（）。
A:1⊕1=1B:0⊕1=1C:1⊕0=0D:0⊕0=1答案:B7.设A、B均为逻辑变量，则下列逻辑关系正确的是（）A:B:C:D:答案:B8.4个逻辑变量A、B、C、D组成的最小项的编号是（）。
A:m4B:m10C:m11D:m12答案:C9.使逻辑函数为1的变量取值是( )。
A:011B:001C:111D:101答案:A10.具有约束的逻辑函数化简时遵循的原则之一，每个圈中至少含一个新的（）。
A:约束项B:最小项C:与项答案:B11.用公式法化简逻辑函数答案:12.用卡诺图法化简带有约束项的逻辑函数（请注意：该题作答需要上传附件，限制50M以内）答案:13.用卡诺图法化简带有约束项的逻辑函数(请注意：该题作答需要上传附件，限制50M以内）答案:第二章测试1.数字电路正逻辑的规定是（）A:用1表示低电平，用1表示高电平。
数字电路与数字逻辑实验4-移位寄存器及应用
2、多功能移位寄存器-74LS194
多功能寄存器具有并行置数、左移、右移、保持的功能。
S1S0 =00： 保持
S1S0 =01：右移
S1S0 =10： 左移
S1S0 =11： 置位
三、实验内容
1、用74LS194设计扭环型计数器
扭环形计数器：用n位的移位寄存器所构成的具有2n种状态的 计数器，也称为约翰逊计数器。
1
DIL Q0
DIR Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 S 0
0
DIL 74LS194 S1 1
CP CP D0 D1 D2 D3 RD
Q0Q1Q2Q3
××××
0000Βιβλιοθήκη 00010011左移
复位
0111
1000
1100
1110
1111
2、用74LS194设计00011101序列信号发生器
⑴ 序列信号的循环长度 M=8，确定移位寄存器位数 n， 2n-1＜M≤2n，。故 n=3，选定为 3 位。
设备型号 THM—7
ESCORT 3136A
TBS1102B AFG3000C
数量 一台 一台 一台 一台
备注
⑵ 确定移位寄存器的 M个独立状态。将序列码 00011101按 照每 3 位一组，划分为 8个状态，状态转换图如下：
⑶ 根据 M个不同状态列出移位寄存器的状态表和反馈函 数表，求出反馈函数 F 的表达式。
⑷ 设计电路
利用双四选一数据选择 器74LS153实现组合电路， 具体电路如右图所示。
CP端输入1KHz,VP-P=4V, 直流偏置=2v的方波信号， 用示波器观察CP信号和F输 出信号。
⑸ 实验结果
电路中的移位寄存器与计数器的原理与应用
电路中的移位寄存器与计数器的原理与应用在现代科技中，电路是一个不可或缺的组成部分。
电路可以用于各种领域，其中移位寄存器和计数器是最为常见且重要的电路之一。
本文将深入探讨这两种电路的原理与应用。
一、移位寄存器的原理与应用移位寄存器是一种能够将输入数据连续地移位、保留并输出的电路。
其原理主要基于逻辑门电路的组合与连接。
1. 原理移位寄存器通常由多个触发器构成，触发器是一种能够存储一个二进制位的设备。
当输入数据进入移位寄存器时，触发器会按照一定的时序规律将数据进行移位，并输出。
移位寄存器可以实现向左（左移）或向右（右移）移动数据的功能。
2. 应用移位寄存器在数字系统中有广泛的应用。
例如，在串行通信中，移位寄存器可以将并行数据转化为串行数据进行传输；在移位加法器中，移位寄存器可以实现两个二进制数的相加；在移位寄存器阵列中，移位寄存器可以用于存储、处理和传输图像等。
二、计数器的原理与应用计数器是一种能够将输入的时钟信号进行计数并输出的电路。
计数器能够记录输入信号的数量，并根据设定的计数规则输出对应的结果。
1. 原理计数器通常由触发器和逻辑门电路构成。
当计数器接收到时钟信号时，触发器会根据时钟信号的上升沿或下降沿进行状态变换，从而实现计数功能。
计数器可以分为二进制计数器、十进制计数器等，根据不同的计数规则可以实现不同的计数功能。
2. 应用计数器在数字电路中有广泛的应用。
例如，在计算机中，计数器可以用于指示程序执行的步骤；在测量仪器中，计数器可以用于计算输入信号的频率或脉冲个数；在定时器中，计数器可以实现定时功能等。
综上所述，移位寄存器和计数器都是数字电路中重要的组成部分。
移位寄存器可以将输入数据按照一定的规律移位输出，广泛应用于数字系统中；计数器则可以根据输入的时钟信号进行计数输出，实现不同的计数功能。
这两种电路的原理与应用相互关联且互相补充，为数字电路的设计与实现提供了强大的工具与方法。
总之，了解移位寄存器和计数器的原理与应用对于理解和应用数字电路至关重要。
环形计数器
环形计数器是由移位寄存器加上一定的反馈电路构成的，用移位寄存器构成环形计数器的一般框图见图23-5-1，它是由一个移位寄存器和一个组合反馈逻辑电路闭环构成，反馈电路的输出接向移位寄存器的串行输入端，反馈电路的输入端根据移位寄存器计数器类型的不同，可接向移位寄存器的串行输出端或某些触发器的输出端。
图23-5-1 移位寄存器型计数器方框图23.5.1 环形计数器23.5.1.1 电路工作原理图23-5-2为一个四位环形计数器，它是把移位寄存器最低一位的串行输出端Q1反馈到最高位的串行输入端（即D触发器的数据端）而构成的，环形计数器常用来实现脉冲顺序分配的功能（分配器）。
假设寄存器初始状态为[Q4Q3Q2Q1]＝1000，那么在移位脉冲的作用下，其状态将按表23-11中的顺序转换。
当第三个移位脉冲到来后，Q1=1，它反馈到D4输入端，在第四个移位脉冲作用下Q4=1，回复到初始状态。
表23-11中的各状态将在移位脉冲作用下，反复在四位移位寄存器中不断循环。
由上述讲讨论可知，该环形计数的计数长度为N=n。
和二进制计数器相比，它有2n-n个状态没有利用，它利用的有效状态是少的。
23.5.1.2 状态转换图和工作时序表23-11中是以1000为初始状态的，它所对应的状态转换图见图23-5-3。
如果移位寄存器中的初始状态不同，就会有不同的状态转换图。
图23-5-4给出了四位环形计数器可能有的其它几种状态转换图。
图23-5-3 状态转换图(a) (b) (c) (d)图23-5-4 四位环行计数器其它的状态转换图图23-5-4(a)、(b)、(c)三个状态转换图中各状态是闭合的，相应的时序为循环时序。
当计数器处于图23-5-4(d)所示的状态0000或1111时，计数器的状态将不发生变化。
这两个状态称为悬态或死态。
四位环形计数器可能有这么多不同的循环时序，是我们不希望的，只能从这些循环时序中选出一个来工作，这就是工作时序，或称为正常时序，或有效时序。
用移位寄存器74LS194实现7位串行左移并行转换电路、四位环形计数器
数字电子技术基础实验实验项目：移位寄存器班级：电气1804姓名：学号：0121811350304上课时间：2020年6月13日一、本项目的实验目的：1.掌握4位双向移位寄存器的逻辑功能和使用方法；2.熟悉用移位寄存器和计数器的应用.二、实验内容及步骤：1.7位串行/左移并行转换电路图：用2个移位寄存器（74LS194）和门电路（不限制）实现出7位串行/左移转换电路，其中用连续脉冲触发，选用合适的频率。
1）设计电路图：2）分析电路的工作原理：如图，设从左到右74LS194的输入端分别为D0-D7，对应输出端为Q0-Q7，D0-D6接“1”，D7接“0”，对应为11111110。
两S1接“1”，Q0和Q1相与再非运算，接入两S0。
左边SL接Q4，将两个74LS194级联起来，右边SL接输入，即串行输入。
开始时，由于Q0和Q1为“0”，经过变换向两S0输入“1”，又S1为“1”，Q0-Q7被置数为11111110，其中Q0和Q1相与后作为一个信号输出，即并行输出实际为1111110，7个信号。
下一个上升沿到来时，已有Q0和Q1的输出经运算向两S0输入“0”，即S1=1，S0=0，输出开始左移，设右边的输入一直是SL=1,那么输出变成1111101。
接下来一直左移，直到第一个“0”信号移到Q1，这时，输出是0111111，Q0=1，Q1=0,向两S0输入1，又S1=1，电路重新置数为1111110。
以上为一个循环，一个循环经过7个时钟脉冲，有7个输出状态，并且输出信号左移，也实现了串行输入，并行输出，所以该电路是7位串行/左移并行转换电路。
3）清零后观察输出状态，记录输出结果填入表中。
CP Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7功能000000000清零111111110置数211111101送数311111011411110111511101111611011111710111111801111111911111110置数2.四位环形计数器：用一片移位寄存器（74LS194）及门电路（不限制）设计具有自启动功能的、有效状态分别为1000，0100，0010，0001（Q0Q1Q2Q3）的四位右移环形计数器，其中用连续脉冲触发，选用合适的频率。
数字电路与逻辑设计2寄存器移位寄存器
并行读出脉冲必须在经过5个移存脉冲后出 现，而且和移存脉冲出现旳时间错开。
D5
D4
D3
D2
D1
＆
＆
＆
＆
＆
并行读出指令
串行输 入 1D
11001
CI
1D Q1
CI
1D Q2
CI
1D Q3
CI
1D
Q4
Q5
CI
移存脉冲CP
分析：假设串行输入旳数码为10011（左边先入）
串—并行转换状态表
序号 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
工作过程： ①在开启脉冲和时钟ＣＰ作用下，执行并
行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。 ②开启脉冲消失，在ＣＰ作用下，因为标志位０
旳存在，使门Ｇ１输出为１，使得ＳＨ／ＬＤ ＝１，执行右移移位寄存功能。 ③后来在移存脉冲作用，并行输入数据由片Ⅱ旳 Ｑ３逐位串行输出，同步又不断地将片Ⅰ旳串 行输入端Ｊ，Ｋ＝１旳数据移位寄存到寄存器。
末级输出反相后，接到串行输入端。
Q3Q2Q1Q0
1
0000
0001
0011
0111
∧
Q0Q 1Q2Q 3
CP D SR
74194
S0
1
S1
0
RD D 0 D 1 D2 D 3 D SL
1000
1100
1110
1111
0010
0101
1011
0110
清零
1001 0100
1010
1101
移位寄存器构成旳移位计数器
异步清零 同步置数
高位向低位移动(左移) 低位向高位移动(右移)
保持
3 、用集成移位寄存器实现任意模值 旳计数分频
基于74LSl61的扭环形计数器自启动设计
Ｓ ｌ－ ｏ ｒ ｃｉｎ Ｄｅ ｉｎ Ｂａ ｅ ｎ Ｔ ｓｅ ｎ ｕ ｔｒ７ Ｓ１ ｅｆＣ ｒｅ ｔ ｓｇ ｓ ｄ ｏ ｗｉｔｄ Ｒｉｇ Ｃｏ ｎｅ ４Ｌ ６１ ｏ
ＭＡ Ｊｎ — ｎ 。 Ｌ Ｎ ｈ ．ｉｎ ｉｇ ｍｉ Ｕ Ｓ ｕ ｘａ
改方 法。通过对可 编程计数器 ７ １ １ １的状态输 出进行逻辑 修改 改变计数 规律 ，将状 态输 出反馈 到预置数输 ４ ６ ５ 入端 ，实现 “ 次态 ＝预置数 ”的时序关 系 ，并进行 自启动 逻辑修 改设计 。可实现扭 环形计 数器 自启 动设计 ， 从而 实现逻辑功能扩展 ，简化 了扭环形计数器 的设计过 程。 关键 词：可编程计数器 ７ １ １ １ ４ ６ ；自启 动 ；逻辑 修改 ；激励 函数 ５
ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｏ Ｉｐ ｏ ａ ｄ ｆ ａｉ ｔ ｏ ｆＭＳ ｒ ｇ ｍｍａ ｌ ｏ ｎ ｅ ｈ ｎ ｉ ｇｔ ｐ ｌｃ ｔｏ ｉｅ ｔｏ ｉ ｏ ｒ ｂ ｅ ｃ ｕ ｔ ｒｃ ａ ｇ ｎ ｈｅ ａ ｐ ｉ ａｉｎ ｄ ｒ ｃｉ ｎ， Ｄｅ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｗｉｔ ｄ ｓｇ ｒ ｇ ｓ ｆｔ ｓｅ ｒ
摘要 ：为探索 ＭＳ Ｍ ｄｕ ｃｌ Ｉｔ ｒｔ ｉ ｕ ）可编程计数器进行非常规使用改变应用方 向的逻辑修改技 Ｉ（ ｅ ｉ Ｓａ ｅ ａ ｄｃｒ ｉ ｍ ｅｎ ｇ ｅ ｃｔ
术 ，探讨 了基 于 ７ １ ６ 的扭环形计数器 自启动设计 问题 ，提 出了 ＭＳ 可编 程计数器 改变应 用方 向的逻辑 修 ４５１ １ Ｉ
ｒ ｃｉ ｎ ｄ ｓｇ ｆｔ ｓｅ ｉ ｇ ｃ ｕｎ ｅ ，ｔ ｕ ｃ ｉｖ ｈ ｏ ｉａ ｘ ｅ ｓｏ ． Ｔｈ ｎ ｏ ａｉ ｎ ｉ ｏ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｅ ｌ ｇｃ ｅ ｔｏ ｅ ｉ ｎ ｏ ｗｉｔｄ ｒｎ ｏ ｔｒ ｈ ｓ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｅ ｌ ｇｃ ｌｅ ｔｎ ｉｎｓ ｅ Ｉ ｎ ｖ ｔｏ ｓ ｔ ｒ ｐ ｓ ｈ ｏ ｉ
移位寄存器型计数器设计性实验报告
数电实验室
1．实验目的
1）熟悉环形计数器的逻辑功能及特点。
2）掌握自启动扭环计数器的逻辑功能及特点。
2．实验原理、实验流程或装置示意图
实验原理：用两片74LS74双D触发器，分别组成环形计数器和扭环形计数器。
下图为74LS74双D触发器引脚图及功能表：
环形计数器原理图：
扭环形计数器原理图：
3．实验设备及材料
电路就会自动返回有效状态工作。
4）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。
2．对实验现象、实验结果的分析及其结论
实验成功的完成了熟悉环形计数器的逻辑功能及特点。掌握自启动扭环计数器的逻辑功能及特点。以及了解和使用芯片74LS74。这次设计性实验，让我对数字电路有了更深刻的了解和认识，对以后数字电路这一块的设计，让我有了更多的方式可供选择。锻炼了我们多方面思维的能力。
签名：
年月日
二、实验报告
1．实验现象与结果
环形计数器：
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。
2.要注意实验的完整性，准确地测出结果。
3.如果是实际操作一定要检查芯片和导线的好坏，以免实验结果不正确。
4.测试逻辑功能时，不能关闭开关。
5．实验数据处理方法
逻辑分析法观察法对比法
6．参考文献
1.申忠如.数字电子技术基础.西安交通大学出版社
2.阎石.数字电子技术基础.第五版.高等教育出版社
物理学实验报告——移位寄存器及其应用
实验六项目名称：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、实验设备1、数字电子技术实验箱2、CC40194×2（74LS194）三、实验内容及步骤1 、测试CC40194（或74LS194）的逻辑功能按图6－5接线，R C、S1、S0、S L、S R、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。
按图6－5 CC40194逻辑功能测试(1)清除：令R C＝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R C＝1 。
(2)送数：令R C＝S1＝S0＝1 ，送入4位二进制数，如令：D0D1D2D3＝1001，加CP脉冲，此时Q0、Q1、Q2、Q3输出状态为：1001 。
(3)右移：令R C＝1，S1＝0，S0＝1，然后右移输入端S R送入二进制数码如0，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：0100 ；紧接着，右移输入端S R送入二进制数码如1，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：1010 ；紧接着，右移输入端S R送入二进制数码如0，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：0101 ；紧接着，右移输入端S R送入二进制数码如0，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：0010 。
(4) 左移：先令R C＝0进行清零，再令R C＝1，S1＝1，S0＝0，然后左移输入端S L送入二进制数码如1，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：0001 ；紧接着，左移输入端S L送入二进制数码如1，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：0011 ；紧接着，左移输入端S L送入二进制数码如1，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：0111 ；紧接着，左移输入端S L送入二进制数码如1，加CP脉冲,此时Q0、Q1、Q2、Q3显示为：1111 。
电子技术应用实验(数字电路基础实验)_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
电子技术应用实验1（数字电路基础实验）_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.电源电压为5V的TTL门电路的阈值电压最接近以下哪个值？参考答案:1V2.电源电压为5V的CMOS门电路的阈值电压大约为多少？参考答案:2.5V3.用芯片74LS00（4个2输入与非门）实现反相器，未使用的引脚应该如何处理？参考答案:接另一个输入引脚_直接悬空_接5V电源4.在测量电源电压Vcc时，实验箱上指示灯亮，用万用表测量电源电压为5V，但示波器测出为0V，原因可能是示波器探头耦合方式未设置为（）。
参考答案:直流5.在Verilog语言中assign语句是？参考答案:连续赋值语句6.关于Verilog语言中的always语句不正确的是？参考答案:只有wire类型数据可以在这个语句中被赋值7.Vivado中仿真文件的后缀为？参考答案:.v8.74LS163工作于计数状态，CP为2KHzTTL信号。
若用四个发光二极管去看74LS163的四个输出端，四个发光二极管看起来。
参考答案:常亮9.示波器探头衰减开关置为时，输入阻抗更大。
参考答案:10X档10.示波器探头设置中，在探头比为10х时的输入电容比探头比为1X时大。
参考答案:错误11.用双踪示波器同时测试频率不同、周期成整数倍的两个时序波形时，当某信号显示不同步时可能需要。
参考答案:调节触发释抑时间_重新选择示波器的触发源_调节示波器的触发电平位置12.用示波器只观察信号中的交流成分时，输入耦合应选择。
参考答案:交流耦合13.若CD4511输入为4位二进制码1011，其驱动的七段显示器显示是参考答案:无显示14.74LS00用作反相器使用时，下列哪种连接方法正确？参考答案:一个输入端接信号，另一个输入端接高电平_一个输入端接信号，另一个输入端悬空_两个输入端并接信号15.用示波器测量某点的直流电压值，示波器需要做以下哪些设置？参考答案:通道探头的设置和探头上的开关设置相对应_输入耦合方式为直流_对应通道的0V标志在屏幕上_能够在屏幕上看到该直流信号16.在测试74X139的逻辑功能实验中，当G'、A1、A0分别接0、1、0时，哪个端口的输出有效（）。
数字电路实验报告-移位寄存器及其应用
电学实验报告模板实验原理移位寄存器是逻辑电路中的一种重要逻辑部件，它能存储数据，还可以用来实现数据的串行-并行转换、数据的运算和处理。
1.寄存器（1）D触发器图1 D触发器图1所示D触发器。
每来一个CLK脉冲，触发器都在该CLK脉冲的上升沿时刻，接收输入数据D,使之作为触发器的新状态。
D触发器的特性方程为（2）用D触发器构成并行寄存器图2 用D触发器构成并行寄存器图2所示为用D触发器构成四位并行寄存器。
为异步清零控制端，高电平有效。
当时，各触发器输出端Q的状态，取决于CLK上升沿时刻的D端状态。
2.移位寄存器（1）用D触发器构成移位寄存器图3 用D触发器构成4位串行移位寄存器图3所示为用D触发器构成的4位串行移位寄存器。
其中左边第一个触发器的输入端接收输入数据,其余的每一个触发器的输入端均与左边相邻的触发器的Q端连接。
当时钟信号CLK的上升沿时刻，各触发器同时接收输入数据。
四位寄存器的所存数据右移一位。
（2）双向移位寄存器74LS194图4 双向移位寄存器74LS194逻辑框图图4 所示为集成电路芯片双向移位寄存器74LS194逻辑框图。
为便于扩展逻辑功能，在基本移位寄存器的基础上增加了左右移控制、并行输入、保持和异步清零等功能。
74LS194的逻辑功能如表1所列。
表13.用移位寄存器构成计数器（1）环形计数器图5 环形计数器如果将移位寄存器的串行移位输出端接回到串行移位输入端，如图5所示。
那么，在时钟CLK的作用下，寄存器里的数据将不断循环右移。
例如，电路的初始状态为，则电路的状态转换图如图6所示。
可以认为，这是一个模4计数器。
图6 环形计数器状态转换图实验内容及步骤1. 用两片74LS74构成四位移位寄存器（1）74LS74引脚图图10 74LS74引脚图（2）用74LS74构成四位移位寄存器图11 用74LS74构成四位移位寄存器实验电路按照图11连接电路。
首先设置，使寄存器清零。
然后，设置，在CLK输入端输入单次脉冲信号当作时钟信号，通过输出端的发光二极管观察的状态，判断移位的效果。
实验八 移位寄存器及其应用
实验八 移位寄存器及其应用一、实验目的1．熟悉移位寄存器的结构及工作原理 2．了解移位寄存器的应用。
二、实验原理移位寄存器是具有移位功能的寄存器。
它是一种由触发器链型连续组成的同步时序网络。
代码的移位是在统一的位移脉冲CP 控制下进行的。
每来一个移位位脉冲，原存贮于寄存器的信息代码就按规定的方向（左方或右方）同步移一位。
移位寄存器的类型，按移位的方式可分为左移﹑右移和双向移位寄存器；按其输入输出方式可分为并行输入—并行输出﹑并行输入—串行输出﹑串行输入—并行输出和串行输入—串行输出等几种。
移位寄存器应用较广。
利用移位寄存器可以构成计数分频电路﹑序列信号发生器、串/并行代码转换器、延时电路等。
移位寄存器的状态转移是按移存规律进行的，一般称为移存型计数器。
常用的移存型计数器有环行计数器和扭环形计数器。
下面介绍几种常用的MSI 移位寄存器及其应用。
74LS195为4位并行存取移位寄存器；74LS194为4位双向通用移位寄存器,它具有左移﹑右移﹑并行输入数据﹑保持及清除等五种功能。
它们的功能表及管脚图见附录. 应用举例：（一）移存型计数器 （1） 环形计数器环形计数器的特点是环形计数器的计数模数M=移位寄存器位数N ，且工作状态是依次循环出1或0，如4为环形计数器状态为0001-0010-0100-1000或1110-1101-1011-0111。
设计该类计数器往往要求电路能自启动。
（2） 扭环计数器扭环计数器又称为约翰逊计数器。
其特点是四位扭环计数器具有N=2n=8个有效计数状态，且相邻两状态间只有一位代码不同，因此扭环计数器的输出所驱动的组合网络不会产生功能竞争。
（3） 任意进制移存型计数器只要状态转移关系符合移存规律的计数器，就称为移存型计数器。
移存型计数器只要M ≠2N 时，就要考虑计数器的自启动问题。
移存型计数器子启动的方法有两种：①、 改变移位寄存器串行输入D 0的反馈方程，例如：让循环出“1”的4位环形计数器的D 0=012Q Q Q ++，使全“0”状态时的的D 0=1;如果是循环出“0”的4位环形计数器，则0120Q Q Q D =，使全“1”状态时的D 0=0,从而实现自启动。
实验十——移位寄存器型计数器
体 演 示
时， Q0又输出0，直到这个1移到Q3时， Q0Q1Q2又变成 000，Q0的次态再次回到1，如此循环。因此无论初始状
课 态如何，经过几个时钟都能进入有效循环。
件
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移位寄存器型计数器
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3、扭环形计数器
电
Q0
Q1
Q2
Q3
工
D0
DQ
D1 DQ
D2 DQ
D3 DQ
电
CP
CP
CP
CP
8
电 工 电
致谢
子
实 验
❖非常感谢各位同学的支持和配合！
中
心 多
❖祝各位同学考试取得好成绩！
媒
体
演
示
课
件
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移位寄存器型计数器
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子
实
CP
验 中
由图知，D1=Q0，D2=Q1，D3=Q2， D0=Q3
心
多
0000
1000
1100
1010
1101
0110
媒
体
演
0001
1110
0100
1011
示
课
件
0011
0111
1111
1001
0010
0101
有效循环
无效循环
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移位寄存器型计数器
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电 四、实验内容
工
电
子 实
❖ 测试环形计数逻辑功能
验 中
❖ 测试自启动环形计数器逻辑功能
心 ❖ 测试扭环形计数器逻辑功能
多
媒 ❖ 测试线性反馈网络环形计数器
体
实验九 移位寄存器及其应用分解
红河学院电子信息实验中心
数字电子 技术基础 实验
3、串行/并行转换器 （1）串行/并行转换是指串行输入的数据，经过转 换电路之后变成并行输出。下面是用两片 74LS194构成的七位串行/并行转换电路。
设计文件时，需要引脚分配端口是上图中的“接地”、“1”、 “串行输入”、“Q0……Q7”、“CP”。其余直接连好电路。 实验时自行设置一组七位代码从“串行输入”端口每个CP信号
+5V 1秒 CLK
S1=0,S =1,S0=1
置数控制 右移控制
5. 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、并行转换和构成环行计数器。 二、实验原理 寄存器是计算机和其他数字系统中用来存储代码或数据的逻辑部件。它的主要组成部分 是触发器。一个触发器能存储1位二进制代码，所以要存储n位二进制代码的寄存器就需要 用n个触发器组成。 把若干个触发器串接起来，就可以构成一个移位寄存器。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74LS194，其引脚排列如图5-1所示。 集成移位寄存器 74LS194由4个RS触 发器及它们的输入控制电路组成。D0、D1、 D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3、为 并行输出端；DSR为右移串行输入端； DSL为左移串行输入端；S0、S1为操作模 式控制端；CR为直接无条件清零端；CP 为时钟脉冲输入端。
高二物理竞赛课件电路扭环形计数器(约翰逊计数器)
电路扭环形计数器（约翰逊计数器） （1）电路
用N位移存器的末级输出QN-1，取反后再反馈到最前级 的右移输入端
经移位后，既可避免出现全0状态，又可逐步减少状态组合 中多余的1，直至只剩1个1为止。 用或非门G1实现上述反馈
状态图
对具有自启动性能的环形 计数器，不必置初值
（2）工作过程
0 0 00
1
1
① 令RD=1，清零，器件进入全零状态，反馈输入dR为1 ② RD变为0，时钟加入，电路右循环状态表 模M=8的计数器 M=移存器位数N的2倍
0000 1000 1100 1110 1111 0111 0011 0001 0000
状态转换图 主循环状态表
右移输入dR的卡诺图
可获得新的反馈输入为：
dR Q3Q2 Q3Q1
② 可自启动的扭环形计数器电路
dR Q3Q2 Q3Q1
③ 状态图
一种自启动的扭环形计数器 ① 列出右移输入dR的卡诺图
Q3 Q2 Q1 Q0 dR 0000 1 0001 1 0011 1 0111 1 1111 0 1110 0 1100 0 1000 0
Q3 Q2 Q1 Q0 dR 0000 1 0001 1 0011 1 0111 1 1111 0 1110 0 1100 0 1000 0
0000 0 1000 1 1100 3 1110 7 1 1 1 1 15 0 1 1 1 14 0 0 1 1 12 0001 8 0000 0
除了包含有状态0的主循环外，电路还有一个非工作循环 包含了剩下的8个状态
0100 1010 1101 0110 1011 0101 0010 1001
用移位寄存器LS芯片实现扭环形计数器
3 4 5 6 7 2 9 10 A B C D SL SR S0 S1 ~CLR CLK QA QB QC QD 15 14 13 12
J1 X Key = A U3B 74LS04D
图3 双向移位计数器
U2A 74LS00D
1 11
V1 1kHz 5V
74LS194D
实 验 原 理
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，则在时钟脉冲的作用下Q0Q1Q2Q3将依次变 为0100、0010、0001、1000-----，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2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。
n=3，其模值M=2×3-1=5。
n ：代表环内包围的输出端的个数； 如果是通过二输入与非门取反馈作移入数据，则为奇数模， M=2n-1 如果是通过非门取反馈作移入数据，则为偶数模，M=2n。
步骤:
1、双向移位寄存器74LS194逻辑功能测试。 清除：先将端接+5V，检查Q端输出情况，再将端接0电平，所有Q端输 出应为0，清零后再将端接+5V。 并行输入：S1S0置入11，D端置入一组代码（如1011），给 CP 端送单次脉冲，观察 Q端的状态。此时若将DSL或DSR置入1或0， Q端的状态是否改变？ 右移：令S1S0=01，CP＝1HZ，再令DSL=0，观察Q端的变化，待 4个LED全灭以后（此时输入的串行码是什么？），再令DSR＝l， 观察此时Q端LED点亮的次序。当 4个LED都点亮时，输入的串 行码又如何？若要串行输入代码1010（或其它非全0、非全1 码），在DSR端置入一位数码（低位先送），给 CP端送单次脉 冲，经过4个脉冲之后立即将S0置成0以使寄存器工作于保存状 态。 左移：令S1S0＝10，CP＝1HZ，代码1010由DSL端置入，其它步 骤与右移相同。 保持：在完成左移并工作于保持状态后，再给CP端送 4个单次 脉冲，观察输出端有何变化。
基于集成移位寄存器的扭环形计数器自启动设计
基于集成移位寄存器的扭环形计数器自启动设计马敬敏【期刊名称】《浙江大学学报（理学版）》【年(卷),期】2013(40)1【摘要】Both state transition in twisted ring counters and logic function in shift registers are analyzed.Some new schemes for design of twisted ring counters based on shift register 74LS194 are purposed.State transition of shift registers is kept right shift or input numbers are accord with right shift rules,and the feedbacks carry out reverse circulation shift.Based on these rules,logic modification to the excitation function of any flip-flop could realize selfcorrection in twisted ring counters.The innovation of this method is that a logic modification method is proposed to change the application direction of MSI shift register.%分析了扭环形计数器工作时的状态转换过程,分析了集成移位寄存器的逻辑功能,提出了用集成移位寄存器74LS194构成扭环形计数器的一些新的设计方案,即移位寄存器的状态变化在右移移位或并行输入符合右移规律的数码、反馈实现取反循环移位的基础上,对任何一位触发器的激励函数进行逻辑修改,可实现扭环形计数器自启动设计.所述方法的创新点是提出了MSI集成移位寄存器改变应用方向的逻辑修改方法.【总页数】4页(P47-50)【作者】马敬敏【作者单位】渤海大学实验管理中心,辽宁锦州121000【正文语种】中文【中图分类】TP332.1+2【相关文献】1.扭环型计数器自启动设计的逻辑修改方案 [J], 任骏原2.基于74LS161的扭环形计数器自启动设计 [J], 马敬敏;伦淑娴3.基于扭环形计数器设计交通信号灯自动控制电路 [J], 杨海明;孔维成;李悦;王宏干;曹学军4.基于次态卡诺图的移位寄存器型计数器的自启动设计 [J], 腾香5.基于FPGA的环形计数器与扭环形计数器 [J], 张铭郎;于业弘;解宇;李恩来;刘丽娟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
扭环形计数器
2. 扭环形计数器（1）电路组成使用4位双向移位寄存器74LS194，并设置为右移输入工作方式（ ）。
按照寄存器的输出状态排列顺序，将最右端的状态 过一个非门后，接入右移串行数据输入端，形成图8.4.11所示的扭环形计数器。
图8.4.11 用74LS194组成的扭环形计数器（2）工作原理图8.4.11所示的扭环形计数器，当电路的初始状态 时，随着外部时钟信号的输入，出现 的状态迁移关系，形成八进制的有效循环。
以此类推，可以推导出电路所有的状态迁移关系，从而方便地得到扭环形计数器的状态图，如图8.4.12所示。
图8.4.12 用74LS194组成的扭环形计数器的状态图从状态图可知：★ 采用4位双向移位寄存器组成的扭环形计数器具有两个八进制的状态循环。
选择 的状态循环为有效循环，电路显然是一个不具有自启动能力的八进制移位型计数器。
为了保证图8.4.11所示的扭环形计数器能够可靠工作，需要在正常工作前，首先通过并行数据输入端，或者串行数据输入端将电路状态置为有效循环中的某个有效状态，然后再接入工作时钟脉冲，开始计数。
★ 与四位环形计数器相比，扭环形计数器的状态利用率提高了一倍。
★ 同样，也可以改进电路设计方案，实现具有自启动能力的扭环形计数器。
（3）自启动能力3210Q Q Q Q 3Q SR D 00003210=Q Q Q Q 0000000110000000→→→→ 0000000110000000→→→→★ 图8.4.13就是用4位双向移位寄存器74LS194和逻辑门器件实现的具有自启动能力的扭环形计数器。
电路中，74LS194设置为右移输入工作方式（ ），将输出状态利用相应的逻辑门，形成反馈信号，接入右移串行数据输入端。
由此可知：图8.4.13 具有自启动能力的扭环形计数器★ 根据74LS194的功能特点，不需要列出四个触发器的状态方程，就可以推导出电路所有的状态迁移关系，得到状态表（简单过程，此处省略，读者可自行完成），并最终得到图8.4.14所示的状态图。
环形计数器和扭环形计数器设计资料
本科毕业论文（设计、创作）题目：环形计数器和扭环形计数器设计学生姓名：学号：院（系）：电子信息工程学院专业：通信工程入学时间：年月导师姓名：职称/学位：导师所在单位：完成时间：2014年5月环形计数器和扭环形计数器设计摘要现代世界的快速发展，夜生活已成为大多数城市不可缺少的生活，在夜生活中，五彩斑斓，形状不断变化的LED灯走入了大家的生活。
而各种形状的LED灯，随着技术的不断发展，EDA设计得到不断地发展和应用，LED灯所表示的图案多种多样，LED灯中最简单的就数流水灯，而流水灯可以由环形计数器或扭环形计数器控制。
本文以环形计数器和扭环形计数器为设计对象，根据其相关规律，设计其运行电路，以及用verilog硬件描述语言实现。
内容主要涉及计数器的循环与自启动以及最后整个计数器的检测方案和仿真。
本设计可以实现计数器的一些简单的控制，并用modelsim进行仿真。
关键词：环形计数器和扭环形计数器设计；Verilog；modelsim。
Twisted ring counter ring counter and designAbstractThe rapid development of the modern world, night life has become indispensable in the life most of the city, in the nightlife, colorful, shape changing LED lights went into people's lives. And various shapes of LED lights, with the continuous development of technology, EDA design get continuously development and application of LED lamp represents pattern is varied, the most simple several water light LED lights, lights and running water can be controlled by the ring counter or twisting the ring counter. This article is based on the circular counter and twisting the ring counter as the design object. According to the counter relevant laws , the counter is to design the operation circuit .this design adopts hierarchical method and verilog hardware description language to realize. This article is mainly related to counter circulation and since the start and final of the test scheme and simulationThis design can realize some simple control counter, and modelsim simulationKeywords: ring counter and twisting the ring counter design ;Verilog; modelsim.目录1.引言 (1)2.设计任务和要求 (1)2.1设计任务 (2)2.2设计要求 (3)3．设计原理 (3)3.1环形计数器定义 (3)3.2环形计数器工作原理 (3)3.3扭环形计数器定义 (3)3.4扭环形计数器工作原理 (3)4.环形计数器的设计 (3)5.扭环形计数器设计 (6)6.环形计数器的自启动设计 (9)7.扭环形计数器的自启动设计： (11)8.结束语 (13)主要参考文献 (15)致谢 (16)1 引言随着社会的不停发展，越来越多的LED灯用于城市的装饰，让城市在夜晚也可以变得炫彩夺目，熠熠生辉。
扭环计数器——精选推荐
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。
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。
二、扭环计数器
1．逻辑电路及工作 波形（ 自启动扭环计数器，为同步时序逻辑电路。）
5．根据驱动方程和输出方程画逻辑图。 6．检查电路有无自启动能力。
如设计的电路存在无效状态时，应检查电路进入无效状态后，能否在时钟脉冲作 用下自动返回有效状态工作。如能回到有效状态，则电路有自启动能力；如不能 ，则 需修改设计，使电路具有自启动能力。
二、同步时序逻辑 电路的设计举例
[例 1] 试设计一个同步七进制加法计数器。 解 ：设计步骤
扭环形计数器优点：计 2n 个数，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。
3．时序逻辑电路的设计步骤一般为：设计要求→最简状态表→编码表→次态卡诺图→驱动方程、输出方 程→逻辑图。
4．设计关键：根据设计要求→确定状态转换的规律→求出各触发器的驱动方程。
画状态转换图， （2）状态分配，列出状态转换编码表。
根据式
可知，在 N＝5 时，n＝3，即采用三位二进制代码。
先由学生自 己 画 状态 转换图 和 状 态转 换表， 在 打 开课 件与学 生 得 出的 结果对 照
（3）选择触发器类型，求输出方程、状态方程和驱动方程。 根据状态转换编码表→各触发器次态和输出函数的卡诺图。
作业和思考题：
1．环形计数器和扭环形计数器的电路结构特点、逻辑功能有什么不同？它们各有什么优缺点？ 2．序逻辑电路的设计思想、方法和步骤上什么？若设计异步时序电路，与同步时序电路应有何不同？ 3．何谓自启动？怎样判断电路能否自启动？
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实验原理
本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为 74LS194，其逻辑符号及引脚排列如图1所示。
其中D0、D1、D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、 Q3为并行输出端；SR为右移串行输入端，SL为左移 串行输入端；S1、S0为操作模式控制端；CR为异步 清零端；CP为时钟脉冲输入端。
实验原理
实验原理
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，则在时钟脉冲的作用下Q0Q1Q2Q3将依次变 为0100、0010、0001、1000-----，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2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。
n ：代表环内包围的输出端的个数；
如果是通过二输入与非门取反馈作移入数据，则为奇数模， M=2n-1
如果是通过非门取反馈作移入数据，则为偶数模，M=2n。
步骤:
1、双向移位寄存器74LS194逻辑功能测试。
清除：先将端接+5V，检查Q端输出情况，再将端接0电平，所有Q端输 出应为0，清零后再将端接+5V。
六、注意事项
注意一定要先查导线，再开始接线。
注意通常电源均按+5V和地接入，每个芯片都需接 入一对电源，为防止遗漏，可把它定为接线的第一 步。注意电源不要接反，否则会烧坏芯片。
不可在接通电源的情况下插入或拔出芯片。
移位寄存器74LS194的清除端（ CR）除了清零时将 其置 0外，其它工作状态均应置为“l”。
U3B 74LS04D
U1
3A 4B 5C 6D 7 SL 2 SR 9 S0 10 S1 1 ~CLR 11 CLK
QA 15 QB 14 QC 13 QD 12
V1 74LS194D
1kHz 5V
图3 双向移位计数器
U2A 74LS00D
步骤:
1.用万用表
挡、电阻2K挡或将导线连接+5V
电源与输出发光二极管等方法检查导线导通情况，当
步骤:
2、用移位寄存器74LS194芯片实现扭环形计数器。
将教材中P109图3.5.2所示环形计数器稍加改动：将反相得，再 送至DSR，就构成了4位扭环形计数器，电路图自行设计， 试用双 踪示波器观察CP、QA~~QD波形图（CP=1KHz）。
步骤:
3、用74LS194及门电路设计一双向移位扭环形计数器，要求右移时 M=7，左移时M=8，画出原理图、连接实验电路、调试并记录实验结果。
万用表发出蜂鸣声、阻值示数约为0或发光二极管亮
时,均表示导线导通。
2.根据给定芯片的管脚图，电源均按+5V和地接入 (注意不要接反)。按照设计好的逻辑电路图连接电路, 验证结果是否符合实验要求。
五、实验报告要求
1.总结实现任意进制计数器的构成方法 2.总结移位寄存器的逻辑功能表 3. 叙述双向移位寄存器原理 4.根据测试数据，得出结论。完成思考题。
三、实验设备
数字电路实验箱( 74LS00、74LS04、74LS194数字集成芯 片、脉冲源 )、数字万用表、示波器、导线。
四、实验原理及步骤
1、移位寄存器是一种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移位寄存器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。根据 存取信息的方式不同移位寄存器可分为：串入串出、串入 并出、并入串出、并入并出四种形式。
并行输入：S1S0置入11，D端置入一组代码（如1011），给 CP 端送单次脉冲，观察 Q端的状态。此时若将DSL或DSR置入1或0， Q端的状态是否改变？ 右移：令S1S0=01，CP＝1HZ，再令DSL=0，观察Q端的变化，待 4个LED全灭以后（此时输入的串行码是什么？），再令DSR＝l， 观察此时Q端LED点亮的次序。当 4个LED都点亮时，输入的串 行码又如何？若要串行输入代码1010（或其它非全0、非全1 码），在DSR端置入一位数码（低位先送），给 CP端送单次脉 冲，经过4个脉冲之后立即将S0置成0以使寄存器工作于保存状 态。 左移：令S1S0＝10，CP＝1HZ，代码1010由DSL端置入，其它步 骤与右移相同。 保持：在完成左移并工作于保持状态后，再给CP端送 4个单次 脉冲，观察输出端有何变化。
实验原理
2）扭环型计数器 将图2所示环形计数器稍加改动：将Q3反相得Q3 ，再送至 DSR，就构成了4位扭环形计数器。
实验原理
3)双向移位寄存器设计
工作原理：
当X=1时，M1=0，M0=1， 执行右移功能；
n=3，其模值M=2×3=6；
当X=1时，M1=1，M0=0， 执行左移功能。
n=3，其模值M=2×3-1=5。
环形计数器在工作之前，应先置入一个初始状态， 即被循环的四位二进制数。
The end
根据课件中移位寄存器原理设计电路图如图3所示： 当X=0时，完成右移七进制扭环形计数器； 当X=1时，完成左移八进制扭环形计数器； 试用双踪示波器观察右移七进制时CP、QA和QD波形图（CP=1KHz）； 左移八进制时CP、QA和QD波形图（CP=1KHz）。
VCC 5V
J1 X
Key = A
U3A 74LS04D
74LS194有5种不同操作模式：并行送数寄存，右移（方向由 Q0至Q3），左移（方向由Q3至Q0），保持及清零。S1、S0和CR 端的控制作用如下表所示。
74LS194 功能表
实验原理
2、移位寄存器的应用很广，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 。本实验主要研究移位寄存器的功能测试和移位寄存器用 作环形计数器及扭环形计数器线路连接及其原理。
数字电子技术实验
实验3.5 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
成环行计数器。
二、实验任务
1、双向移位寄存器74LS194逻辑功能测试。
2、用移位寄存器74LS194芯片实现扭环形计数器。
3、用74LS194及门电路设计一双向移位扭环形计数器，要求右移时 M=7，左移时M=8，画出原理图、连接实验电路、调试并记录实验 结果。