目錄

• 一、預習要求
• 二、實驗目的
• 三、實驗原理
• • 1、移位寄存器
  • 2、移位寄存器的應用
  • • （1）用74LS194構成環形計數器
    • （2）用74LS194實現數據串行/并行轉換
    • • ①串行/并行轉換器
      • ②并行/串行轉換器
• 四、實驗設備與器件
• 五、實驗內容與步驟
• 六、實驗報告要求
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一、預習要求

1、復習有關寄存器的內容，弄懂移位寄存器工作的基本原理。
2、查閱74LS194（或CC40194）的有關資料，熟悉其邏輯功能及引腳排列。
3、繪出實驗內容的詳細電路圖，并擬出實驗所需的測試記錄表格。

二、實驗目的

1、掌握中規模4位雙向移位寄存器的邏輯功能測試和使用方法。
2、學會移位寄存器的應用，如實現數據的串/并轉換、構成環形計數器等。

三、實驗原理

1、移位寄存器

寄存器是一種用于寄存在二進制數碼或指令的時序邏輯部件，它被廣泛地應用于各類數字系統和數字計算機中。其功能是在時鐘脈沖的作用下，將數碼或指令存入寄存器（寫入），或從寄存器中將數碼或指令取出（讀出）。寄存器只能短時存放數據，電路失電數據便消失，故又稱暫存器。存取數據的方式有串行和并行兩種，寄存器按功能不同可分為：①數碼寄存器：數碼寄存器一般由多位D觸發器或D鎖存器構成，也可由JK觸發器構成，其數碼的輸入和輸出都是并行的，且只能存放數據而沒有移位功能；②移位寄存器：移位寄存器是一個具有移位功能的寄存器，由觸發器連接組成同步時序電路，每個觸發器的輸出端連接到下一級觸發器的控制輸入端，所有觸發器共用一個時鐘脈沖源，寄存器中所存的代碼能夠在移位脈沖的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的稱為雙向移位寄存器，只需要改變左右移的控制信號便可實現雙向移位要求。根據寄存器存取信息的方式不同分為：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四種形式。
本實驗選用4位雙向移位寄存器74LS194，它的最高時鐘頻率為36MHz。它具有清零、左移、右移、預置數(并入/并出)和保持功能，其引腳排列如圖1所示，功能表如表1。

圖1 74LS194引腳排列圖

表1 74LS194的邏輯功能表

管腳符號說明：D3、D2、D1、D0 ：并行數據輸入端；Q3、Q2、Q1、Q0：并行數據輸出端；DSR ：右移串行輸入端；DSL ：左移串行輸入端；S1、S0：工作模式控制端；：直接清零端；CP：時鐘脈沖輸入端。
由功能表可知：當=0時，寄存器清零使輸出Q0 Q1 Q2 Q3=0000，=1時，寄存器正常工作；當=1，S1S0=11時，且在CP上升沿作用下，并行輸入數據送入寄存器，使得Q0 Q1 Q2 Q3=D0D1D2D3=abcd，此時串行數據(DSR、DSL)被禁止；當=1，S1S0=01時，串行輸入數據送至右移輸入端DSR，在CP上升沿作用下，同步右移，即Q0 Q1 Q2 Q3=DSR Q0 Q1 Q2，Q3串行輸出；當=1，S1S0=10時，串行輸入數據送至左移輸入端DSL，在CP上升沿作用下，同步左移，即Q0 Q1 Q2 Q3= Q1 Q2Q3 DSL，Q0串行輸出；當=1，S1S0=00時，在CP上升沿作用下，寄存器內容保持不變；當=1，S1S0=××時，在CP非上升沿作用下，寄存器內容也保持不變。

2、移位寄存器的應用

移位寄存器的應用很廣，可構成移位寄存器型計數器、順序脈沖發生器和串行累加器；可用作數據轉換，即把串行數據轉換為并行數據，或把并行數據轉換為串行數據等。

（1）用74LS194構成環形計數器

把移位寄存器的末級觸發器的Q輸出反饋到它的串行輸入端，就可以構成環形計數器。
圖2是將74LS194的Q3端接到DSR端，即可得模為4的右移環形計數器。首先預置數，假設D0D1D2D3=0001，在循環前，先使S1S0=11，讓預置數并行進入寄存器，使得輸出Q0Q1Q2 Q3=D0D1D2D3=0001，然后改變S1、S0的電平，使S1S0=01，此時在有效脈沖作用下Q0Q1Q2 Q3將依次右移，其輸出狀態變化如圖3所示。圖2所示電路的各個輸出端的輸出脈沖是在時間上有先后順序脈沖，因此也可以作為順序脈沖發生器。

圖2 模4環形計數器 圖3 輸出狀態變化圖

若將圖2中的Q3輸出端通過反相器連接到DSR端，則可得到模為8的右移扭環形計數器，其電路如圖4所示，輸出狀態變化如圖5所示。Q輸出端通過不同的組合電路接到DSR端，還可以得到不同模值的計數器或偽隨機序列發生器。

（2）用74LS194實現數據串行/并行轉換

①串行/并行轉換器

串行/并行轉換是指串行輸入的數據，經過轉換電路之后變成并行數據輸出。圖6所示電路是用兩片74LS194構成的七位串行/并行數據轉換電路。

圖4 模8扭環形計數器 圖5 輸出狀態變化圖

圖6 7位串行/并行轉換電路

其中：電路中S0端接高電平1，S1受Q7控制，兩片寄存器連接成串行輸入右移工作方式。Q7是轉換結束標志。當Q7=1時，S1為0，使之成為S1S0=01的串入右移工作方式。當Q7=0時，
S1為1，且有S1S0=11，表示串行送數結束，標志著串行輸入數據已轉換成為并行輸出數據。

表2 7位串行/并行轉換電路輸出狀態變換表

串行/并行轉換的詳細過程如下：
轉換開始前端加低電平，使芯片(1)和(2)兩寄存器被清零，此時S1S0=11，寄存器執行并行輸入工作方式。當第一個有效脈沖到來后，寄存器的輸出狀態Q0～Q7被置數為01111111，與此同時S1S0變為01，轉換電路變為執行串入右移工作方式，串行輸入數據由芯片(1)的DSR端加入。假設輸入數據為d6d5d4d3d2d1d0,則隨著CP脈沖的依次加入，輸出狀態的變化如表2所示。
由表2可知，右移操作7次后，Q7變為0，S1S0變為11，表明串行輸入結束。此時，串行輸入數據已經轉換成為并行數據，從Q0～Q6端輸出。

②并行/串行轉換器

并行/串行轉換是指并行輸入的數據，經過轉換電路之后變成串行輸出。圖7所示電路是用兩片74LS194構成的七位并行/串行數據轉換電路，與圖6相比，它多了兩個與非門，而且還多了一個啟動信號（負脈沖或低電平），工作方式同樣為右移。

圖7 7位并行/串行轉換電路

表3 7位并行/串行轉換電路輸出狀態變換表

并行/串行轉換的詳細過程如下：
轉換開始前端加低電平，使芯片(1)和(2)兩寄存器被清零，清零后，當啟動轉換負脈沖到來時，使得S1S0=11，此時寄存器執行并行輸入工作方式。當第一個有效脈沖到來后，寄存器的輸出狀態Q0～Q7被置數為0d1d2d3d4d5d6d7，并行輸入數據存入寄存器，同時使得門G1輸出為1，門G2輸出為0，S1S0變為01，轉換電路變為執行右移串行操作，隨著CP脈沖的依次加入，輸出狀態依次右移，使串行輸出Q7端的輸出數據依次為d7d6d5d4d3d2d1，待右移操作7次后，Q0～Q6的狀態均為高電平1，使得門G1輸出為低電平0，門G2輸出為高電平1，此時S1S0變為11，表明并行/串行結束。7位并行/串行轉換電路的輸出狀態變換詳見表3所示。

對于中規模的集成移位寄存器，其位數往往以4位居多，當所需要的位數多于4位時，可以把幾片集成移位寄存器用級連的方法來擴展位數。

四、實驗設備與器件

1、TH-SZ型數字系統設計實驗箱；
2、雙蹤示波器；
3、74LS00 四2輸入與非門，74LS20 雙4輸入與非門，74LS04 六反相器，74LS194；
4、導線/插接線若干。

五、實驗內容與步驟

1、測試74LS194的邏輯功能
將、S1、S0、DSL、DSR、D0、D1、D2、D3分別接至邏輯開關的輸出插孔；Q0、Q1、Q2、Q3分別接至邏輯電平顯示輸入插孔；CP接單次脈沖源。自擬表格，逐項進行測試。并與給出的功能表做對比。

移位寄存器（向右移動）

移位寄存器（向左移動）

2、用74LS194和74LS20構成一個右移環形計數器(脈沖分配器)。要求：利用加在G2門上的負脈沖，使電路處于“送數”狀態，設初始狀態為Q0Q1Q2Q3=1110；啟動信號撤出后，電路進入“右移”并保持這種模式。試按圖8所示電路進行連接實驗，測試環形計數器的CP與輸出Q0Q1Q2Q3的計數時序及輸入與各輸出的波形關系，用示波器觀察輸入輸出波形，并畫出輸出狀態變化圖和波形。CP輸入為1HZ 連續脈沖，信號輸出用發光二極管進行監測。

圖8 環形計數器脈沖分配器

輸入波形

各個輸出波形

3、使用兩片74LS194設計一彩燈控制電路，共有8只彩燈，使其7暗1亮（或7亮1暗）且這一亮燈（或一暗燈）循環右移，CP輸入為1HZ 連續脈沖，信號輸出用發光二極管進行監測。

向右移動

向左移動

六、實驗報告要求

1、分析實驗結果，總結移位寄存器74LS194的邏輯功能。
2、根據實驗內容，畫出相關實驗連接電路，記錄各測試結果，畫出環形計數器狀態轉換圖及所觀察到的有關實驗波形。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的实验六 移位寄存器及其应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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