移位寄存器工作原理_4位移位寄存器工作原理_4位雙向移位寄存器74LS194邏輯電路和圖形符號

　　在數(shù)字電路中，移位寄存器（英語：shift register）是一種在若干相同時(shí)間脈沖下工作的以觸發(fā)器為基礎(chǔ)的器件，數(shù)據(jù)以并行或串行的方式輸入到該器件中，然后每個(gè)時(shí)間脈沖依次向左或右移動一個(gè)比特，在輸出端進(jìn)行輸出。這種移位寄存器是一維的，事實(shí)上還有多維的移位寄存器，即輸入、輸出的數(shù)據(jù)本身就是一些列位。實(shí)現(xiàn)這種多維移位寄存器的方法可以是將幾個(gè)具有相同位數(shù)的移位寄存器并聯(lián)起來。

　　移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。

　　移位寄存器工作原理_4位移位寄存器工作原理_4位雙向移位寄存器74LS194邏輯電路和圖形符號----移位寄存器原理

　　移位寄存器不僅能寄存數(shù)據(jù)，而且能在時(shí)鐘信號的作用下使其中的數(shù)據(jù)依次左移或右移。四位移位寄存器的原理圖如圖所示。F0、F1、F2、F3是四個(gè)邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器的輸出端Q接到右邊一個(gè)觸發(fā)器的輸入端D。因?yàn)閺臅r(shí)鐘信號CP的上升沿加到觸發(fā)器上開始到輸出端新狀態(tài)穩(wěn)定地建立起來有一段延遲時(shí)間，所以當(dāng)時(shí)鐘信號同時(shí)加到四個(gè)觸發(fā)器上時(shí)，每個(gè)觸發(fā)器接收的都是左邊一個(gè)觸發(fā)器中原來的數(shù)據(jù)（F0接收的輸入數(shù)據(jù)D1）。寄存器中的數(shù)據(jù)依次右移一位。

　　移位寄存器工作原理_4位移位寄存器工作原理_4位雙向移位寄存器74LS194邏輯電路和圖形符號----由JK觸發(fā)器組成的4位移位寄存器工作原理

　　移位寄存器不僅有存放數(shù)碼而且有移位的功能。所謂移位，就是每當(dāng)來一位移位脈沖（時(shí)鐘脈沖），觸發(fā)器的狀態(tài)便向右或向左移動一位，也就是指寄存的數(shù)碼可以在移位脈沖的控制下依次進(jìn)行移位。移位寄存器在計(jì)算機(jī)中應(yīng)用廣泛。

　　圖1所示是由JK觸發(fā)器組成的4位移位寄存器。接成D觸發(fā)器，數(shù)碼由D端輸入。設(shè)寄存的二進(jìn)制數(shù)為1011，按移位脈沖（即時(shí)鐘脈沖）的工作節(jié)拍從高位到低位依次串行送至D端。工作之初先清零。首先，第一個(gè)移位脈沖的下降沿來到時(shí)使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，，其他保持0態(tài)。接著，第二個(gè)移位脈沖的下降沿來到時(shí)使和同時(shí)翻轉(zhuǎn)，由于的J端為1，的J端為0，所以，，和仍為0。以后過程見表1，移位一次，存入一個(gè)新數(shù)碼，直到第4個(gè)脈沖的下降沿來時(shí)，存數(shù)結(jié)束。這時(shí)，可以從4個(gè)觸發(fā)器的Q端得到并行的數(shù)碼輸出。

　　圖1 由JK觸發(fā)器組成的4位移位寄存器

　　表1 移位寄存器的狀態(tài)表

　　移位寄存器工作原理_4位移位寄存器工作原理_4位雙向移位寄存器74LS194邏輯電路和圖形符號----由D觸發(fā)器組成的4位移位寄存器_4位雙向移位寄存器74LS194邏輯電路和圖形符號

　　移位寄存器不但可以寄存數(shù)碼，而且在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移動。移位寄存器也是數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中應(yīng)用很廣泛的基本邏輯部件。

　　圖1所示電路是由邊沿D觸發(fā)器組成的4位移位寄存器。

　　由圖1可知，由第一個(gè)D觸發(fā)器FF0的輸入端接收輸入信號，其余的每個(gè)觸發(fā)器的輸入端均與前一個(gè)觸發(fā)器的輸出端相連。各觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖控制端與同一個(gè)時(shí)鐘脈沖CP信號相連，因此各觸發(fā)器的觸發(fā)時(shí)刻相同，都是CP脈沖的上升沿。

　　下面以4位二進(jìn)制代碼1101為例，說明圖1所示移位寄存器的寄存過程。

　　二進(jìn)制代碼1101以串行的方式從串行輸入端DI依次輸入。設(shè)各觸發(fā)器的初始狀態(tài)為零，即Q3Q2Q1Q0=0000。

　　圖1 由D觸發(fā)器組成的4位移位寄存器

　　首先，將第一個(gè)二進(jìn)制碼“1”輸入串行輸入端DI。當(dāng)移位脈沖CP的第一個(gè)上升沿到達(dá)時(shí)，個(gè)觸發(fā)器將各自的輸入端狀態(tài)傳輸?shù)捷敵龆?。由于從CP脈沖的上升沿到達(dá)開始到各觸發(fā)器次態(tài)的建立需要一段傳輸延時(shí)時(shí)間，因此當(dāng)CP脈沖的上升沿同時(shí)作用于各觸發(fā)器時(shí)，各觸發(fā)器輸入端的狀態(tài)還沒有改變。于是FF3按Q2原來的狀態(tài)觸發(fā)，F(xiàn)F2按Q1原來的狀態(tài)觸發(fā)，F(xiàn)F1按Q0原來的狀態(tài)觸發(fā)，F(xiàn)F0按串行輸入端D1的狀態(tài)觸發(fā)。因此，當(dāng)CP的第一個(gè)上升沿到達(dá)后，各觸發(fā)器的狀態(tài)變?yōu)镼3Q2Q1Q0=0001。

　　同理，將第二個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼“1”送入串行輸入端D1，當(dāng)CP的第二個(gè)上升沿到達(dá)時(shí)，各觸發(fā)器的狀態(tài)變?yōu)镼3Q2Q1Q0=0011。以此類推，當(dāng)?shù)?個(gè)移位脈沖過后，將這4個(gè)二進(jìn)制代碼儲存到了4個(gè)觸發(fā)器的輸入端Q3Q2Q1Q0=1101。

　　移位數(shù)據(jù)寄存情況如表1所示。也可以用波形圖的形式表示移位寄存器的數(shù)據(jù)寄存情況，如圖2所示。

　　圖2 圖1電路的波形圖

　　從圖6-5-3所示的波形圖可以看出，經(jīng)過4個(gè)CP脈沖后，串行輸入的4位二進(jìn)制代碼全部已入了移位寄存器中，同時(shí)可以從4個(gè)觸發(fā)器的輸出端同時(shí)輸出這4為二進(jìn)制代碼。如果繼續(xù)加入4個(gè)CP脈沖，則可以從串行輸入-并行輸出和串行輸出入-串行輸出。由于在移位脈沖的作用下，二進(jìn)制代碼在移位寄存器中依次右移，所以又稱為右移移位寄存器。當(dāng)移位寄存器的電路實(shí)現(xiàn)的是在移位脈沖的作用下，二進(jìn)制代碼在移位寄存器中依次左移，這種寄存器稱為左移移位寄存器。

　　為了便于擴(kuò)展移位寄存器的功能和增加使用的靈活性，在定型生產(chǎn)的移位寄存器集成電路上有的又附加了左移、右移控制，并行數(shù)據(jù)輸入、保持、異步置零（復(fù)位）等功能。圖3所示為4位雙向移位寄存器74LS194的邏輯電路和圖形符號。

　　圖3（a） 邏輯圖圖3（b） 圖形符號

　　由圖3所示，雙向移位寄存器74LS194由4個(gè)RS觸發(fā)器和輸入控制電路組成。DIR為數(shù)據(jù)右移串行輸入端，DIL為數(shù)據(jù)左移串行輸入端，D0～D3為數(shù)據(jù)并行輸入端，Q0～Q3為數(shù)據(jù)并行輸出端，同時(shí)Q3還可以作為數(shù)據(jù)串行輸出端，CP為移位脈沖控制端為清零端，移位寄存器正常工作時(shí)該端置“1”，S0、S1為雙向移位寄存器的工作狀態(tài)控制端。

　　74LS194既可以實(shí)現(xiàn)串行輸入，也可以并行輸入；既可以實(shí)現(xiàn)串行輸出，也可以并行輸出，在串行寄存方式中，既可以實(shí)現(xiàn)右移寄存，也可以實(shí)現(xiàn)左移寄存，還可以保持?jǐn)?shù)據(jù)不變。74LS194雙向移位寄存器的這些工作狀態(tài)都是由控制端S0、S1實(shí)現(xiàn)的，如表1所示。表1稱為74S194的邏輯功能表。

　　當(dāng)S1=S0=0時(shí)，移位寄存器處于數(shù)據(jù)保持狀態(tài)。此時(shí)不論輸入端和移位脈沖輸入端有何變化，移位寄存器各輸出端的狀態(tài)保持不變。

　　當(dāng)S1=0，S0=1時(shí)，移位寄存器保持右移寄存狀態(tài)。隨著位移脈沖的到來，右移串行輸入端DIR的數(shù)據(jù)依次寄存到寄存器中，并且移位寄存器中的數(shù)據(jù)依次右移。

　　當(dāng)S1=1，S0=0時(shí)，移位寄存器處于左移寄存狀態(tài)。隨著移位脈沖的到來，左移串行輸入端DIL的數(shù)據(jù)依次寄存到寄存器中，并且移位寄存器中的數(shù)據(jù)依次左移。

　　當(dāng)S1=1，S0=1時(shí)，位移寄存器處于并行輸入寄存狀態(tài)。此時(shí)串行輸入端的數(shù)據(jù)不起任何作用。當(dāng)移位脈沖CP來一個(gè)脈沖時(shí)，寄存器將并行輸入端D0～D3的數(shù)據(jù)并行輸入到并行輸出端Q0～Q3。

　　例1 用兩片4位雙向移位寄存器74LS194接成一個(gè)8位雙向移位寄存器。

　　解 所要涉及的8位雙向移位寄存器需要完成8位二制數(shù)據(jù)的寄存，因此需要由兩片4位雙向移位寄存器74LS194組成。同時(shí)，8位雙向移位寄存器應(yīng)具備4位雙向移位寄存器所有的邏輯功能，即能實(shí)現(xiàn)并行輸入、左移寄存、右移寄存、數(shù)據(jù)保持和異步清零等功能。

　　如圖4所示，通過分析，將兩片4位雙向移位寄存器的輸入和輸出同時(shí)作為8位雙向移位寄存器的輸入和輸出。將74LS194（I）的右移串行輸入端作為8位雙向移位寄存器的右移串行輸入端，同時(shí)將74LS194（I）的串行輸出端與右側(cè)74LS194（II）的右移串行輸入端相連。同樣，將74LS194（II）的左移輸入端作為8位雙向移位寄存器的左移串行輸出端，同時(shí)將74LS194（II）的串行輸出端與74LS194（I）的左移串行輸入端相連。將兩片4位雙向移位寄存器的移位脈沖輸入端、清零端和工作狀態(tài)輸入端分別相連。這樣，就實(shí)現(xiàn)了用兩片4位雙向移位寄存器74LS19474LS194接成一個(gè)8位雙向移位寄存器。

　　圖4 例1的電路圖

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