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1、实验八 移位寄存器及其应用一、实验目的1熟悉移位寄存器的结构及工作原理2了解移位寄存器的应用。二、实验原理移位寄存器是具有移位功能的寄存器。它是一种由触发器链型连续组成的同步时序网络。代码的移位是在统一的位移脉冲 CP 控制下进行的。每来一个移位位脉冲，原存贮于寄存器的信息代码就按规定的方向（左方或右方）同步移一位。移位寄存器的类型，按移位的方式可分为左移右移和双向移位寄存器；按其输入输出方式可分为并行输入并行输出并行输入串行输出串行输入并行输出和串行输入串行输出等几种。移位寄存器应用较广。利用移位寄存器可以构成计数分频电路序列信号发生器、串/并行代码转换器、延时电路等。移位寄存器的状态转移是
2、按移存规律进行的，一般称为移存型计数器。常用的移存型计数器有环行计数器和扭环形计数器。下面介绍几种常用的 MSI 移位寄存器及其应用。74LS195 为 4 位并行存取移位寄存器； 74LS194 为 4 位双向通用移位寄存器 ,它具有左移右移并行输入数据保持及清除等五种功能。它们的功能表及管脚图见附录.应用举例： （一）移存型计数器（1） 环形计数器环形计数器的特点是环形计数器的计数模数 M=移位寄存器位数 N，且工作状态是依次循环出 1 或 0，如 4 为环形计数器状态为 0001-0010-0100-1000 或 1110-1101-1011-0111。设计该类计数器往往要求电路能自启动
3、。（2） 扭环计数器扭环计数器又称为约翰逊计数器。其特点是四位扭环计数器具有 N=2n=8 个有效计数状态，且相邻两状态间只有一位代码不同，因此扭环计数器的输出所驱动的组合网络不会产生功能竞争。（3） 任意进制移存型计数器只要状态转移关系符合移存规律的计数器，就称为移存型计数器。移存型计数器只要 M2 N 时，就要考虑计数器的自启动问题。移存型计数器子启动的方法有两种：、 改变移位寄存器串行输入 D0 的反馈方程，例如：让循环出“1”的 4 位环形计数器的 D0= ，使全“0”状态时的的 D0=1;如果是循环出12Q“0”的 4 位环形计数器，则 ，使全“1”状态时的 D0=0,从而02实现自
4、启动。、 利用预置功能实现自启动。用 74LS194 完成具有自启动特性的扭环计数器，其一种实现逻辑电路图及完全状态图如图 8-1 所示。不同的完全状态图对应于不同的逻辑电路图。 图 8-1 一种扭环计数器逻辑图及完全状态图 （二）可编程分频器在数字系统设计中，经常需要频率不同的时钟信号。它们通常都是系统时钟 CP 的若干分频，并且分频比往往是可变的，这种分频器称为可编程分频器。采用 SSI 实现可编程分频器，其设计工作量是很大的。但若选用合适的 MSI 器件，实现这种分频器则是十分方便的。 采用 74LS194 实现可编程分频器的逻辑结构，如图 8-2 所示。两个 74LS194 级联构成8
5、 位右移寄存器，分频后的脉冲信号从 74LS194（U2）的 QD 输出。分频比由 38 译码器确定，改变译码器的地址可以改变分频比，当 38 译码器的地址码为 N 时，可以得到N+1 分频的输出脉冲。这里 1N7。该分频器从 X 端输出的为负脉冲，若从 X输出，则可得到正脉冲输出信号。 t2 A3 D B4 5 R 1 8 1 C A 1 45 图 8-2 可编程分频器工作过程如下：先将计数器清零，由于 74LS194（U2）QD=0，故 S1=S0=1。这样当第一个移位脉冲CP 的上升沿到来时，计数器进行并行置数操作。设此 3-8 译码器的地址输入端A2A1A0=110，则译码器除第 6
6、个输出端为 0 外，其余输出端均为 1。从而并行置数操作的结果就是两片移位寄存器的状态成为 10111111，与此同时，片（U1）和片（U2 ）的 S1 又变为 0，因此从第 2 个 CP 脉冲开始，两片移位寄存器便进行右移操作，直到第 7 个 CP 作用之后，移位寄存器状态成为 11111110，从而使 S1=0。当第 8 个 CP 到达时，两片移位寄存器再次进行并行置数操作，开始了下一个分频循环。(三) 用集成移位寄存器 74LS195 完成 7 位串并转换图 8-3 所示为 7 位串行 并行转换器。其中， 为异步清 0 端，当 =0 时，所有CRCRD 触发器全部清 0；J 为串行数据输
7、入端；D0D1 D2D3 为并行数据输入端；SH/K为移位控制/置入控制（低电平有效）端。L图 8-3 7 位串行并行转换器图中串行数据 DI 送入片 U1 的串行数据输入端 J 及并行输入端 D0。片 U1 的并行输K入端 D1 接 0，为标志码。D2D3 接 1。芯片 U2 的串行数据输入端 J 接片 U1 的输出KQ3，片 U2 的 D0D3 均接 1。片 U2 的 Q3 作片 U1 和片 U2 的 SH/ 输入。在 CP 的作用下，L即能完成 7 位串行并行转换。此转换器常用于数模转换系统.三、器件1、74LS00 四 2 输入与非门2、74LS194 通用四位双向移位寄存器3、74LS195 四位并行存取移位寄存器四、实验内容及步骤1 据图 8-4 所示完全状态图用 74LS194 设计具有自启动特性的扭环计数器。图 8-4 一种扭环计数器完全状态图 2 设计模 N=7 具有自启动特性的移位型计数器，并实验验证之。 ( 5 2 A4 B5C6 D7K L 9R 1 J2 K3A4 B 3 验证可编程分频器电路的正确性（任意确定分频比）并画出波形图。五、实验报告按实验要求写出设计全过程，画出实验电路图并给出实验结果。
