数字电路实验6移位寄存器的应用
移位寄存器的设计方法
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北京科技大学数电实验四 Quartus II集成计数器及移位寄存器应用
北京科技大学实验报告学院：高等工程师学院专业：自动化（卓越计划）班级：自E181姓名：杨威学号：41818074 实验日期：2020 年5月26日一、实验名称：集成计数器及其应用1、实验内容与要求（1）用74161和必要逻辑门设计一个带进位输出的10进制计数器，采用同步置数方法设计；（2）用两个74161和必要的逻辑门设计一个带进位输出的60进制秒计数器；2、实验相关知识与原理（1）74161是常用的同步集成计数器，4位2进制，同步预置，异步清零。
引脚图功能表其中X。
3、10进制计数器（1）实验设计1）确定输入/输出变量输入变量：时钟信号CLK、复位信号CLRN；输出变量：计数输出QD、QC、QB、QA，进位输出RCO，显示译码输出OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG2）计数范围：0000-10013）预置数值：00004）置数控制端LDN：计数到1001时输出低电平5）进位输出RCO：计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表：CP QDQCQBQA0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 01107 01117 10009 100110 0000（2）原理图截图仿真波形如下功能验证表格CLRN QD QC QB QA RCO0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 01 0 0 1 0 01 0 0 1 1 01 0 1 0 0 01 0 1 0 1 01 0 1 1 0 01 0 1 1 1 01 1 0 0 0 01 1 0 0 1 11 0 0 0 0 04、60进制秒计数器（1）实验设计1）确定输入/输出变量输入变量：时钟信号CLK、复位信号CLRN；输出变量：计数十位输出QD2、QC2、QB2、QA2和计数个位输出QD1、QC1、QB1、QA1，进位输出RCO2）计数范围：0000 0000-0101 10013）预置数值：0000 00004）置数控制端LDN1（个位）：计数到0101 1001时输出低电平5）清零端CLRN2（十位）：计数到0110时输出低电平6）ENT：个位计数到1001时输出高电平7）进位输出RCO：计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表CP QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA10 0000 0000 20 0010 0000 40 0100 00001 0000 0001 21 0010 0001 41 0100 00012 0000 0010 22 0010 0010 42 0100 00103 0000 0011 23 0010 0011 43 0100 00114 0000 0100 24 0010 0100 44 0100 01005 0000 0101 25 0010 0101 45 0100 01016 0000 0110 26 0010 0110 46 0100 01107 0000 0111 27 0010 0111 47 0100 01118 0000 1000 28 0010 1000 48 0100 10009 0000 1001 29 0010 1001 49 0100 100110 0001 0000 30 0011 0000 50 0101 000011 0001 0001 31 0011 0001 51 0101 000112 0001 0010 32 0011 0010 52 0101 001013 0001 0011 33 0011 0011 53 0101 001114 0001 0100 34 0011 0100 54 0101 010015 0001 0101 35 0011 0101 55 0101 010116 0001 0110 36 0011 0110 56 0101 011017 0001 0111 37 0011 0111 57 0101 011118 0001 1000 38 0011 1000 58 0101 100019 0001 1001 39 0011 1001 59 0101 100160 0000 0000 （2）设计原理图截图（3）实验仿真仿真波形：仿真结果表：5、实验思考题：（1）总结任意模计数器的设计方法。
移位寄存器的设计方法
移位寄存器的设计方法移位寄存器是数字电路中常用的一种元件，用于在计算机系统中进行数据的移位操作。
在数字系统中，移位操作是非常常见和重要的，通过移位操作可以实现数据的左移、右移、循环移位等功能。
移位寄存器的设计方法有很多种，可以根据具体的应用需求选择合适的设计方案。
首先，移位寄存器的设计需要考虑的一个重要因素是移位方向。
移位操作可以分为向左移位和向右移位两种。
在设计移位寄存器时，需要明确移位的方向，并根据具体的应用需求确定是向左移位还是向右移位。
通常情况下，可以通过控制信号来选择移位的方向，从而实现不同的功能。
其次，移位寄存器的设计还需要考虑移位的方式。
常见的移位方式包括逻辑移位和算术移位。
逻辑移位是指在移位过程中，移走的位置用零填充；而算术移位是指在移位过程中，移走的位置用原来的符号位填充。
在设计移位寄存器时，需要根据具体的应用需求选择适合的移位方式，从而实现所需的功能。
另外，移位寄存器的设计还需要考虑移位的位数。
移位可以分为单位移位、多位移位和循环移位等。
在设计移位寄存器时，需要确定移位的位数，并设计相应的电路来实现移位操作。
通常情况下，可以通过控制信号来指定移位的位数，从而实现不同精度的移位操作。
此外，移位寄存器的设计还需要考虑移位的速度和延迟。
移位寄存器的设计应该尽可能地减小移位操作的延迟，提高移位的速度，从而提高系统的性能。
在设计移位寄存器时，可以采用并行移位、流水线移位等技术来提高移位的速度，减小移位的延迟。
总的来说，移位寄存器的设计是数字电路设计中的一个重要课题，需要综合考虑移位方向、移位方式、移位位数、移位速度和延迟等因素。
通过合理的设计，可以实现高效、稳定的移位操作，从而满足不同应用场景的需求。
希望本文对移位寄存器的设计方法有所帮助，为读者在数字电路设计中的实践提供一些参考。
用移位寄存器LS芯片实现扭环形计数器
实 验 原 理
2）扭环型计数器 将图2所示环形计数器稍加改动：将Q3反相得Q3 ，再送至 DSR，就构成了4位扭环形计数器。
实 验 原 理
3)双向移位寄存器设计 工作原理：
当X=1时，M1=0，M0=1， 执行右移功能；
n=3，其模值M=2×3=6；
当X=1时，M1=1，M0=0， 执行左移功能。
1.总结实现任意进制计数器的构成方法
2.总结移位寄存器的逻辑功能表 3. 叙述双向移位寄存器原理
4.根据测试数据，得出结论。完成思考题。
六、注意事项
注意一定要先查导线，再开始接线。 注意通常电源均按+5V和地接入，每个芯片都需接 入一对电源，为防止遗漏，可把它定为接线的第一 步。注意电源不要接反，否则会烧坏芯片。 不可在接通电源的情况下插入或拔出芯片。 移位寄存器74LS194的清除端（ CR ）除了清零时将 其置 0外，其它工作状态均应置为“l”。 环形计数器在工作之前，应先置入一个初始状态， 即被循环的四位二进制数。
n=3，其模值M=2×3-1=5。
n ：代表环内包围的输出端的个数； 如果是通过二输入与非门取反馈作移入数据，则为奇数模， M=2n-1 如果是通过非门取反馈作移入数据，则为偶数模，M=2n。
步骤:
1、双向移位寄存器74LS194逻辑功能测试。 清除：先将端接+5V，检查Q端输出情况，再将端接0电平，所有Q端输 出应为0，清零后再将端接+5V。 并行输入：S1S0置入11，D端置入一组代码（如1011），给 CP 端送单次脉冲，观察 Q端的状态。此时若将DSL或DSR置入1或0， Q端的状态是否改变？ 右移：令S1S0=01，CP＝1HZ，再令DSL=0，观察Q端的变化，待 4个LED全灭以后（此时输入的串行码是什么？），再令DSR＝l， 观察此时Q端LED点亮的次序。当 4个LED都点亮时，输入的串 行码又如何？若要串行输入代码1010（或其它非全0、非全1 码），在DSR端置入一位数码（低位先送），给 CP端送单次脉 冲，经过4个脉冲之后立即将S0置成0以使寄存器工作于保存状 态。 左移：令S1S0＝10，CP＝1HZ，代码1010由DSL端置入，其它步 骤与右移相同。 保持：在完成左移并工作于保持状态后，再给CP端送 4个单次 脉冲，观察输出端有何变化。
电子技术实验报告(数电部分)
电气与电子信息工程学院实验报告课程名称：电子技术实验（数电部分）专业名称：班级：学号：姓名：湖北理工学院电气与电子信息工程学院实验报告规范实验报告是检验学生对实验的掌握程度，以及评价学生实验课成绩的重要依据，同时也是实验教学的重要文件，撰写实验报告必须在科学实验的基础上进行。
真实的记载实验过程，有利于不断积累研究资料、总结研究实验结果，可以提高学生的观察能力、实践能力、创新能力以及分析问题和解决问题的综合能力，培养学生理论联系实际的学风和实事求是的科学态度。
为加强实验教学中学生实验报告的管理，特指定湖北理工学院电气与电子信息工程学院实验报告规范。
一、每门实验课程中的每一个实验项目均须提交一份实验报告。
二、实验报告内容一般应包含以下几项内容：1、实验项目名称：用最简练的语言反映实验内容，要求与实验课程安排表中一致；2、实验目的和要求：明确实验的内容和具体任务；3、实验内容和原理：简要说明本实验项目所涉及原理、公式及其应用条件；4、操作方法与实验步骤：写出实验操作的总体思路、操作规范和操作主要注意事项，准确无误地记录原始数据；5、实验结果与分析：明确地写出最后结果，并对实验得出的结果进行具体、定量的结果分析，说明其可靠性；6、问题与建议（或实验小结）：提出需要解决问题，提出改进办法与建议，避免抽象地罗列、笼统地讨论。
（或对本次实验项目进行总结阐述。
）三、实验报告总体上要求字迹工整，文字简练，数据齐全，图标规范，计算正确，分析充分、具体、定量。
四、指导教师及时批改实验报告，并将批改后的报告返还学生学习改进。
五、实验室每学期收回学生的实验报告，并按照学校规章保存相应时间。
实验报告实验项目名称：逻辑门电路逻辑功能的测试同组人：实验时间：实验地点：指导教师：一、实验目的1、熟悉数字逻辑实验箱的结构、基本功能和使用方法。
2、掌握常用非门、与非门、或非门、异或门的逻辑功能及其测试方法。
二、实验主要仪器与设备三、实验预习要求做实验前必须认真复习数字逻辑实验箱、数字万用表、芯片CC4011、CC4030、CC4000的有关内容。
《数字电路实验》课件
体管数量越来越多。
02
低功耗设计
随着便携式电子设备的普及，低功耗设计成为数字电路发展的重要趋势
。
03
可编程逻辑器件的应用
可编程逻辑器件（PLD）如现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程
逻辑器件（CPLD）的应用越来越广泛，使得数字电路设计更加灵活和
高效。
THANKS
感谢观看
03
认真观察实验现象，记录实验数据。
04
分析实验结果，总结实验经验，撰写实验 报告。
02
CATALOGUE
数字电路基础知识
数字电路概述
数字电路的定义
01
数字电路是处理离散信号的电路，其输入和输出信号通常为二
进制形式。
数字电路的特点
02
数字电路具有稳定性、可靠性、可重复性、易于大规模集成等
优点。
数字电路的应用
实验结果对比与分析
实验结果对比
将实验结果与理论值或预期结果进行 对比，找出差异和符合之处。
结果分析
对实验结果进行深入分析，探讨可能 的原因和影响因素，为实验总结提供 依据。
实验总结与建议
实验总结
根据实验过程和结果分析，总结实验的主要发现和结论，指出实验的局限性和不足之处 。
实验建议
针对实验中存在的问题和不足，提出改进和优化的建议，为后续的实验提供参考和借鉴 。
05
CATALOGUE
数字电路实验拓展
数字电路应用实例
01
02
03
数字钟
通过数字电路技术实现时 钟显示，包括时、分、秒 的计数和显示。
数字存储器
用于存储数据，如随机存 取存储器（RAM）、只读 存储器（ROM）等。
移位寄存器工作原理
移位寄存器工作原理
移位寄存器是一种基于存储元件的电子设备，用于存储和移动数字位序列。
它可以通过移动其中的位来实现数值的平移操作。
移位寄存器一般由若干个触发器（通常是D触发器）组成，
每个触发器都可以存储一个二进制位。
移位寄存器的工作原理如下：
1. 数据输入：将要进行移位操作的数据输入到移位寄存器的最低位上，同时，将移位寄存器中的其他位向高位移动一位。
2. 时钟信号：通过时钟信号控制触发器的工作，每个时钟周期，触发器会根据输入信号的变化来更新其输出。
3. 位移操作：通过反复输入并移位来实现数据的位移操作。
在每个时钟周期，数据会从一个触发器传递到下一个触发器，最终从最高位触发器输出。
4. 数据输出：最后一个触发器的输出即为最终位移后的结果。
移位寄存器的应用非常广泛，常见的应用场景包括数据传输、位序列的移动与旋转、数字信号处理、寻址操作等。
它可以被用于实现各种数字电路和通信系统中的功能，例如位移寄存器可以用于串行-并行数据转换、分频器等。
电子线路实验-数电-2019
B4 B3 B2 B1
0101
C0
C4
0
数码 显示
结果转换为 十进制数
0010 0110 1 1010 1101 0
a
f
g
b
e
c
d
a b c def g
74L S248
LT BI /RBO
RBI
1
F4
F3
F2
F1
C4 7 4 L S 2 8 3
C0
B 4B 3B 2B 1
A 4A 3A 2A 1
D0D D 10 D21 D30 D4D D50 D61 D7D
三、集成触发器
实验目的
1. 熟悉常用触发器的基本结构及其逻辑功能。 2. 能用触发器设计基本的时序逻辑电路。
实验所用仪器、设备
• 万用表 • 直流稳压电源 • 函数信号发生器 • 双踪示波器 • 数字电路实验板
实验说明
2．用3-8译码器实现函数：F1 m(1,4,6) F2 m(1,2,4,5,6,7)
3．用8选1数据选择器74LS151实现函数
F ( A ,B , C ,D ) m ( 0 , 4 , 5 , 8 , 1 2 , 1 3 , 1 4 )
• （二）扩展命题 3.用3-8译码器74LS138和门电路设计一个数字显 示报警电路。 要求：
Y
16
2
1
0
74LS148
VCC
ST
8
II I
7
6
5
II
4
3
I 2
I 1
I 0
K 1
K KKKK KK
2
3
4
5
6
7
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实 验 报 告
课程名称： 数字电路实验 第 6 次实验
实验名称： 移位寄存器的应用
实验时间： 2012 年 5 月 7 日
实验地点： 组号
学号：
姓名：
指导教师： 评定成绩：
《数字电路与系统设计》实验指导书 1
实验六 移位寄存器应用
一、实验目的：
1．了解寄存器的基本结构。
2．掌握74LS194移位寄存器的逻辑功能。
3．学习中规模移位寄存器的应用。
二、实验仪器：
序号 仪器或器件名称 型号或规格 数量
1 逻辑实验箱 1
2 万用表 1
3 双踪示波器 1
4 74LS194 1
5 74LS112 1
6 74LS04 1
7 74LS00 1
8 74LS86 1
9 74LS10 1
三、实验原理：
数据的存储和移动是数字信号的一种常见运作，能实现这种动作的是
数据寄存器和移位寄存器，它们同计数器一样也是数字电路中不可缺少的
基本逻辑器件。数据寄存器有两类结构，一类是由多个钟控D锁存器组成
的，另一类是由多个钟控D触发器组成的。数据寄存器的数据的输入和输
出都是并行的。移位寄存器的结构也是由多个触发器级联的，其数据不仅
可以存储，还可以左移或右移。移位寄存器的数据的输入和输出都有串行
和并行之分，数据的动作受公共时钟信号的控制，也就是同步工作的。
4位双向移位寄存器74LS194A为TTL双极型数字集成逻辑电路，外
形为双列直插，它具有清除、左移、右移、并行送数和保持等多种功能，
是一种功能比较全的中规模移位寄存器，图6-1是引脚排列图，逻辑符号
如图6-2所示，74LS194A的功能表见表6-1。
《数字电路与系统设计》实验指导书 2
表6-1 74LS194A 4位双向移位寄存器功能表
功能
M1 M0 CP RD DR d1 d2 d3 d4 DL Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1 Q4n+1
清零
― ― ― 0 ― ― ― ― ― ― 0 0 0 0
预置
1 1 ↑ 1 ― d1 d2 d3 d4 ― d1 d2 d3 d4
右移
0 1 ↑ 1 dR ― ― ― ― ― dR d1 d2 d3
左移
1 0 ↑ 1 ― ― ― ― ― dL d2 d3 d4 dL
保持
0 0 ― 1 ― ― ― ― ― ― Q1n Q2n Q3n Q4n
移位寄存器的最直接应用是数据的串/并转换，图6-3和图6-4就是简
单的实例。在图6-3中M1M0=01，表示数据可以右移，首先清零端输入一
个负脉冲，使Q1Q2Q3Q4=0，在单脉冲CP的作用下，右移输入端DR依次
串入数据，4个CP后就可在4个输出端Q1Q2Q3Q4得到并行数据。在图
6-4中首先M1M0=11，在单脉冲CP的作用下，4位数据并行输入到移存
器，然后使M1M0=10，表示数据可以左移，左移输入端DL=1时，在单脉
冲CP的作用下，数据依次从Q1端输出，空缺位被1（DL）填补。4个CP
后，原4位并入的数据全被移出，这时候Q1Q2Q3Q4=1111。
《数字电路与系统设计》实验指导书 3
如果把移位寄存器的输出以一定方式馈送到串行输入端，则可以得到
电路连接简单、编码别具特色、用途极为广泛的移位寄存器型计数器。利
用74LS194，把Q4接到DR端，即可得到模为4的环形计数器（不能自启
动），见图6-5；把Q4通过一个非门接到DR端，即可得到模为8的扭环计
数器（不能自启动），见图6-6。Q输出通过不同的组合电路接到DR端还
可得到不同模值的移位计数器或伪随机序列发生器。
四、实验内容：
1．数据的存储和移动
（1）用一片74LS194及适当门电路实现四位串/并转换，记录结果。
步骤：器件初态清零，先使Q1Q2Q3Q4=0，输出Q1Q2Q3Q4接指示灯，
用单脉冲作CP，用一个开关依次串入数据至DR，一个数据一个CP。右
移
令DR=1010 1110 00，记录结果：（10个CP）
CP Q1 Q2 Q3 Q4
0 1 0 0 0
1 0 1 0 0
2 1 0 1 0
3 0 1 0 1
4 1 0 1 0
5 1 1 0 1
6 1 1 1 0
《数字电路与系统设计》实验指导书 4
7 0 1 1 1
8 0 0 1 1
9 0 0 0 1
10
（2）用一片74LS194及适当门电路实现四位并/串转换，记录结果。
步骤：器件DL=1，Q1接指示灯，先并行输入数据d1d2d3d4，然后使器件
工作在左移状态，用单脉冲作CP，每输入一个CP观察输出结果。设有两
组4位数据1010 及1110。
记录结果：（注意第二组数据输入的时间及第9、10个CP的输出）
CP Q1 Q2 Q3 Q4
0 1 0 1 0
1 0 1 0 1
2 1 0 1 1
3 0 1 1 1
4 1 1 1 1
5 1 1 1 0
6 1 1 0 1
7 1 0 1 1
8 0 1 1 1
9 1 1 1 1
10
2．移位计数器
（1）用一片74LS194及适当门实现伪随机序列，见图6-7。
步骤：器件初态清零，先使
Q1Q2Q3Q4=1，输出Q1Q2Q3Q4接指示
灯，记录指示灯结果：
CP Q1 Q2 Q3 Q4
《数字电路与系统设计》实验指导书 5
0 1 1 1 1
1 0 1 1 1
2 1 0 1 1
3 0 1 0 1
4 1 0 1 0
5 1 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 0 1 1
8 1 0 0 1
9 0 1 0 0
10 0 0 1 0
11 0 0 0 1
12 1 0 0 0
13 1 1 0 0
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
16 0 1 1 1
（2）用一片74LS194及适当门实现M=5的计数器，记录指示灯结果。参
考设计过程如下，得到图6-8：
五、实验思考：
1．用74LS194实现四位并/串转换需要几个CP才能完成？
答：5个
《数字电路与系统设计》实验指导书 6
2．用74LS194实现M=5的计数器有几个无效状态，怎样实现自启动？
答：11个。
以实验2（1）为例。采用把所有无效状态的次态都置为初始状态的方
法。如实验2（1）中的表格数据，则从接收到第5个（含）CP之后的次
态都置为Q1Q2Q3Q4=1。做出列表：
M1：
Q3Q4
Q1Q2
00 01 11 10
00 1 1 1 1
01 1 0 0 1
11 1 1 0 1
10 1 1 0 0
由列表绘制卡诺图，先把M0和D0D1D2D3置为1，然后利用相应的
门电路，使得当出现任何无效状态时，M1的值都变为1，从而芯片进入并
入状态，回到初始的1111；而出现正常状态时，M1的值均为0，正常计
数。
电路图如下：
74194