寄存器的原理.docx

寄存器的原理寄存器是用来存放二进制数码的逻辑部件，在计算机和数字电路中应用广泛 寄存器存放数码的方式有并行和串行两种并行方式是数码各位从各对应位输入端同时 输入到寄存器中；串行方式是数码从一个输入端逐位输入到寄存器中寄存器取出数码的方式也有并行和串行两种并行方式是指被取出的数码在各对应位输 出端上同时出现；串行方式是指被取出的数码在一个输出端上逐位出现寄存器分数码寄存器和移位寄存器两种一、数码寄存器 这种寄存器只有寄存数码和清除原有数码的功能寄存器由触发器组成由于一个触发 器可以存储1位二进制数，因而要存储几位二进制数就需要几个触发器图1所示是由f〜 F等四个D触发器组成的4位数码寄存器四个触发器的CP端连接在一起成为它的控制端， 要存储的数码加到触发器的D输入端假定要存储的二进制数是1101，它们被分别加到触 发器的D输入端，即D°=1, D]=0, ^=1, D=1O当CP脉冲（亦称寄存指令）到来后由于D 触发器的特性方程是在CP=1时Qn+1=D,所以在CP脉冲上升沿之后，四个触发器的状态从高位 到低位被分别置成1101，即Q=1，QR, Q2=Q=1，输入的二进制数码被存储到这个寄存器里 了。

显然， D〜D 是寄存器并行的数据输入端， Q〜Q 是寄存器并行的输出端，数码寄存器 是一种并行输入、并行输出寄存器二、移位寄存器移位寄存器指具有移位功能的寄存器，即每当来一个CP脉冲（亦称移位脉冲），触发 器的状态便向右或向左移一位，也就是指寄存器的数码可以在移位脉冲的控制下依次进行移 位移位寄存器在计算机中应用广泛1、单向移位寄存器图2所示为用D触发器组成的4位左称寄存器，需要移位的信号加在最低位触发器F 的输入端，然后按次序把低位触发器的Q端接到相连高位触发器的D输入端上4个触发器 的直接置 0 端 R0 并联连接，作为清零端移位过程：首先，寄存器应清零令R=0，则各触发器均为0态（工作时，应使示=1）o 假定要输入进行移位的数码是1101，在第一个CP来到前，四个触发器的输入端分别是：0=1， D=Q =0, D=Q =0, D=Q =0当第一个CP到来，在CP上升沿之后，触发器F翻转成1态，1 0 2 1 3 2 0即Q=1，而触发器F、F、F则保持0态不变，即Q =Q =Q =0，整个寄存器的状态是00010 1 2 3 1 2 3第二个CP来到前，D=1, D=Q=1, D=Q =0, D=Q =0。

第二个CP到来后，触发器F和F被0 1 0 2 1 3 2 0 1置成1, F和F则保持0态，整个寄存器的状态为0011以此类推，当第四个CP到来后,图 2 4 位左移寄存器逻辑图整个寄存器的状态将成为1101可见，通过CP的控制，在4个CP之后，输入信号1101经 过4次移位后被移到这个寄存器中或者说1 个串行输入信号经4次移位后被移到这个寄存 器中如果这时从这个寄存器的Q端取信号，得到的是1个并行的4位二进制数码又可以 再经过4个移位脉冲，将所有数码1101以从高到低的次序从最高位触发器F3的输出端Q3 串行输出由此可见移位寄存器有串行输入-并行输出及串行输入-串行输出两种存取方式 表1为4位左移寄存器的状态表表1 4位左移寄存器状态表CP输JliOiL0Q2QiQi'打ii01Ju■u11011u—21(J11—左惨二核3nn右熬慣4111I i 4-^1除了左移的寄存器，还有能向右移动的寄存器，它的工作原理与左移的寄存器大致相同 图3所示为用JK触发器组成的4位右移寄存器，最高位触发器F接成D触发器，其余各触 发器也具有D触发器的功能与左移寄存器不同的是右移寄存器是从高位触发器的输入端将 数码以由低到高的次序逐次输入到最低位触发器的输入端。

其工作原理分析，这里从略2、双向移位寄存器 既能左移（由低位到高位）又能右移（由高位到低位）的寄存器，称为双向移位寄存器 这种工作方式在计算机中应用较多集成4位双向移位寄存器74LS194的外形及外引线排列如图4所示图中D为数据右SR图4 74LS194外形及外引线排列图移输入端，为数据左移输入端，Do〜D3为数据并行输入端，M「Mo为工作方式控制端，CRSL 0 3 1 0为清零端，CP为时钟脉冲输入端，Q0〜Q3为并行输出端表2所示为74LS194的功能表表2 74LS194功能表CR01111M M1 0X X0 00 11 01 1清零保持右移左移并行输入当MJM=OO时，寄存器中的确数据保持不变；当M|M°=01时，寄存器为右移工作方式，数 据由D串行输入，从Q串行输出；当MM=10时，寄存器为左移工作方式，数据由D串行SR 3 1 0 SL输入，从Q0串行输出；当M^jll时，寄存器为并行工作方式，在CP上升沿到达时，将输 入到D〜D3的数据同时存入寄存器中，此时也可将数据从Q〜Q3并行输出TTL 电路集成移位寄存器常用型号有 8 位单向移位寄存器 74164、 74LS164、 74165、 74LS165； 4位双向移位寄存器74194、 74S194、 74LS194； 8位双向移位寄存器74198等。

CMOS电路移位寄存器常用型号有18位单向静态移位寄存器CD4006；双4位单向静态移位寄 存器CD4015； 8位单向静态移位寄存器CD4014； 4位双向移位寄存器CD4035、CD40194等三、寄存器应用实例一一用双向移位寄存器74LS194构成环形脉冲分配器环形脉冲分配器见图5,是一片集成4位双向移位寄存器74LS194,当在其输入端加上 一定的输入和控制信号，进入正常工作状态后，在其输出端Q〜Q3将依次出现矩形脉冲，并 反复循环输出图中将74LS194输出端Q3反馈接到右移输入端Dsr，使Dsr=Q3；将CR、M’M,、SR SR 3 1 0D〜D接逻辑开关，Q〜Q接LED；令CR =1,使MM=11,寄存器处于并行输出方式；在数据 0 3 0 3 1 0并行输入端输入数据DDDD=1000，力口 CP脉冲在其上升沿把并行输入数据传送到输出端， 即 =1OOO0123r图5环形脉冲分配器工作时令MM=01,寄存器处于左移工作方式由于D =Q，则D的输出状态随Q的输1 0 SR 3 SR 3 出状态而串行变化起初D =Q =0,在第一个CP脉冲上升沿到达时，D的数码0送入Q，SR 3 SR 0Q端原来的数码1也右移一位，使Q =1,这样依次移位，使并行输出Q Q Q Q =0100,而D =0；0 1 0 1 2 3 SR 类此分析，在第二个时钟脉冲上升沿到来后，=0010,而D =0，第三个时钟脉冲上升 0 1 2 3 SR沿到来后，=0001,而D =1；,到第四个时钟脉冲上升沿出现后，显然=1000,0 1 2 3 SR 0 1 2 3即寄存器重新回到原来状态。

如不断输出移位脉冲，则寄存器状态转换将按表3所示的顺序 反复循环，即Q0〜Q3各输出端轮流分配一个矩形脉冲（每次仅一个输出端为1态），则称为 循环脉冲分配器，又叫顺序脉冲发生器或节拍脉冲发生器，其工作波形如图 6 所示这种循 环脉冲分配器的输出脉冲可用作顺序控制电路的触发控制信号^3循环脉冲骨配器状态表CPMiQdQiQiq30110100010100100宿2010001030110001坏40101000CPQoQ2图 6 循环脉冲分配器工作波形。