電路基礎(chǔ)與集成電子技術(shù)144數(shù)碼寄存器和移位寄存器

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1、第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 集 成 電 子 技 術(shù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子學(xué)教研室編 蔡 惟 錚 主 編 王 淑 娟 楊 春 玲 齊 明 副 主 編 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 14.4.1 數(shù) 碼 寄 存 器14.4.2 移 位 寄 存 器14.4 數(shù) 碼 寄 存 器 和 移 位 寄 存 器 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 14.4 數(shù) 碼 寄 存 器 和 移 位 寄 存 器 由 于 寄 存 器 具 有 清 除 數(shù) 碼 、 接 收 數(shù) 碼 、 存 放 數(shù) 碼 和 傳送 數(shù) 碼 的 功

2、 能 ， 因 此 ， 它 必 須 具 有 記 憶 功 能 ， 所 以 寄 存 器都 由 觸 發(fā) 器 和 門 電 路 組 成 的 。 寄 存 器 分 為 數(shù) 碼 寄 存 器 （ 也 簡(jiǎn) 稱 為 存 儲(chǔ) 器 ） 和 移 位 寄存 器 兩 種 。 兩 者 都 具 有 暫 時(shí) 存 放 數(shù) 碼 的 記 憶 功 能 ， 不 同 之處 是 后 者 具 有 移 位 功 能 而 前 者 卻 沒 有 。 在 邏 輯 電 路 中 ， 常 常 需 要 將 一 些 數(shù) 碼 、 指 令 或 運(yùn) 算 結(jié)果 暫 時(shí) 存 放 起 來(lái) ， 這 些 暫 時(shí) 存 放 數(shù) 碼 或 指 令 的 器 件 就 是 寄存 器 。 第 14章

3、觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 14.4.1 數(shù) 碼 寄 存 器 數(shù) 碼 寄 存 器 在 獲 得 “ 接 收 ” 命 令 （ 也 稱 “ 寫 入 脈 沖 ” ）時(shí) ， 把 數(shù) 碼 接 收 過(guò) 來(lái) ， 在 得 到 “ 讀 出 ” 命 令 后 ， 將 數(shù) 碼 輸 出 。 數(shù) 碼 寄 存 器 的 邏 輯 圖 如 圖 14.4.1所 示 ， 它 的 存 儲(chǔ) 部 分 由D觸 發(fā) 器 構(gòu) 成 。 C P 4X 4Q4D & 3X 3Q3D & 2X 2Q2D & 1X 1Q1D &讀 出 脈 沖 輸 出輸 入圖 14.4.1 由 D觸 發(fā) 器 構(gòu) 成 的 數(shù) 碼 寄 存 器 第 1

4、4章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 D觸 發(fā) 器 的 輸 出 Qn+1=Dn=Xn； 若 輸 入 數(shù) 碼 Xn =1， Qn+1=D n=1； 若 輸 入 數(shù) 碼 Xn = 0， Qn+1=Dn=0。 可 見 ， 不 管 各 位 觸發(fā) 器 的 原 狀 態(tài) 如 何 。 當(dāng) 接 收 脈 沖 CP到 來(lái) 后 ， 輸 入 數(shù) 據(jù) X1X4就 一 齊 送 入 D觸 發(fā) 器 ， 這 種 輸 入 方 式 稱 為 并 行 輸 入 。 C P 4X 4Q4D & 3X 3Q3D & 2X 2Q2D & 1X 1Q1D &讀 出 脈 沖 輸 出輸 入 圖 中 寄 存 器 每 位 的 輸

5、出 端 加 了 一 個(gè) 與 門 ， 在 讀 出 脈 沖 為高 電 平 時(shí) ， 寄 存 器 就 有 輸 出 。 寄 存 器 輸 出 端 一 般 接 有 三 態(tài) 門 ，以 利 與 總 線 連 接 。 圖 14.4.1的 寄 存 器 在 輸 出 時(shí) 也 是 各 位 同 時(shí)輸 出 的 。 因 此 ， 稱 這 種 輸 出 方 式 為 并 行 輸 出 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 14.4.2 移 位 寄 存 器 在 數(shù) 字 系 統(tǒng) 中 ， 常 常 要 將 寄 存 器 中 的 數(shù) 碼 按 時(shí) 鐘 的節(jié) 拍 向 左 移 或 右 移 一 位 或 多 位 ， 能 實(shí) 現(xiàn)

6、 這 種 移 位 功 能 的寄 存 就 稱 為 移 位 寄 存 器 。 在 計(jì) 算 機(jī) 中 ， 進(jìn) 行 二 制 數(shù) 的 乘法 和 除 法 都 是 由 移 位 操 作 結(jié) 合 加 法 操 作 來(lái) 完 成 。用 JK觸 發(fā) 器 構(gòu) 成 移 位 寄 存 器雙 向 移 位 寄 存 器中 規(guī) 模 集 成 寄 存 器串 行 輸 入 串 并 行 輸 出 右 移 寄 存 器 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 14.4.2.1 串 行 輸 入 串 并 行 輸 出 右 移 寄 存 器 CP 1Q1D 2Q2D 3Q3D 4Q4D& & & &右 移 控 制串 行 輸 入移 位 脈

7、 沖 串 行 輸 出并 行 輸 出 4321 規(guī) 定 向 高 位移 -右 移 串 行 輸 入 ， 串 行 、 并 行 輸 出 右 移 寄 存 器 ， 以 同步 時(shí) 鐘 作 為 移 位 脈 沖 CP使 用 。 因 為 要 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 右 移 ，所 以 每 位 觸 發(fā) 器 的 輸 出 要 連 向 相 鄰 右 側(cè) 觸 發(fā) 器 的 數(shù) 據(jù)輸 入 端 ， 如 圖 所 示 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03CP 1Q1D 2Q2D 3Q3D 4Q4D& & & &右 移 控 制串 行 輸 入移 位 脈 沖 串 行 輸 出 并 行 輸 出 4321 1101 0 0

8、0 0& & & & 右 移 控 制 串 行 輸 入 移 位 脈 沖 串 行 輸 出 并 行 輸 出 1& & & & 右 移 控 制 串 行 輸 入 移 位 脈 沖 串 行 輸 出 并 行 輸 出 1& & & & 右 移 控 制 串 行 輸 入 移 位 脈 沖 串 行 輸 出 并 行 輸 出 1& & & & 右 移 控 制 串 行 輸 入 移 位 脈 沖 串 行 輸 出 并 行 輸 出 1 設(shè) 寄 存 器 中 各 觸 發(fā) 器 初 態(tài) 均 為 “ 0”狀 態(tài) ， 要 右 移 串行 輸 入 數(shù) 碼 （ 1101 ） ， 在 移 位 脈 沖 的 作 用 下 ， 各 觸 發(fā)器 的 狀 態(tài) 如 圖

9、 所 示 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 時(shí) 鐘 編 號(hào) CP 寄 存 器 狀 態(tài) Q4 Q3 Q2 Q1 D1 0 1 2 3 4 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 第 一 個(gè) 串 入 的 數(shù) 據(jù) 1 第 二 個(gè) 串 入 的 數(shù) 據(jù) 0 第 三 個(gè) 串 入 的 數(shù) 據(jù) 1 第 四 個(gè) 串 入 的 數(shù) 據(jù) 1 1011向 右 移 （ 向 高 位 移 ） 右 移 移 位 寄 存 器 的 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 表 在 各 時(shí) 鐘 脈 沖 作 用 下 ， 觸 發(fā) 器 的 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系 如下 表

10、所 示 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 若 需 要 從 移 位 寄 存 器 中 取 出 數(shù) 碼 ， 可 從 每 位 觸 發(fā)器 的 輸 出 端 引 出 ， 這 種 輸 出 方 式 稱 并 行 輸 出 。 另 一 種輸 出 方 式 是 由 最 后 一 級(jí) 觸 發(fā) 器 F4輸 出 端 引 出 。 若 寄 存器 中 已 存 有 數(shù) 碼 1011， 每 來(lái) 一 個(gè) 移 位 脈 沖 輸 出 一 個(gè) 數(shù)碼 （ 即 將 寄 存 器 中 的 數(shù) 碼 右 移 一 位 ） ， 則 再 來(lái) 四 個(gè) 移位 脈 沖 后 ， 四 位 數(shù) 碼 全 部 逐 個(gè) 輸 出 ， 這 種 方 式

11、 稱 之 為串 行 輸 出 。 移 位 寄 存 器 也 可 以 進(jìn) 行 左 移 位 。 原 理 和 右 移 寄 存器 沒 有 本 質(zhì) 的 區(qū) 別 ， 電 子 工 程 手 冊(cè) 編 委 會(huì) 規(guī) 定 向 高 位移 稱 為 右 移 ， 向 低 位 移 稱 為 左 移 * ， 而 不 管 紙 面 上 的方 向 如 何 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 74LS194的 邏 輯 圖 符號(hào) 如 圖 所 示 ， 這 是 一 種 具有 并 行 輸 出 、 并 行 輸 入 、左 移 、 右 移 、 保 持 等 多 種功 能 的 移 位 寄 存 器 。 邏 輯符 號(hào) 中 的 S

12、RG4 (Shift Register 4)是 四 位 移 位 寄存 器 的 縮 寫 。 14.4.2.2 通 用 多 功 能 74LS194型 雙 向 移 位 寄 存 器圖 14.4.3 74LS194的 簡(jiǎn) 化 邏 輯 符 號(hào) 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 74LS194的 功 能 表 ：1 清 零 當(dāng) 清 零 端 CR輸 入 低 電 平 時(shí) ， 各 觸 發(fā) 器 置 “ 0”， 與 時(shí) 鐘 無(wú) 關(guān) 。 進(jìn) 行 其 他 操 作 時(shí) CR端 均 要 處 于 高 電 平 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 74LS194的

13、 功 能 表 ：2 送 數(shù) 當(dāng) 控 制 端 S1S0=11(3)時(shí) ， 由 功 能 表 表 的 第 3行 可 知 ，在 時(shí) 鐘 上 升 沿 到 來(lái) 時(shí) ， 它 將 接 收 A、 B、 C、 D數(shù) 據(jù) 的 并 行 輸 入 。3 保 持 當(dāng) CP處 于 低 電 平 ， 或 者 S1S0=00(0)時(shí) ， 移 位 寄 存 器處 于 保 持 狀 態(tài) 。 即 寄 存 器 中 的 數(shù) 據(jù) 不 產(chǎn) 生 移 位 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 74LS194的 功 能 表 ：4 右 移 當(dāng) S 1S0=01(1)時(shí) ， 在 時(shí) 鐘 的 參 與 下 執(zhí) 行 右 移 操 作

14、 ， 將移 位 寄 存 器 中 的 數(shù) 據(jù) 依 次 向 高 位 移 動(dòng) 一 位 ， 同 時(shí) 接 收 右 移 數(shù) 據(jù)串 行 輸 入 端 DSR的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 入 QA， QD的 數(shù) 據(jù) 將 移 出 寄 存 器 。5 左 移 當(dāng) S1S0=10(2)時(shí) ， 在 時(shí) 鐘 的 參 與 下 ， 執(zhí) 行 左 移 操 作 ，將 移 位 寄 存 器 中 的 數(shù) 據(jù) 依 次 向 低 位 移 動(dòng) 一 位 ， 同 時(shí) 接 收 左 移 數(shù)據(jù) 串 行 輸 入 端 DSL的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 入 QD， QA的 數(shù) 據(jù) 將 移 出 寄 存 器 。 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03 第 14章 觸 發(fā) 器 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 2010.03