寄存器的原理及应用

课题9：寄存器的原理及应用

课型：讲授

教学目的：

掌握数码寄存器和移位寄存器的逻辑功能

教学重点：掌握中规模四位双向移位寄存器的逻辑功能

教学难点：掌握中规模四位双向移位寄存器的逻辑功能

复习、提问：

写出RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器、T`触发器的逻辑

功能、特性方程。

教学过程：

寄存器被广泛应用于数字系统和计算机中，它由触发器组成，是一种用来暂时存放二进制数码的逻辑部件。一个触发器可以存放一位二进制代码，因此n 位代码寄存器应由n个触发器组成。有些寄存器由门电路构成控制电路，以保证信号的接收和清除。

寄存器存放数据的方式有并行和串行两种。并行方式是数码从各对应输入端同时输入到寄存器中,串行方式是数码从一个输入端逐位输入到寄存器中。

寄存器取出数据的方式也有并行输出和串行输出两种。并行输出方式中,被取出的数码同时出现在各位的输出端。串行输出方式中,被取出的数码在一个输出端逐位出现。

寄存器分为数码寄存器和移位寄存器。

一、数码寄存器

数码寄存器具有存储二进制代码，并可输出所存二进制代码的功能。按接收数码的方式可分为：单拍式和双拍式。

单拍式：接收数据后直接把触发器置为相应的数据，不考虑初态。

双拍式：接收数据之前，先用复"0"脉冲把所有的触发器恢复为"0",第二拍把触发器置为接收的数据。

1、双拍工作方式的数码寄存器

双拍工作方式是指接收数码时，先清零，再接收数码。

分析下图四位数码寄存器逻辑图。它的核心部分是4个D 触发器。其工作过程：

（1） 清零。CR=0，异步清零。即有：Q 3n+1Q 2n+1Q 1n+!Q 0n+1=0000 （2） 送数。CR=1时，CP 上升沿送数

Q 3n+1Q 2n+1Q 1n+!Q 0n+1=D 3D 2D 1

D 0

（3） 保持。在CR=1、CP 上升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。实

现了数码寄存的功能。

2、单拍工作方式的数据寄存器

单拍工作方式是指只需一个接收脉冲就可以完成接收数码的工作方式。集成数码寄存器几乎都采用单拍工作方式。 数码寄存器要求所存的代码与输入代码相同，故由D 触发器构成。

分析下图D 触发器组成的4位数据寄存器的逻辑功能。

无论寄存器中原来的内容是什么，只要送数在控制时钟脉冲CP 上升沿到来时，加在并行数据输入端的数据D 0～D 3，就立即被送入进寄存器中，即有：Q 3n+1Q 2n+1Q 1n+!Q 0n+1=D 3D 2D 1D 0。 二、移位寄存器

移位寄存器具有数码寄存和移位两个功能，在移位脉冲的作用下，数码如向左移一位，则称为左移，反之称为右移。

移位寄存器具有单向移位功能的称为单向移位寄存器，即可向左移也可向右移的称为双向移位寄存器。 1、单向移位寄存器 （1）、右移寄存器

上图是由4个D触发器组成的右向（由低位到高位）移位寄存器逻辑电路图。图中各触发器的CP接在一起作为移位脉冲控制端，数据从最低位触发器D输入，前一触发器输出端和后一触发器D端连接。

设4位二进制数码d3d2d1d0=1011，按移位脉冲工作节拍，从高位到低位逐位送到D端。根据D触发器特性方程Q n+1=D，经第一个CP后，Q0=d3，经第二个CP后，F0状态移入F1，F0移入新数码d2，即变成Q1=d3，Q0=d2，依次类推，经过4个CP脉冲Q3=d3，Q2=d2，Q1=d1，Q0=d0。上表是右移寄存器状态转换表。

可见数码由低位触发器逐位移入高位触发器，是一个右移寄存器。

（2）、左移寄存器

下图用JK触发器组成的左向（由高位向低位）移位寄存器。

R为正脉冲清零端，各触发器CP连在一起做移位脉冲控制端，最高位触发器转换成D触发器，D端做串行数码输入端，其余各触发器也具有D触发器的功能，显然，经过4个CP后4位数据全部存人寄存器。上表是左移寄存器状态转换表。

2、双向移位寄存器

74LS194四位双向移位寄存器具有左移、右移、并行数据输入、保持、清除功能。

1）从图1中74LS194的图形符号和引脚图分析。SRG4是4位移位寄存器符号，D0~D3并行数据输入端、D SL左移串行数据输入端、D SR右移串行数据输入端、S A（M0）和S B （M1）（即9脚和10脚）工作方式控制端分别接电平开关，

置1或置0，CP时钟输入端接正向单次脉冲，清零端接负向单次脉冲，Q0~Q3输出端。

表1 图1

2）从试验结果（表1）74LS194的功能表分析。

R=1（即=0）输出脚15、14、13、12被复“0”，即清零。

=1时：

S A S B=00，M=0，输出保持。

S A S B=10，M=1，2脚被选中，CP上升沿时“1”右移输入。

S A S B=01，M=2，7脚被选中，CP上升沿时“2”左移输入

S A S B=11，M=3，脚3、4、5、6被选中，CP上升沿时数据并行输入。

因此，74LS194四位双向移位寄存器具有左移、右移、并行数据输入、保持、清除功能。

课堂小结

1、寄存器用来暂时存放二进制数码的逻辑部件。分为数码寄存器和移位寄存器

2、数码寄存器具有存储二进制代码，并可输出所存二进制代码的功能。按接收数码的方式可分为：单拍式和双拍式。

3、移位寄存器具有数码寄存和移位两个功能，在移位脉冲的作用下，数码如向左移一位，则称为左移，反之称为右移。

移位寄存器具有单向移位功能的称为单向移位寄存器，即可向左移也可向右移的称为双向移位寄存器。

作业

参考书2：P．193 习题10、11。