实验九 移位寄存器及其应用

1、红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 实验实验 九九 移位寄存器及其应用移位寄存器及其应用 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 n1. 掌握中规模集成移位寄存器掌握中规模集成移位寄存器74LS194 的逻辑功能及测试方法。的逻辑功能及测试方法。 n2. 用用74LS194设计任意模值的扭环计数设计任意模值的扭环计数 器的方法器的方法 n3、了解移位寄存器的使用、了解移位寄存器的使用实现数据的实现数据的 串行，并行转换和构成环形计数器。串行，并行转换和构成环形计数器。 一、实验目的要求：一、实验目的要求： 红河学院电子

2、信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 二、实验原理二、实验原理： 1.移位寄存器：移位寄存器： 在数字系统中能寄存二进在数字系统中能寄存二进 制信息，并进行移位的逻辑部件称为移制信息，并进行移位的逻辑部件称为移 位寄存器。位寄存器。 2. 集成移位寄存器集成移位寄存器74LS194功能：功能： 具有具有 左移位、左移位、 右移位、清零、数据并右移位、清零、数据并 入入/并出、并入并出、并入/串出等多种功能。串出等多种功能。 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 逻辑符号逻辑符号 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数

3、字电子 技术基础 实验 QuartusII软件提供的软件提供的74194逻辑符号逻辑符号 SLSI:左移输入端左移输入端SL或或DL SLSI:右移输入端右移输入端SR或或DR CLRN: MR 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 3. 移位寄存器的移位寄存器的 应用应用 ： (1)构成构成环形计数器环形计数器 0 Q 1 Q S 3 D 2 D 1 D 0 D 2 Q 3 Q 74194 S RD CP DSL SR D 0 1 1 1 1 000 START 0 Q 3 1000 Q 0100 Q 2 Q 0010 1 0001 （b） （a） (2

4、)构成构成扭环形扭环形 计数器计数器 Q D 1 SR 0 13 S Q Q S SL D 74194 D RDD CP Q 0 2 D 1 D 3 2 0 1 Q （b） 1000 0001 2 Q Q 0000 0 3 0011 1Q （a） 0 清零 1100 0111 1110 1111 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 1、测试、测试74LS194的逻辑功能的逻辑功能 2、移位寄存器构成的移位型计数器、移位寄存器构成的移位型计数器 （1）环形计数器）环形计数器 （2）扭环形计数器）扭环形计数器 3、实现数据串、并转换、实现数据串、并转换 （1

5、）串行）串行/并行转换器并行转换器 （2）并行）并行/串行转换器串行转换器 三、实验内容：三、实验内容： 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验四、实验步骤四、实验步骤 n1、测试、测试74LS194的逻辑功能的逻辑功能: 设计设计74LS194文件，下载到芯片文件，下载到芯片 后，后， 、S1、S0、SL、SR、D0、D1、 D2、D3、D4分别接至逻辑电平开关的输分别接至逻辑电平开关的输 出插孔；出插孔；Q0、Q1、Q2、Q3分别接至逻辑分别接至逻辑 电平显示插孔。电平显示插孔。CP接单次脉冲源，测试接单次脉冲源，测试 74LS194的逻辑功能。的逻辑功

6、能。 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 n（1）环形计数器）环形计数器 下图是用下图是用74194构成的环形计数器的逻辑图。当正脉冲构成的环形计数器的逻辑图。当正脉冲 起动信号起动信号START到来时，使到来时，使S1S0=11，从而不论移位寄存，从而不论移位寄存 器器74194的原状态如何，在的原状态如何，在CP作用下总是执行置数操作使作用下总是执行置数操作使 Q0Q1Q2Q3=1000。当。当START由由1变变0之后，之后，S1S0=01， 在在CP作用下移位寄存器进行右移操作。在第四个作用下移位寄存器进行右移操作。在第四个CP到来之到来之 前前

7、Q0Q1Q2Q3=0001。这样在第四个。这样在第四个CP到来时，由于到来时，由于 DSR=Q3=1，故在此，故在此CP作用下作用下Q0Q1Q2Q3=1000。可见。可见 该计数器共该计数器共4个状态，为模个状态，为模4计数器。根据实验结果画出该环计数器。根据实验结果画出该环 形计数器状态图。形计数器状态图。 0 Q 1 Q S 3 D2D1D 0 D 2 Q 3 Q 74194 S RD CP DSL SR D 0 1 1 1 1 000 START 0 Q 3 1000 Q 0100 Q 2 Q 0010 1 0001 （b） （a） 2、移位寄存器构成的移位型计数器、移位寄存器构成的移位

8、型计数器 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 （2）扭环形计数器）扭环形计数器 n为了增加有效计数状态，扩大计数器的模，将上述为了增加有效计数状态，扩大计数器的模，将上述 接成右移寄存器的接成右移寄存器的74194的末级输出的末级输出Q3反相后，接反相后，接 到串行输入端到串行输入端DSR，就构成了扭环形计数器，如下图，就构成了扭环形计数器，如下图 所示，该电路有所示，该电路有8个计数状态，为模个计数状态，为模8计数器。一般计数器。一般 来说，来说，N位移位寄存器可以组成模位移位寄存器可以组成模2N的扭环形计数的扭环形计数 器，只需将末级输出反相后，接到

9、串行输入端。器，只需将末级输出反相后，接到串行输入端。根根 据实验结果画出该扭环形计数器状态图。据实验结果画出该扭环形计数器状态图。 红河学院电子信息实验中心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、串行/并行转换器并行转换器 （1）串行）串行/并行转换是指串行输入的数据，经过转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构成的七位串行构成的七位串行/并行转换电路。并行转换电路。 设计文件时，需要引脚分配端口是上图中的设计文件时，需要引脚分配端口是上图中的“接地接地”、“1”、 “串行输入串行输入

10、”、“Q0Q7”、“CP”。其余直接连好电路。其余直接连好电路。 实验时自行设置一组七位代码从实验时自行设置一组七位代码从“串行输入串行输入”端口每个端口每个CP信号信号 输入一个数输入一个数 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验（2）并行）并行/串行转换是指并行输入的数据，经过转换串行转换是指并行输入的数据，经过转换 电路之后变成串行输出。下面是用两片电路之后变成串行输出。下面是用两片74LS194构构 成的七位并行成的七位并行/串行转换电路，与上图相比，它多了串行转换电路，与上图相比，它多了 两个与非门，而且还多了一个转换启动信号（负脉两个与非门，而且

11、还多了一个转换启动信号（负脉 冲或低电平），工作方式同样为右移。冲或低电平），工作方式同样为右移。 红河学院电子信息实验中心红河学院电子信息实验中心 数字电子 技术基础 实验 五、实验报告要求五、实验报告要求 n1、使寄存器清零，除了采用输入低电平的方法外，、使寄存器清零，除了采用输入低电平的方法外， 可否通过左移或右移的方法来实现？可否使用并可否通过左移或右移的方法来实现？可否使用并 行送数法？若可行，如何进行操作行送数法？若可行，如何进行操作? n2、在对、在对CC40194进行送数后，若要使输出端改进行送数后，若要使输出端改 为另外的代码，是否一定要使寄存器清零？为另外的代码，是否一定要

12、使寄存器清零？ n3、若要进行循环左移，图、若要进行循环左移，图9-3、9-4接线应如何接线应如何 修改？修改？ n4、根据实验结果，画出、根据实验结果，画出4位环形计数器和位环形计数器和4位扭位扭 环形计数器的状态转换图。环形计数器的状态转换图。 n7、分析串、分析串/并转换器、并并转换器、并/串行转换器电路所得结串行转换器电路所得结 果的正确性。果的正确性。 Q0 Q1 Q2 Q3 DIR D0 D1 D2 D3 DIL RD S1 S0 CLK 74LS194 用双向移位寄存器用双向移位寄存器74LS194组成组成节日彩灯节日彩灯控制电路控制电路 +5V +5V CLK 1秒秒 Q=1时

13、时 LED亮亮 1k 二极管二极管 发光发光 LED Q0 Q1 Q2 Q3 DIR D0 D1 D2 D3 DIL RD S1 S0 CLK 74LS194 +5V S1=1,S0=1 置数控制置数控制 S1=0,S0=1 右移控制右移控制 趣味实验趣味实验 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

14、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

15、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。 74LS194有5种不同操作模式： 即并行送数寄存，右移（方向由Q0 Q3）， 左移（方向由Q3 Q0），保持及清零。 S1、S2端的控制作用如表5-1。 移位寄存器应用很广，本次实验主要研究 移位寄存器用作环形计数器和数据的串、 并行转换。 （1）环形计数器 有时要求在移位过程中数据不要丢失，仍然保持在寄存器中。此时， 只要将移位寄存器的最高位的输出接至最低位的输入端，即将移位寄存器的首尾相连就可 实现上述功能。这种寄存器称为循环移位寄存器，它也可以作为计数器用，称为环形计数

16、 器。如图5-2所示，把输出端Q3和右移串行输入端DSR相连接， 设初始状态Q0Q1Q2Q3=1000，则在时钟脉冲作用下 Q0Q1Q2Q3将依次变为0100 0010 0001 1000 - 图5-2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。如果将输出Q0与左 移串行输入端DSR相连接，即可达到左移循环移位。 （2）实现数据串、并行转换 串行/并行转换器：串行/并行转换是指串行输入的数码，经转换电路之后变换成并行输出。 图5-3是用两片74LS194四位双向移位寄存器组成的七位串/并行数据转换电路。 电路中S0端接高电平1，S1 受Q7控制，二片寄存器连

17、 接成串行输入右移工作模 式。Q7是转换结束标志。 当Q7=1时，S1为0，使之成 为S1S0=01的串入右移工作 方式，当Q7=0时，S1=1， 有S1S0=11，则串行送数结 束，标志着串行输入的数 据已经转换成并行输出了。 0 全0 1 11 01111111 01 串入右移 工作方式 串入数据 输入端 串行/并行转换的具体过程如下： 转换前，CR端加低电平，使寄存器的内容清零，此时S1S0=11，寄存器执行并行输入工作 方式。当第一个CP脉冲到来后，寄存器的输出状态Q0Q7为01111111，与此同时S1S0变为 01，转换电路变为执行串入右移工作方式，串行输入数据由1片的DSR端加入。随着CP脉 冲的依次加入，输出状态的变化可列成表5-3所示。 由表5-3可见，右移操作七次后， Q7变为0，S1S0又变为11，说明 串行输入结束。这时