移位寄存器的串行扩展技术
串行通信及串行扩展技术
传感器数据采集
01
串行通信接口可以连接各种模拟或数字传感器，实现数据的实
时采集和传输。
数据处理与存储
02
通过串行通信将采集到的数据传输到上位机或数据中心，进行
进一步的处理、分析和存储。
系统监控与控制
03
串行通信可用于实现远程监控和控制，提高数据采集系统的灵
活性和可维护性。
在远程监控系统中的应用
01
特点
传输线少，成本低，适用于远距 离通信，但传送速度较慢。
串行通信协议
异步通信协议
以字符为单位进行传输，字符间通过 特定的起始位和停止位进行同步。
同步通信协议
以数据块为单位进行传输，通过同步 字符或同步信号实现收发双方的时钟 同步。
串行通信接口标准
RS-232C接口标准
定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准，采用 负逻辑电平，最大传输距离约15米。
串行扩展工作原理
01
数据传输
在串行通信中，数据以位为单位进行传输。发送端将数据按位依次发送
到传输线上，接收端按位接收并组合成完整的数据。数据传输过程中需
要遵循特定的通信协议和数据格式。
02
同步与异步通信
串行通信可分为同步通信和异步通信两种方式。同步通信需要发送端和
接收端保持严格的时钟同步，而异步通信则通过特定的起始位和停止位
无线化发展趋势
无线通信技术的普
及
随着无线通信技术的不断发展， 串行通信逐渐实现无线化，使得 设备间的通信更加灵活方便。
低功耗无线通信技
术
针对低功耗设备的需求，发展出 低功耗无线通信技术，延长设备 的续航时间。
无线通信安全性增
串行口的四种工作方式标准版文档
RB8 停止位
RI（中断标志）
接收时，数据从右边移入输入移位寄存器。当位检测逻辑 采样到RXD上的负跳变，便开始接收1帧数据。在接收完第九 位数据后，满足下列条件，才能真正接收到1个字符。
当RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到 的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数据的第9位）， 置RI=1，向CPU请求中断。如果条件不满足，则数据丢失， 且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。
❖解：设数据的发送不采用串行口，即用一段程序模拟 串口方式0的操作，选择用P2.1传数据，P2.0传时钟。
DOUT CLK
BIT P2.1 BIT P2.0
DP12: MOV R2, #8 MOV A, @R0
DP13: RLC A MOV DOUT, C CLR CLK SETB CLK DJNZ R2, DP13 RET
先输出低位吗？
能改变吗？
开始 循环次数设置 取显示数据 数据码左移一位 送一位数据至P2.1 输出一个移位脉冲
够8次了？ Y
RET
读图练习--实验六的原理图
D
PY
1 a
2
a
b
3
c
f
b
4
g
d
5
ee
c
6 f
d dp
7 g d p
8
2
0
D
PY
1 a
2
a
b
3
c
f
b
4
g
d
5
ee
c
6 f
d dp
7 g d p
方式2和方式3
方式2或方式3时为11位数据的异步通信口。TXD为数据发
串行接口扩展
扩展并行输出口时，可用串入并出移位寄存器芯片，如 CMOS芯片4094和74LS164芯片。4094芯片的引脚信号如图930（a）所示。Q1~Q8是8个并行输出端；DATA是串行数据输 入端；CLK是时钟脉冲端，时钟脉冲既用于串行移位，也用 于数据的并行输出；QS、、Q8是移位寄存器最高位输出端； OE是并行输出允许端；STB是选通脉冲端，STB高电平时， 4094选通移位，低电平时，4094可并行输出。74LS164的引 脚信号如图9-30（b）所示。74LS164与4094的使用类似。
//传完清除标志位，准备下一次数据传输 //置4094于并行输出工作方式 //串行口数据发送完毕，P3.1上已停止同步移位
//为使4094并行输出数据，软件产生一个脉冲上
//原地循环，相当于SJMP$
单片机原理与应用
单片机原理与应用
串行接口扩展
MCS-51单片机串行口工作于方式0时，串行口作为同步移 位寄存器使用，这时以RXD(P3.0)端作为数据移位的输入端或 输出端，而由TXD(P3.1)端输出移位脉冲。如果把能实现“并 入串出”或“串入并出”功能的移位寄存器与串行口配合使 用，就可使串行口转变为并行输入或输出口使用。
SL=0;
//置4014于串行移位工作方式
SCON=0x10;
while(RI!=1); RI=0; data_L=SBUF; SCON=0x10;
while(RI!=1); RI=0; data_H=SBUF; while(1); }
//置串行口为工作方式0，同时 //置位REN启动串行口接数据
sbit SL=P1^7;
//位定义
sbit CLK=P3^1;
void main()
//主程序
fpga移位寄存器用法
fpga移位寄存器用法FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程的集成电路芯片，可以根据用户的需求进行灵活的数字电路设计和开发。
在FPGA设计中，移位寄存器（Shift Register）是一种常用的数字电路元件，用于将数据从一个位置传送到另一个位置。
移位寄存器的基本原理是通过时钟信号的控制，在一定的时间间隔内，将数据从输入端移动到输出端，并且保持在输出端一段时间。
移位寄存器可以用来实现各种功能，如数据传输、数据移位、数据缓存等。
在FPGA设计中，移位寄存器的使用非常广泛，下面将介绍移位寄存器的用法。
移位寄存器可以分为串行移位寄存器和并行移位寄存器两种类型。
串行移位寄存器是最基本的移位寄存器，它将输入数据按位依次移动到输出端。
串行移位寄存器可以采用不同的移位方向，如向左移位（Shift Left）或向右移位（Shift Right）。
串行移位寄存器的数据长度可以根据需要进行扩展，从几位到几十位不等。
并行移位寄存器是将输入数据同时移动到输出端的移位寄存器，也称为平行移位寄存器。
与串行移位寄存器不同的是，输入数据的每一位立即传送到输出端，而不是按位移动。
并行移位寄存器通常用于数据宽度较大的情况，可以大大提高数据传输的速度。
移位寄存器通常有两个主要的应用场景：数据传输和数据移位。
在数据传输方面，移位寄存器可以用来在不同的时钟域之间传输数据。
在设计中，时钟域是指由时钟信号控制的特定区域，在同一时钟域内的电路操作是同步的，而不同的时钟域之间的电路操作是异步的。
移位寄存器可以在不同的时钟域之间传输数据，并实现时钟域之间的数据同步。
在数据移位方面，移位寄存器可以用来对数据进行移位操作，如数据串行化和并行化。
数据串行化是将并行数据按位移动，将其转换为串行数据。
数据并行化是将串行数据按位移动，将其转换为并行数据。
这两种操作通常用于接口电路设计和数据通信系统中。
此外，移位寄存器还可以用于数据缓存和数据处理。
实验十 移位寄存和串行累加
图10-1 四D触发器74175管脚图
图10-1 741ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5构成四位移位寄存器
74194是一个双向移位寄存器，并且可以并行输入，其管脚图如图103所示。其中A~D为并行输入端，QA~QD为并行输出端，CLOCK为时 钟输入端，CLEAR为异步清零端，SHIFT RIGHT SERIAL INPUT为串 行右移输入端，SHIFT LEFT SERIAL INPUT为串行左移输入端，S0、 S1为工作模式控制端，通过设置S0和S1，可以使其工作在保持 （S0=0，S1=0）、串行左移（S0=0，S1=1）、串行右移（S0=1， S1=0）或并行（S0=1，S1=1）输入输出状态。
触发器具有存储信息的功能，利用这一特点，将四D触发器74175链型 连接，构成一个四位的串行移位寄存器。一个时钟脉冲可以将数据向 右或者向左移动一位，经过四个时钟脉冲，就可以将一个四位二进制 数存储在74175构成的寄存器中，74175管脚图如图10-1所示，构成的 移位寄存器逻辑图如图10-2所示。
图10-3 74194管脚图
图10-4
74194内部逻辑图
串行累加电路结构简单，运算由低位开始，两个最低位相加产生和与 进位，当次低位相加时要考虑最低位的进位，所以用D触发器7474来 存放进位数，全加器电路如图10-5所示。 利用74175构成的移位寄存器和74194作两个四位的移位寄存器，经过 全加器将两个寄存器连接起来构成一个系统，数据先进入低四位寄存 器，然后经加法器和高四位（为0）相加后进入高四位，这时候低四位 存储了新的四位二进制数，经过四个时钟脉冲后，和高四位的四位二 进制数相加，并将结果存储在高四位寄存器中。
74ls83
图10-5 全加器逻辑图
实验内容
移位寄存器的设计及实现
移位寄存器的设计及实现移位寄存器（Shift Register）是一种常用的数字逻辑电路器件，它能够将数据按照输入和输出的时序进行移位操作。
通过移位寄存器，我们可以实现数据的串行传输、并行-串行或者串行-并行转换、数据延迟等功能。
本文将对移位寄存器的设计与实现进行介绍。
一、移位寄存器的设计1.串行输入、串行输出的移位寄存器这种移位寄存器称为串行移位寄存器，它包括n个触发器，每个触发器提供一个数据位的存储空间。
数据通过一个输入端串行输入，然后通过触发器依次移位，最后从输出端串行输出。
2.并行输入、并行输出的移位寄存器这种移位寄存器称为并行移位寄存器，它包括n个触发器，每个触发器提供一个数据位的存储空间。
数据通过n个输入端并行输入到各个触发器，然后通过控制信号进行同步移位。
最后从n个输出端并行输出。
3.并行输入、串行输出的移位寄存器这种移位寄存器称为并行-串行移位寄存器，它先从n个输入端并行输入数据，然后通过控制信号进行同步移位，并将移位结果通过一个输出端串行输出。
4.串行输入、并行输出的移位寄存器这种移位寄存器称为串行-并行移位寄存器，它先从一个输入端串行输入数据，然后通过触发器进行移位，最后将移位结果从n个输出端并行输出。
1.触发器选择由于是8位移位寄存器，需要选择8个触发器。
常用的触发器有D触发器、JK触发器等，可以根据实际需求选择合适的触发器。
2.输入输出端口设计设计一个输入端口用于串行输入数据。
由于是串行输入，需要一个时钟信号和一个使能信号进行同步移位操作。
同时，设计一个输出端口用于串行输出数据。
3.控制信号电路设计根据串行输入、串行输出的要求，需要设计一个时钟信号和一个使能信号的电路。
使能信号在移位过程中保持逻辑高电平，只有当8位数据全部移位完成时才将使能信号置为逻辑低电平。
二、移位寄存器的实现1.设计一个8位移位寄存器电路，并连接8个D触发器。
2.将串行输入信号与D触发器的数据端相连，时钟信号与D触发器的时钟端相连，使能信号与D触发器的使能端相连。
利用串行口扩展并口
附页：实验线路图：编译程序:源程序代码：1 汇编语言程序清单ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP INTT0MAIN:MOV SP,#60HMOV TMOD,#01HSETB ET0SETB EAMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HSETB TR0MOV 30H, #0 ; 每中断一次加1MOV 31H, #0 ; 每秒加1, 当其值为100时清0 MOV 32H, #0 ; 个位MOV 33H, #0 ; 十位LP:MOV R0,#32HMOV R7,#2ACALL BINBCDMOV DPTR,#TABDSPLY:MOV A,@R0MOVC A,@A+DPTRCPL AMOV SBUF,ADSP1:JNB TI,DSP1CLR TIINC R0DJNZ R7,DSPLYLP1:MOV A,30HCJNE A, #10, LP1MOV 30H,#00HINC 31HMOV A,31HCJNE A,#100,LPMOV 31H,#0SJMP LPINTT0:MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHINC 30HRETITAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHDB 0FFH,00H,73H; 入口参数二进制数存放在31H中; 出口参数 BCD数十位（33H）, 个位（32H）BINBCD:MOV A,31HMOV B,#10DIV ABMOV 33H,AMOV A,BMOV 32H,ARETEND ; 程序结束2 C 语言程序清单#include <AT89X51.H>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int//共阴数码管段码：0~9，全亮，全灭，Puchartab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0xFF,0x00,0x 73};uchar timer; //定时器每中断1次加1void main(void){uchar ten,one,count;SP=0x60;TMOD=0x01; //定时器T0方式1定时ET0=1; //开定时器T0中断EA=1; //开总中断TH0=0x3C; //每100ms中断一次TL0=0xB0;TR0=1; //启动定时器T0timer=0;count=0;do{do{ten=count/10; //求得十位one=count%10; //求得个位SBUF=~tab[one]; //发送个位while(~TI);TI=0;SBUF=~tab[ten]; //发送十位while(~TI);TI=0;while(timer<10); //延时1s，即10*100ms timer=0;count++; //每隔一秒，count值加1 }while(count<100); //从0计到99count=0;} while(1);}void intt0() interrupt 1{TH0=0x3C;TL0=0xB0;timer++;}。
实验五 移位寄存器及其应用
实验五移位寄存器及其应用一、实验目的1、掌握中规模4位双向移位寄存器逻辑功能及使用方法。
2、熟悉移位寄存器的应用—实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器。
二、实验原理1、移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，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。
既能左移又能右移的称为双向移位寄存器，只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。
根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。
本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为CC40194或74LS194，两者功能相同，可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图5－1所示。
图5－1 CC40194的逻辑符号及引脚功能其中D0、D1、D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端；S R为右移串C为直接无条件清零端；行输入端，S L为左移串行输入端；S1、S0为操作模式控制端；RCP为时钟脉冲输入端。
CC40194有5种不同操作模式：即并行送数寄存，右移(方向由Q0→Q3)，左移（方向由Q3→Q0），保持及清零。
S1、S0和R C端的控制作用如表5－1。
表5－12、移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器；顺序脉冲发生器；串行累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。
本实验研究移位寄存器用作环形计数器和数据的串、并行转换。
(1)环形计数器把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可以进行循环移位，如图5－2所示，把输出端Q3和右移串行输入端S R 相连接，设初始状态Q0Q1Q2Q3＝1000，则在时钟脉冲作用下Q0Q1Q2Q3将依次变为0100→0010→0001→1000→……，如表5－2所示，可见它是一个具有四个有效状态的计数器，这种类型的计数器通常称为环形计数器。
图5－2 电路可以由各个输出端输出在时间上有先后顺序的脉冲，因此也可作为顺序脉冲发生器。
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移位寄存器的串行扩展技术
编者按：移位寄存器的串行扩展技术是单片机串行口扩展的一种常用方法。
对于ＭＣＳ－５１系列单片机而言，将串口置为工作方式０，串口便工作在移位寄存器方式下了。
此时，单片机的ＲＸＤ口作串行数据的发送／接收口，ＴＸＤ口作移位脉冲输出口。
利用单片机串口的这一特性，可以十分方便地扩展Ｉ／Ｏ口线，本文便是一例。
通过本例，读者除了可以加深对串口工作方式０的理解外，还可以举一反三，将之用于其他需要进行Ｉ／Ｏ口扩展的场合，比如用串口扩展键盘等。
遥控数码报时闹钟
ＣＤ４０９４是带输出锁存和三态控制的串入／并出高速转换器，具有使用简单、功耗低、驱动能力强和控制灵活等优点。
ＣＤ４０９４的引脚定义如图１。
其中{1}脚为锁存端，{2}脚为串行数据输入端，{3}脚为串行时钟端。
{1}脚为高电平时，８位并行输出口Ｑ１～Ｑ８在时钟的上升沿随串行输入而变化；{1}脚为低电平时，输出锁定。
利用锁存端可方便地进行片选和级联输出控制。
{15}脚为并行输出状态控制端，{15}脚为低电平时，并行输出端处在高阻状态，在用ＣＤ４０９４作显示输出时，可使显示数码闪烁。
{9}脚ＱＳ、{10}
脚Ｑ′Ｓ是串行数据输出端，用于级联。
ＱＳ端在第９个串行时钟的上升沿开始输出，Ｑ′Ｓ端在第９个串行时钟的下降沿开始输出。
当ＣＤ４０９４电源为５Ｖ时，输出电流大于３．２ｍＡ，灌电流为１ｍＡ。
串行时钟频率可达２．５ＭＨｚ。
１．ＣＤ４０９４作静态ＬＥＤ显示驱动器
图２为用ＣＤ４０９４作驱动器的三位数码管静态显示电路略图。
单片机串口工作在方式０，即移位寄存器方式。
输出数据首先送到ＩＣ１，第二次输出的数据移至ＩＣ１时，先前输出数据则移到ＩＣ２，依此类推。
输出三次后，在ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３的Ｑ１～Ｑ８口分别得到数据３、数据２、数据１。
程序如下：（ＤＩＳＰ为显示子程序）
．．．．．．．．．．．．．．．．．．
ＭＯＶＳＣＯＮ，＃００Ｈ；置串口为方式０
．．．．．．．．．．．．．．．．．．
ＤＩＳＰ：ＣＬＲＰ３．７；输出锁存
ＭＯＶＲ０，＃３３Ｈ；显示值送３３Ｈ、３４Ｈ、３５Ｈ
ＭＯＶＲ７，＃０３Ｈ；置数码管个数３
ＬＰ：ＭＯＶＡ，＠Ｒ０
ＭＯＶＤＰＴＲ，＃ＴＡＢ；置字段码表首址
ＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ；查字段码表
ＭＯＶＳＢＵＦ，Ａ；送字段码
JＮＢＴＩ，$ ；等待传送结束
ＣＬＲＴＩ；清串行中断标志
ＩＮＣＲ０；显缓区地址加１
ＤＪＮＺＲ７，ＬＰ；显示数码是否取完？
ＳＥＴＢＰ３．７；允许输出显示
ＮＯＰ
ＣＬＲＰ３．７；输出锁存
ＲＥＴ
ＴＡＢ：ＤＢ３ＦＨ，０６Ｈ，５ＢＨ，４ＦＨ，６６Ｈ，６ＤＨ，７ＤＨ，０７Ｈ，７ＦＨ
ＤＢ６ＦＨ，００Ｈ
说明：在串行口不作为其他使用，且显示的更新速度很低时，ＳＴＲＯＢＥ端可以始终接高；也可将Ｐ３．７口接到ＣＤ４０９４的{15}脚，从Ｐ３．７口输出一定频率的脉冲，使显示闪烁。
２．ＣＤ４０９４作ＬＥＤ动态显示驱动器
用一片ＣＤ４０９４作段驱动，一片ＣＤ４０９４作位驱动，驱动８位带小数点的数码管（见图３）。
程序如下：（ＤＩＳＰ为显示子程序）
ＭＯＶＳＣＯＮ＃００Ｈ；置串口为方式０
……
ＤＩＳＰ：ＣＬＲＰ３．７；输出锁存
ＭＯＶＲ０，＃３０Ｈ；显缓区首址送Ｒ０
ＭＯＶＲ４，＃０８Ｈ；置数码管个数为８
ＭＯＶＲ５，＃０ＦＥＨ；送位码初值
ＬＰ：ＭＯＶＡ，Ｒ５；取位码
ＭＯＶＳＢＵＦ，Ａ；送位码
ＪＮＢＴ１；等待传送结束
ＣＬＲＴ１；清串行中断标志
ＭＯＶＡ，＠Ｒ０；取段码
ＭＯＶＤＰＴＲ，＃ＴＡＢ；置段码表首址
ＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ；查段码表
ＭＯＶＳＢＵＦ，Ａ；送段码
ＪＮＢＴ１；等待传送结束
ＣＬＲＴ１；清串行中断标志
ＳＴＢＰ３．７；允许输出显示
ＬＣＡＬＬＤＥＬ；延时１ｍｓ
ＭＯＶＡ，Ｒ５；取位码
ＲＬＡ；位码左移一位
ＭＯＶＲ５，Ａ
ＩＮＣＲ０；显缓区地址加１
ＣＬＲＰ３．７；输出锁存
ＤＪＮＺＲ４，ＬＰ；８位显示完否？
ＲＥＴ
ＤＥＬ：ＭＯＶＲ７，＃０２Ｈ；延时１ｍｓ（ｆosc＝１２ＭＨｚ）
ＤＬ：ＭＯＶＲ６，＃０Ｆ８Ｈ
ＤＪＮＺＲ６，$
ＤＪＮＺＲ７，ＤＬ
ＲＥＴ
ＴＡＢ：ＤＢ３ＦＨ，０６Ｈ，５ＢＨ，４ＦＨ，６６Ｈ，６ＤＨ，７ＤＨ，０７ＨＤＢ７ＦＨ，６ＦＨ。