数字电子线路基础：2-6移位寄存器逻辑功能和设计.docx

2.6 移位寄存器逻辑功能和设计
1． 实验目的
（1）熟悉移位寄存器的逻辑功能和使用方法。
（2）理解IC的多种工作模式的硬件设计方法。
（3）理解流水灯的设计方法。
2． 实验仪器设备
（1）数字电路实验箱。
（2）数字万用表。
（3）数字集成电路：74194 多功能双向移位寄存器
7400 4与非门
7408 4与门
7432 4或门
3． 预习
（1）复习实验所用芯片的逻辑功能及逻辑函数表达式。
（2）复习实验所用芯片的结构图、管脚图和功能表。
（3）复习实验所用的相关原理。
（4）按要求设计实验中的各电路。
4． 实验原理
（1）移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，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，改变左、右移的控制信号便可实现双向移位。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。
（2）74LS194是4位双向通用移位寄存器，具有异步清零功能，清零端输入低电平信号，四个输出端都立即变为“0”。在使能端无效时，输入端S1S0电平决定74LS194四种工作方式。S1S0=11，并行预置数，在时钟上升沿，并行输入数据D3 D2 D1 D0预置到并行输出端；S1S0=10，左移寄存，左移输入端DSL输入数据寄存到Q0，各位数据向高位移动；S1S0=01，右移寄存，右移输入端DSR输入数据寄存到Q3，各位数据向低位移动；S1S0=00，寄存器处于保持工作方式，寄存器状态不变，如图2.6.1所示。
（3）环形计数器。用移位寄存器可以很容易地设计环形计数器，只要将串出接口接回串入接口，预置一个不是全1或者全0的状态，既可以得到一个环形计数器，具有四种不同的工作状态。
（4）扭环形计数器。由于普通环形计数器的有效状态过少，加入了各种门电路后可以有效的增加循环的状态数，这种在移位寄存器基础上加上了门电路构造的计数器称为扭环形计数器。
（5）流水灯。将扭环形或者环形计数器时钟端口加入连续脉冲，输出端口有4个LED显示即可看到流水灯的效果。
5． 实验IC结构图和功能表
（1）74194 4位双向通用移位寄存器（并行存取）。

图2.6.1 74194的结构图与功能表

6． 实验内容及步骤
（1）测试74LS194的逻辑功能，根据测试结果总结并描述其逻辑功能
输 入
输 出

功 能

模式
CP
串行
并行
Q0 Q1 Q2 Q3
M0M1
DSR DSL
D0 D1 D2 D3
0

1

0

1
1 1
↑

d d d d

1
0 1
↑
1

1
0 1
↑
0

1
1 0
↑
1

1
1 0
↑
0

1
0 0

表2.6.1 74LS194的功能表

（2）组装电路并测试逻辑功能。
用74LS194和与非门组成的电路如图2.6.2所示。在CP脉冲的作用下，观察并记录输出端的状态，说明此电路能够完成的逻辑功能。

图2.6.2 74LS194和门电路组成的实验电路

（3）应用74LS194设计一个四位环形计数器。
①写出设计方案。

②画出逻辑图。

③实验验证其逻辑功能（输出接发光二极管）。
（4）应用74LS194设计一个四位扭环形计数器
①写出设计方案。

②画出逻辑图。

③实验验证其逻辑功能（输出接发光二极管）。
（5）设计任意八位流水灯
①写出设计方案。

②画出逻辑图。

③实验验证其逻辑功能（输出接发光二极管）。

7． 思考题
（1）什么是并行输入、串行输入、并行输出和串行输出？

（2）怎样由移位寄存器构成环形计数器和扭环形计数器？

（3）总结本次实验的心得。