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1、实验六 移位寄存器及其应用一、 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实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器。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。既能左移又能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CC40194或74LS194，两者功能相同，可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图91所示。图91 C
2、C40194的逻辑符号及引脚功能 其中D0、D1、D2、D3为并行输入端; Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端；SR为右移串行输入端，SL为左移串行输入端；S1、S0为操作模式控制端；R为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。CC40194有5种不同操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由Q0Q3），左移(方向由Q3Q0)，保持及清零。S1、S0和R端的控制作用如表9l。表9l 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数器和数据的串、并行转换。（1）环形
3、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92所示，把输出端Q3和右移串行输入端SR相连接，设初始状态Q0Q1Q2Q3=1000，则在时钟脉冲作用下Q0Q1Q2Q3将依次变为0100001000011000，如表 92所示，可见它是一个具有四个有效状态的计数器，这种类型的计数器通常称为环形计数器。图92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。图92环形计数器 表92如果将输出Q0与左移串行输入端SL相连接，即可实现左移循环移位。（2）实现数据串、并行转换 串行并行转换器 串行并行转换是指串行输入的数码，经转换电路之后变换成并行
4、输出。图93是用二片CC40194（74LS194）四位双向移位寄存器组成的七位串并行数据转换电路。图93 七位串行并行转换器 电路中S0端接高电平1，S1受Q7控制，二片寄存器连接成串行输入右移工作模式。Q7是转换结束标志。当Q71时，S1为0,使之成为S1S001的串入右移工作方式，当Q70时，S11, S1S010则串行送数结束，标志着串行输入的数据已转换成并行输出了。 串行并行转换的具体过程如下： 转换前，R端加低电平，使1、2两片寄存器的内容清0，此时S1 S011，寄存器执行并行输入工作方式。当第一个CP脉冲到来后，寄存器的输出状态Q0Q7为01111111,与此同时S1 S0变为
5、01，转换电路变为执行串入右移工作方式，串行输入数据由1片的SR端加入、随着CP脉冲的依次加入，输出状态的变化可列成下表93所示、表93 由表9一3可见，右移操作七次之后，Q7变为0，S1 S0又变为11。说明串行输入结束。这时，串行输入的数码已经转换成了并行输出了。 当再来一个CP脉冲时，电路又重新执行一次并行输入，为第二组串行数码转换作好了准备。 并行串行转换器 并行串行转换器是指并行输入的数码经转换电路之后，换成串行输出。图94是用两片CC40194（74LS194）组成的七位并行串行转换电路，它比图93多了两只与非门G1和G2，电路工作方式同样为右移。图94 七位并行串行转换器 寄存器
6、清“0”后，加一个转换起动信号（负脉冲或低电平）。此时，由于方式控制S1 S0为11，转换电路执行并行输人操作。当第一个CP脉冲到来后，Q0Q1Q2Q3 Q4Q5Q6Q7的状态为D0D1D2D3 D4D5D6D7，并行输入数码存入寄存器。从而使得G1输出为 1， G2输出为0，结果S1 S0变为01，转换电路随着CP脉冲的加入，开始执行右移串行输出，随着CP脉冲的依次加入，输出状态依次右移，待右移操作七次后，Q0Q6的状态都为高电平1，与非门G1输出为低电平，G2门输出为高电平，S1 S0又变为11,表示并串行转换结束。且为第二次并行输入创造了条件。转换过程如表104所示。表94 中规模集成移
7、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，可把几片移位寄存器用级连的方法来扩展位数。三、 实验设备及器件l、十5V直流电源、2、单次脉冲源3、逻辑电平开关 4、逻辑电平显示器5、74LS194（CC40194 2）74LS00（CC401 l）74LS30（CC4068）四、 实验内容l、测试74LS194（或CC40194）的逻辑功能按图95接线,R、S1 、S0、SL、SR、D0、D1、D2、D3分别接至逻辑开关的输出插口。Q0、Q1、Q2、Q 3接至逻辑电平显示输入插口。CP端接单次脉冲源，。按表95所规定的输入状态，逐项进行测试。图95 CC40194逻辑功能测试（1）清
8、除：令R0,其它输入均为任意态，这时寄存器输出Q0、Q1、Q2、Q 3应均为0。清除后，置Rl。 （2）送数：令RS1S0l，送入任意4位二进制数，如D0D1D2D3abcd，加CP脉冲，观察CP0、CP由01、CP由10三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Rl，S10，S01，由右移输入端SR进入二进制数码如0100，由CP端连续加4个脉冲，观察输出情况，记录之。（4）左移：先清零或予置，再令Rl， S11， S00，由左移输入端SL送入二进制数码如1111，连续加四个脉冲，观察输出端情况，记录之。（5）保持：寄存器予置
9、任意4位二进制数码abcd，令Rl，S1S00，加CP脉冲，观察寄存器输出状态，记录之。2、环形计数器。 自拟实验线路用并行送数法予置寄存器为某二进制数码（如 0 100），然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化，记入表96中。表95表96 3、实现数据的串、并行转换 （1）串行输入、并行输出 按图93接线，进行右移串入、并出实验，串入数码自定：改接线路用左移方式实现并行输出。自拟表格，记录之。 (2)并行输入、串行输出 按图94接线，进行右移并入、串出实验，并入数码自定。再改接线路用左移方式实现串行输出。自拟表格，记录之。五、 实验预习要求1、 复习有关寄存器及串行、并行转换器有关内容
10、。2、 查阅CC40194、CC4011及CC4068逻辑线路。熟悉其逻辑功能及引脚排列。3、 对CC40194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R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,如何进何操作？ 5、若进行循环左移，图94接线应如何改接？ 6、画出时两片 CC40194构成的七位左移串并行转换器线路。7、画出用两片CC40194构成的七位左移并串行转换器线路。六、 实验报告 1、分析表94的实验结果，总结移位寄存器CC40194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，画出4位环形计数器的状态转换图及波形图。 3、分析串并、并串转换器所得结果的正确性。
