寄存器和移位寄存器.ppt

第19讲,课时授课计划课程内容,内容：寄存器、移位寄存器及其应用目的与要求：1.掌握寄存器及移位寄存器的基本概念、工作原理、工作波形2.了解双向移位寄存器74LS194的逻辑功能3.了解寄存器、移位寄存器的应用4.掌握顺序脉冲发生器的工作原理、实现方法、注意问题重点与难点：寄存器和移位寄存器的基本概念、工作原理、工作波形,课堂讨论：1二进制的乘除法如何实现?(利用了移位寄存器)2寄存器与存储器有何区别?现代教学方法与手段：大屏幕投影教学。复习（提问）：总线传输时多个三态门的EN取值有何要求(顺序脉冲),寄存器(Register),寄存器：能存放二进制数据或代码的电路（由FF构成）。基本寄存器：只能存放数据/代码移位寄存器：除了能存放数据/代码以外，还有移位功能。基本寄存器双拍接收方式单拍接收方式,双拍工作方式基本寄存器,（1）第一步/拍：清零，即Q=0。,（2）第二步/拍：存数。即Q=D。,在Rd=1、B上升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。缺点：工作速度低。,寄存器由基本RSFF构成,单拍工作方式基本寄存器,无论寄存器中原来的内容是什么，只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来，加在并行数据输入端的数据D0D3，就立即被送入进寄存器中，即有：,寄存器由维阻DFF构成,74374(OctalD-TypeFlipflopwithOutputEnableandTri-StateOutputs),8D寄存器74LS374,移位寄存器,移位功能：寄存器中存放的数据或代码能在移位脉冲作用下逐位左移或右移（逐位：每一个上升沿移一位）如何实现移位功能？连接右移：DIR最左D端，左Q端右D端，规律左移：左D端右Q端，最右D端DIL,乘2除2的快速算法？,1、单向移位寄存器,并行输出,4位右移移位寄存器,时钟方程：,驱动方程：,状态方程：,移位过程,4位右移寄存器,并行输出,4位左移移位寄存器,时钟方程：,驱动方程：,状态方程：,移位过程,单向移位寄存器具有以下主要特点：（1）单向移位寄存器中的数码，在CP脉冲操作下，可以依次右移或左移。（2）n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码。n个CP脉冲即可完成串行输入工作，此后可从Q0Qn-1端获得并行的n位二进制数码，再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作。（3）若串行输入端状态为0，则n个CP脉冲后，寄存器便被清零。,双向移位寄存器,使用维阻DFF和二选一MUX实现的三位双向移位寄存器,M=0左移M=1右移,集成双向移位寄存器74LS194,74194(4-BitBidirectionalShiftRegisterwithParallelLoad),74299(8-BitUniversalShift/StorageRegister),通用移位寄存器74299,A0A1A2A3A4A5A6CP,寄存器的应用,1、串并转换（串入并出）-七位串行-并行转换器,“1”,“1”,Rd异步清0,“1”,“1”,1,W0W1W2W3W4W5W6,七位串行-并行转换器工作原理,W0W1W2W3W4W5W6S1S0Rd下降沿0000000CP上升沿(1)011111111(并入)CP上升沿(2)A601111101(右移)CP上升沿(3)A5A60111101(右移)CP上升沿(8)A0A1A2A3A4A5A601(右移)11(并入),并行输入数据的选择是考虑了工作状态的控制以及转换完成信号的产生而设定的。,寄存器的应用,2、移位寄存器型计数器-环形计数器,结构特点,即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0。,工作原理,根据起始状态设置的不同，在输入计数脉冲CP的作用下，环形计数器的有效状态可以循环移位一个1，也可以循环移位一个0。即当连续输入CP脉冲时，环形计数器中各个触发器的Q端或端，将轮流地出现矩形脉冲。,环形计数器的状态转换图,Q0Q1Q2Q3:0001100001000010001110011100011001111011110111100101101000001111,有效循环,无效循环,由于存在无效循环，故不能自启动。,环形计数器的优缺点,优点：做顺序脉冲发生器时不需要附加译码电路缺点：FF利用率不高,能自启动的4位环形计数器,状态图,由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器,时序图,3、移位寄存器型计数器-扭环形计数器,结构特点,状态图,能自启动的4位扭环形计数器,由74LS194组成的扭环计数器,扭环计数器解决了环形计数器的计数利用率不高的问题，从图上可以看出它有两种循环，每个循环的状态个数都是8。每来一个CP脉冲，计数器中只有一个FF翻转。并且在CP作用下，这个“1”在计数器中循环。计数状态构成循环码，相邻两个码只有一位不同。构成顺序脉冲发生器，不存在竞争冒险现象，不会产生尖峰脉冲。,1）.计数器型顺序脉冲发生器,在数字电路中，能按一定时间、一定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为顺序脉冲发生器。在数字系统中，常用来控制某些设备按照事先规定的顺序进行运算或操作。,计数器型顺序脉冲发生器一般用按自然态序计数的二进制计数器和译码器构成。,顺序脉冲发生器也称脉冲分配器或节拍脉冲发生器，一般由计数器（包括移位寄存器型计数器）和译码器组成。作为时间基准的计数脉冲由计数器的输入端送入，译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲，使输出端上的状态按一定时间、一定顺序轮流为1，或者轮流为0。前面介绍过的环形计数器的输出就是顺序脉冲，故可不加译码电路即可直接作为顺序脉冲发生器。,4、顺序脉冲发生器,扭环形计数器构成的脉冲分配器,时序图,译码器,计数器,用集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出顺序脉冲发生器。,2）移位型顺序脉冲发生器,移位型顺序脉冲发生器由移位寄存器型计数器加译码电路构成。其中环形计数器的输出就是顺序脉冲，故可不加译码电路就可直接作为顺序脉冲发生器。,时序图,由74LS194构成的顺序正脉冲发生器,令=1、D3D2D1D0=1000、Q0=DSL1.先并行置数。令M1M0=11，CP，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=10002.不断左移。再令M1M0=10，CP，电路开始左移操作，Q3Q0依次输出顺序脉冲。3.得到顺序正脉冲顺序脉冲的宽度为CP的一个周期。实际上就是一个环形计数器。,由74LS194构成的顺序负脉冲发生器,令=1、D3D2D1D0=1110、Q3=DSR、M0=11.先并行置数。加启动负脉冲时M1=1M1M0=11，CP，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=11102.不断右移。由于Q0=0G1输出1G2输出0M1=0，即M1M0=01，CP，电路开始右移操作，Q0Q3依次输出低电平顺序脉冲。3.得到顺序负脉冲,5、序列检测器,“1111”序列检测器,XCP,01,&,Y,6、序列发生器,例：用一片T1194和适当的逻辑门构成产生序列为10011001的脉冲序列发生器。,T194功能表,解：序列信号发生器可由移位寄存器和反馈逻辑电路构成，其结构框图如图所示,假定序列发生器产生的序列周期为p，移位寄存器的级数(触发器个数)为n，应满足关系式2np。本例的p=8，故n3，选择n=3。设输出序列Z=a7a6a5a4a3a2a1a0,下图列出了所要产生的序列(以p=8周期重复，最右边信号先输出)。,图中，数码下面的水平线段表示移位寄存器的状态。将a7a6a5=100作为寄存器的初始状态，即Q2Q1Q0=100,从Q2产生输出，由反馈电路依次形成a4a3a2a1a0a7a6a5作为右移串行输入端DR的输入，这样便可在时钟脉冲作用下，产生规定的输出序列。,电路工作状态表如下表所示：,由表可得到反馈函数F（或DR）的逻辑表达式为,据上述表达式和T