寄存器和移位寄存器

基于EWB的电路设计和仿真

――寄存器与移位寄存器部分

前言

在现今电子设计领域中，EDA设计和仿真是一个非常重要的环节。在众多的EDA设计和仿真软件中，EWB软件以其强大的仿真设计应用功能，在各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较为广泛的应用。EWB软件及其相关的应用对提高学生的仿真设计能力，更新设计理念有较大的好处及帮助。

EWB（电子工作平台）软件，最突出的特点是用户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是EWB软件的一大特色。它采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。EWB软件所包含的虚拟仪表有：示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。

本次毕业设计主要是利用EWB软件来仿真和设计寄存器和移位寄存器电路，并通过硬件实验调试来验证理论和仿真结果。

1 EWB软件的简介

1.1 EWB软件的概述

随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相

连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。

电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：

（1）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

（2）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。（3）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

（4）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

1.2EWB软件的操作界面

1． EWB的主窗口

2．元件库栏

信号源库

基本器件库二极管库

模拟集成电路库仪器库

指示器件库

1.3 EWB软件基本操作方法介绍

EWB软件具体操作方法很细，就常用仪器举例

1.数字多用表

数字多用表的量程可以自动调整。下图是其图标和面板。

2.示波器

示波器为双踪模拟式，其图标和面板如下图所示。

3.信号发生器

信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号，其图标和面板如下图所示。可调节方波和三角波的占空比。

4.波特图仪

波特图仪类似于实验室的扫频仪，可以用来测量和显示电路的幅度频率特性和相位频率特性。波特图仪的图标和面板如下图所示。

波特图仪有IN和OUT两对端口，分别接电路的输入端和输出端。每对端口从左到右分别为+V端和-V端，其中IN端口的+V端和-V端分别接电路输入端的正端和负端，OUT端口的+V端和-V端分别接电路输出端的正端和负端。此外在使用波特图仪时，必须在电路的输入端接入AC（交流）信号源，但对其信号频率的设定并无特殊要求，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。

2 寄存器与移位寄存器的原理简介 2.1 寄存器与移位寄存器

寄存器是用以暂存二进制代码的（如计算机中的数据、指令等），可分为锁存器、基本寄存器和移位寄存器三类。寄存器能实现对数据的清除、接收、保存和输出等功能，移位寄存器除了上述功能外还具有数据移位功能。 1.寄存器

寄存器主要由触发器和一些控制门组成，每个触发器能存放一位二进制码，存放N 位数码，就应有N 位触发器。为保持触发器能正常完成寄存器的功能，还必须有适当的门电路组成控制电路。 (1) 锁存器

图1 四位锁存器的逻辑图

锁存器是由电平触发器完成的，N 个电平触发器的时钟端连在一

1D

F 1C 1

1D C 1

Q 2Q 1

D 1

Q 2

Q 1

D 21D C 1

Q 3Q 3

D 3

1D C 1

4

Q 4

D 4F 2F 3F 4

起，在CP 作用下能接受N 位二进制信息。图1是一个四位锁存器的电路，图中四个电平触发的D 触发器可以寄存四位二进制数。当CP 为高电平时，D1~D4的数据分别送入四个触发器中，使输出Q1~Q4与输入数据一致，当CP 为低电平时，触发器状态保持不变，从而达到锁存数据的目的。集成锁存器大多由电平式D 触发器构成，为便于与总线相连，有些锁存器还带有三态门输出。

从寄存数据角度看，锁存器和寄存器的功能是一样的，其区别仅在于锁存器中用电平触发器，而寄存器中用边沿触发器。用哪一种电路寄存信息，取决于触发信号和数据之间的时间关系。若输入的有效数据稳定滞后于触发信号，则只能使用锁存器；若输入的有效数据的稳定先于触发信号，则需采用边沿触发的触发器组成的基本寄存器。 (2) 基本寄存器

通常所说的寄存器均为基本寄存器。图2是中规模集成四位寄存器 74LS175的逻辑图，其功能表如表1所示：

图 2 74LS175 当时钟脉冲CP 为上升沿时，数码

D0~D3可并行输入到寄存器中去，因此是单拍式。四位数码Q0~Q3宾性输出，故该寄存器又可称为并行输入、并行输出寄存器。Cr0，则

1D

C 1

Q Q 1D C 1

Q Q 1D C 1

Q Q 1D

C 1

Q Q D 0D 1D 2D 3

CP

CP

C r Q 3Q 2

Q 1

Q 0C r

C r C r 1

1