寄存器和移位寄存器
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寄存器和移位寄存器简介
寄存器和移位寄存器简介
（ 1 ）寄存器
能够把二进制数码存贮起来的的部件叫数码寄存器，简称寄存器。
图 7 是用 4 个D 触发器组成的寄存器，它能存贮 4 位二进制数。
4 个 CP 端连在一起作为控制端，只有 CP=1 时它才接收和存贮数码。
4 个 R D 端连在一起成为整个寄存器的清零端。
如果要存贮二进制码 1001 ，只要把它们分别加到触发器 D 端，当 CP 来到后 4 个触发器从高到低分别被置成 1 、 0 、 0 、 1 ，并一直保持到下一次输入数据之前。
要想取出这串数码可以从触发器的 Q 端取出。
（ 2 ）移位寄存器
有移位功能的寄存器叫移位寄存器，它可以是左移的、右移的，也可是双向移位的。
图 8 是一个能把数码逐位左移的寄存器。
它和一般寄存器不同的是：数码是逐位串行输入并加在最低位的 D 端，然后把低位的 Q 端连到高一位的 D 端。
这时 CP 称为移位脉冲。
先从 R D 端送低电平清零，使寄存器成 0000 状态。
假定要输入的数码是 1001 ，输入的次序是先高后低逐位输入。
第 1 个 CP 后， 1 被打入第 1 个触发器，寄存器成0001 ；第 2 个 CP 后， Qo 的 1 被移入 Q 1 ，新的 0 打入 D 1 ，成为 0010 ；第 3 个 CP 后，成为 0100 ；第 4 个 CP 后，成为 1001 。
可见经过 4 个 CP ，寄存器就寄存了 4 位二进制码 1001 。
目前已有品种繁多的集成化寄存器供选用。
寄存器和移位寄存器(12)
第19讲 寄存器 和移位寄存器
Digital Logic Circuit
&
F3
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
状 态 图
2021/4/8
排列顺序： Q0nQ1nQ2nQ3n
1111 0000→1000→0100←1001
G1 &
M1
&
M0
1 G2
DSL
启动 信号
011 1 (a) 逻辑电路图
CP
时
Q0
序
Q1
图
Q2
Q3
(b) 时序图
18
2、扭环形计数器
Q0
Q1
第19讲 寄存器 Q2 和移位寄存器 Q3
Digital Logic Circuit
FF0
FF1
FF2
FF3
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
Q3
Q0
Q1
Q2
Q3
(a) 逻辑图
排列顺序： Q0nQ1nQ2nQ3n
0000→1000→1100→1110←1101←1010←0100←1001←0010
↑ 有效循环 ↓
↑
0001←0011←0111←1111
0101←1011←0110
(b) 状态图
20
由74LS194组成的扭环计数器
第19讲 寄存器 和移位寄存器
0001←0011←0111←1111
1001←0010←0101←119011
3.2锁存器、寄存器和移位寄存器
3.2.2 寄存器
1Q
2Q
3Q
4Q
74LS374 寄存器
输出控制
DQ DQ DQ DQ
时钟
CP
1D
2D
3D
4D
功能表
输出控制 CP D
0
↑1
0
↑0
0
0×
1
××
输出 1 0 Qn
高阻
3.2.3 移位寄存器
Q1
Q2
Q3
Q4
右移 寄存器
X
D
D
D
D
S
1
2
3
4
CP
其连接关系满足： Di＝Qin-1
Q1
Q2
Q3
输入∕输出
输出
功能
输出
模 式清
除
选择
S1 S0
控制 G1 G2
时 串入 钟
cp SL SR
A/ QA
B/ C/ D/ E/ QB QC QD QE
F/ QF
G/ QG
H/ QH
QA
QH
清 0 × 0 0 0 ××× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 除 0 0 × 0 0 ××× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
A/QA B/QB C/QC
D7 D6 D5
D/QD
D4
E/QE
D3
F/QF
D2
G/QG
D1
H/QH
D0
2
QA QB QC QD QE QF QG QH
QH
EN1 C2
G C
内容小结
锁存器、寄存器 移位寄存器 8位通用移位寄存器（74LS299）
1
1
1Q
2Q
3Q
4Q
74LS374 寄存器
输出控制
DQ DQ DQ DQ
时钟
CP
1D
2D
3D
4D
功能表
输出控制 CP D
0
↑1
0
↑0
0
0×
1
××
输出 1 0 Qn
高阻
3.2.3 移位寄存器
Q1
Q2
Q3
Q4
右移 寄存器
X
D
D
D
D
S
1
2
3
4
CP
其连接关系满足： Di＝Qin-1
Q1
Q2
Q3
输入∕输出
输出
功能
输出
模 式清
除
选择
S1 S0
控制 G1 G2
时 串入 钟
cp SL SR
A/ QA
B/ C/ D/ E/ QB QC QD QE
F/ QF
G/ QG
H/ QH
QA
QH
清 0 × 0 0 0 ××× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 除 0 0 × 0 0 ××× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
A/QA B/QB C/QC
D7 D6 D5
D/QD
D4
E/QE
D3
F/QF
D2
G/QG
D1
H/QH
D0
2
QA QB QC QD QE QF QG QH
QH
EN1 C2
G C
内容小结
锁存器、寄存器 移位寄存器 8位通用移位寄存器（74LS299）
1
1
数电-时序逻辑电路之寄存器
n1 m
n m
不变
Q Q S1S0=10
n1 m
n 左移移位
m1
Q Q S1S0=01
n1 m
n m 1
右移移位
S1S0=11
Qmn1
DI
并行置数
m
DIm
S0 S1
Dm–1
FFm–1
1D C1
0 3210
1 MUX
MUXm
FFm
Dm 1D
C1
Dm+1
FFm+1
1D C1
CP Qm–1
Qm
Qm+1
Q1
Q2
Q3
在 CP脉冲的作用 1 0 0
0
下 ，DSI端 依次
送入数码1101
11 1
0
02 1
1
13 0
1
41
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
右移串行输入为1101时的波形图 移位脉冲CP 1 2 3 4 5 6 7 8
输入信号 DSI
11 0 1
Q0 0 1 1 0 1
Q1 0 0 1 1 0 Q2 0 0 0 1 1
0
S0
t
0 t
CLK1
0
CLK2
t
0 t
t1 t2 t3 t4
t4时刻后输出Y与两组并行输入的二进制 数M、N在数值上的关系是什么?
作业6.5.1 画出Q3~Q0的波形
CLK 0 1 1 1
1 ＆
So CP D0 D1 D2 D3 DSL
0
S1
74HC194
CR 1
DSR
寄存器实验实验报告
寄存器实验实验报告一. 引言寄存器是计算机中重要的数据存储器件之一，用于存储和传输数据。
通过对寄存器进行实验，我们可以更好地理解寄存器的工作原理和应用。
本实验旨在通过设计和测试不同类型的寄存器，深入掌握寄存器的各种功能和操作。
二. 实验设计本实验设计了两个寄存器的实验，分别为移位寄存器和计数器寄存器。
1. 移位寄存器实验移位寄存器是一种特殊的串行寄存器，它能够实现对数据位的移位操作。
本实验设计了一个4位的移位寄存器，分别使用D触发器和JK触发器实现。
实验步骤如下：1) 首先，根据设计要求将4个D或JK触发器连接成移位寄存器电路。
2) 确定输入和输出端口，将输入数据连接到移位寄存器的输入端口。
3) 设计测试用例，输入测试数据并观察输出结果。
4) 分析实验结果，比较不同触发器类型的移位寄存器的性能差异。
2. 计数器寄存器实验计数器寄存器是一种能够实现计数功能的寄存器。
本实验设计了一个二进制计数器，使用T触发器实现。
实验步骤如下：1) 根据设计要求将多个T触发器连接成二进制计数器电路。
2) 设计测试用例，输入计数开始值，并观察输出结果。
3) 测试计数的溢出和循环功能，观察计数器的行为。
4) 分析实验结果，比较不同计数器位数的性能差异。
三. 实验结果与分析在实验过程中，我们完成了移位寄存器和计数器寄存器的设计和测试。
通过观察实验结果，可以得出以下结论：1. 移位寄存器实验中，无论是使用D触发器还是JK触发器，移位寄存器都能够正确地实现数据位的移位操作。
而使用JK触发器的移位寄存器在性能上更加优越，能够实现更复杂的数据操作。
2. 计数器寄存器实验中，二进制计数器能够准确地实现计数功能。
通过设计不同位数的计数器，我们发现位数越多，计数范围越大。
综上所述，寄存器是计算机中重要的存储器件，通过实验我们深入了解了寄存器的工作原理和应用。
移位寄存器和计数器寄存器都具有广泛的应用领域，在数字电路设计和计算机系统中起到了重要作用。
数码寄存器与移位寄存器
D3 SQ2 S DSL
式中，DSR 为右移串行输入端， DSL为左移串行输入端。
当 S 1时，D0 DSR ，D1 Q0 ，D2 Q1 ，D3 Q2，在CP脉冲作用 下，实现右移操作；当 S 0时 D0 Q1 ，D1 Q2 ，D2 Q3 ，D3 DSL ，在CP脉冲作用下，实现左移操作。
图5-42中第5到第8个CP脉冲及所对应的 Q3，Q2 ，Q1 ，Q0 波形，就是将4位数码1101串行输出的过程。
2）4位左移寄存器
如图5-43所示为D触发器组成的4位左移寄存器的电路结构。
图5-43 4位左移寄存器的电路结构
图5-43中，数码从串行输入端输入，输出可以是串行输出或 并行输出，移位操作由“左移控制”端控制。
2．双向移位寄存器
如图5-44所示，将图5-41所示的右移寄存器与图5-43所示的左 移寄存器组合起来，并引入控制端S便构成既可左移又可右移的双 向移位寄存器。
图5-44 4位双向移位寄存器的电路结构
由图5-44可知该电路的驱动方程为
D0
S DSR
S Q1
D1
SQ0
S
数字电子技术
数码寄存器与移位寄存器
数码寄存器 移位寄存器
1.1 数码寄存器
如图5-39所示为D触发器组成的4位集成寄存器74LSl75的电路结构。
图5-39 4位集成寄存器74LSl75的电路结构
如图5-40所示为4位集成寄存器74LSl75的引脚图，其中RD 是 异步清零控制端，D0～D3 是并行数据输入端，CP为时钟脉冲端， Q0～Q3 是并行数据输出端，Q0～Q3 是反码数据输出端。
3．集成移位寄存器74LS194
如图5-45所示为4位集成移位寄存器74LS194的逻辑符号及引脚图。
电路基础与集成电子技术 数码寄存器和移位寄存器
若需要从移位寄存器中取出数码，可从每位触发 器的输出端引出，这种输出方式称并行输出。另一种 输出方式是由最后一级触发器F4输出端引出。若寄存 器中已存有数码1011，每来一个移位脉冲输出一个数 码（即将寄存器中的数码右移一位），则再来四个移 位脉冲后，四位数码全部逐个输出，这种方式称之为 串行输出。
数码寄存器在获得“接收”命令（也称“写入脉冲”） 时，把数码接收过来，在得到“读出”命令后，将数码输出。
读出脉冲 &
Q4 D4 CP X4
输出
&
Q3 D3
&
Q2 D2
X3
X2
输入
&
Q1 D1
X1
第14章 触发器和时序逻辑电路
2010.03
D触发器的输出Qn+1=Dn=Xn；若输入数码Xn =1，Qn+1= D n=1；若输入数码Xn = 0，Qn+1=Dn=0。可见，不管各位触 发器的原状态如何。当接收脉冲CP到来后，输入数据X1~X4 就一齐送入D触发器，这种输入方式称为并行输入。 并行输出。
3 0 1 0 1 1 D触发器的输出Qn+1=Dn=Xn；
在计算机中，进行二制数的乘法和除法都是由移位操作结合加法操作来完成。
第四个串入的数据"1"
4．右移 当[S1S0]=01(1)时，在时钟的参与下执行右移操作，将移位寄存器中 的数据依次向高位移动一位，同时接收右移数据串行输入
4 1 0 端DSR的数据进入QA，QD的数据将移出寄存器。
由于寄存器具有清除数码、接收数码、存放数码和传 送数码的功能，因此，它必须具有记忆功能，所以寄存器 都由触发器和门电路组成的。
寄存器分为数码寄存器（也简称为存储器）和移位寄 存器两种。两者都具有暂时存放数码的记忆功能，不同之 处是后者具有移位功能而前者却没有。
数字电路与逻辑设计2寄存器移位寄存器
息旳代码。
并行读出脉冲必须在经过5个移存脉冲后出 现，而且和移存脉冲出现旳时间错开。
D5
D4
D3
D2
D1
＆
＆
＆
＆
＆
并行读出指令
串行输 入 1D
11001
CI
1D Q1
CI
1D Q2
CI
1D Q3
CI
1D
Q4
Q5
CI
移存脉冲CP
分析：假设串行输入旳数码为10011（左边先入）
串—并行转换状态表
序号 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
工作过程： ①在开启脉冲和时钟ＣＰ作用下，执行并
行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。 ②开启脉冲消失，在ＣＰ作用下，因为标志位０
旳存在，使门Ｇ１输出为１，使得ＳＨ／ＬＤ ＝１，执行右移移位寄存功能。 ③后来在移存脉冲作用，并行输入数据由片Ⅱ旳 Ｑ３逐位串行输出，同步又不断地将片Ⅰ旳串 行输入端Ｊ，Ｋ＝１旳数据移位寄存到寄存器。
末级输出反相后，接到串行输入端。
Q3Q2Q1Q0
1
0000
0001
0011
0111
∧
Q0Q 1Q2Q 3
CP D SR
74194
S0
1
S1
0
RD D 0 D 1 D2 D 3 D SL
1000
1100
1110
1111
0010
0101
1011
0110
清零
1001 0100
1010
1101
移位寄存器构成旳移位计数器
异步清零 同步置数
高位向低位移动(左移) 低位向高位移动(右移)
保持
3 、用集成移位寄存器实现任意模值 旳计数分频
并行读出脉冲必须在经过5个移存脉冲后出 现，而且和移存脉冲出现旳时间错开。
D5
D4
D3
D2
D1
＆
＆
＆
＆
＆
并行读出指令
串行输 入 1D
11001
CI
1D Q1
CI
1D Q2
CI
1D Q3
CI
1D
Q4
Q5
CI
移存脉冲CP
分析：假设串行输入旳数码为10011（左边先入）
串—并行转换状态表
序号 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
工作过程： ①在开启脉冲和时钟ＣＰ作用下，执行并
行置入功能。片ⅡＱ３＝ＤＩ６。 ②开启脉冲消失，在ＣＰ作用下，因为标志位０
旳存在，使门Ｇ１输出为１，使得ＳＨ／ＬＤ ＝１，执行右移移位寄存功能。 ③后来在移存脉冲作用，并行输入数据由片Ⅱ旳 Ｑ３逐位串行输出，同步又不断地将片Ⅰ旳串 行输入端Ｊ，Ｋ＝１旳数据移位寄存到寄存器。
末级输出反相后，接到串行输入端。
Q3Q2Q1Q0
1
0000
0001
0011
0111
∧
Q0Q 1Q2Q 3
CP D SR
74194
S0
1
S1
0
RD D 0 D 1 D2 D 3 D SL
1000
1100
1110
1111
0010
0101
1011
0110
清零
1001 0100
1010
1101
移位寄存器构成旳移位计数器
异步清零 同步置数
高位向低位移动(左移) 低位向高位移动(右移)
保持
3 、用集成移位寄存器实现任意模值 旳计数分频
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扭环形计数器 1
1
0
1 0 0 0
0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL S1 CLK
S0
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
CLK
1
1
任 务 求 解
1 0 0 0 0 1 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0
0 0 0 1
1 1 1 0 0 0 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1
仿真
课中环节 内容小结 1.移位寄存器概念及分类 2.电路结构与工作原理 3.双向移位寄存器74LS194A功能
课前环节
课前下达任务 1. 温 故：D触发器相关知识点 2. 研究课题：彩灯控制器的设计
彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不 同的节拍循环显示各种灯光，并且变换花型。
实物演示，或是视频 任 务 驱 动
课中环节 目前观点： 1.时序逻辑电路设计的方法 2.单片机 3.译码器+门电路 课题简化： 使四路彩灯能够按照左 移和右移的顺序渐次点亮， 全亮后再顺次熄灭。
D0 D1 D2 D3 十进制数
原 数
相当于
0 0 0 1
0 0 0 1 1 0 0 0
8 4 2 1 ÷2 ÷4 ÷8
左移一位 左移二位 左移三位
应 用 扩 展
1 0 0 0
左移：从高位到低位，相当于除以2； 右移：从低位到高位，相当于乘以2。
[例6.3.1] : 分析下图电路的逻辑功能
m1 m3 m0 m2 ( M ) 1
n0 n n2n
1
3
(N )
Y M 8 N 2
工作状态 置零 保持 右移 左移 并行输入
S1 S0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL CLK S1 CLK
S0
74LS194 A
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
RD′
探 究 新 知
0
0 0 0 0
课中环节
2.功能
74LS194A的功能表
RD
0 1 1 1 1
××
0 0 1 1 0 1 0 1
2.功能
74LS194A的功能表
RD
0 1 1 1 1
××
0 0 1 1 0 1 0 1
S1 S 0
工作状态 置零 保持 右移 左移 并行输入
A4A3A2A1
S1 1 1 S0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL CLK S1 CLK
S0
74LS194 A
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
RD′
探 究 新 知
寄存器及 移位寄存器
• 教学方法：研究式教学法
课前 课中 课后
下达 研究课题
教员 理论精讲
讨论交流 学员 学以致用 总结评价
课中理论精讲
任务驱动 温故知新 探究新知 任务实现
分析课题，引出任务 回顾D触发器逻辑功能
研究移位寄存器功能
运用所学，实现任务
应用扩展
巩固小结
补充知识，扩展应用
共同回顾，小结内容
RD
0 1 1 1 1
××
0 0 1 1
S1 S 0 工作状态
0 1 0 1
置零 保持 右移 左移 并行输入
S1 S0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL CLK S1 CLK
S0
74LS194 A
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
RD′
巩 固 小 结
课后环节
课题的设计与制作
必做题目：花型1：8路彩灯从左到右顺次点亮， 全亮后逆序熄灭。
S1 S 0
工作状态 置零 保持 右移 左移 并行输入
S1 0 0 S0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL CLK S1 CLK
S0
74LS194 A
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
RD′
探 究 新 知
1
0 0 0 0
课中环节
2.功能
74LS194A的功能表
RD
0 1 1 1 1
××
0 0 1 1 0 1 0 1
这组代码在脉冲的作用下进行移位的器件。 2.分 类
逻辑 功能 存储代码 移位功能 左移位 寄存器 右移位 寄存器
探 究 新 知
单向移位 寄存器
双向移位 寄存器
课中环节
二、 电路结构及工作原理
1.电路结构
串行数据输入端
并行数据输出端
Q0
FF1
Q11
FF2
1D
Q2
FF3
Q3
1D
DI
CLK
FF0
1D
1D
任 务 驱 动
课中环节
寄存器的功能及应用 集成电路74LS194A
内容
重点
移位的工作原理
难点
任 务 驱 动
D 触 发 器 ( D Flip-Flop)
信号 输入端 存储数据
D
0 1
1D
Q
Q
互补 输出端
温 故 知 新
CLK
时钟脉冲
> C1
逻辑符号
特性方程： Q0*=D
一、 寄存器（Shift Register）
选作题目：花型2：8路彩灯从中间到两边对称地 逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐 次渐灭。
花型3：8路彩灯分两半，从左至右顺 次点亮，全亮后再全灭，循环三次。
学 以 致 用
课后环节
设计要求：1.设计出仿真电路图；
2.预约创新实验室进行实物制作； 3.形成设计报告网络课程提交讨论。
学 以 致 用
敬请批评指正!
××
0 0 1 1 0 1 0 1
S1 S 0
工作状态 置零 保持 右移 左移 并行输入
A4A3 A2
S1 0 1 S0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL CLK S1 CLK
S0
74LS194 A
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
RD′
探 究 新 知
1
A1 0 0 0
课中环节
2.功能
74LS194A的功能表
控 S 1 制 S 0 端
D IR D0 D1 D2 D3 D IL CLK S1 CLK
S0
74LS194 A
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
RD′
并行数据输出
双列直插式引脚图
探 究 新 知
课中环节
2.功能
74LS194A的功能表
RD
0 1 1 1 1
××
0 0 1 1 0 1 0 1
S1 S 0
S1 S 0
工作状态 置零 保持 右移 左移 并行输入
A4A3A2 A1
S1 0 1 S0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL CLK S1 CLK
S0
74LS194 A
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
RD′
探 究 新 知
1
0 0 0 0
课中环节
2.功能
74LS194A的功能表
RD
0 1 1 1 1
1
课中环节
课题
环形计数器 研究课题:能否使四路彩灯能够按照左移和
右移的顺序渐次点亮,，全亮后再顺次熄灭。
1
1000 0100
0
1 0 0 0
CLK
0
D IR D0 D1 D2 D3 D IL S1 CLK
S0
Q0 Q1 Q2 Q3
RD
1
0001 0010
1
1 1 0 0 0
仿真
任 务 求 解
课中环节
探 究 新 知
串行—并行转换
课中环节
2.工作原理
FF0
1D
Q0
DI
CLK
FF1
Q1
FF2
1D
Q2
FF3
1D
1D
Q3 DO
> C1
> C1
> C1
> C1
探 究 新 知
课中环节
思考：经过多少个脉冲在 DI串行输入的 并行—串行转换
数据能在DO端串行输出？
1011
DI
FF0
1D
Q0
Q1
FF1 FF2
D0 0
D1 1
1D C1 R 1D C1 R
Q0
Q0
Q1
Q1
Q2
D2 0
D3 1
CLK
1D C1 R 1D C1 R
Q2
Q3
Q3
探 究 新 知
RD
74LS175的逻辑电路
课中环节
二、 移位寄存器（Shift Register）
1.概 念 移位寄存器用于寄存一组二值代码，并将
CLK 1
D0D1 D2 D3 R D CP 74LS S1 194 S0 D Q0 Q1 Q2 Q3 IR
8位右移寄存器
D0D1 D2 D3 R D S1 74LS CP S0 194 D Q0Q1 Q2 Q3
IR
N右移1位 M右移3位
8位并行 加法器
输 出 低 位
C
A 0 A1 A 2A3 S0 CO S1 S2 74283CI S3B B B B 0 1 3 2 A 0 A1 A 2 A3 S0 CO S 74283 S1 2 CI S B0 B1 B2 B3 3
y3 y2 y1 y0
(Y )
Q0 Q1 Q2 Q3
1
y7 输 y6 出 y5 高 y4 位 (Y )
CLK 2
CP 74LS S1