数字电路

实验十四 移位寄存器及其应用

一、实验目的

1. 掌握四位双向移位寄存器的逻辑功能与使用方法。

2. 了解移位寄存器的使用—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74LS194或CC40194，两者功能相同，可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图14-1所示。

图14-1 74LS194(或CC40194)的逻辑符号及引脚排列

表14-1 74LS194的功能表

其中D3、D2、D1、D0为并行输入端；Q3、Q2、Q1、Q0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；MR为无条件清零端；CP

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数字电路 为时钟脉冲输入端。

74LS194有5种不同的操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由Q3->Q0），左移（方向由Q0->Q3），保持及清“0”。

S1、S0和端的控制作用如表14-1所示。

2、 移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器、顺序脉冲发生器和串行累加器；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。

（1）环形计数器

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，如下图所示。

图14-2 环形计数器示意图

将输出端Q3与输入端SR相连后，在时钟脉冲的作用下Q0Q1Q2Q3将依次右移。同理，将输出端Q0与输入端SL相连后，在时钟脉冲的作用下Q0Q1Q2Q3将依次左移。

（2）实现数据串、并转换

1 串行/并行转换器 ○

串行/并行转换是指串行输入的数据，经过转换电路之后变成并行输出。下面是用两片74LS194构成的七位串行/并行转换电路。

图14-3 七位串行/并行转换电路示意图

电路中S0端接高电平1，S1受Q7控制，两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Q7=1时，S1为0，使之成为S1S0=01的串入右移工作方式。当Q7=0时，S1为1，有S1S0=10，则串行送数结束，标志着串行输入的数据已转换成为并行输出了。

2 并行/串行转换器 ○

并行/串行转换是指并行输入的数据，经过转换电路之后变成串行输出。下面是用两片74LS194构成的七位并行/串行转换电路，如图14-4所示。与图14-3相比，它多了两个与非门，而且还多了一个转动启动信号（负脉冲或低电平），工作方式同样为右移。

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图14-4 七位并行/串行转换电路示意图

对于中规模的集成移位寄存器，其位数往往以4位居多，当所需要的位数多于4位时，可以把几片集成移位寄存器用级连的方法来扩展位数。

三、实验设备与器材

1、数字逻辑电路实验箱。

2、数字逻辑电路实验箱扩展板。

3、双踪示波器，数字万用表。

4、芯片74LS00、74LS30（8输入与非门）、74LS194（或CC40194）。

四、实验内容及实验步骤

1、测试74LS194（或CC40194）的逻辑功能 按图连线，、S1、S0、SL、SR、D0、D1、D2、D3、D4分别接至逻辑开关的输出插孔；Q0、Q1、Q2、Q3分别接至逻辑电平显示输入插孔。CP接单次脉冲源。自拟表格，逐项进行测试。并与实验指导书给出的功能表做对比。

注意：当接数码管时，因为所用数码管的驱动器4511是BCD码驱动器，所以，当Q3Q2Q1Q0组成的16进制数大于9时，4511处于消隐状态，数码管不显示；要看大于9的状态应该接四位发光二极管或用能显示十六进制的译码器，如MC14495，CD14495等。

2、环形计数器

自拟实验线路用并行送数法置计数器为某二进制代码（如0100），然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化；再进行循环左移，观察寄存器输出端状态的变化，将结果记录下来。

3、实现数据的串行/并行转换

按图14-3连线，进行右移串入、并出实验，串入数据自定，自拟表格并记录下实验结果。

4、 现数据的并行/串行转换

按图14-4连线，进行右移并入、串出实验，并入数据自定，自拟表格并记录下实验结果。

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五、实验预习要求

1. 复习有关寄存器的有关章节的内容，弄懂移位寄存器工作的基本原理。

2. 查阅74LS194（或CC40194）的资料，熟悉其逻辑功能及引脚排列。

3. 画好实验要用的表格。

六、实验报告要求

1． 根据逻辑功能，画出用构成环型计数器的原理图。

2． 若要进行循环左移，图11-3、11-4接线应如何修改？

3． 在对CC40194进行送数后，若要使输出端改为另外的代码，是否一定要使寄存器 清零？

4． 使寄存器清零，除了采用MR输入低电平的方法外，可否通过左移或右移的方法 来实现？可否使用并行送数法？若可行，如何进行操作?

5． 画出用两片CC40194构成的七位左移串/并行转换器电路。

6． 画出用两片CC40194构成的七位左移并/串行转换器电路。

7． 根据实验结果，画出4位环形计数器的状态转换图及波形图。

8． 分析串/并转换器、并/串行转换器电路所得结果的正确性。

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第二篇：实验七 移位寄存器及其应用