任务3 移位寄存器及其应用

数字电路实训指导（含实训工单）职业教育电子信息类专业产教融合新形态教材任务三

移位寄存器及其应用数字电子技术实验学习目标与工作任务学习目标掌握4位双向通用移位寄存器74LS194的逻辑功能。了解由74LS194构成的环形计数器的工作原理。工作任务掌握74LS194逻辑功能的测试技能。掌握环形计数器的测试技能。使用EDA软件进行仿真验证。使用EDA软件绘制PCB图。核心工具：SmartEDA/Multisim/嘉立创EDA基础知识：移位寄存器的定义与分类定义移位寄存器是一种在时钟脉冲（CP）的作用下，能够将存储在其中的二进制数据逐位向左或向右移动的时序逻辑电路。核心功能存储功能能够暂时存储二进制数码。移位功能在时钟脉冲控制下，数据可左移或右移。分类按移位方向单向移位寄存器(左移/右移)、双向移位寄存器按输入输出方式串入串出(SISO)串入并出(SIPO)并入串出(PISO)并入并出(PIPO)集成移位寄存器：4位双向通用移位寄存器(74LS194)简介16引脚TTL集成电路，是一种功能极其灵活的4位双向通用移位寄存器。核心特点异步清零：高电平有效，直接清零。同步工作：时钟脉冲CP上升沿触发。多功能模式：保持、右移、左移、并行置数。主要引脚CR:异步清零端S1,S0:模式控制端CP:时钟脉冲SR,SL:串行数据输入D0-D3:并行数据输入Q0-Q3:并行数据输出图3-3-14位双向通用移位寄存器74LS194的引脚功能及逻辑符号74LS194工作模式控制(S1,S0)注：CR（清零端）为高电平时，所有模式失效，寄存器直接清零。表3-3-14位双向通用移位寄存器74LS194的逻辑功能表表3-3-24位双向通用移位寄存器74LS194操作模式说明74LS194应用：构成环形计数器原理将串行输出反馈至串行输入，形成闭合环路，使预置脉冲在时钟作用下循环移动。电路构成(右移)反馈连接:最高位Q3连接至右移输入端SR。初始预置:并行置数(S1S0=11)为1000。启动移位:设置工作模式为右移(S1S0=01)。工作过程初始:Q0=1,Q1=0,Q2=0,Q3=0循环:1→Q1→Q2→Q3→Q0逻辑电路图状态循环100001000010图3-3-2由4位双向通用移位寄存器74LS194构成的环形计数器的接线图74LS194构成环形计数器表3-3-3由4位双向通用移位寄存器74LS194构成的环形计数器的逻辑功能表技能训练：实验内容与器材实验内容测试74LS194的清零、保持、右移、左移、并行置数功能。用74LS194构成环形计数器，测试其循环移位功能。应用仿真软件搭建电路并进行功能验证。应用嘉立创EDA绘制PCB板图。核心器材TTL集成电路:74LS194×1实验板、导线若干逻辑电平输入/输出设备数字信号发生器(CP脉冲)数字示波器(观察时序波形)实验步骤：测试74LS194的逻辑功能(1/2)接线说明电源与地正确连接VCC和GND，确保芯片供电稳定。控制与时钟CR、S1、S0接逻辑开关，CP接单次脉冲源。输入与输出SR/SL/D0-D3接开关，Q0-Q3接显示器。功能测试(一)异步清零(CR=1)无论其他状态，CR=1时Q0-Q3立即全为0。并行置数(S1S0=11)CP脉冲上升沿，将D0-D3的值置入Q0-Q3。保持(S1S0=00)忽略CP脉冲，Q0-Q3保持当前状态不变。实验步骤：测试74LS194的逻辑功能(2/2)右移测试(S1S0=01)令CR=0清零，S1S0=01。设置SR=1，连续输入4个CP脉冲，观察状态变化。预期：1000→0100→0010→0001左移测试(S1S0=10)令CR=0清零，S1S0=10。设置SL=1，连续输入4个CP脉冲，观察状态变化。预期：0001→0010→0100→1000图3-3-3测试4位双向通用移位寄存器74LS194逻辑功能的接线图问题探究与总结问题探究如果将环形计数器初始状态预置为`0000`或`1111`，会发生什么现象？为什么？如何将搭建的右移环形计数器改为左移环形计数器？查阅资料，了解环形计数器和扭环形计数器（约翰逊计数器）的区别。实验总结系统学习了4位双向通用移位寄存器74LS194的原理与应用。全面测试了74LS194的五种工作模式：