实验六　移位寄存器的设计

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、实验预习要求

  　1、复习有关寄存器及串行、并行转换器有关内容。

  　2、查阅CC40194、CC4011及CC4068 逻辑线路。熟悉其逻辑功能及引脚排列。

  　3、在对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，如何进行操作？

    5、若进行循环左移，图6－4接线应如何改接？

    6、画出用两片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。

三、实验设备及器件

    1、 ＋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、 CC40194×2（74LS194）  CC4011(74LS00)   CC4068(74LS30)

四、设计方法与参考资料

    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6－1所示。

其中 D₀、D₁ 、D₂ 、D₃为并行输入端；Q₀、Q₁、Q₂、Q₃为并行输出端；S_R 为右移串行输入端，S_L 为左移串行输入端；S₁、S₀ 为操作模式控制端；为直接无条件清零端；

 

图6－1  CC40194的逻辑符号及引脚功能

 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Q₀→Q₃)，左移（方向由Q₃→Q₀），保持及清零。

S₁、S₀和端的控制作用如表6－1。

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

表6－1

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6－2所示，把输出端 Q₃ 和右移串行输入端S_R 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0100→0010→0001→1000→……，如表6－2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6－2 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。                    表6－2

图 6－2 环形计数器

    如果将输出Q_O与左移串行输入端S_L相连接，即可达左移循环移位。

(2)实现数据串、并行转换

① 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输出。

图6－3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6－3   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＝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并行输出了。

串行/并行转换的具体过程如下：

转换前，端加低电平，使1、2两片寄存器的内容清0，此时S₁S₀＝11，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Q₀～Q₇为01111111，与此同时S₁S₀变为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S_R端加入。随着CP脉冲的依次加入，输出状态的变化可列成表6-3所示。

由表6－3可见，右移操作七次之后，Q₇变为0，S₁S₀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。

② 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6－4是用两片CC40194（74LS194）组成的七位并行/串行转换电路，它比图6－3多了两只与非门G₁和G₂，电路工作方式同样为右移。

      表6－3 

 

图6－4 七位并行 / 串行转换器

寄存器清“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S₁S₀为11，转换电路执行并行输入操作。当第一个CP脉冲到来后，Q₀Q₁Q₂Q₃Q₄Q₅Q₆Q₇

的状态为0D₁D₂D₃D₄D₅D₆D₇，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，S₁S₂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，Q₀～Q₆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,S₁S₂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6－4所示。

中规模集成移位寄存器，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。

表6－4

五、设计任务和要求

     1、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0100），然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化，记入表6－5中。

           表6－5

2、数据的串、并行转换

(1)串行输入、并行输出

按参考图6－3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

参考图6－4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。   

六、实验报告

　  1、分析表6－4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。

1、  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。

2、  分析串 / 并、并 / 串转换器所得结果的正确性。

 

第二篇：课题六 、 移位寄存器电路的设计与安装

                课题六      移位寄存器电路的设计与安装

一、目的要求

      培养学生设计电路的思维能力，掌握原理图设计元器件接线图，了解电路图的设计步骤和元器件布线的方法。要求能设计合理的电路接线图，按照电路图把元器件安装在面包板上，使元器件布局合理，跳线最少，通电后电路能正常的工作。

二、电路设计内容

     1) 原理图的绘制

     2）电路图的绘制

     3）按电路图在面包板上布局元器件

     4）跳线的布局

     5）通电调试工作正常

三、实习器材、工具仪表

集成电路74164           1块           电阻 470Ω            7只

集成电路 555            1块                  1K             3只

变压器3W9V            1只                  33K            1只

稳压7805               1只           面包板                 1块

三极管 9013            1只

二极管 1N4007          4只

发光二极管             7只

电解电容  220UF/16V    2只

          47UF/16V     1只

涤纶电容  10nF         1只

剪线钳                 1把

尖嘴钳                 1把

指针式万用表           1块

四、移位寄存器原理图

 

移位寄存器面包板安装图

 

五、电路接线图设计步骤

   1）绘制面包板的草图

   2）在草图上绘制元器件

   3）先放集成电路符号

   4）后放发光二极管

   5）再放电阻、电容

   6）最后是跳线

   7）电路图画好后应检查调整，纠正错误，使元器件、跳线不交叉

   8）按照画好的电路图在面包板上安装元器件

   9）先安装跳线、后安装元器件

   10）安装完成后应检查有无错误

   11）正确后通电调试应工作正常

六、出现故障及检查

   1）无9V整流滤波电压输出，应检查整流滤波电路元件是否连错或开路，变压器开路或引线接错。

   2）有9V没有5V电压输出，应检查稳压块7805是否损坏或接错，引线是否开路。

   3）稳压电源5V正常，发光管不发光

      A；振荡器555工作不正常，

         555集成电路引脚连错或引线连错，外接元器件不正确或开路

         电阻、电容有损坏， 跳线连接不正确

      B；集成电路74164工作不正常

         74164引脚或连线接错，外接元件错误或开路，发光管引脚错误，跳线错误，

      C；只能移动一次

         三极管9013连错或损坏，电阻、跳线错误

七、练习题

1）绘原理图

2）绘电路图

3）移位寄存器电路共有多少只元器件

4）555集成电路起什么作用

5）74164是什么集成电路

八、评分标准

           序号             项        目                配分

            1               绘原理图                    10

            2               绘电路接线图                20

            3               元器件布局                  20

            4               引线布局                    10

            5               通电电路正常工作            40

九、扣分标准

1）原理图绘错每处                   3分

2）电路图绘错每处                   4分

3）元器件、跳线交叉、不平直每处     5分

4）元器件参数不符每处               3分

 十、改进电路

     将复位9脚接高电位、1、2脚接三极管的集电极，基极接4脚为1亮1暗地移动，接5脚为2亮2暗地移动，接6脚为3亮3暗地移动，接10脚为4亮4暗地移动，接11脚为5亮5暗地移动，接12脚为6亮6暗地移动，接13脚为7亮7暗地移动。

                          下图为2亮2暗地移动