第19讲寄存器和移位寄存器58755ppt课件

1、Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器第 19 讲n 课时授课计划n 课 程 内 容Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器内容： 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. 了解顺序脉冲发生器的工作原理、实现方法重点与难点： 寄存器和移位寄存器的基本概念、工作原理Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器课堂讨论： 1 二进制的乘除法如何实现? 2 寄存器

2、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？ 同步D触发器的空翻。Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器：存放数码、运算结果或指令的电路。是计算机的重要部件。寄存器：存放数码、运算结果或指令的电路。是计算机的重要部件。 寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储储1位二进制代码，存放位二进制代码，存放n位二进制代码的寄存器，需用位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。个

3、触发器来构成。 按照功能的不同，可分为基本寄存器锁存寄存器和移位寄存器。按照功能的不同，可分为基本寄存器锁存寄存器和移位寄存器。 按寄存器结构可分为单一寄存器和寄存器堆。按寄存器结构可分为单一寄存器和寄存器堆。移位寄存器：不但可以存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数移位寄存器：不但可以存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位、预置、清零等。码可根据需要向左或向右移位、预置、清零等。寄存器应用举例：寄存器应用举例： 1运算中存储数码、运算结果。运算中存储数码、运算结果。 2计算机的计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成。其中就有由运算器、控制器、

4、译码器、寄存器组成。其中就有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器等。数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器等。Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器一、基本寄存器一、基本寄存器单拍工作方式基本寄存器单拍工作方式基本寄存器D11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CP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：012310111213DDDDQQQQnnnnDigital Logic Circuit第19讲 寄存器和

5、移位寄存器双拍工作方式基本寄存器双拍工作方式基本寄存器CPD11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CRRDRDRDRD00000123nnnnQQQQ（1清零。CR=0，异步清零。即有：012310111213DDDDQQQQnnnn（2送数。CR=1时，CP上升沿送数。即有：（3坚持。在CR=1、CP上升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器二、移位寄存器二、移位寄存器定义：具有存放数码和使数码逐位右移或左移的电路。可分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。1

6、 1、单向移位寄存器、单向移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位时钟脉冲右移输出右移输入Q0 Q1 Q2 Q3并行输出4位右移移位寄存器CPCPCPCPCP3210nnniQDQDQDDD2312010、nnnnnninQQQQQQDQ21311201110、时钟方程：驱动方程：状态方程：二进制的乘除法如何实现？Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0

7、 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位时钟脉冲右移输出右移输入Q0 Q1 Q2 Q3输入现态次态Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ说明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1连续输入4 个 1Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3CP移位时钟脉冲左移输出左移输入DiQ0 Q1 Q2 Q3并行输

8、出4位左移移位寄存器CPCPCPCPCP3210innnDDQDQDQD3322110、innnnnnnDQQQQQQ时钟方程：驱动方程：状态方程：Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3CP移位时钟脉冲左移输出左移输入DiQ0 Q1 Q2 Q3输入现态次态Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ说明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 00 0

9、0 10 0 1 10 1 1 11 1 1 1连续输入4 个 1Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器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脉冲控制下，可以依次右移或左移。（2n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。Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器2 2、双向移位寄存器、双向移位寄存器SLnnnnnnnnnSRnMD

10、QMQMQQMQMQQMQMQDMQ21331122011110nnnnnnSRnQQQQQQDQ21311201110SLnnnnnnnDQQQQQQ=0时右移M=1时左移Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器(a) 引脚排列图 16 15 14 13 12 11 10 974LS194 1 2 3 4 5 6 7 8VCC Q0 Q1 Q2 Q3 CP M1 M0CR DSR D0 D1 D2 D3 DSL GND M1 M0 DSL 74LS194 Q0 Q1 Q2 Q3(b) 逻辑功能示意图 D0 D1 D2 D3 CR CP

11、DSR3 3、集成双向移位寄存器、集成双向移位寄存器74LS19474LS194CPMMCR 01工作状态0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 异步清零保 持右 移左 移并行输入引脚名称功能输入CRD0，D1，D2，D3DSRDSLM0，M1CP清零并行输入右移串入左移串入方式控制工作脉冲输出Q0，Q1，Q2，Q3寄存器状态Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器74LS194Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器三、寄存器的应用三、寄存器的应用1 1、环形计数器、环形计数器Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2

12、 FF3Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1CPQ0 Q1 Q2 Q3nnQD10即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0。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Q端将轮流地出现矩形脉冲。Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1CPQ0 Q1 Q2 Q3&

13、 1111 0000100001001001 1110011100110001001001011011 110001101101排列顺序： nnnnQQQQ3210能自启动的能自启动的4 4位环形计数器位环形计数器Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器由由74LS19474LS194构成的能自启动构成的能自启动的的4 4位环形计数器位环形计数器启动信号 CR DSR M1 M0 DSL 74LS194Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3 0 1 1 1&11CPG2G1(a) 逻辑电路图(b) 时序图CPQ0Q1Q2Q3Digital Logic

14、 Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器2 2、扭环形计数器、扭环形计数器Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1CPQ0 Q1 Q2 Q3nnQD10即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0。0100101011010110 无效循环 10010010010110110000100011001110 有效循环 0001001101111111排列顺序： nnnnQQQQ3210Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器能自启动的能自启动的4 4位扭环形计

15、数器位扭环形计数器FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1CPQ0 Q1 Q2 Q3000010001100111011011010010010010010 有效循环 0001001101111111 010110110110(a) 逻辑图(b) 状态图&排列顺序： nnnnQQQQ3210Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器由由74LS194组成的扭环计数器组成的扭环计数器 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

16、。 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。因而，不存在竞争冒险现象。Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器1. 计数器型顺序脉冲发生器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

17、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。四、顺序脉冲发生器四、顺序脉冲发生器Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器CPQ0 FF0 Q0 Q1 FF1 Q1 1J 1KC1 1J 1KC1&Y0 Y1 Y2 Y31CPQ0Q1Y0Y1Y2Y3译码器nnnnnnnQQQQQQQ101011010nnnnnnnnQQYQQYQQYQQY013012011010计数器Digital Logic Circuit第19讲

18、 寄存器和移位寄存器D0D1D2D3STA Y0STB Y1STC Y2Y3Y4Y5Y6Y7LDCRCTTCTPQ0Q1Q2Q3CO74LS16374LS138计数器译码器 1CPY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器2 移位型顺序脉冲发生器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。Q0 FF0 Q0 Q1 FF1 Q1 Q2 FF2 Q2 Q3 FF3 Q3CP 1DC1 1DC1 1DC1 1DC1&Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7&Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器CPQ0Q1Q2Q3Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Digital Logic Circuit第19讲 寄存器和移位寄存器2.由由74LS194构成的顺序正脉冲发生器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，Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0=10002.不断左移。 再令M1M0=10，CP