实验七移位寄存器及其应用讲解.docx

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实验七移位寄存器及其应用讲解

实验七移位寄存器及其应用

、实验目的

1.掌握中规模4位双向移位寄存器逻辑功能及使用方法。

2.熟悉移位寄存器的应用一一环形计数器。

二、实验原理

1.移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存的代码能够在移位脉

冲的作用下依次左移或右移。

既能左移又有右移的称为双向移位寄存器，只需要改变左、右

移的控制信号便可实现双向移位要求。

根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：

串入串出、

串入并出、并入串出、并入并出四种形式。

本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为74LS194或CC40194，两者功能相同,可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图1所示。

7^194

（OC40194）

图174LS194的逻辑符号及其引脚排列

行输入端，SL为左移串行输入端，S,、S0为操作模式控制端；CR为直接无条件清零端；

CP为时钟脉冲输入端。

74LS194有5种不同操作模式：

即并行送数寄存，右移（方向由Q3

tQ0）,左移（方向由Q0tQ3）,保持及清零。

S1、S0和CR端的控制作用如表1所示。

表1

CP

-

CR

Si

4

功能

QiQzQiQo|

X

0

X

X

清除

^=0t使QQQiQ^OOOO角存器正常工作故鯨

1

1

1

送数

CP上升沿作用后，并行输人数擴送人寄存雜°QjCfaQA=

UUDiDfe此时串行数SCSxaSl）被禁止

1

0

1

右移

串行数据送至右移上升沿进行右移。

QQQQ毛rQQjQ

fI

1

1

0

左移

串行数据送至左移输入JSSt，CP土升沿进行左移。

uQQQ）%

f

1

0

0

保持

CP作用后寄存器内容保持不变GbQ2QjQ）=QSQ?

QfQS

1

X

X

保持

QQQ如OSOJOfOS

2•移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器；顺序脉冲发生器；串行累加器；

可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。

本实验

研究移位寄存器用作环形计致器和串行累加器的线路及其原理。

（1）环形计数器：

把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可以进行循环移位，

如图2所示，把输出端Q0和右移串行输入端Sr相连接，设初始状态Q3Q2QiQ0=1OOO,则在时钟脉冲作用下Q3Q2Q1Qo将依次变为0100t0010^0001t1000……,可见它是具有四个有效状态的计数器，这种类型的计效器通常称为环形计数器。

图2电路可以由各个

输出端输出在时间上有先后顺序的脉冲，因此也可作为顺序脉冲发生器。

（2）串行累加器（了解内容）

累加器是由移位寄存器和全加器组成的一种求和电路，它的功能是将本身寄存的数和另

一个输入的数相加，并存放在累加器中。

图3是由二个右向移位寄存器、一个全加器和一个进位触发器组成的串行累加器。

设开始时，被加数A=0An」•-A0和加数B=0BN1…B0已分别存入N+1位累加数移位寄存器和加数移位寄存器。

再设进位触发器D已被清零。

在第一个CP脉冲到来之前，全加器各输入、输出端的情况为：

An=A0,Bn=B0,CnJ=

0,Sn=A0+B0+0=S0,Cn=C0。

当第一个CP脉冲到来后，S0存入累加移位寄存器的

最高位，C0存入进位触发器D端，且两个移位寄存器中的内容都向右移动一位。

全加器输

S1存入累加和移位寄存器

在第二个脉冲到来后，两个移位寄存器的内容又右移一位，

的最高位，原先存入的

S0进入次高位，C1存入进位触发器Q端，全加器输出为：

Sn=

A2+B2+C1,Cn=C2。

如此顺序进行，到第N+1个CP时钟脉冲后，不仅原先存入两个移位寄存器中的数已被

全部移出，且A、B两个数相加的和及最后的进位CnJ也被全部存入累加和移位寄存器中。

若需要继续累加，则加数移位寄存器中需再一次存入新的加数。

中规模集成移位寄存器，其位数往往以4位居多，当需要的位数多于4位时，可把几块移位寄存器用级联的方法来扩展位数。

三、实验设备及器件

1、数字电路实验箱2、双踪示波器

3、万用表4、74LS194（CC40194）X1

四、实验内容

1.测试74LS194（或CC40194）的逻辑功能

按图4接线，即CR、S1、S0、SL、SR、D3、D2、D1、D0分别接至逻辑开关的输

出插口；Q3、Q2、Q1、Q0接至LED逻辑电平显示输入插口。

CP端接（正或负）单次脉

冲源输出插口。

按表9-9-2所规定的输入状态，逐项进行测试。

ftLED*

+5V网电乎M

16

颯示捕口

J、

K

15

112

Illi109

bC

74LS194

1

岳％D

aDiDiDk

1

2i

k

6|7丄g

1

/

V—~~~1接湮辑幵关愉岀播口

图4741S194逻辑功能测试

（1）清除：

令CR=0，其它输入均为任意态，这时寄存器输出Q3、Q2、Q1、Q0均为o。

清除后，置CR=I。

（2）送数：

令CR=S1=So=1，送入任意4位二进制数，如D3D2D1D0=abed，加CP脉冲，观察CP=0、CP由0T1、CP由It0三种情况下寄存器输出状态的变化，观察寄

存器输出状态变化是否发生在CP脉冲的上升沿。

（3）右移：

清零后，令CR=I,S1=0,S0=l，由右移输入端Sr送入二进制数码如0100，由CP端连续加4个脉冲，观察输出情况，记录之。

（4）左移：

先清零或预置，再令CR=I,S1=1,s0=0，由左移输入Sl送入二进制

数码如1111，连续加四个CP脉冲，观察输出端情况，记录之

表2

清除

模式

时ft

串行

M人

«出

功ftatt

5

CP

Sl

%

PjUDiPj

0

X

X

X

X

X

XXXX

1

1

1

t

X

X

abod

1

0

1

t

X

0

XXXX

1

0

1

t

X

1

XXXX

1

0

X

0

XXXX

1

0

1

t

X

0

XXXX

1

1

0

t

1

X

XXXX

1

11

0

t

1

X

XXXx

1

11

0

t

1

X

XXXX

1

1

0

f

I

X

XXXX

1

0

0

f

X

X

XXXX

（5）保持：

寄存器预置任意4位二进制数码abed，令CR=I,S1=S0=0,加CP脉冲,观察寄存器输出状态，记录之。

2.循环移位

将实验内容1接线参照图2进行改接。

用并行送数法预置寄存器为某二进制数码（如0100）,然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化，记入表3中。

表3

CP

QjQ

2QiQ）

0

01

0

0

1

2

3

4

3.累加运算（不必做）

按图3连接实验电路。

CR、S1、S0接逻辑开关输出插口，CP接单次脉冲源（正脉冲）由于逻辑开关的数量有限，两寄存器并行输入端D3D2D1D0根据实验设备现有条件进行接线。

两寄存器的输出端接至LED逻辑电平显示输入插口。

（1）触发器置零

使74LS74的R由低电平变为高电平。

（2）送数

令CR=S1=S0=1,用并行送数方法把三位被加数A2A1A0和三位加数B2B1B0分别

送入累加和移位寄存器A和加数移位寄存器B中。

然后进行右移，实现加法运算。

连续输入4个CP脉冲，观察两个寄存器输出状态变化，记入表4中。

表4

CP

B寄存器

A寄存器

Q3Q2Q1Q0

Q3Q2Q1Q0

0

1

2

3

4

五、实验预习要求

1.复习有关寄存器及累加运算的有关内容。

2.查阅74LS194、74LS183、74LS74逻辑线路。

熟悉其逻辑功能及引脚排列。

3.在对74ILS194进行送数后，若要使输出端改成另外的数码，是否一定要使寄存器清零？

4.使寄存器清零，除采用CR输入低电平外，可否采用右移或左移的方法？

可否使用并行送数法？

若可行，如何进行操作？

5.若进行循环左移，图4接线应如何改接？

六、实验报告

1.分析表2的实验结果，总结移位寄存器74LS194的逻辑功能并写入表格功能总结一栏中。

2.根据实验内容2的结果，写出4位环形计数器的状态转换图及波形图。

3.分析累加运算所得结果的正确性。

实验八、综合设计实验

一、目的：

1、综合应用所学的数字电路知识，学会查找相关资料，针对设计提出的任务要求和使用条件，设计制作合理、可靠、经济、可行的电子产品。

2、培养学生独立分析问题、解决问题的能力。

3、培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

4、掌握PCE板的设计，完成电路连接和调试方法二、实验内容：

1、明确设计任务、确定设计题目

2、设计电路，选择器件，电路模拟仿真设计功能

3、完成电路连接（制作PCB板或用万能板），写出调试测试方法

4、设计报告撰写

三、设计基本步骤

1、明确设计任务要求：

充分了解设计任务的具体要求，如性能指标、内容及要求，明确设计任务。

2、方案选择：

根据掌握的知识和资料，针对设计提出的任务、要求和条件，设计合理、可靠、经济、可行的设计框架，对其优缺点进行分析，做到心中有数。

3、根据设计框架进行电路单元设计、参数计算和器件选择：

具体设计时可以模仿成熟的电路进行改进和创新，注意信号之间的关系和限制；接着根据电路工作原理和分析方法，进行参数的估计与计算；器件选择时，元器件的工作、电压、频率和功耗等参数应满足电路指标要求，元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般应大于额定值的1.5倍，电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。

4、电路原理图的绘制：

电路原理图是组装、焊接、调试和检修的依据，绘制电路图时布局必须合理、排列均匀、清晰、便于看图、有利于读图；信号的流向一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路，反馈通路的信

号流向则与此相反；图形符号和标准，并加适当的标注；连线应为直线，并且

交叉和折弯应最少，互相连通的交叉处用圆点表示，地线用接地符号表示。

四、综合设计报告

1、课题名称

2、内容摘要

3、设计内容及要求

4、比较和选择的设计方案

5、单元电路设计、参数计算和器件选择

6、画出完整的电路图。

并说明电路的工作原理

7、组装调试的内容，如使用的主要仪器和仪表、调试电路的方法和技巧、测试的数据和波形并与计算结果进行比较分析、调试中出现的故障、原因及排除方法

8、总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望

9、列出元器件清单

10、列出参考文献

11、收获、体会

五、实验题目：

具体要求见实验指导书或自己查