第二十六讲 寄存器和移位寄存器 7.4.1 寄存器 1.定义 2.电路举例 3.逻辑功能分析 7.4.2 移位寄存器 一、单向移位寄存器 ㈠ 由4个维持阻塞D触发器组成4位右移位寄存器。 1.逻辑电路: 2.工作原理 3.右移位寄存器的状态表 ㈡ 4位左移位寄存器。 二、双向移位寄存器4位双向移位寄存器CT74LS194 1.逻辑功能示意图 2.功能表 3.主要功能分析 7.4.3 移位寄存器的应用 一、环形计数器 逻辑电路、工作原理 1.写方程式 2.状态转换真值表 3.逻辑功能 4.工作波形(在有效状态时)。 5.优缺点: 二、扭环计数器 同环形计数器的分析过程 7.4.4 顺序脉冲发生器 一、基本概念 二、由环形计数器实现 三、由双向移位寄存器CT74LS194构成 ㈠ 顺序正脉冲 ㈡ 顺序负脉冲 四、还可以用计数器+译码器实现
现代教学方法与手段:DLCCAI或EWB演示移位寄存器和顺序脉冲发生器的逻辑功能
7.4 寄存器和移位寄存器 寄存器:存放数码、运算结果或指令的电路。 移位寄存器:不但可存放数码,而且在移位脉冲作用下,寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位。 一个触发器可存储一位二进制代码。 n位二进制代码寄存器需n个触发器。 寄存器应用举例:1 运算中存贮数码、运算结果。2 计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成,其中就有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器。 课堂讨论:寄存器与存储器有何区别? 寄存器内存放的数码经常变更,要求存取速度快,一般无法存放大量数据。(类似于宾馆的贵重物品寄存、超级市场的存包处。) 存储器存放大量的数据,因此最重要的要求是存储容量。(类似于仓库) 7.4.1 寄存器 1.定义 寄存器:用以存放二进代码的电路。 2.电路举例 由维持阻塞D触发器组成的4位数码寄存器。
3.逻辑功能分析: 7.4.2 移位寄存器 具有存放数码和使数码逐位右移或左移的电路称作移位寄存器,又称移存器。 课堂讨论:二进制的乘除法如何实现?(利用了移位寄存器) 移位寄存器又分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。
一、单向移位寄存器 ㈠ 由4个维持阻塞D触发器组成4位右移位寄存器。
1.逻辑电路: 4个D触发器共用一个时钟脉冲信号,因此为同步时序逻辑电路。 数码由最左边的FF0的DI端串行输入。
2.工作原理 每一个触发器的输出→其右边触发器的输入, 则对应每一个CP上升沿,数据右移一位。
3.右移位寄存器的状态表
并行输出方式:数码由Q3、Q2、Q1、Q0取出
串行输出方式:数码从Q3取出,但需要输入4(触发器的个数)+4(数码位数)个移位脉冲才能从4位寄存器中取出存放的4位数码1011。
㈡ 4位左移位寄存器。 数码由最右边的FF3的 端串行输入。 每一个触发器的输出→其左边触发器的输入, 则对应每一个CP上升沿,数据左移一位。
二、双向移位寄存器
3.主要功能分析。(根据功能表分析,不写板书)
7.4.3 移位寄存器的应用 一、环形计数器
为同步时序逻辑电路。
下面分析它的工作原理。(巩固已经学过的同步电路的分析方法。可简单讲分析过程,重点讲明逻辑功能和工作波形。) 1.写方程式
2.状态转换真值表
3.逻辑功能 ① 4位环形计数器只有4个有效工作状态,即只能计4个数。 ② 状态利用率很低:由4个触发器组成的二进制计数器有16个不同的状态。因此,有12个无效状态。 ③ 能够自启动:如由于某种原因而进入无效状态时,只要继续输入计数脉冲CP,电路就会自动返回有效状态工作。 4.工作波形(在有效状态时)。 Q0、Q1、Q2、Q3输出的波形为一组顺序脉冲(依次出现正脉冲),因此,环形计数器也是一个顺序脉冲发生器。(本节稍后将会讲到)
5.优缺点: 优点:电路简单。 缺点:电路状态利用率低,计n个数,需n个触发器,很不经济。
自启动扭环计数器,为同步时序逻辑电路。
下面分析它的工作原理。(巩固已经学过的同步电路的分析方法。可简单讲分析过程,重点讲明逻辑功能、工作波形。)
1.写方程式
2.状态转换真值表
3.逻辑功能 ① 4位扭环计数器只有8个有效工作状态,即能计8个数。 ② 状态利用率较低:由4个触发器组成的二进制计数器有16个不同的状态。因此,有8个无效状态。 ③ 能够自启动:如由于某种原因而进入无效状态时,只要继续输入计数脉冲CP,电路就会自动返回有效状态工作。
4.工作波形(在有效状态时)。 5.优缺点: 优点:每次状态变化只有一个触发器翻转,不存在竞争冒险现象,电路比较简单。 缺点:电路状态利用率不高。
7.4.4 顺序脉冲发生器 一、基本概念 顺序脉冲:指在每个循环周期内,在时间上按一定先后顺序排列的脉冲信号。 顺序脉冲发生器:产生顺序脉冲信号的电路。 应用:在数字系统中,常用以控制某些设备按照事先规定的顺序进行运算或操作。 复习(提问):总线传输时多个三态门的EN取值有何要求(顺序脉冲) 二、由环形计数器实现(需几个顺序脉冲,就用几位环形计数器) 三、由双向移位寄存器CT74LS194构成 (以下电路只是提供一种方案,灵活使用CT74LS194,实际上还可以有更多方案。) ㈠ 顺序正脉冲
图7.4.6(a)所示。 令=1、D0D1D2D3=0001、Q0=DSL 1.先并行置数 令M1M0=11,加CP有效↑,Q0Q1Q2Q3=D0D1D2D3=0001 2.再不断左移 再令M1M0=10 ,加CP有效↑ 电路开始左移操作,由Q3~Q0端依次输出顺序脉冲。 3.得到顺序正脉冲 顺序脉冲的宽度为CP的一个周期。 它实际上也是一个环形计数器。 ㈡ 顺序负脉冲 图7.4.7(b)所示。 令=1、D0D1D2D3=0111、M0=1、Q3=DSR 1.先并行置数 加启动负脉冲时→M1=1→M1M0=11,加CP有效↑ Q0Q1Q2Q3=D0D1D2D3=0111 启动脉冲结束后为高电平。 2.再不断左移 由于Q0=0→G1输出1→G2输出0→M1=0 即M1M0=01,加CP有效↑ 电路开始右移操作,由Q0~Q3依次输出低电平顺序脉冲。 3.得到顺序负脉冲
四、还可以用计数器+译码器实现(提示出来,供学生思考)
现代教学方法与手段:DLCCAI或EWB演示移位寄存器和顺序脉冲发生器的逻辑功能
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