寄存器的原理

1、寄存器的原理寄存器是用来存放二进制数码的逻辑部件，在计算机和数字电路中应用广泛。寄存器存放数码的方式有并行和串行两种。并行方式是数码各位从各对应位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。寄存器取出数码的方式也有并行和串行两种。并行方式是指被取出的数码在各对应位输出端上同时出现；串行方式是指被取出的数码在一个输出端上逐位出现。寄存器分数码寄存器和移位寄存器两种。一、数码寄存器这种寄存器只有寄存数码和清除原有数码的功能。寄存器由触发器组成。由于一个触发器可以存储1位二进制数，因而要存储几位二进制数就需要几个触发器。图1所示是由FoF3等四个D触发器组成的4位数码寄存

2、器。四个触发器的CP端连接在一起成为它的控制端， 要存储的数码加到触发器的D输入端。假定要存储的二进制数是1101，它们被分别加到触发器的D输入端，即D0=1, D=0, 0=1, D3=1。当CP脉冲（亦称寄存指令）到来后。由于 D 触发器的特性方程是在 CP=1时CT=D,所以在CP脉冲上升沿之后，四个触发器的状态从高位 到低位被分别置成1101,即Q=1, Q=0, Q=Q=1,输入的二进制数码被存储到这个寄存器里 了。显然，D0D是寄存器并行的数据输入端，QQ是寄存器并行的输出端，数码寄存器是一种并行输入、并行输出寄存器。图1 D触发器组成的4位数码寄存器逻辑图二、移位寄存器移位寄存器

3、指具有移位功能的寄存器，即每当来一个CP脉冲（亦称移位脉冲），触发器的状态便向右或向左移一位，也就是指寄存器的数码可以在移位脉冲的控制下依次进行移 位。移位寄存器在计算机中应用广泛。1、单向移位寄存器图2所示为用D触发器组成的4位左称寄存器，需要移位的信号加在最低位触发器F0的输入端，然后按次序把低位触发器的 Q端接到相连高位触发器的 D输入端上。4个触发器 的直接置0端R）并联连接，作为清零端。移位过程：首先，寄存器应清零。令R）=0,则各触发器均为0态（工作时，应使CR=1）。假定要输入进行移位的数码是1101,在第一个CP来到前，四个触发器的输入端分别是：D0=1,D=Q=0, C2=Q

4、=0, B=Q=0。当第一个 CP到来，在CP上升沿之后，触发器 F0翻转成1态， 即Q=1，而触发器F1、F2、F3则保持0态不变，即Q=Q=Q=0，整个寄存器的状态是 0001。 第二个CP来到前，D=1, D=Q=1, D=Q=0, D=Q=0。第二个 CP到来后，触发器 F。和F1被5置成1, F2和F3则保持0态，整个寄存器的状态为 0011。以此类推，当第四个 CP到来后,爭行输出Q *Q IQ 二图24位左移寄存器逻辑图整个寄存器的状态将成为1101。可见，通过 CP的控制，在4个CP之后，输入信号1101经过4次移位后被移到这个寄存器中。或者说1个串行输入信号经4次移位后被移到

5、这个寄存器中。如果这时从这个寄存器的 Q端取信号，得到的是1个并行的4位二进制数码。又可以 再经过4个移位脉冲，将所有数码1101以从高到低的次序从最高位触发器F3的输出端 Q串行输出。由此可见移位寄存器有串行输入-并行输出及串行输入-串行输出两种存取方式。表1为4位左移寄存器的状态表。表14位左移寄存器状态表CP4tt出DuQIQlQiQOIIn001101III01)h1Ak 1箱X二*車一心34011: ttI1 1除了左移的寄存器，还有能向右移动的寄存器， 它的工作原理与左移的寄存器大致相同。图3所示为用JK触发器组成的4位右移寄存器，最高位触发器F3接成D触发器，其余各触发器也具有D

6、触发器的功能。与左移寄存器不同的是右移寄存器是从高位触发器的输入端将 数码以由低到高的次序逐次输入到最低位触发器的输入端。其工作原理分析，这里从略。图34位右移寄存器逻辑图2、双向移位寄存器既能左移（由低位到高位）又能右移（由高位到低位）的寄存器，称为双向移位寄存器, 这种工作方式在计算机中应用较多。集成4位双向移位寄存器 74LS194的外形及外引线排列如图4所示。图中DSr为数据右图4 74LS194外形及外引线排列图移输入端，DSl为数据左移输入端，D0D3为数据并行输入端，M、M0为工作方式控制端， CR为清零端，CP为时钟脉冲输入端，QQ3为并行输出端。表 2所示为74LS194的功

7、能表。表2 74LS194功能表CRM 1 M 0功能0XX清零10 0保持10 1右移11 0左移11 1并行输入当MM=OO时，寄存器中的确数据保持不变；当MM=01时，寄存器为右移工作方式，数据由DSr串行输入，从 Q串行输出；当MM=10时，寄存器为左移工作方式，数据由DSl串行输入，从Q串行输出；当 MM=11时，寄存器为并行工作方式，在CP上升沿到达时，将输入到D0D3的数据同时存入寄存器中，此时也可将数据从QQ并行输出。TTL电路集成移位寄存器常用型号有8位单向移位寄存器74164、74LS164、74165、74LS165; 4位双向移位寄存器 74194、74S194、74L

8、S194; 8位双向移位寄存器 74198等。CMO电路移位寄存器常用型号有18位单向静态移位寄存器 CD4006双4位单向静态移位寄存器CD4015 8位单向静态移位寄存器 CD4014; 4位双向移位寄存器 CD4035 CD40194等。三、寄存器应用实例一一用双向移位寄存器74LS194构成环形脉冲分配器环形脉冲分配器见图 5，是一片集成4位双向移位寄存器 74LS194,当在其输入端加上 一定的输入和控制信号，进入正常工作状态后，在其输出端QQ将依次出现矩形脉冲，并反复循环输出。图中将74LS194输出端Q3反馈接到右移输入端 Dsr使Dsr=Q3;将CR、MM、D0D3接逻辑开关，

9、QQ接LED令CR=1，使MM=11，寄存器处于并行输出方式；在数据并行输入端输入数据 D0DD2D3=1000,加CP脉冲在其上升沿把并行输入数据传送到输出端, 即 QQQQ=1000。CPQqQl?214 13 1210074LS194MOr图5环形脉冲分配器工作时令MM=01，寄存器处于左移工作方式。由于DSr=Q3，贝U DSr的输出状态随 Q的输出状态而串行变化。起初DSr=Q=O,在第一个CP脉冲上升沿到达时，DSr的数码0送入Q,Q端原来的数码1也右移一位，使Q=1,这样依次移位，使并行输出Q0QQQ=0100,而DSr=0; 类此分析，在第二个时钟脉冲上升沿到来后，QQQQ=0010,而DSr=0,第三个时钟脉冲上升沿到来后，QQQQ=0001,而DSr=1;,到第四个时钟脉冲上升沿出现后，显然QQQQ=1000,即寄存器重新回到原来状态。如不断输出移位脉冲，则寄存器状态转换将按表 3所示的顺序 反复循环，即 QQ各输出端轮流分配一个矩形脉冲（每次仅一个输出端为1态），则称为循环脉冲分配器，又叫顺序脉