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寄存器和移位寄存器

作者: 時(shí)間:2011-07-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
寄存器
1.定義
2.電路舉例
3.邏輯功能分析
7.4.2 移位寄存器
一、單向移位寄存器
㈠ 由4個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器組成4位右移位寄存器。
1.邏輯電路:
2.工作原理
3.右移位寄存器的狀態(tài)表
㈡ 4位左移位寄存器。
二、雙向移位寄存器4位雙向移位寄存器CT74LS194
1.邏輯功能示意圖
2.功能表
3.主要功能分析
7.4.3 移位寄存器的應(yīng)用
一、環(huán)形計(jì)數(shù)器
邏輯電路、工作原理
1.寫方程式
2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
3.邏輯功能
4.工作波形(在有效狀態(tài)時(shí))。
5.優(yōu)缺點(diǎn):
二、扭環(huán)計(jì)數(shù)器
同環(huán)形計(jì)數(shù)器的分析過程
7.4.4 順序脈沖發(fā)生器
一、基本概念
二、由環(huán)形計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)
三、由雙向移位寄存器CT74LS194構(gòu)成
㈠ 順序正脈沖
㈡ 順序負(fù)脈沖
四、還可以用計(jì)數(shù)器+譯碼器實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)代教學(xué)方法與手段:DLCCAI或EWB演示移位寄存器和順序脈沖發(fā)生器的邏輯功能

7.4 寄存器和移位寄存器
寄存器:存放數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果或指令的電路。
移位寄存器:不但可存放數(shù)碼,而且在移位脈沖作用下,寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移位。
一個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)一位二進(jìn)制代碼。
n位二進(jìn)制代碼寄存器需n個(gè)觸發(fā)器。
寄存器應(yīng)用舉例:1 運(yùn)算中存貯數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果。2 計(jì)算機(jī)的CPU由運(yùn)算器、控制器、譯碼器、寄存器組成,其中就有數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器、一般寄存器。
課堂討論:寄存器與存儲(chǔ)器有何區(qū)別?
寄存器內(nèi)存放的數(shù)碼經(jīng)常變更,要求存取速度快,一般無法存放大量數(shù)據(jù)。(類似于賓館的貴重物品寄存、超級(jí)市場(chǎng)的存包處。)
存儲(chǔ)器存放大量的數(shù)據(jù),因此最重要的要求是存儲(chǔ)容量。(類似于倉庫)
7.4.1 寄存器
1.定義
寄存器:用以存放二進(jìn)代碼的電路。
2.電路舉例
由維持阻塞D觸發(fā)器組成的4位數(shù)碼寄存器。


3.邏輯功能分析:

7.4.2 移位寄存器
具有存放數(shù)碼和使數(shù)碼逐位右移或左移的電路稱作移位寄存器,又稱移存器。
課堂討論:二進(jìn)制的乘除法如何實(shí)現(xiàn)?(利用了移位寄存器)
移位寄存器又分為單向移位寄存器和雙向移位寄存器。

一、單向移位寄存器
㈠ 由4個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器組成4位右移位寄存器。

1.邏輯電路:
4個(gè)D觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào),因此為同步時(shí)序邏輯電路。
數(shù)碼由最左邊的FF0的DI端串行輸入。


2.工作原理
每一個(gè)觸發(fā)器的輸出→其右邊觸發(fā)器的輸入,
則對(duì)應(yīng)每一個(gè)CP上升沿,數(shù)據(jù)右移一位。

3.右移位寄存器的狀態(tài)表


并行輸出方式:數(shù)碼由Q3、Q2、Q1、Q0取出

串行輸出方式:數(shù)碼從Q3取出,但需要輸入4(觸發(fā)器的個(gè)數(shù))+4(數(shù)碼位數(shù))個(gè)移位脈沖才能從4位寄存器中取出存放的4位數(shù)碼1011。

㈡ 4位左移位寄存器。
數(shù)碼由最右邊的FF3的 端串行輸入。
每一個(gè)觸發(fā)器的輸出→其左邊觸發(fā)器的輸入,
則對(duì)應(yīng)每一個(gè)CP上升沿,數(shù)據(jù)左移一位。


二、雙向移位寄存器



3.主要功能分析。(根據(jù)功能表分析,不寫板書)

7.4.3 移位寄存器的應(yīng)用
一、環(huán)形計(jì)數(shù)器


為同步時(shí)序邏輯電路。

下面分析它的工作原理。(鞏固已經(jīng)學(xué)過的同步電路的分析方法??珊唵沃v分析過程,重點(diǎn)講明邏輯功能和工作波形。)
1.寫方程式

2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

3.邏輯功能
① 4位環(huán)形計(jì)數(shù)器只有4個(gè)有效工作狀態(tài),即只能計(jì)4個(gè)數(shù)。
② 狀態(tài)利用率很低:由4個(gè)觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器有16個(gè)不同的狀態(tài)。因此,有12個(gè)無效狀態(tài)。
③ 能夠自啟動(dòng):如由于某種原因而進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí),只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP,電路就會(huì)自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。
4.工作波形(在有效狀態(tài)時(shí))。
Q0、Q1、Q2、Q3輸出的波形為一組順序脈沖(依次出現(xiàn)正脈沖),因此,環(huán)形計(jì)數(shù)器也是一個(gè)順序脈沖發(fā)生器。(本節(jié)稍后將會(huì)講到)

5.優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):電路簡單。
缺點(diǎn):電路狀態(tài)利用率低,計(jì)n個(gè)數(shù),需n個(gè)觸發(fā)器,很不經(jīng)濟(jì)。

自啟動(dòng)扭環(huán)計(jì)數(shù)器,為同步時(shí)序邏輯電路。

下面分析它的工作原理。(鞏固已經(jīng)學(xué)過的同步電路的分析方法??珊唵沃v分析過程,重點(diǎn)講明邏輯功能、工作波形。)

1.寫方程式

2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

3.邏輯功能
① 4位扭環(huán)計(jì)數(shù)器只有8個(gè)有效工作狀態(tài),即能計(jì)8個(gè)數(shù)。
② 狀態(tài)利用率較低:由4個(gè)觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器有16個(gè)不同的狀態(tài)。因此,有8個(gè)無效狀態(tài)。
③ 能夠自啟動(dòng):如由于某種原因而進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí),只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP,電路就會(huì)自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。

4.工作波形(在有效狀態(tài)時(shí))。
5.優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):每次狀態(tài)變化只有一個(gè)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),不存在競(jìng)爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象,電路比較簡單。
缺點(diǎn):電路狀態(tài)利用率不高。

7.4.4 順序脈沖發(fā)生器
一、基本概念
順序脈沖:指在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi),在時(shí)間上按一定先后順序排列的脈沖信號(hào)。
順序脈沖發(fā)生器:產(chǎn)生順序脈沖信號(hào)的電路。
應(yīng)用:在數(shù)字系統(tǒng)中,常用以控制某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作。
復(fù)習(xí)(提問):總線傳輸時(shí)多個(gè)三態(tài)門的EN取值有何要求(順序脈沖)
二、由環(huán)形計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)(需幾個(gè)順序脈沖,就用幾位環(huán)形計(jì)數(shù)器)
三、由雙向移位寄存器CT74LS194構(gòu)成
(以下電路只是提供一種方案,靈活使用CT74LS194,實(shí)際上還可以有更多方案。)
㈠ 順序正脈沖

圖7.4.6(a)所示。
=1、D0D1D2D3=0001、Q0=DSL
1.先并行置數(shù)
令M1M0=11,加CP有效↑,Q0Q1Q2Q3=D0D1D2D3=0001
2.再不斷左移
再令M1M0=10 ,加CP有效↑
電路開始左移操作,由Q3~Q0端依次輸出順序脈沖。
3.得到順序正脈沖
順序脈沖的寬度為CP的一個(gè)周期。
它實(shí)際上也是一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)器。
㈡ 順序負(fù)脈沖
圖7.4.7(b)所示。
=1、D0D1D2D3=0111、M0=1、Q3=DSR
1.先并行置數(shù)
加啟動(dòng)負(fù)脈沖時(shí)→M1=1→M1M0=11,加CP有效↑
Q0Q1Q2Q3=D0D1D2D3=0111
啟動(dòng)脈沖結(jié)束后為高電平。
2.再不斷左移
由于Q0=0→G1輸出1→G2輸出0→M1=0
即M1M0=01,加CP有效↑
電路開始右移操作,由Q0~Q3依次輸出低電平順序脈沖。
3.得到順序負(fù)脈沖

四、還可以用計(jì)數(shù)器+譯碼器實(shí)現(xiàn)(提示出來,供學(xué)生思考)

現(xiàn)代教學(xué)方法與手段:DLCCAI或EWB演示移位寄存器和順序脈沖發(fā)生器的邏輯功能

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