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【时序逻辑电路】——寄存器

2022-07-24 06:28:00 【厉昱辰】

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欢迎大家来学习数字电路——时序逻辑电路。
在这里我们会讲解数码寄存器、移位寄存器、单向移位寄存器和集成双向移位寄存器74LS194，希望通过我们的学习会让你更明白数字电路中的奥秘。

一、寄存器

在数字电路中，常需要将数据或运算结果暂时存放起来。能够暂时存放二进制数据的电路称为寄存器。它由具有记忆功能的触发器和门电路构成。一个触发器只有0和1两个状态，只能存储1位二级制代码，n个触发器可以构成能存储n位二进制的寄存器。在时钟脉冲CP控制下，寄存器接收输入的二进制数码并存储起来。按照功能的不同，寄存器可分为数码寄存器和移位寄存器。

1.数码寄存器

数码寄存器具有接收、存储和清除原有数据的功能。

（1）电路组成

如图所示是一个由基本RS触发器和门电路组成的4位数码寄存器的逻辑电路图。4个RS触发器的复位端连接在一起，作为寄存器的清零端 $\overline{CR}$ ， $D_{0}\sim D_{3}$ 为寄存器的数据输入端， $Q_{0 }\sim Q_{3}$ 是数据的输出端。

（2）工作过程

寄存器的工作分两步进行：

①寄存器前先清零

在接收数据前先在复位端加一个负脉冲（清零脉冲），把所有触发器置0，清零脉冲恢复高电平后，为接收数据做好准备。

②接收脉冲控制数据寄存

接收脉冲CP（正脉冲）到来，将与非门G0~G3打开，接收输入数码 $D_{3}D_{2}D_{1}D_{0}$ 。例如，若 $D_{3}D_{2}D_{1}D_{0}$ =1101，则G3、G2、G1、G0输出为0010，各触发器被置成1101，即 $Q_{3}$ $Q_{2}$ $Q_{1}$ $Q_{0}$ =1101，完成接收和寄存工作。

可以看出，上述寄存器在工作时，同时输入各位数码 $D_{3}D_{2}D_{1}D_{0}$ ，并同时输出各位数码 $Q_{3}$ $Q_{2}$ $Q_{1}$ $Q_{0}$ ，这种数码输入、输出方式为并行输入、并行输出方式。

（3）对于数码寄存器的分析

优点：存储时间短、速度快。

缺点：停电后，所存储的数码便全部丢失。

2.移位寄存器

移位寄存器不仅能寄存数码，还具有移位功能。移位是指在移位脉冲的控制下，触发器向左或向右的相邻位依次转移数码的处理方式。

移位寄存器分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。

（1）单向移位寄存器

①电路组成

如图所示为由JK触发器构成的4位单向右移寄存器。图中各触发器的J、K端均与相邻低位触发器的、 $\overline{Q}$ 端连接，左边最低位的JK触发器FF0的K端串接一个非门后再与J端相连，作为接收外来数据的输入端，各个JK触发器的J与K总是处于相反状态，使JK触发器只具有置0和置1的功能。移位控制信号同时加到各触发器的CP端。

②工作过程

在CP下降沿作用下，待存数码送到FF0，其他各触发器的状态与CP作用前一瞬间低1位触发器的状态相同，即寄存器中的原有数码一次右移1位。

下面以存入数码1011为例，分析 4位右移寄存器的工作过程，要寄存数码 $D_{3}D_{2}D_{1}D_{0}$ =1011，一般先对寄存器清0，然后将被存放数码从高位到低位按移位脉冲节拍依次送到 $D_{0}$ 端，当第一个CP上升沿到来时 $D_{0}$ =1，则 $Q_{3}$ $Q_{2}$ $Q_{1}$ $Q_{0}$ =0001；当第二个CP上升沿到来时， $D_{0}$ =0， $Q_{3}$ $Q_{2}$ $Q_{1}$ $Q_{0}$ =0010，经过四个移位脉冲后寄存器状态为 $Q_{3}$ $Q_{2}$ $Q_{1}$ $Q_{0}$ =1011。如图所示：