《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)第六章4寄存器與移位寄存器.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)第六章4寄存器與移位寄存器.ppt（39頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、6.4寄存器與移位寄存器,一、數(shù)碼寄存器,數(shù)碼寄存器是存放二進(jìn)制碼的電路，由觸發(fā)器構(gòu)成。,如圖所示為1位數(shù)碼寄存器電路,,在存數(shù)指令的上升沿，將輸入的數(shù)碼DI存入到D觸發(fā)器中。,單拍工作方式：無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么，只要送數(shù)控制時(shí)鐘脈沖CP上升沿到來，加在數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)就立即被送入進(jìn)寄存器中。,無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么，只要送數(shù)控制時(shí)鐘脈沖CP上升沿到來，加在并行數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)D1D4，就立即被送入進(jìn)寄存器中，即有：,如圖所示為4位數(shù)碼寄存器,,雙拍工作方式,移位寄存器的邏輯功能：既能寄存數(shù)碼，又能在時(shí)鐘脈沖的作用下使數(shù)碼向高位或向低位移動(dòng),二、移位寄存器,按移動(dòng)方式分,單向移位
2、寄存器,,,雙向移位寄存器,左移位寄存器,右移位寄存器,移位寄存器的邏輯功能分類,目前常用的集成移位寄存器種類很多，如74164、74165、74166均為八位單向移位寄存器，74195為四位單向移存器，74194為四位雙向移存器，74198為八位雙向移存器。,1、左移移位寄存器,由四級D觸發(fā)器組成四位左移移位寄存器。,第一級D觸發(fā)器接輸入信號(hào)Vi，其余觸發(fā)器輸入D接前級輸出Q,所有CP連在一起接輸入移存脈沖，是同步工作方式。,,,,,,,,,,,,,,特征方程：,移位寄存器移存規(guī)律：,在移存脈沖的作用下，輸入信息的當(dāng)前數(shù)碼存入第一級觸發(fā)器，第一級觸發(fā)器的狀態(tài)存入到第二級觸發(fā)器，依此類推，高位
3、觸發(fā)器存入低位觸發(fā)器狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了輸入數(shù)碼在移存脈沖的作用下向左逐位移存。,假定：寄存器初態(tài)為0，VI=1101串行送入寄存器輸入,從波形圖看出：,輸入信號(hào)每經(jīng)過一級觸發(fā)器，移動(dòng)了一個(gè)移存周期，但波形形狀保持不變。,,,,,,,,,,,驅(qū)動(dòng)方程：,狀態(tài)方程：,2、右移移位寄存器,右移輸入,右移輸出,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,在4個(gè)CP作用下，輸入的4位串行數(shù)碼1101全部存入了寄存器中。這種方式稱為串行輸入。,將寄存器中的4位數(shù)碼1101輸出，這種方式稱為并行輸出。,單向移位寄存器具有以下主要特點(diǎn)：（1）單向移位寄存器中的數(shù)碼，在CP脈沖操作
4、下，可以依次右移或左移。（2）n位單向移位寄存器可以寄存n位二進(jìn)制代碼。n個(gè)CP脈沖即可完成串行輸入工作，此后可從Q1Qn端獲得并行的n位二進(jìn)制數(shù)碼，再用n個(gè)CP脈沖又可實(shí)現(xiàn)串行輸出操作。（3）若串行輸入端狀態(tài)為0，則n個(gè)CP脈沖后，寄存器便被清零。,在移位寄存器的基礎(chǔ)上加左、右移位控制信號(hào)使寄存器同時(shí)具有左、右移功能。,CP:移存脈沖,A：右移輸入,B：左移輸入,M:左、右移控制,特征方程,當(dāng)M=1時(shí)：,當(dāng)M=0時(shí)：,A4321,4321B,電路執(zhí)行右移,電路執(zhí)行左移,CP,A,M,B,3、雙向移位寄存器,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼串并行轉(zhuǎn)換通常信息在線路上的傳遞是串行傳送，而終端的輸入或輸出往往是并行的，因
5、而需對信號(hào)進(jìn)行串并行轉(zhuǎn)換或并串轉(zhuǎn)換。,4、移位寄存器的應(yīng)用,并入并出數(shù)據(jù)寄存,并入串出多位數(shù)據(jù)共信道傳輸,串入并出共信道傳輸數(shù)據(jù)接收,串入串出數(shù)字延遲,可變長度移位寄存器,（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)碼串并轉(zhuǎn)換,a串行轉(zhuǎn)換為并行,如圖所示為4位串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4位并行數(shù)據(jù)的電路圖。,4、移位寄存器的應(yīng)用,該電路采用D觸發(fā)器構(gòu)成4位右移移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)從觸發(fā)器1送入，4位并行輸出數(shù)據(jù)從4位D觸發(fā)器的輸出端送出。,,（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)碼串并轉(zhuǎn)換,a串行轉(zhuǎn)換為并行,設(shè)串行輸入的數(shù)碼為1010,4、移位寄存器的應(yīng)用,,第一個(gè)CP的上升沿到來時(shí)，將數(shù)碼1送入Q1;,1,0,第二個(gè)CP的上升沿到來時(shí)，將數(shù)碼0送入Q1，同
6、時(shí)Q1中的1送給Q2;,1,第三個(gè)CP的上升沿到來時(shí)，將數(shù)碼1送入Q1,同時(shí)Q1中的0送給Q2，Q2中的1送給Q3;,1,1,0,1,第四個(gè)CP的上升沿到來時(shí)，將數(shù)碼0送入Q1，同時(shí)Q1中的1送給Q2，Q2中的0送給Q3，Q3中的1送給Q4,0,1,0,1,0,1,0,（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)碼串并轉(zhuǎn)換,a串行轉(zhuǎn)換為并行,通過四個(gè)CP脈沖作用后，1010四個(gè)數(shù)碼逐位存入到各級觸發(fā)器中，在第五個(gè)CP的上升沿到來之前，并行輸出指令作用于與門，四個(gè)與門的輸出就是四位并行數(shù)碼1010。,4、移位寄存器的應(yīng)用,,1,0,1010,1,1,0,1,0,1,0,1,（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)碼串并轉(zhuǎn)換,a串行轉(zhuǎn)換為并行,4、移位寄存
7、器的應(yīng)用,,1,0,1010,1,1,0,1,0,1,0,1,轉(zhuǎn)換波形如圖所示,,并行讀出脈沖必須在經(jīng)過4個(gè)移存脈沖后出現(xiàn)，并且和移存脈沖出現(xiàn)的時(shí)間錯(cuò)開。,,,b并行轉(zhuǎn)換為串行,如圖所示為4位并行串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4位數(shù)據(jù)的電路圖。,該電路采用D觸發(fā)器構(gòu)成4位右移移位寄存器和由并行取樣脈沖M控制的輸入電路。,,,b并行轉(zhuǎn)換為串行,從圖中可以得到狀態(tài)方程：,,,,,,設(shè)第一組并行送入的數(shù)碼為1101；第二組并行送入的數(shù)碼為1001，則轉(zhuǎn)換波形圖如圖所示。,b并行轉(zhuǎn)換為串行,從圖中可以得到狀態(tài)方程：,,,,,,設(shè)第一組并行送入的數(shù)碼為1101；第二組并行送入的數(shù)碼為1001，則轉(zhuǎn)換波形圖如圖所示。,,
8、注意：,并行取樣頻率fSA與移位脈沖頻率fCP滿足,并行取樣脈沖寬度大于移位脈沖寬度。,（2）實(shí)現(xiàn)脈沖節(jié)拍延遲,4、移位寄存器的應(yīng)用,,移位寄存器串行輸入、串行輸出時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)過n級移位寄存后才到達(dá)輸出端輸出，,因此輸出信號(hào)比輸入信號(hào)延遲了n個(gè)移存脈沖的周期，延遲的時(shí)間為：,,利用移位寄存器組成的計(jì)數(shù)器叫做移存型計(jì)數(shù)器。,移存型計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換要符合移位寄存規(guī)律。,1、環(huán)形計(jì)數(shù)器,首先確定是移存型計(jì)數(shù)器,特點(diǎn)：將高位輸入接低位輸出，而且頭尾相連。,初始狀態(tài)已確定，最低位置1，其余位置0，用啟動(dòng)脈沖確定初始狀態(tài)為，Q4Q3Q2Q1=0001,特征方程：,計(jì)數(shù)順序：,Q4Q3Q2Q1,0001,0
9、010,0100,1000,計(jì)數(shù)特點(diǎn)：,每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換只有一位為1,環(huán)形計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)M=觸發(fā)器數(shù)。,本例觸發(fā)器為4，所以叫四分頻、M4計(jì)數(shù)。輸入四個(gè)脈沖Q4輸出一個(gè)脈沖。,符合移位寄存規(guī)律Q4移到Q1,其余位左移一位。,,,,（3）、移存型計(jì)數(shù)器,畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,0001,0010,0100,1000,4級觸發(fā)器共有16種狀態(tài)，還有12種狀態(tài)不能進(jìn)入主循環(huán)。,0000,1111,0011,0110,1100,1001,0101,1010,0111,1110,1011,1101,缺點(diǎn)：死循環(huán)太多，有2n-n個(gè)狀態(tài)沒用。要修改設(shè)計(jì)，方法不介紹，要求小規(guī)模電路會(huì)分析，中規(guī)模會(huì)應(yīng)用、會(huì)設(shè)計(jì)。,,,,,,,,
10、,,,,,,在計(jì)數(shù)脈沖CP的作用下，Q4移到Q1,其余位左移一位。,2、扭環(huán)形計(jì)數(shù)器,在移存型計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上將最高位反碼輸出接第一級輸入。,在清0信號(hào)的作用下，初始狀態(tài)為0，,計(jì)數(shù)順序:,00011,00111,00001,01111,11110,11100,11000,10000,特點(diǎn)：輸入八個(gè)脈Q4輸出一個(gè)對稱方波，所以是八分頻,n個(gè)觸發(fā)器可以構(gòu)成2n分頻器,本例2X48,缺點(diǎn)：用觸發(fā)器較多，有2n-2n狀態(tài)沒有使用。,在計(jì)數(shù)脈沖CP的作用下，/Q4移到Q1,其余位左移一位。,,,,,,D,Q,R,1,,,,,,,,,D,Q,R,2,,,,,,,,,D,Q,R,3,,,,,,,,,D,Q,
11、R,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,CP,1、74195四位右移移位寄存器,,0,1,0,寄存器在CP執(zhí)行并入功能，將輸入數(shù)據(jù)同時(shí)送入寄存器。,Q0在CP接收J(rèn)、/K串入信號(hào)，其余位右移一位。,D3D0:并行數(shù)據(jù)輸入端,Q3Q0:并行數(shù)據(jù)輸出端,1,0,1,D0,D1,D2,D3,CP,三、集成移位寄存器及其應(yīng)用,（1）、74195邏輯符號(hào),(2)、74195功能表：,,,,,,串行并行轉(zhuǎn)換器,Di:7位串行數(shù)據(jù)輸入,具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的7位串并轉(zhuǎn)換電路。,片：,D1接0為標(biāo)志碼，0移出去，表明一組串入數(shù)據(jù)已完成并出轉(zhuǎn)換。,同時(shí)與其它并行數(shù)據(jù)輸入端組成8位數(shù)據(jù)輸入。,由于輸
12、入是7位串入數(shù)據(jù)，因此輸出只取7位。,串并轉(zhuǎn)換表：,00000000,0111111,D0011111,D1D001111,D2D1D00111,D3D2D1D0011,D4D3D2D1D001,D5D4D3D2D1D00,D00111111,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,將串入變?yōu)椴⒊?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,1,串行輸入Di,,圖示為轉(zhuǎn)換波形，串入的數(shù)據(jù)為1011011。,并行串行轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)輸入，串行數(shù)據(jù)輸出。,并行輸入數(shù)據(jù)由7位并入數(shù)據(jù)DI0DI6和標(biāo)志位0組成8位并入數(shù)據(jù)。,0,DI0,DI1,DI3,DI2,DI4,
13、DI5,DI6,1,0,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,1,1,0,DI0,DI1,DI2,DI3,DI4,1,1,1,0,DI0,DI1,DI2,DI3,DI0,DI1,DI2,DI0,DI1,DI0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,DI1,DI2,DI3,DI4,DI5,DI6,DI0,1,1,1,1,1,1,0,1,片：J、/K=1,Q0接收1。,并串轉(zhuǎn)換表：,在啟動(dòng)脈沖的作用下:,電路執(zhí)行并行輸入功能。,其余位向右移位,片2的Q3為串行輸出端。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,,,,,,,2.判斷觸發(fā)器
14、個(gè)數(shù)n：計(jì)數(shù)器的模為2n(n為移位寄存器的位數(shù)),設(shè)計(jì)方法,2、扭環(huán)形計(jì)數(shù)器,例：分析用74195構(gòu)成的移存型計(jì)數(shù)器是M幾計(jì)數(shù)器？,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,0,1,0,1,X,X,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,D0D3并入接地,,狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：,M12同步計(jì)數(shù)器,注：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表一定要返回初始狀態(tài)，形成一個(gè)閉合循環(huán)。中間過程不能出錯(cuò)，錯(cuò)一次后面全錯(cuò)，結(jié)果必然錯(cuò)誤。,前面分析電路是一個(gè)典型的可編程同步計(jì)數(shù)分頻器。只要改變并行輸入數(shù)據(jù)，就可以得到M16以下任意計(jì)數(shù)分頻器。,環(huán)形及扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的構(gòu)成規(guī)律：,n位的移位寄存器可以構(gòu)成模值為n的環(huán)形計(jì)數(shù),令：,，,n位的移位寄存器可以構(gòu)成模值為2n的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器,令：,模值為M的計(jì)數(shù)器組成規(guī)律：,,，,不同模值和置入數(shù)據(jù)的關(guān)系如表所示,,
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