数字电路实验6移位寄存器的应用
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北京科技大学实验报告学院:高等工程师学院专业:自动化(卓越计划)班级:自E181姓名:杨威学号:41818074 实验日期:2020 年5月26日一、实验名称:集成计数器及其应用1、实验内容与要求(1)用74161和必要逻辑门设计一个带进位输出的10进制计数器,采用同步置数方法设计;(2)用两个74161和必要的逻辑门设计一个带进位输出的60进制秒计数器;2、实验相关知识与原理(1)74161是常用的同步集成计数器,4位2进制,同步预置,异步清零。
引脚图功能表其中X。
3、10进制计数器(1)实验设计1)确定输入/输出变量输入变量:时钟信号CLK、复位信号CLRN;输出变量:计数输出QD、QC、QB、QA,进位输出RCO,显示译码输出OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG2)计数范围:0000-10013)预置数值:00004)置数控制端LDN:计数到1001时输出低电平5)进位输出RCO:计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表:CP QDQCQBQA0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 01107 01117 10009 100110 0000(2)原理图截图仿真波形如下功能验证表格CLRN QD QC QB QA RCO0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 01 0 0 1 0 01 0 0 1 1 01 0 1 0 0 01 0 1 0 1 01 0 1 1 0 01 0 1 1 1 01 1 0 0 0 01 1 0 0 1 11 0 0 0 0 04、60进制秒计数器(1)实验设计1)确定输入/输出变量输入变量:时钟信号CLK、复位信号CLRN;输出变量:计数十位输出QD2、QC2、QB2、QA2和计数个位输出QD1、QC1、QB1、QA1,进位输出RCO2)计数范围:0000 0000-0101 10013)预置数值:0000 00004)置数控制端LDN1(个位):计数到0101 1001时输出低电平5)清零端CLRN2(十位):计数到0110时输出低电平6)ENT:个位计数到1001时输出高电平7)进位输出RCO:计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表CP QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA10 0000 0000 20 0010 0000 40 0100 00001 0000 0001 21 0010 0001 41 0100 00012 0000 0010 22 0010 0010 42 0100 00103 0000 0011 23 0010 0011 43 0100 00114 0000 0100 24 0010 0100 44 0100 01005 0000 0101 25 0010 0101 45 0100 01016 0000 0110 26 0010 0110 46 0100 01107 0000 0111 27 0010 0111 47 0100 01118 0000 1000 28 0010 1000 48 0100 10009 0000 1001 29 0010 1001 49 0100 100110 0001 0000 30 0011 0000 50 0101 000011 0001 0001 31 0011 0001 51 0101 000112 0001 0010 32 0011 0010 52 0101 001013 0001 0011 33 0011 0011 53 0101 001114 0001 0100 34 0011 0100 54 0101 010015 0001 0101 35 0011 0101 55 0101 010116 0001 0110 36 0011 0110 56 0101 011017 0001 0111 37 0011 0111 57 0101 011118 0001 1000 38 0011 1000 58 0101 100019 0001 1001 39 0011 1001 59 0101 100160 0000 0000 (2)设计原理图截图(3)实验仿真仿真波形:仿真结果表:5、实验思考题:(1)总结任意模计数器的设计方法。
移位寄存器的设计方法移位寄存器是数字电路中常用的一种元件,用于在计算机系统中进行数据的移位操作。
在数字系统中,移位操作是非常常见和重要的,通过移位操作可以实现数据的左移、右移、循环移位等功能。
移位寄存器的设计方法有很多种,可以根据具体的应用需求选择合适的设计方案。
首先,移位寄存器的设计需要考虑的一个重要因素是移位方向。
移位操作可以分为向左移位和向右移位两种。
在设计移位寄存器时,需要明确移位的方向,并根据具体的应用需求确定是向左移位还是向右移位。
通常情况下,可以通过控制信号来选择移位的方向,从而实现不同的功能。
其次,移位寄存器的设计还需要考虑移位的方式。
常见的移位方式包括逻辑移位和算术移位。
逻辑移位是指在移位过程中,移走的位置用零填充;而算术移位是指在移位过程中,移走的位置用原来的符号位填充。
在设计移位寄存器时,需要根据具体的应用需求选择适合的移位方式,从而实现所需的功能。
另外,移位寄存器的设计还需要考虑移位的位数。
移位可以分为单位移位、多位移位和循环移位等。
在设计移位寄存器时,需要确定移位的位数,并设计相应的电路来实现移位操作。
通常情况下,可以通过控制信号来指定移位的位数,从而实现不同精度的移位操作。
此外,移位寄存器的设计还需要考虑移位的速度和延迟。
移位寄存器的设计应该尽可能地减小移位操作的延迟,提高移位的速度,从而提高系统的性能。
在设计移位寄存器时,可以采用并行移位、流水线移位等技术来提高移位的速度,减小移位的延迟。
总的来说,移位寄存器的设计是数字电路设计中的一个重要课题,需要综合考虑移位方向、移位方式、移位位数、移位速度和延迟等因素。
通过合理的设计,可以实现高效、稳定的移位操作,从而满足不同应用场景的需求。
希望本文对移位寄存器的设计方法有所帮助,为读者在数字电路设计中的实践提供一些参考。
电气与电子信息工程学院实验报告课程名称:电子技术实验(数电部分)专业名称:班级:学号:姓名:湖北理工学院电气与电子信息工程学院实验报告规范实验报告是检验学生对实验的掌握程度,以及评价学生实验课成绩的重要依据,同时也是实验教学的重要文件,撰写实验报告必须在科学实验的基础上进行。
真实的记载实验过程,有利于不断积累研究资料、总结研究实验结果,可以提高学生的观察能力、实践能力、创新能力以及分析问题和解决问题的综合能力,培养学生理论联系实际的学风和实事求是的科学态度。
为加强实验教学中学生实验报告的管理,特指定湖北理工学院电气与电子信息工程学院实验报告规范。
一、每门实验课程中的每一个实验项目均须提交一份实验报告。
二、实验报告内容一般应包含以下几项内容:1、实验项目名称:用最简练的语言反映实验内容,要求与实验课程安排表中一致;2、实验目的和要求:明确实验的内容和具体任务;3、实验内容和原理:简要说明本实验项目所涉及原理、公式及其应用条件;4、操作方法与实验步骤:写出实验操作的总体思路、操作规范和操作主要注意事项,准确无误地记录原始数据;5、实验结果与分析:明确地写出最后结果,并对实验得出的结果进行具体、定量的结果分析,说明其可靠性;6、问题与建议(或实验小结):提出需要解决问题,提出改进办法与建议,避免抽象地罗列、笼统地讨论。
(或对本次实验项目进行总结阐述。
)三、实验报告总体上要求字迹工整,文字简练,数据齐全,图标规范,计算正确,分析充分、具体、定量。
四、指导教师及时批改实验报告,并将批改后的报告返还学生学习改进。
五、实验室每学期收回学生的实验报告,并按照学校规章保存相应时间。
实验报告实验项目名称:逻辑门电路逻辑功能的测试同组人:实验时间:实验地点:指导教师:一、实验目的1、熟悉数字逻辑实验箱的结构、基本功能和使用方法。
2、掌握常用非门、与非门、或非门、异或门的逻辑功能及其测试方法。
二、实验主要仪器与设备三、实验预习要求做实验前必须认真复习数字逻辑实验箱、数字万用表、芯片CC4011、CC4030、CC4000的有关内容。
移位寄存器工作原理
移位寄存器是一种基于存储元件的电子设备,用于存储和移动数字位序列。
它可以通过移动其中的位来实现数值的平移操作。
移位寄存器一般由若干个触发器(通常是D触发器)组成,
每个触发器都可以存储一个二进制位。
移位寄存器的工作原理如下:
1. 数据输入:将要进行移位操作的数据输入到移位寄存器的最低位上,同时,将移位寄存器中的其他位向高位移动一位。
2. 时钟信号:通过时钟信号控制触发器的工作,每个时钟周期,触发器会根据输入信号的变化来更新其输出。
3. 位移操作:通过反复输入并移位来实现数据的位移操作。
在每个时钟周期,数据会从一个触发器传递到下一个触发器,最终从最高位触发器输出。
4. 数据输出:最后一个触发器的输出即为最终位移后的结果。
移位寄存器的应用非常广泛,常见的应用场景包括数据传输、位序列的移动与旋转、数字信号处理、寻址操作等。
它可以被用于实现各种数字电路和通信系统中的功能,例如位移寄存器可以用于串行-并行数据转换、分频器等。
第1篇一、实验目的1. 理解时序电路的基本概念和组成,掌握时序电路的设计方法和分析方法。
2. 掌握计数器、寄存器、移位寄存器等时序电路的应用。
3. 熟悉FPGA开发环境,能够使用Quartus II设计工具进行时序电路的设计和仿真。
二、实验原理时序电路是数字电路中的一种重要电路,它能够根据输入信号的变化,产生一系列有序的输出信号。
时序电路主要由触发器、逻辑门和时钟信号组成。
1. 触发器:触发器是时序电路的基本单元,具有存储一个二进制信息的功能。
常见的触发器有D触发器、JK触发器、T触发器等。
2. 逻辑门:逻辑门用于实现基本的逻辑运算,如与、或、非、异或等。
3. 时钟信号:时钟信号是时序电路的同步信号,用于控制触发器的翻转。
三、实验内容1. 计数器设计(1)设计一个3位同步二进制加计数器。
(2)设计一个3位同步二进制减计数器。
2. 寄存器设计使用74LS74触发器设计一个双向移位寄存器。
3. 移位寄存器设计使用74LS74触发器设计一个单向移位寄存器。
4. 环形计数器设计使用74LS74触发器设计一个环形计数器。
5. 可控分频器设计使用Verilog HDL语言设计一个可控分频器,实现时钟信号的分频功能。
四、实验步骤1. 使用Quartus II设计工具创建工程,并添加所需的设计文件。
2. 根据实验原理,编写时序电路的Verilog HDL代码。
3. 编译代码,并生成测试平台。
4. 在测试平台上进行仿真,验证时序电路的功能。
5. 将设计下载到FPGA,进行硬件实验。
6. 记录实验结果,分析实验现象。
五、实验结果与分析1. 计数器实验结果(1)3位同步二进制加计数器:按照时钟信号的变化,计数器能够从000计数到111。
(2)3位同步二进制减计数器:按照时钟信号的变化,计数器能够从111减到000。
2. 寄存器实验结果使用74LS74触发器设计的双向移位寄存器,能够实现数据的左移和右移功能。
3. 移位寄存器实验结果使用74LS74触发器设计的单向移位寄存器,能够实现数据的左移功能。
《数字电路与逻辑设计》课程实验报告系(院):计算机与信息学院专业:班级:姓名:学号:指导教师:学年学期: 2018 ~ 2019 学年第一学期实验一基本逻辑门逻辑以及加法器实验一、实验目的1.掌握TTL与非门、与或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。
2.熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。
二、实验所用器件和仪表1.二输入四与非门74LS00 1片2.二输入四或非门74LS28 1片3.二输入四异或门74LS86 1片三、实验内容1.测试二输入四与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。
2.测试二输入四或非门74LS28一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。
3.测试二输入四异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。
4.掌握全加器的实现方法。
用与非门74LS00和异或门74LS86设计一个全加器。
四、实验提示1.将被测器件插入实验台上的14芯插座中。
2.将器件的引脚7与实验台的“地(GND)”连接,将器件的引脚14与实验台的+5V 连接。
3.用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。
拨动开关,则改变器件的输入电平。
4.将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯连接。
指示灯亮表示输出电平为1,指示灯灭表示输出电平为0。
五、实验接线图及实验结果74LS00中包含4个二与非门,74LS28中包含4个二或非门,74LS86中包含4个异或门,下面各画出测试第一个逻辑门逻辑关系的接线图及测试结果。
测试其他逻辑门时的接线图与之类似。
测试时各器件的引脚7接地,引脚14接+5V。
图中的K1、K2是电平开关输出,LED0是电平指示灯。
1.测试74LS00逻辑关系接线图及测试结果(每个芯片的电源和地端要连接)图1.1 测试74LS00逻辑关系接线图表1.1 74LS00真值表输 入输 出 引脚1引脚2 引脚3 L L HL H H HL H HHL2. 测试74LS28逻辑关系接线图及测试结果i.ii.iii. 图1.2 测试74LS28逻辑关系接线图表1.2 74LS28真值表i. 输 入 ii. 输 出 iii. 引脚2 iv. 引脚3v. 引脚1 vi. L vii. L viii. H ix. L x. H xi. L xii. Hxiii. L xiv. L xv. H xvi. Hxvii. L3.测试74LS86逻辑关系接线图及测试结果图1.3 测试74LS86逻辑关系接线图表1.3 74LS68真值表输 入输 出 引脚1引脚2 引脚3 L L L L H H H L H HHL4. 使用74LS00和74LS86设计全加器(输入来源于开关K2、K1和K0,输出送到LED 灯LED1和LED0 上,观察在不同的输入时LED 灯的亮灭情况)。
实验七8位移位寄存器的设计引言:移位寄存器是一种常见的数字电路,可以在电子系统中进行数据的移位操作。
在本实验中,我们将设计一个8位移位寄存器,通过串行输入和串行输出实现数据的向左和向右移位。
实验中我们将使用逻辑门和触发器来构建移位寄存器。
设计目标:设计一个8位的移位寄存器,能够通过串行输入和串行输出来实现数据的向左和向右移位,并能够在任意时刻改变移位的方向。
设计步骤:步骤一:根据设计目标,首先需要确定使用何种类型的触发器来实现移位寄存器。
由于我们需要实现向左和向右移位,可以选择D触发器来实现。
步骤二:根据所选择的触发器类型,我们需要对每一个位进行设计。
由于需要实现8位的移位寄存器,我们需要使用8个D触发器来实现。
步骤三:根据移位寄存器的逻辑功能,我们需要使用两个串行输入引脚和两个串行输出引脚。
其中一个串行输入引脚用于向左移位,另一个用于向右移位;一个串行输出引脚用于向左移位输出,另一个用于向右移位输出。
步骤四:将每个D触发器的输出与下一个D触发器的输入相连,以实现数据的串行输入。
步骤五:将第一个D触发器的输入与移位方向引脚相连,以确定移位方向。
步骤六:将最后一个D触发器的输出与移位输出引脚相连,以实现数据的串行输出。
步骤七:对每个D触发器的时钟输入引脚进行控制,以实现移位操作的时序。
结果分析:通过上述步骤所设计的8位移位寄存器,我们可以实现数据的向左和向右移位操作,并可以通过串行输入和串行输出进行控制和观测。
移位寄存器在很多应用中都有广泛的应用,例如串行通信、数据压缩、图像处理等。
总结:通过本次实验,我们了解了移位寄存器的基本原理和设计方法。
通过串行输入和串行输出实现数据的移位,可以有效地利用数字电路来实现数据处理任务。
移位寄存器作为一种重要的数字电路,为我们提供了一种灵活和便捷的数据存储和处理方式。
在今后的学习和实际应用中,我们可以进一步深入了解移位寄存器的其他应用和扩展。
第1篇一、实验目的1. 理解移位操作电路的工作原理。
2. 掌握移位操作电路的设计与搭建方法。
3. 验证移位操作电路的功能和性能。
二、实验原理移位操作电路是数字电路中常用的基本单元,用于实现二进制数的移位操作。
根据移位方向的不同,移位操作可分为逻辑移位和算术移位。
1. 逻辑移位:将移位的数据视为无符号数据,移位过程中不考虑数据的符号位。
逻辑移位包括逻辑左移(SLL)和逻辑右移(SRL)。
2. 算术移位:将移位的数据视为带符号数据,移位过程中保持符号位不变。
算术移位包括算术右移(SRA)。
移位操作电路主要由移位寄存器和控制逻辑组成。
移位寄存器用于存储待移位的数据,控制逻辑根据移位指令控制移位寄存器的移位操作。
三、实验设备1. 移位寄存器:一片74LS1942. 逻辑门电路:若干3. 电源:+5V4. 导线:若干5. 实验平台:示波器、逻辑分析仪等四、实验内容1. 逻辑左移(SLL)实验(1)搭建电路:将74LS194连接成8位左移寄存器,并添加控制逻辑。
(2)输入数据:将初始数据输入移位寄存器。
(3)控制移位:通过控制逻辑,实现数据的逻辑左移操作。
(4)观察结果:使用示波器或逻辑分析仪观察移位寄存器的输出,验证逻辑左移功能。
2. 逻辑右移(SRL)实验(1)搭建电路:将74LS194连接成8位右移寄存器,并添加控制逻辑。
(2)输入数据:将初始数据输入移位寄存器。
(3)控制移位:通过控制逻辑,实现数据的逻辑右移操作。
(4)观察结果:使用示波器或逻辑分析仪观察移位寄存器的输出,验证逻辑右移功能。
3. 算术右移(SRA)实验(1)搭建电路:将74LS194连接成8位算术右移寄存器,并添加控制逻辑。
(2)输入数据:将初始数据输入移位寄存器。
(3)控制移位:通过控制逻辑,实现数据的算术右移操作。
(4)观察结果:使用示波器或逻辑分析仪观察移位寄存器的输出,验证算术右移功能。
五、实验结果与分析1. 逻辑左移实验结果:通过示波器或逻辑分析仪观察移位寄存器的输出,发现数据实现了逻辑左移,验证了逻辑左移功能。
移位寄存器指令的工作原理移位寄存器是一种数字电路,用于按位对二进制数进行移位操作。
它主要由触发器和选择线组成,常见的移位寄存器有移位左移寄存器和移位右移寄存器。
移位寄存器的工作原理如下:1. 移位寄存器的输入端接收要移位的数据,输出端则输出移位后的数据。
它的触发器通常为D触发器或JK触发器。
2. 移位寄存器有一个时钟输入端,读写操作一般在时钟的上升沿或下降沿触发。
当时钟触发时,移位寄存器开始工作。
3. 在移位寄存器中,一个数据位能够移入或移出寄存器。
当发生左移时,最左边的位(也就是最高位)移出寄存器,而右边的位则将向左移动一个位置,最右边的位则填充0或暂存。
当发生右移时,最右边的位移出寄存器,而左边的位向右移动一个位置,最左边的位则填充0或暂存。
4. 移位寄存器通过选择线对触发器进行控制,实现移位操作。
根据选择线的不同激活方式,移位寄存器可以实现向左移位、向右移位、循环移位、串行输入输出和并行输入输出等功能。
选择线的激活方式是通过对其输入线的电平控制来实现的。
5. 移位寄存器还可以与其他逻辑门、触发器和计数器等电路组合使用,形成更复杂的数字电路,如移位寄存器与加法器结合可以实现移位加法器。
移位寄存器的应用非常广泛,主要包括以下几个方面:1. 数据传输:移位寄存器可用于串行输入和输出,将并行数据转换为串行数据或将串行数据转换为并行数据。
这在通信系统和计算机中都有应用。
2. 数据存储:移位寄存器可以用来存储数据,并按照指令进行位移操作或者填充和清空操作。
如在计算机内存中,可以使用移位寄存器进行数据存储和读取。
3. 数据处理:移位寄存器可以用于逻辑运算、算术运算、码位转换等数据处理操作,比如在位运算和数值处理中,可以利用移位寄存器进行数据的移位、补码转换等。
4. 时钟同步:移位寄存器和时钟信号结合使用,可以实现时序的控制和同步功能。
比如在数字锁中,可以用移位寄存器实现密码序列和输入密码的同步。
总结来说,移位寄存器是一种能够对二进制数进行移位操作的数字电路。
第1篇一、实验目的1. 理解数字系统电路的基本原理和组成。
2. 掌握数字电路的基本实验方法和步骤。
3. 通过实验加深对数字电路知识的理解和应用。
4. 培养学生的动手能力和团队合作精神。
二、实验原理数字系统电路是由数字逻辑电路构成的,它按照一定的逻辑关系对输入信号进行处理,产生相应的输出信号。
数字系统电路主要包括逻辑门电路、触发器、计数器、寄存器等基本单元电路。
三、实验仪器与设备1. 数字电路实验箱2. 数字万用表3. 示波器4. 逻辑分析仪5. 编程器四、实验内容1. 逻辑门电路实验(1)实验目的:熟悉TTL、CMOS逻辑门电路的逻辑功能和测试方法。
(2)实验步骤:1)搭建TTL与非门电路,测试其逻辑功能;2)搭建CMOS与非门电路,测试其逻辑功能;3)测试TTL与门、或门、非门等基本逻辑门电路的逻辑功能。
2. 触发器实验(1)实验目的:掌握触发器的逻辑功能、工作原理和应用。
(2)实验步骤:1)搭建D触发器电路,测试其逻辑功能;2)搭建JK触发器电路,测试其逻辑功能;3)搭建计数器电路,实现计数功能。
3. 计数器实验(1)实验目的:掌握计数器的逻辑功能、工作原理和应用。
(2)实验步骤:1)搭建同步计数器电路,实现加法计数功能;2)搭建异步计数器电路,实现加法计数功能;3)搭建计数器电路,实现定时功能。
4. 寄存器实验(1)实验目的:掌握寄存器的逻辑功能、工作原理和应用。
(2)实验步骤:1)搭建4位并行加法器电路,实现加法运算功能;2)搭建4位并行乘法器电路,实现乘法运算功能;3)搭建移位寄存器电路,实现数据移位功能。
五、实验结果与分析1. 逻辑门电路实验通过搭建TTL与非门电路和CMOS与非门电路,测试了它们的逻辑功能,验证了实验原理的正确性。
2. 触发器实验通过搭建D触发器和JK触发器电路,测试了它们的逻辑功能,实现了计数器电路,验证了实验原理的正确性。
3. 计数器实验通过搭建同步计数器和异步计数器电路,实现了加法计数和定时功能,验证了实验原理的正确性。
移位寄存器一、基本原理说明图1所示是移位寄存器仿真系统框图。
将图中的正弦信号发生器产生的正弦波馈入多点选择器(Multi Selector),通过把参数“指针到输出”设置为{1,1,1}将信号分解为三路相同的信号。
其中一路是直通,另一路延迟8个节拍(8个采样时间),第三路延迟26个节拍。
输出的路数、延迟时间皆可以任意设定。
可变选择器(V ariable Selector)可以任意交换输出三路信号的秩序。
图1 移位寄存器仿真系统框图二、参数设置正弦信号发生器主要参数设置:多点选择器参数设置:其中Indices to output(指针到输出)设置为{1,1,1}以保证输入的正弦信号分解为三路相同的信号。
可变选择器参数设置:其中Elements(元素)设置为[3 1 2],表明连接在示波器上面的三路信号是通过交换排序后的波形,见结果图2可知最上方显示的是第三路波形,第二显示的是第一路直通的波形,而第三显示的是第二路延迟波形。
通过改变元素的设置可任意改变其输出波形顺序。
示波器主要参数设置:三、仿真结果与分析仿真结果如图2所示。
图2 仿真结果从上图中可知最上方的波形延迟了26个采样时间,第二波形为直通波形,第三波形是延迟了8个采样时间,最后综合起来观察波形即可知此电路已达到移位的效果。
这就是移位寄存器的实现。
四、实验心得及教学建议本课程为MA TLAB的应用,在开设本课程之前,其实已经多次的接触到此软件的应用。
在信号与系统及数字信号处理的课程当中涉及到了很多关于此软件各个方面的应用。
也做过多次关于此软件的实验,但因为没有开设独立的课程,做实验的过程中老师也没对其进行详细的讲解,所以对其应用仍然不熟悉。
通过本学期的学习,对MA TLAB的应用更加的熟悉了,而且也见识到了其强大的功能。
以后有机会将继续对其功能进行深入的了解。
老师在课堂上讲的很精细,对其Simulink的仿真应用做了很多详细的讲解。
从其建模到仿真都一步一步的演示给我们看,让我们不仅仅是停留在书本上,而是从实际应用中掌握其用法。
实 验 报 告
课程名称: 数字电路实验 第 6 次实验
实验名称: 移位寄存器的应用
实验时间: 2012 年 5 月 7 日
实验地点: 组号
学号:
姓名:
指导教师: 评定成绩:
《数字电路与系统设计》实验指导书 1
实验六 移位寄存器应用
一、实验目的:
1.了解寄存器的基本结构。
2.掌握74LS194移位寄存器的逻辑功能。
3.学习中规模移位寄存器的应用。
二、实验仪器:
序号 仪器或器件名称 型号或规格 数量
1 逻辑实验箱 1
2 万用表 1
3 双踪示波器 1
4 74LS194 1
5 74LS112 1
6 74LS04 1
7 74LS00 1
8 74LS86 1
9 74LS10 1
三、实验原理:
数据的存储和移动是数字信号的一种常见运作,能实现这种动作的是
数据寄存器和移位寄存器,它们同计数器一样也是数字电路中不可缺少的
基本逻辑器件。数据寄存器有两类结构,一类是由多个钟控D锁存器组成
的,另一类是由多个钟控D触发器组成的。数据寄存器的数据的输入和输
出都是并行的。移位寄存器的结构也是由多个触发器级联的,其数据不仅
可以存储,还可以左移或右移。移位寄存器的数据的输入和输出都有串行
和并行之分,数据的动作受公共时钟信号的控制,也就是同步工作的。
4位双向移位寄存器74LS194A为TTL双极型数字集成逻辑电路,外
形为双列直插,它具有清除、左移、右移、并行送数和保持等多种功能,
是一种功能比较全的中规模移位寄存器,图6-1是引脚排列图,逻辑符号
如图6-2所示,74LS194A的功能表见表6-1。
《数字电路与系统设计》实验指导书 2
表6-1 74LS194A 4位双向移位寄存器功能表
功能
M1 M0 CP RD DR d1 d2 d3 d4 DL Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1 Q4n+1
清零
― ― ― 0 ― ― ― ― ― ― 0 0 0 0
预置
1 1 ↑ 1 ― d1 d2 d3 d4 ― d1 d2 d3 d4
右移
0 1 ↑ 1 dR ― ― ― ― ― dR d1 d2 d3
左移
1 0 ↑ 1 ― ― ― ― ― dL d2 d3 d4 dL
保持
0 0 ― 1 ― ― ― ― ― ― Q1n Q2n Q3n Q4n
移位寄存器的最直接应用是数据的串/并转换,图6-3和图6-4就是简
单的实例。在图6-3中M1M0=01,表示数据可以右移,首先清零端输入一
个负脉冲,使Q1Q2Q3Q4=0,在单脉冲CP的作用下,右移输入端DR依次
串入数据,4个CP后就可在4个输出端Q1Q2Q3Q4得到并行数据。在图
6-4中首先M1M0=11,在单脉冲CP的作用下,4位数据并行输入到移存
器,然后使M1M0=10,表示数据可以左移,左移输入端DL=1时,在单脉
冲CP的作用下,数据依次从Q1端输出,空缺位被1(DL)填补。4个CP
后,原4位并入的数据全被移出,这时候Q1Q2Q3Q4=1111。
《数字电路与系统设计》实验指导书 3
如果把移位寄存器的输出以一定方式馈送到串行输入端,则可以得到
电路连接简单、编码别具特色、用途极为广泛的移位寄存器型计数器。利
用74LS194,把Q4接到DR端,即可得到模为4的环形计数器(不能自启
动),见图6-5;把Q4通过一个非门接到DR端,即可得到模为8的扭环计
数器(不能自启动),见图6-6。Q输出通过不同的组合电路接到DR端还
可得到不同模值的移位计数器或伪随机序列发生器。
四、实验内容:
1.数据的存储和移动
(1)用一片74LS194及适当门电路实现四位串/并转换,记录结果。
步骤:器件初态清零,先使Q1Q2Q3Q4=0,输出Q1Q2Q3Q4接指示灯,
用单脉冲作CP,用一个开关依次串入数据至DR,一个数据一个CP。右
移
令DR=1010 1110 00,记录结果:(10个CP)
CP Q1 Q2 Q3 Q4
0 1 0 0 0
1 0 1 0 0
2 1 0 1 0
3 0 1 0 1
4 1 0 1 0
5 1 1 0 1
6 1 1 1 0
《数字电路与系统设计》实验指导书 4
7 0 1 1 1
8 0 0 1 1
9 0 0 0 1
10
(2)用一片74LS194及适当门电路实现四位并/串转换,记录结果。
步骤:器件DL=1,Q1接指示灯,先并行输入数据d1d2d3d4,然后使器件
工作在左移状态,用单脉冲作CP,每输入一个CP观察输出结果。设有两
组4位数据1010 及1110。
记录结果:(注意第二组数据输入的时间及第9、10个CP的输出)
CP Q1 Q2 Q3 Q4
0 1 0 1 0
1 0 1 0 1
2 1 0 1 1
3 0 1 1 1
4 1 1 1 1
5 1 1 1 0
6 1 1 0 1
7 1 0 1 1
8 0 1 1 1
9 1 1 1 1
10
2.移位计数器
(1)用一片74LS194及适当门实现伪随机序列,见图6-7。
步骤:器件初态清零,先使
Q1Q2Q3Q4=1,输出Q1Q2Q3Q4接指示
灯,记录指示灯结果:
CP Q1 Q2 Q3 Q4
《数字电路与系统设计》实验指导书 5
0 1 1 1 1
1 0 1 1 1
2 1 0 1 1
3 0 1 0 1
4 1 0 1 0
5 1 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 0 1 1
8 1 0 0 1
9 0 1 0 0
10 0 0 1 0
11 0 0 0 1
12 1 0 0 0
13 1 1 0 0
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
16 0 1 1 1
(2)用一片74LS194及适当门实现M=5的计数器,记录指示灯结果。参
考设计过程如下,得到图6-8:
五、实验思考:
1.用74LS194实现四位并/串转换需要几个CP才能完成?
答:5个
《数字电路与系统设计》实验指导书 6
2.用74LS194实现M=5的计数器有几个无效状态,怎样实现自启动?
答:11个。
以实验2(1)为例。采用把所有无效状态的次态都置为初始状态的方
法。如实验2(1)中的表格数据,则从接收到第5个(含)CP之后的次
态都置为Q1Q2Q3Q4=1。做出列表:
M1:
Q3Q4
Q1Q2
00 01 11 10
00 1 1 1 1
01 1 0 0 1
11 1 1 0 1
10 1 1 0 0
由列表绘制卡诺图,先把M0和D0D1D2D3置为1,然后利用相应的
门电路,使得当出现任何无效状态时,M1的值都变为1,从而芯片进入并
入状态,回到初始的1111;而出现正常状态时,M1的值均为0,正常计
数。
电路图如下:
74194