移位寄存器：功能及应用

移位寄存器不仅具有数据存储功能，还能在移位时钟脉冲的控制下逐位向左或向右移动。按照移位情况不同可分为单向移位寄存器和双向移位寄存器两大类。下面分别介绍其工作原理。

一、单向移位寄存器

图5.6.3　由D触发器组成的4位右移位寄存器

图5.6.3所示为由4个上升沿触发的D触发器组成的4位右移位寄存器。这4个触发器的时钟端连接在一起接时钟脉冲输入信号，D0为串行数据输入端，Q3为串行数据输出端。下面讨论其工作原理。

由图可得其驱动方程和状态方程分别为

驱动方程：

状态方程：

其中DI为串行输入数据，从D0端输入。从上述表达式可以看出，各触发器在时钟脉冲CP的触发下，其状态依次从DI→Q0→Q1→Q2→Q3进行传递。用时序图可以说明其传递过程，如图5.6.4所示。

图5.6.4　4位右移位寄存器的时序图

开始时通过使所有触发器清0，设串行输入数据DI＝1011。在第一个时钟脉冲CP的上升沿到来时，FF0将此时的串行输入数据DI的第一个数码1接收，状态变为Q0＝1，其余触发器状态全为0，寄存器的状态Q0Q1Q2Q3为1000；在第二个时钟脉冲CP的上升沿到来时，串行输入数据DI的第二个数码0存入FF0中，Q0＝0，FF0中原来的数码1移入FF1中，Q1＝1，同理，Q2＝Q3＝0，寄存器中的数码又依次向右移动一位，依次类推。经过4个脉冲后分别从Q3、Q2、Q1、Q0并行输出1011，再继续输入脉冲也可从Q3串行输出数码。这种将数据从左向右依次移位的寄存器称为右移位寄存器。

图5.6.5所示为由4个上升沿触发的D触发器组成的4位左移位寄存器。其工作原理和右移位寄存器相同，这里不再重复。

图5.6.5　由D触发器组成的4位左移位寄存器

二、双向移位寄存器

与可逆计数器的设计相似，如果将左移位寄存器和右移位寄存器结合在一起，通过加入适当的控制电路和控制信号，可构成双向移位寄存器。双向移位寄存器的典型电路如图5.6.6所示。

图5.6.6　4位双向移位寄存器

由图可得该寄存器的状态方程：

三、集成移位寄存器(www.xing528.com)

常用的集成移位寄存器可根据需要实现单向、双向移位，串行输入、输出，并行输入、输出等功能。常用的4位双向移位寄存器如CT74LS194，8位双向移位寄存器如CT74LS198等。

图5.6.7所示为4位双向移位寄存器CT74LS194的逻辑功能示意图和引脚排列图。图中CP为移位脉冲输入端，为异步清0输入端，D0～D3为并行数据输入端，DSR为右移串行数据输入端，DSL为左移串行数据输入端，M1和M0为工作方式控制端，Q0～Q3为并行数据输出端。

图5.6.7　CT74LS194的逻辑功能示意图和引脚排列图

CT74LS194的功能表如表5.6.2所示。从表中可以看出它有如下功能：

表5.6.2　CT74LS194的功能表

（1）异步清0功能。

当时，无论时钟脉冲CP和其他输入端为何信号，移位寄存器将被清0， 即Q0Q1Q2Q3＝0000。

（2）并行置数功能。

当，M1＝M0＝1时，在CP上升沿的作用下，无论其他输入端为何信号，D0～D3并行输入端的数据d0～d3被置入移位寄存器，使Q0Q1Q2Q3＝d0d1d2d3。

（3）保持功能。

当时，在CP＝0、1（CP为无效状态）或M1＝M0＝0时，移位寄存器保持原来的数码不变。

（4）右移串行送数功能。

当，M1＝0，M0＝1时，在CP上升沿的作用下，执行右移位功能，同时串行输入数据由DSR输入，DSR送入D0。

（5）左移串行送数功能。

当，M1＝1，M0＝0时，在CP上升沿的作用下，执行左移位功能，同时串行输入数据由DSL输入，DSL送入D3。