• 寄存器實驗
• • 實驗要求
  • 分析
  • 設(shè)計
  • 具體實現(xiàn)
  • • （一）驗證寄存器寫操作
    • （二）驗證寄存器讀操作
    • （三）移位操作
    • （四）循環(huán)移位操作
  • 思考問題

寄存器實驗

先放一張 Proteus 總體仿真圖，設(shè)計過程還是比較復(fù)雜的，需要考慮總體的布局，線路的排布等等。。。
我將原工程文件放在文末，需要可自取

實驗要求

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• 基本要求
  • 理解CPU運(yùn)算器中寄存器的作用
  • 設(shè)計并驗證寄存器組（至少四個寄存器）
  • 利用寄存器或組合邏輯電路實現(xiàn)移位運(yùn)算功能（至少含左移、右移、循環(huán)左移、循環(huán)右移四種運(yùn)算功能）
• 擴(kuò)展要求
  • 實現(xiàn)更多的寄存器
  • 實現(xiàn)多總線結(jié)構(gòu)寄存器訪問

分析

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• 實驗要求設(shè)計驗證寄存器，還有實現(xiàn)移位功能，擴(kuò)展功能是使用多總線結(jié)構(gòu)和更多寄存器，這里我使用雙總線結(jié)構(gòu)，八個寄存器。

• 實驗中用到的元器件如下

  • 74LS373（寄存器）
  • 74LS299（通用移位/存儲寄存器）
  • 74LS138（譯碼器，用來控制八個寄存器）
  • 74LS245（數(shù)據(jù)傳送）
  • SW-SPDT（單刀雙擲開關(guān)）
  • LED（用來顯示輸出）
  • RES（LED下拉電阻）
  • 4073（與門）
  • 4075（或門）
  • 74LS04（非門）

• 74LS299 功能表如下
  

  • 其功能被表引腳與Proteus元器件有些許不同
    • CLR 對應(yīng) MR（低電平有效）
      • 不管任何狀態(tài)，強(qiáng)制清零
    • 輸出控制 G1、G2對應(yīng) OE1、OE2（低電平有效）
      • 需要輸出時，將這兩個引腳置0
    • CLK
      • 脈沖信號
      • 查看功能表即可，需要上升沿時，就將開關(guān)撥高再撥低
    • D7、D0
      • 下一位移位的數(shù)
    • Q7、Q0
      • 保存最高位和最低位

• 其他元器件的使用自行百度即可

設(shè)計

這里說一下怎么使用 74LS138 和門電路組合實現(xiàn)控制八個 74LS373

• 我們使用 74LS138 的輸出和 兩個開關(guān)（一個讀開關(guān)、一個寫開關(guān)）作為輸入，因為我們實現(xiàn)能夠 同時控制 74SL373 的讀/寫
• 對應(yīng)的輸出就是 74LS373 的讀和寫
• 可得到如下真值表
• 對應(yīng)表達(dá)式如下
  
• 最后根據(jù)表達(dá)式進(jìn)行連線即可

• 運(yùn)行流程圖如下
  
• 電路設(shè)計可根據(jù)下述操作慢慢理解

具體實現(xiàn)

（一）驗證寄存器寫操作

• 首先，通過開關(guān)給 74LS245 輸入數(shù)據(jù)，打開 74LS245 開關(guān)（CE引腳置0），將數(shù)據(jù)傳送到總線上。如果需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，通過 74LS138 輸入開關(guān)（A、B、C）選通某個 74LS373 寄存器，打開 74LS373 的寫開關(guān)（OE引腳），將數(shù)據(jù)寫入 74SL373 ，然后關(guān)閉寫開關(guān)，關(guān)閉 74LS245（CE引腳置1）。關(guān)閉 74LS245 后，此時總線上無數(shù)據(jù)。(放一張中間的圖吧，下圖對應(yīng)的 74LS138 選通的是第一個寄存器，打開 74SL373 寫開關(guān))

我這里測試的八位數(shù)據(jù)是 00100100，選擇的寄存器是第一個

（二）驗證寄存器讀操作

• 接著上一步，將 74LS373 的讀開關(guān)（LE引腳）打開，將 74LS373 中所存的數(shù)據(jù)輸出到總線上，讀操作完成。
• 如圖，此時 74LS245 是關(guān)閉的（CE引腳為1）的，打開 74LS373 的讀開關(guān)后，數(shù)據(jù)輸出到總線
  

（三）移位操作

移位和循環(huán)移位的區(qū)別

• 循環(huán)移位區(qū)別于一般移位的是移位是 沒有數(shù)位的丟失。
• 循環(huán)左移時,用從左邊移出的位填充字的右端,而循環(huán)右移時,用從右邊移出的位填充字的左側(cè)
• 例： 10110011
  • 右移1位得到 ：01011001
  • 循環(huán)右移1位得到：11011001

• 進(jìn)行移位操作前，需要先將總線上的數(shù)據(jù)寫入 74LS299 ，接著上一步，我們已經(jīng)將 74LS373 的數(shù)據(jù)輸出到總線上，然后我們給與 74LS299 的 CLK 引腳一個上升沿，就可以將總線上的數(shù)據(jù)寫入 到74LS299 中， 然后關(guān)閉 74LS373 的讀開關(guān)（此時總線無數(shù)據(jù)）

• 左移操作

  • 74LS299 的 OE1、OE2、S1 、D7、D0 引腳均置 0，S0、MR 引腳置1（MR為0強(qiáng)制清零），持續(xù)給 CLK 上升沿就可以了（將開關(guān)重復(fù)撥上撥下） ，觀察 LED 的變化。
  • 如下圖，持續(xù)進(jìn)行左移操作，發(fā)現(xiàn) 最高位被移出
    
  • 右移操作
    • 右移 S1置1，S0 置0，OE1、OE2、S0 、D7、D0 引腳均置 0，S1、MR 引腳置1，同樣持續(xù)給與 CLK 引腳上升沿，然后觀察 LED 的變化。
    • 如下圖，持續(xù)進(jìn)行右移操作，發(fā)現(xiàn) 最低位被移出
      

（四）循環(huán)移位操作

• 循環(huán)左移
  • 將 74LS299 的 D7 引腳接到Q0引腳，D0 引腳接到 Q7 引腳，OE1、OE2、S1 、D7、D0 引腳均置 0，S0、MR 引腳置1，持續(xù)給與 CLK 上升沿，觀察 LED 變化。
  • 如下圖進(jìn)行循環(huán)左移操作，我們可以看出，循環(huán)左移最高位移動到了最低位
• 循環(huán)右移

  • 將 74LS299 的 D7 引腳接到Q0引腳，D0 引腳接到 Q7 引腳，OE1、OE2、S0 、D7、D0 引腳均置 0，S1、MR 引腳置1，持續(xù)給與 CLK 上升沿，觀察 LED 變化。

  • 如下圖進(jìn)行循環(huán)右移操作，我們可以看出，循環(huán)右移最低位移動到了最高位
    

  • 我們可以將循環(huán)右移后的總線上的數(shù)據(jù)寫入 74LS373 中。如圖，將總線上的數(shù)據(jù)寫入到 74SL373 中，并進(jìn)行了 讀操作（LE）
    

思考問題

• 最后有一個小的思考問題 思考隨著寄存器的增多，電路設(shè)計的復(fù)雜度是什么比例增大

• 寄存器增多，設(shè)計上來說復(fù)雜度是成倍的增加，電路的設(shè)計難度也有一定的提高。

原工程文件：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1mVnxtAznoFetXNdCohPYkg
提取碼：hmcq

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成原理 寄存器实验详解（含工程文件）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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