寄存器和移位寄存器

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一、数码寄存器

它仅仅用来暂时寄存二进制信息。74LS451型四位数码寄存器的内部逻辑电路图:

寄存器和移位寄存器

四个D触发器组成,有反码和原码两种码输出,D3D2D1D0是待寄存的数据输入端,LE是写入数据控制端,CR为清零端。电路的操作过程如下:

1. CR=1,寄存器清零Q3Q2Q1Q0=0000;

2. 放置好数据,如D3D2D1D0=1011;

3. 给写命令LE高电平,1011就写入触发器中;

下图是由8个D触发器构成的8位数码寄存器,电路具有三态输出,一个写入控制和读出控制端。

寄存器和移位寄存器

寄存器和移位寄存器这是一个CPU和RAM之间进行信息读取的硬件电路,CPU的地址低二位A1、A0控制373进行数据存入或读出,373作RAM的地址锁存用。数据读取具体操作如下:

1)CPU地址A1A0=11,CPU的P1口送出一个数据,然后A1A0=00,这时CPU送出的数据被锁存在373中,该数据成为RAM的读写地址了;

2)CPU对该地址中的具体内容进行写入或读出操作,当CPU的A2=0,读出RAM中的信息传输到CPU,当A2=1时,CPU中的信息存入RAM;

二、移位寄存器

移位寄存器除能寄存二进制信息以外,还能对存入的信息在时钟脉冲的作用下进行移位操作。

1. 单向移位寄存器

将寄存器中的数据实现单方向(向左或向右)移位操作。

四位右向移位寄存器逻辑电路。

寄存器和移位寄存器

电路的四种操作模式:

⑴ 串行输入/输出(SISO):一位数据一个CP脉冲地依次存入,如存入D3D2D1D0=1011信息。

⑵ 串行输入/并行输出(SIPO):当用四个CP脉冲存入1011信息后,Q3Q2Q1Q0=1011了,然后,可以从Q3Q2Q1Q0端一起输出。

⑶ 并行输入/输出(PIPO):寄存器清零后,信息从并行输入端通过寄存命令LE一次存入,存入后可以从 Q3Q2Q1Q0端一起输出。

⑷ 并行输入/串行输出(PISO):并行存入数据后,依次加入CP脉冲,则数据就从串行输出端依次输出。从数据的高低位讲:是高位数据依次向低位移位;所以,通常右移是指:高位数据依次向低位移位,即每移动一位相当于÷2(×2-1);而左移是指:低位依次向高位移位操作,即每左移一位相当于×2;

2. 双向移位寄存器

在控制信号的控制下,信息可以依次从右向左或从左向右存入并实现移位操作。双向移位寄存器CC40194型的逻辑电路图:

寄存器和移位寄存器

四个D 触发器的D 端信息由四选一的选择器决定。S2S1是四选一的地址控制。S2S1=00,为保持;S2S1=01,右移;S2S1=10,左移;S2S1=11,并行存数;可以写出四个4/1的输出函数关系式:如最高位1D3函数,寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器

寄存器和移位寄存器

三、移位寄存器的应用举例

寄存器和移位寄存器1. 数字延迟线

n位的移位寄存器连接成右移串行输入模式,先在右移串行输入端加一个高电平脉冲,CP上升沿到达后,将高电平存入n位中的最高位,然后,经过(n-1)个CP周期,该高电平出现在输出Q0,实现了延迟的目的。

2. 产生序列脉冲

寄存器和移位寄存器

n位的移位寄存器连接成循环右移模式,如图,并行输入序列代码数据后,该序列就在移位寄存器中循环移位,产生一系列脉冲。如以四位为例子,并行存入0110序列代码后,序列脉冲波形如图所示。

寄存器和移位寄存器

3. 构成乘法器电路

乘法器的符号位用二个乘数的符号位异或实现,所以,乘法用原码运算最方便。下面求乘法运算时的算法。令被乘数为:寄存器和移位寄存器,乘数为:寄存器和移位寄存器

两数值部分相乘有:寄存器和移位寄存器

式中的寄存器和移位寄存器分别表示不移位、左移一位,二位, …,m-1位。这表明,乘积的数值等于被乘数左移和相加二部分操作完成。
二个三位二进制数乘法电路:

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4. 构成除法器

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时序逻辑电路的设计方法:

在前面用触发器设计计数器时,只要知道电路的状态转换图,在选定触发器型号后,就可以设计出电路来,因此,画出原始的状态转换图是关键。所以,一般时序电路设计步骤如下:

一、进行逻辑抽象,得出待设计电路的状态转换图或状态转换表。由题意确定输入/输出变量及电路所需要的状态数。将状态编号后,按题意画出状态转换图。

二、状态化简。电路的状态转换数目越少时,设计出来的电路也越简。如果两个状态在输入相同,输出也相同时,称这两个状态等价,这两个状态可以合并成为一个状态,状态化简后,使状态转换图最简。

三、状态分配(状态编码)。由状态转换图中的状态数,确定所需要的触发器个数n,若状态数M时,则触发器个数为:寄存器和移位寄存器,n个触发器可以有寄存器和移位寄存器个状态,当状态分配(状态编码)方案不合理时,设计出来的电路会复杂的多。通常,状态分配以自然二进制规律进行分配。然后,画出编码后的状态转换图。

四、选定触发器的型号,列出现—次态状态转换、激励要求和电路输出状态关系表,求出驱动方程、输出方程,画出电路图。(这一步和计数器设计时相同)。

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