(5.14.1)-28寄存器电路及电路

主要内容数码寄存器和移位寄存器的结构原理重难点寄存器在实际中的应用10.3寄存器

数字电路中用来存放二进制数代码的电路称为寄存器。

寄存器是计算机的重要部件，通常由具有存储功能的多位触发器组合起来构成。单独一位触发器可存储1个二进制代码，存放n个二进制代码的寄存器，需用n位触发器来构成。

按照功能的不同，可将寄存器分为数码寄存器和移位寄存器两大类。数码寄存器只能并行送入数据，需要时也只能并行输出。移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，应用十分灵活，用途也很广。异步复位端为低电平时，寄存器清零。1.数码寄存器D触发器构成的四位寄存器D2

1D

Q3D3

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D1

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D0CPQ2Q1Q0R00000异步复位端为高电平时：无CP脉冲到来，寄存器保持原态，CP上升沿到来后存入数码。110111101

即：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D3~D0将立即被送入寄存器中，有：输出不变并行输出端2.移位寄存器

在存数操作之前，先将各个触发器清零。当出现第1个移位脉冲CP时，待存数码的最高位和4个触发器的数码同时右移1位，即待存数码的最低位存入Q0，而寄存器原来所存数码的最高位从Q3输出；出现第2个移位脉冲时，待存数码的次低位和寄存器中的4位数码又同时右移1位。依此类推，在4个移位脉冲作用下，寄存器中的4位数码同时右移4次，待存的4位数码便可存入寄存器。

Dr

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C

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C

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C

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C

FF0FF1FF2FF3

Q

Q

Q

Q

D0CPQ0Q1Q2Q3串行输入端串行输出端移位脉冲

Dr

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C

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C

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C

1D

C

FF0FF1FF2FF3

D0CPQ0Q1Q2Q3QCrQCrQCrQCr双向移位寄存器右移移位工作过程演示右移输入端右移输出端0000101000110011101111双向移位寄存器右移移位状态转换真值表

D0

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C

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C

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C

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C

FF0FF1FF2FF3

DiCPQ0Q1Q2Q3QCrQCrQCrQCr双向移位寄存器左移移位工作过程演示左移输出端左移输入端0000101000110011101111双向移位寄存器左移移位状态转换真值表

常用的寄存器芯片有四位双稳锁存器74LS77、CC4042和CC40194；八位双稳锁存器74LS100；六位寄存器74LS174等。其中锁存器属于电平触发，在送数状态下，输入端送入的数据电位不能变化，否则将发生“空翻”。下图所示是四位双向移位寄存器CC40194的管脚引线排列图：41235671516DSRD0D1D2VSSCPQ3Q2VDDCC40194891011121413D3S0DSLS1Q1Q0Cr·移位寄存器不仅具有普通寄存器存储二进制代码的功能，还可以实现数据的串行与并行之间的相互转换，为数据处理提供一个合适的传输方式CC40194双向移位寄存器内部有四个双稳触发器，共用一个时钟脉冲输入端CP，上升沿触发。CC40194（或74LS194）是典型的双向移位寄存器芯片。逻辑电路通常由4位上升沿（或下降沿）触发的触发器和4选1数据选择器的输入控制电路组成。移位寄存器的工作性能41235671516DRABCGNDCPQDQCUCC74LS194891011121413DS0DLS1QBQACr·来一个低脉冲，无论电路状态如何，输出均刷新为0，异步清零功能时钟脉冲无上升沿到来时，移位寄存器输出状态不变。静态保持功能00S1S0=00时，在CP作用下，各触发器次态等于原态。动态保持功能11S1S0=11时，在CP作用下，并行输入数据端ABCD被送入寄存器，输出次态等于输入ABCD并行输入功能

S1S0=01时，在移位脉冲上升沿作用下，电路完成右移移位过程。右移移位功能S1S0=10时，在移位脉冲上升沿作用下，电路完成左移移位过程。左移移位功能

可见，74LS194芯片功能有异步清零、静态保持、动态保持、并行输入、左移移位和右移移位六项功能。Q0Q1Q2Q3001000013.移位寄存器的应用（1）构成环形计数器移位寄存器的D0和Q3相连可构成工作时序为1的环形计数器1DFF01DFF11DFF21DFF3D0CPD2D1D3Q0Q1Q2Q3特点：N位移位寄存器可以计n个数，实现模n计数器。状态为1的输出端的序号等于计数脉冲的个数，移位寄存器构成环形计数器时通常不需要译码电路。010010001DFF01DFF11DFF21DFF3D0CPD2D1D3Q0Q1Q2Q341235671516DRABCGNDCPQDUCC74LS194891011121413DS0DLS1QACr·QBQC启动信号&Q0Q1Q2Q3100001&1移位寄存器构成环形计数器时，正常工作过程中清零端状态始终为1。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Q端，将轮流地出现矩形脉冲。74LS194构成的四位环形计数器CPQ0Q1Q3Q2四位环形计数器波形图00010001010010000001

四位移位寄存器的循环状态一般有16个，但构成环形计数器后只能从这些循环时序中选出一个来工作，这就是环形计数器的工作时序，也称为正常时序或有效时序。其它未被选中的循环时序称为异常时序或无效时序。例如上述分析的环形计数器只循环一个“1”，因此不用经过译码就可以从各位触发器的Q端得到顺序脉冲输出。（2）用移位寄存器构成扭环形计数器

环形计数器是从Q3端反馈到D端，而扭环形计数器则是从Q3端反馈到D端。从Q3端扭向Q3端，故得扭环名称。扭环型计数器也称约翰逊计数器。1DFF0Q01DFF1Q11DFF2Q21DFF3Q3D0D1D2D3CPQ0Q1Q2Q300001000110011100001001101111111

扭环形计数器有2n个有效状态，其余为无效状态，存在自行启动问题。附加适当反馈逻辑可使约翰逊计数器自行启动。具体原则就是使非工作时序中的状态向正常时序过渡。nnnnQQQQ3210Q0Q1

Q2Q3

D0D1

D2D31DC11DC11DC11DC1CP0Q1

Q2Q3Q&&FF0FF1FF2FF3逻辑电路图00001000110011101111011100110001有效循环体10011101010110110110001010100100无效状态总能进入有效循环体，有自启动能力1DFF0Q01DFF1Q11DFF2Q21DFF3Q3D0D1D2D3CP=1（3）伪随机序列发生器

伪随机序列发生器也属于计数器的一种类型，其输出状态组合除全0状态外，其它状态均在输出中出现，因其输出状态出现的顺序在统计上十分近似于随机白噪声，故