寄存器和移位寄存器

現代教學(xué)方法與手段：DLCCAI或EWB演示移位寄存器和順序脈沖發(fā)生器的邏輯功能

7.4 寄存器和移位寄存器
寄存器：存放數碼、運算結果或指令的電路。
移位寄存器：不但可存放數碼，而且在移位脈沖作用下，寄存器中的數碼可根據需要向左或向右移位。
一個(gè)觸發(fā)器可存儲一位二進(jìn)制代碼。
n位二進(jìn)制代碼寄存器需n個(gè)觸發(fā)器。
寄存器應用舉例：1 運算中存貯數碼、運算結果。2 計算機的CPU由運算器、控制器、譯碼器、寄存器組成，其中就有數據寄存器、指令寄存器、一般寄存器。
課堂討論：寄存器與存儲器有何區別?
寄存器內存放的數碼經(jīng)常變更，要求存取速度快，一般無(wú)法存放大量數據。（類(lèi)似于賓館的貴重物品寄存、超級市場(chǎng)的存包處。）
存儲器存放大量的數據，因此最重要的要求是存儲容量。（類(lèi)似于倉庫）
7.4.1 寄存器
1．定義
寄存器：用以存放二進(jìn)代碼的電路。
2．電路舉例
由維持阻塞D觸發(fā)器組成的4位數碼寄存器。

3．邏輯功能分析：

7.4.2 移位寄存器
具有存放數碼和使數碼逐位右移或左移的電路稱(chēng)作移位寄存器，又稱(chēng)移存器。
課堂討論：二進(jìn)制的乘除法如何實(shí)現?(利用了移位寄存器)
移位寄存器又分為單向移位寄存器和雙向移位寄存器。

一、單向移位寄存器
㈠　由4個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器組成4位右移位寄存器。

1．邏輯電路：
4個(gè)D觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號，因此為同步時(shí)序邏輯電路。
數碼由最左邊的FF0的DI端串行輸入。

2．工作原理
每一個(gè)觸發(fā)器的輸出→其右邊觸發(fā)器的輸入，
則對應每一個(gè)CP上升沿，數據右移一位。

3．右移位寄存器的狀態(tài)表

并行輸出方式：數碼由Q3、Q2、Q1、Q0取出

串行輸出方式：數碼從Q3取出，但需要輸入4（觸發(fā)器的個(gè)數）+4（數碼位數）個(gè)移位脈沖才能從4位寄存器中取出存放的4位數碼1011。

㈡　4位左移位寄存器。
數碼由最右邊的FF3的 端串行輸入。
每一個(gè)觸發(fā)器的輸出→其左邊觸發(fā)器的輸入，
則對應每一個(gè)CP上升沿，數據左移一位。

二、雙向移位寄存器

3．主要功能分析。（根據功能表分析，不寫(xiě)板書(shū)）

7.4.3 移位寄存器的應用
一、環(huán)形計數器

為同步時(shí)序邏輯電路。

下面分析它的工作原理。（鞏固已經(jīng)學(xué)過(guò)的同步電路的分析方法?？珊?jiǎn)單講分析過(guò)程，重點(diǎn)講明邏輯功能和工作波形。）
1．寫(xiě)方程式

2．狀態(tài)轉換真值表

3．邏輯功能
①　4位環(huán)形計數器只有4個(gè)有效工作狀態(tài)，即只能計4個(gè)數。
②　狀態(tài)利用率很低：由4個(gè)觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計數器有16個(gè)不同的狀態(tài)。因此，有12個(gè)無(wú)效狀態(tài)。
③　能夠自啟動(dòng)：如由于某種原因而進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，只要繼續輸入計數脈沖CP，電路就會(huì )自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。
4．工作波形（在有效狀態(tài)時(shí)）。
Q0、Q1、Q2、Q3輸出的波形為一組順序脈沖（依次出現正脈沖），因此，環(huán)形計數器也是一個(gè)順序脈沖發(fā)生器。（本節稍后將會(huì )講到）

5．優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：電路狀態(tài)利用率低，計n個(gè)數，需n個(gè)觸發(fā)器，很不經(jīng)濟。

自啟動(dòng)扭環(huán)計數器，為同步時(shí)序邏輯電路。

下面分析它的工作原理。（鞏固已經(jīng)學(xué)過(guò)的同步電路的分析方法?？珊?jiǎn)單講分析過(guò)程，重點(diǎn)講明邏輯功能、工作波形。）

1．寫(xiě)方程式

2．狀態(tài)轉換真值表

3．邏輯功能
①　4位扭環(huán)計數器只有8個(gè)有效工作狀態(tài)，即能計8個(gè)數。
②　狀態(tài)利用率較低：由4個(gè)觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計數器有16個(gè)不同的狀態(tài)。因此，有8個(gè)無(wú)效狀態(tài)。
③　能夠自啟動(dòng)：如由于某種原因而進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，只要繼續輸入計數脈沖CP，電路就會(huì )自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。

4．工作波形（在有效狀態(tài)時(shí)）。
5．優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：每次狀態(tài)變化只有一個(gè)觸發(fā)器翻轉，不存在競爭冒險現象，電路比較簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：電路狀態(tài)利用率不高。

7.4.4 順序脈沖發(fā)生器
一、基本概念
順序脈沖：指在每個(gè)循環(huán)周期內，在時(shí)間上按一定先后順序排列的脈沖信號。
順序脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生順序脈沖信號的電路。
應用：在數字系統中，常用以控制某些設備按照事先規定的順序進(jìn)行運算或操作。
復習（提問(wèn)）：總線(xiàn)傳輸時(shí)多個(gè)三態(tài)門(mén)的EN取值有何要求(順序脈沖)
二、由環(huán)形計數器實(shí)現（需幾個(gè)順序脈沖，就用幾位環(huán)形計數器）
三、由雙向移位寄存器CT74LS194構成
（以下電路只是提供一種方案，靈活使用CT74LS194，實(shí)際上還可以有更多方案。）
㈠　順序正脈沖

圖7.4.6（a）所示。
令＝1、D0D1D2D3＝0001、Q0＝DSL
1．先并行置數
令M1M0＝11，加CP有效↑，Q0Q1Q2Q3＝D0D1D2D3＝0001
2．再不斷左移
再令M1M0＝10 ，加CP有效↑
電路開(kāi)始左移操作，由Q3～Q0端依次輸出順序脈沖。
3．得到順序正脈沖
順序脈沖的寬度為CP的一個(gè)周期。
它實(shí)際上也是一個(gè)環(huán)形計數器。
㈡　順序負脈沖
圖7.4.7（b）所示。
令＝1、D0D1D2D3＝0111、M0＝1、Q3＝DSR
1．先并行置數
加啟動(dòng)負脈沖時(shí)→M1=1→M1M0＝11，加CP有效↑
Q0Q1Q2Q3＝D0D1D2D3＝0111
啟動(dòng)脈沖結束后為高電平。
2．再不斷左移
由于Q0＝0→G1輸出1→G2輸出0→M1＝0
即M1M0＝01，加CP有效↑
電路開(kāi)始右移操作，由Q0～Q3依次輸出低電平順序脈沖。
3．得到順序負脈沖

四、還可以用計數器+譯碼器實(shí)現（提示出來(lái)，供學(xué)生思考）

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