一、实验目的

l．验证移位寄存器的逻辑功能；

2．掌握集成电路4位双向移位寄存器的使用方法；

3．学会应用移位寄存器实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器。

二、实验原理

l．移位寄存器的特点

寄存器中所存的数据在CP脉冲作用下能依次左移或右移。有些集成移位寄存器同时设有左移或右移控制端，可根据左移或右移信号实现双向移位的要求。根据移位寄存器存取信息方式的不同分为串入串出、串入并出、并入串出、并入并出这4种形式。

本实验选用的4位双向通用移位寄存器CD40194或74LS194，两者功能和引脚相同，可互换使用。逻辑符号及引脚排列如图47-1所示。

其中，D0、D1、D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端：DIR为右移串行输入端，DIL为左移串行输入端；S1、S0为操作模式控制端；Rd 为异步(亦称为无条件)清零端；CP为时钟脉冲输入端。

CD40194有5种不同操作模式：即数据在D3、D2、D1、D0端并行送入寄存、右移(数据由Q0→Q3移动)、左移(数据由Q3→Q0移动)、保持及清零。

S1、S0和¯Rd端的控制作用如表47-1所示。     

2．移位寄存器的用途

移位寄存器除了可以作为寄存器外，通过适当的连接，还可以成为移位寄存器型计数器、顺序脉冲发生器、串行累加器等，还可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据、并行数据转换为串行数据等。本实验研究移位寄存器如何成为环形计数器和数据的串、并行转换。其他用途自行参考有关资料。

(1)环形计数器

环形计数器如图47-2所示，是把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，利用循环移位实现计数。把输出端Q3与右移输入端DIR相连，设初始状态Q0Q1Q2Q3=1000，则在时钟脉冲CP的作用下，Q0Q1Q2Q3将依次变为0100→0010→0001→1000→……，如表47-2所示。显然它是利用4个有效状态表示计数结果，这种类型的计数器通常称为环形计数器。图47-2所示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。如果将输出端Q0与左移串行输入端DIL相连接，即可左移循环移位。

 (2)实现数据串行、并行输入输出相互转换

    ①串行输入／并行输出转换电路

串行输入／并行输出转换是指串行输入的数据，经转换电路后并行输出。图47-3所示是由CD40194(74LS194)4位双向移位寄存器组成的7位串行输入／并行输出转换电路。

电路中S0端接高电平l，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=l时。S1为0，使之成为S1S0=0l的串入右移工作方式，当Q7=0时，S1=1，有S1S0=11，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。其中所使用的非门可用74LS04(见实验43)或CD4069(见实验62)。

串入／并出转换具体过程如下： 转换前，¯Rd加低电平，使1、2两片寄存器的内容清零，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DIR端加入。随着CP脉冲的加入，输出状态的变化可列成表47-3所示。

由表47-3可知，右移操作七次后，Q7变为0，S1S0又变为11，说明串行输入结束。这时，串行输入的数码已转换成了并行输出。

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并行输入／串行输出转换器

并行输入／串行输出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47-4所示是用两片CD40194(74LS194)组成的7位并行输入／串行输出转换电路，它比图47-3所示电路多了两个与非门G1和G2，电路工作方式同样为右移。

寄存器清零后，加一个转换启动信号(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0DlD2D3D4D5D6D7，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S1S0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7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，S1S0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47-4所示。

图47-4中的G1为8输入与非门，可使用CD4068或74LS30，相关资料见本实验附录。

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。

三、实验设备与器材

l．+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．CD40194×2(或74LS194)、CD4011（74LS00）(见实验37/38)、CD4068（74LS30）(见本实验附录)

四、实验步骤、过程和记录（数据、图表、计算等）

1．测试CD40194（或74LS194）的逻辑功能

按图47-5所示接线，¯Rd、S1、S0、DIL、DIR、D0、D1、D2、D3分别接至逻辑开关；Q0、Q1、Q2、Q3分别接逻辑电平显示器。CP端接单次脉冲源。按表47-5所规定的输入状态，逐项进行测试。

(1)清零：置¯Rd=0，其它输入为任意态，这时寄存器输出Q0Q1Q2Q3应均为0。清零后，置¯Rd =l。

(2)置数：令¯Rd=S1=S0=l，送入任意4位二进制数，如D0D1D2D3=1101，加单次脉冲至CP端，观察CP=0、CP由0→1、CP由1→0三种情况下寄存器输出状态的变化，观察寄存器输出状态变化是否发生在CP脉冲的上升沿。

(3)右移：清零后，令¯Rd =1、S1S0=01，由右移输入端DIR送入二进制数码，如0100，由CP端连续加4个脉冲，观察输出情况并记录。

(4)左移：先清0或预置，再令¯Rd =1，S1=1，S0=0。由左移输入端DIL送入二进制数码如1111，连续加4个CP脉冲，观察输出端情况并记录过程。

(5)保持：寄存器预置任意4位二进制数码，如1101，令¯Rd=1，S1=S0=0，加CP脉冲，观察寄存器输出状态并记录。

2．环形计数器

自拟实验线路，用并行置数法预置寄存器为某数据(如0100)，然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化，再进行左移循环，并把过程记入表47-6中。

3．实现数据的串、并行转换

(1)串行输入、并行输出

把两块CD40194接成如图47-3所示，就成为右移串入、并出寄存器，实验时串入数据自定。自行改接线路用左移串入方式实现并行输出，自拟表格并记录过程。

D1=1,D2=0,D3=1,D4=0,D5=1,D6=0,D7=1