移位寄存器及其应用

15号实验台

一、实验目的

1、进一步掌握时序逻辑电路的设计步骤和方法；
2、熟悉和了解移位寄存器的工作原理功能及应用方法；
3、熟悉中规模4位双向移位寄存器的逻辑功能。

二、 实验原理

●具有寄存数据功能的逻辑电路称为寄存器。移位寄存器是指寄存器中所存的代码能够在移位脉 冲的作用下依次左移或右移。
●根据存取信息的方式不同，移位寄存器可分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。


●既能左移又能右移的移位寄存器称为双向移位寄存器，只需要改变左移、右移控制信号便可以实现双向移位。

●中规模双向移位寄存器74LS194

其中：

●74LS194有5种不同操作模式：并行送数寄存、右移(方向由Q_A至Q_D)，左移(方向由Q_D至Q_A)，保持及清零。
●S_1、S_0和Rd端的控制作用如下表所示：

实验器件：

双D触发器74LS74、四位双向移位寄存器74LS194、双输入与非门74LS00

三、实验内容

1、用四块D型触发器（两块74LS74）接成4位输出的移位寄存器。

1）从D_0端串行输入，寄存器的初态分别置成Q_3~Q_0：0001，0110，0101，0111，在每种初态下，把D_0接Q_3，记录在CP作用下LED的工作状态。

根据74LS74芯片引脚图，如逻辑电路图连接好两块74LS74。使用信号发生器产生0.5H_Z的脉冲信号，并将每个Rd与Sd接上一个开关，每个输出Q接上一个LED，Q_3接到D_0上。将Rd、Sd开关全部打到1，打开实验箱电源和开关处的电源，使用开关打到0进行初态置数。如0001初态，把R_d3、R_d2、R_d1开关打到0，S_d0开关打到0，寄存器初态设置为0001。按下信号发生器的output键，CP端输入时钟信号，记录LED工作状态。

2）从D_0端串行输入，寄存器的初态分别设置成Q_3~Q_0：0000和0101，把D_0接Q_3，记录在CP作用下LED的工作状态。

自启动：

D_0=[（Q_1·Q_2‘）’·Q_3]’，记录CP作用下LED工作状态（全状态转换图）。

数字电子电路中的自启动是指状态机上电时，无论它处于什么初始状态，都会经过有限次跳变后，最终进入设定的状态中。具有这种功能的电路，就叫做自启动电路。所以上面的电路，无论初态是什么，在经历一段时间后，就在限定的循环中一直循环下去。实验现象为，刚上电时的LED表现不规律，一段时间后在表格记录的亮灭规律中循环变化。

2、测试双向移位寄存器74LS194的逻辑功能
清零端CR‘接“1”，D_0、D_1、D_2、D_3、S_1、S_0分别接6个逻辑开关，CP接1H_Z脉冲信号，Q_0~Q_3分别接4个LED。

1）、S_1 S_0=11，D_0 D_1 D_2 D_3分别接0110和1001，记录Q_0~Q_3的工作状态。
2）、S_1 S_0=00，观察并记录Q_0~Q_3的工作状态。
3）、S_1 S_0=01，取初态Q_0_{Q_3：1000，使D_SR与Q_3相连，记录Q_0}Q_3的工作状态。
4）、S_1 S_0=10，取初态Q_0_{Q_3：0001，使D_SL与Q_0相连，记录Q_0}Q_3的工作状态。
记录结果如下：

3、用74LS194组成包含启动开关的3位串并转移电路。
1）启动前，启动开关置0，194处于置数状态（S_1 S_0=11）
2）启动开关置1，194进入右移状态（S_1 S_0=01），输出端Q_3依次输出S_2S_1 S_0 0
3）标志位0到达输出端后，194再次进入置数状态（S_1 S_0=11）
4）循环输出N_2 N_1 N_0 0N_2 N_1 N_0 0……

选择74LS194的D_0为标志位，直接接地。Q_3接LED作为右移输出端。为使标志位0到达输出端后，194再次进入置数状态，将Q_0、Q_1、Q_2接到一个与非门上，与启动开关与非，再接入S_1，保持S_0为高电位。当Q_3为0时，其他三位为1，S_1 S_0=11，所以进入置数状态。因为只看Q_3的状态，很难辨别出每一个循环的开始或结束，所以S_1接一个LED用于标记每一个循环的开始或结束。

按上图搭建电路。画出逻辑图并记录状态转移图。

四、思考题

1、在N位移位寄存器中，串行输入N位二进制数需要多少个CP？送数的次序应从高位至低位，还是低位至高位？
将串行数据送至右移输入端，每一个CP上升沿，进行一次右移并送数。所以串行输入N位二进制数需要N个CP。送数的次序应为从高位至低位。

2、设计一个按7-14-13-11-7循环计数的自启动四位环形计数器，画出逻辑图。
因为有14，所以计划使用四块D触发器接成4位移位寄存器，研究每个状态：7（0111），14（1110），13（1101），11（1011），所以计数器的进位只要使用Q_3的非就行，因为每一个循环四状态，只有一个状态Q_3‘=1，当然使用其他三个输出作为进位同样可以。接下来需要完成自启动的问题，设计步骤如下：

因为移位寄存器的特性，所以Q_1*=Q_0、Q_2*=Q_1、Q_3*=Q_2
重点在于设计Q_0使得电路可以自启动，Q_0采取如下设计：

电路图如下，并在Multisim中验证了自启动功能。

状态转移图：