移位寄存器的工作原理是什么?

移位寄存器的工作原理是什么?

把若干個觸發(fā)器串接起來,就可以構(gòu)成一個移位寄存器。由4個邊沿D 觸發(fā)器構(gòu)成的4位移位寄存器邏輯電路如圖8.8.1所示。數(shù)據(jù)從串行輸入端D1輸入。左邊觸發(fā)器的輸出作為右鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入。假設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)為0000，現(xiàn)將數(shù)碼D3D2D1D0(1101)從高位(D3)至低位依次送到D1端，經(jīng)過第一個時鐘脈沖后，Q0＝D3。由于跟隨數(shù)碼D3后面的數(shù)碼是D2，則經(jīng)過第二個時鐘脈沖后,觸發(fā)器FF0的狀態(tài)移入觸發(fā)器FF1,而FF0變?yōu)樾碌臓顟B(tài),即Q1＝D3，Q0＝D2。依此類推,可得4位右向移位寄存器的狀態(tài), 如表8.8.1所示。

由表可知，輸入數(shù)碼依次地由低位觸發(fā)器移到高位觸發(fā)器,作右向移動。經(jīng)過4個時鐘脈沖后,4個觸發(fā)器的輸出狀態(tài)Q3Q2Q1Q0與輸入數(shù)碼D3D2D1D0相對應(yīng)。為了加深理解,在圖8.8.2中畫出了數(shù)碼1101(相當于D3＝1,D2＝1,D1＝0 ,D0＝1)在寄存器中移位的波形,經(jīng)過了4個時鐘脈沖后,1101出現(xiàn)在寄存器的輸出端Q3Q2Q1Q0。這樣，就可將串行輸入（從D1端輸入）的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為并行輸出（從Q3、Q2、Q1、Q0端輸出）的數(shù)碼。這種轉(zhuǎn)換方式特別適用于將接收到的串行輸入信號轉(zhuǎn)換為并行輸出信號，以便于打印或由計算機處理。

在圖8.8.3中還畫出了第5到第8個時鐘脈沖作用下，輸入數(shù)碼在寄存器中移位的波形(如圖8.8.2所示)。由圖可見，在第8個時鐘脈沖作用后，數(shù)碼從Q3端已全部移出寄存器。這說明存入該寄存器中的數(shù)碼也可以從Q端串行輸出。根據(jù)需要，可用更多的觸發(fā)器組成多位移位寄存器。

除了用邊沿D 觸發(fā)器外,還可用其他類型的觸發(fā)器來組成移位寄存器,例如,用主從JK 觸發(fā)器來組成移位寄存器，其級間連接方式如圖8.8.3所示。根據(jù)JK觸發(fā)器的特征方程，由圖8.8.3可得:

FF2和FF3的接法與FF1完全相似，所以各JK 觸發(fā)器均以D 觸發(fā)器的功能工作，圖8.8.3和圖8.8.1所示電路具有相同的功能。

雙向移位寄存器:

若將圖8.8.1所示電路中各觸發(fā)器間的連接順序調(diào)換一下，讓右邊觸發(fā)器的輸出作為左鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入，則可構(gòu)成左向移位寄存器。若再增添一些控制門,則可構(gòu)成既能右移(由低位向高位)、又能左移(由高位至低位)的雙向移位寄存器。圖8.8.4是雙向移位寄存器的一種方案,它是利用邊沿D 觸發(fā)器組成的,每個觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D 同與或非門組成的轉(zhuǎn)換控制門相連,移位方向取決于移位控制端S的狀態(tài)。

當S=1時，D0＝DSR,D1=Q0,即FF0的D0端與右移串行輸入端DSR接通，F(xiàn)F1的D1端與Q0接通，在時鐘脈沖CP 作用下，由DSR端輸入的數(shù)據(jù)將作右向移位；反之，當S=0時，D0＝Q1 ，D1＝Q2，在時鐘脈沖CP作用下，Q2、 Q1的狀態(tài)將作左向移位。同理，可以分析其他兩位觸發(fā)器間的移位情況。由此可見，圖8.8.4所示寄存器可作雙向移位。當S=1時，數(shù)據(jù)作右向移位；當S=0時，數(shù)據(jù)作左向移位。可實現(xiàn)串行輸入——串行輸出（由DOR 或DOL 輸出）、串行輸入――并行輸出工作方式（由Q3～Q0 輸出）。

有時要求在移位過程中數(shù)據(jù)不要丟失，仍然保持在寄存器中。只要將移位寄存器的最高位的輸出接至最低位的輸入端，或?qū)⒆畹臀坏妮敵鼋又磷罡呶坏妮斎攵恕＿@種移位寄存器稱為循環(huán)移位寄存器，它也可以作為計數(shù)器用，稱為環(huán)行計數(shù)器。

移位寄存器工作原理

??? 移位寄存器不僅能夠寄存數(shù)碼，而且具有移位功能。移位是數(shù)字系統(tǒng)和計算機技術(shù)中非常重要的一個功能。如二進制數(shù)0101乘以2的運算，可以通過將0101左移一位實現(xiàn)；而除以2的運算則可通過右移一位實現(xiàn)。
??? 移位寄存器的種類很多，有左移寄存器、右移寄存器、雙向移位寄存器和循環(huán)移位寄存器等。
??? 圖9-14所示是由四個觸發(fā)器組成的四位左移寄存器。數(shù)碼從第一個觸發(fā)器的端串行輸入，使用前先用將各觸發(fā)器清零?，F(xiàn)將數(shù)碼 1101從高位到低位依次送到端。

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?????????????????????????????????????????? 圖9-14 由觸發(fā)器組成的四位左移寄存器

?表9-6 四位左移寄存器狀態(tài)表
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??? 第一個CP過后，=d3=1，其他觸發(fā)器輸出狀態(tài)仍為0，即=000，d3= 0001。第二個CP過后，=d2=1，=d3=1，而==0。經(jīng)過四個CP脈沖后，=d3d2d1d0=1101，存數(shù)結(jié)束。各輸出端狀態(tài)如表9-6所示。如果繼續(xù)送四個移位脈沖，就可以使寄存的這四位數(shù)碼1101逐位從端輸出，這種取數(shù)方式為串行輸出方式。直接從 取數(shù)為并行輸出方式。