移位寄存器的原理

隨著科技的發(fā)展現(xiàn)在的科技產(chǎn)物越來(lái)越多。很多出現(xiàn)在我們生活中，而我們卻不知道，有沒(méi)有這樣一種經(jīng)歷就是有一天你不小心把自己的高端產(chǎn)品摔壞了，出現(xiàn)很多很小的機(jī)械零件卻不知道它的功能和名稱呢？有的時(shí)候你甚至不在意這個(gè)。現(xiàn)在小編大家知道移位寄存器嗎？

移位寄存器的原理

移位寄存器不僅能寄存數(shù)據(jù)，而且在時(shí)鐘信號(hào)的最用下使它其中的數(shù)據(jù)依次左移或者右移。

四位移位寄存器的原理：F0、F1、F2、F3是四個(gè)邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器D，每一個(gè)觸發(fā)器的輸出端Q接到右邊一個(gè)觸發(fā)器的輸入端D。因?yàn)閺臅r(shí)鐘的信號(hào)CP的上升沿加到觸發(fā)器上開(kāi)始到輸出端新?tīng)顟B(tài)穩(wěn)定地建立起來(lái)有一段延遲的時(shí)間，所以當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)加到四個(gè)觸發(fā)器上的時(shí)候，每個(gè)觸發(fā)器接受的都是左邊一個(gè)觸發(fā)器中原來(lái)的而數(shù)據(jù)（F0接收的輸入數(shù)據(jù)D1）。寄存器中的數(shù)據(jù)依次右移一位。

移位寄存器按照不同的分類方法可以分為不同的類型。 如果按照移位寄存器的移位方向來(lái)進(jìn)行分類， 可以分為左移移位寄存器、移位寄存器和雙向移位寄存器等；如果按照工作方式來(lái)分類，可以分為串入/串出移位寄存器、串入/并出移位寄存器和并入/串出移位寄存器等。

移位寄存器能將所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動(dòng)，以達(dá)到計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所需的功能，請(qǐng)看圖

啟動(dòng)時(shí)，先在清零端加清零脈沖，使觸發(fā)器輸出置0。然后，第一個(gè)數(shù)據(jù)D0加到觸發(fā)器1的串行輸入端，在第一個(gè)CLK脈沖的上升沿Q0=Q0，Q1=Q2。Q3=Q0。其后，第二個(gè)數(shù)據(jù)D1加到串行輸入端，在第二個(gè)CLK脈沖到達(dá)時(shí)，Q0=Q1，Q1=Q0，Q2=Q3=0。以此類推，當(dāng)?shù)谒膫€(gè)CLK來(lái)到之后，各輸出端分別是Q0=Q3，Q1=Q2，Q2=Q1，Q3=Q0。輸出數(shù)據(jù)可用串行的形式取出，也可用并行開(kāi)式取出。

移位寄存器的工作原理是什么？

把若干個(gè)觸發(fā)器串接起來(lái)，就可以構(gòu)成一個(gè)移位寄存器。由4個(gè)邊沿D 觸發(fā)器構(gòu)成的4位移位寄存器邏輯電路如圖8.8.1所示。數(shù)據(jù)從串行輸入端D1輸入。左邊觸發(fā)器的輸出作為右鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入。假設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)為0000，現(xiàn)將數(shù)碼D3D2D1D0（1101）從高位（D3）至低位依次送到D1端，經(jīng)過(guò)第一個(gè)時(shí)鐘脈沖后，Q0＝D3。由于跟隨數(shù)碼D3后面的數(shù)碼是D2，則經(jīng)過(guò)第二個(gè)時(shí)鐘脈沖后，觸發(fā)器FF0的狀態(tài)移入觸發(fā)器FF1，而FF0變?yōu)樾碌臓顟B(tài)，即Q1＝D3，Q0＝D2。依此類推，可得4位右向移位寄存器的狀態(tài)， 如表8.8.1所示。

由表可知，輸入數(shù)碼依次地由低位觸發(fā)器移到高位觸發(fā)器，作右向移動(dòng)。經(jīng)過(guò)4個(gè)時(shí)鐘脈沖后，4個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)Q3Q2Q1Q0與輸入數(shù)碼D3D2D1D0相對(duì)應(yīng)。為了加深理解，在圖8.8.2中畫(huà)出了數(shù)碼1101（相當(dāng)于D3＝1，D2＝1，D1＝0 ，D0＝1）在寄存器中移位的波形，經(jīng)過(guò)了4個(gè)時(shí)鐘脈沖后，1101出現(xiàn)在寄存器的輸出端Q3Q2Q1Q0。這樣，就可將串行輸入（從D1端輸入）的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為并行輸出（從Q3、Q2、Q1、Q0端輸出）的數(shù)碼。這種轉(zhuǎn)換方式特別適用于將接收到的串行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行輸出信號(hào)，以便于打印或由計(jì)算機(jī)處理。

在圖8.8.3中還畫(huà)出了第5到第8個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，輸入數(shù)碼在寄存器中移位的波形（如圖8.8.2所示）。由圖可見(jiàn)，在第8個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后，數(shù)碼從Q3端已全部移出寄存器。這說(shuō)明存入該寄存器中的數(shù)碼也可以從Q端串行輸出。根據(jù)需要，可用更多的觸發(fā)器組成多位移位寄存器。

除了用邊沿D 觸發(fā)器外，還可用其他類型的觸發(fā)器來(lái)組成移位寄存器，例如，用主從JK 觸發(fā)器來(lái)組成移位寄存器，其級(jí)間連接方式如圖8.8.3所示。根據(jù)JK觸發(fā)器的特征方程，由圖8.8.3可得：

FF2和FF3的接法與FF1完全相似，所以各JK 觸發(fā)器均以D 觸發(fā)器的功能工作，圖8.8.3和圖8.8.1所示電路具有相同的功能。

雙向移位寄存器：

若將圖8.8.1所示電路中各觸發(fā)器間的連接順序調(diào)換一下，讓右邊觸發(fā)器的輸出作為左鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入，則可構(gòu)成左向移位寄存器。若再增添一些控制門(mén)，則可構(gòu)成既能右移（由低位向高位）、又能左移（由高位至低位）的雙向移位寄存器。圖8.8.4是雙向移位寄存器的一種方案，它是利用邊沿D 觸發(fā)器組成的，每個(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D 同與或非門(mén)組成的轉(zhuǎn)換控制門(mén)相連，移位方向取決于移位控制端S的狀態(tài)。

當(dāng)S=1時(shí)，D0＝DSR，D1=Q0，即FF0的D0端與右移串行輸入端DSR接通，F(xiàn)F1的D1端與Q0接通，在時(shí)鐘脈沖CP 作用下，由DSR端輸入的數(shù)據(jù)將作右向移位；反之，當(dāng)S=0時(shí)，D0＝Q1 ，D1＝Q2，在時(shí)鐘脈沖CP作用下，Q2、 Q1的狀態(tài)將作左向移位。同理，可以分析其他兩位觸發(fā)器間的移位情況。由此可見(jiàn)，圖8.8.4所示寄存器可作雙向移位。當(dāng)S=1時(shí)，數(shù)據(jù)作右向移位；當(dāng)S=0時(shí)，數(shù)據(jù)作左向移位?？蓪?shí)現(xiàn)串行輸入——串行輸出（由DOR 或DOL 輸出）、串行輸入――并行輸出工作方式（由Q3～Q0 輸出）。

有時(shí)要求在移位過(guò)程中數(shù)據(jù)不要丟失，仍然保持在寄存器中。只要將移位寄存器的最高位的輸出接至最低位的輸入端，或?qū)⒆畹臀坏妮敵鼋又磷罡呶坏妮斎攵?。這種移位寄存器稱為循環(huán)移位寄存器，它也可以作為計(jì)數(shù)器用，稱為環(huán)行計(jì)數(shù)器。

移位寄存器工作原理

移位寄存器不僅能夠寄存數(shù)碼，而且具有移位功能。移位是數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)中非常重要的一個(gè)功能。如二進(jìn)制數(shù)0101乘以2的運(yùn)算，可以通過(guò)將0101左移一位實(shí)現(xiàn)；而除以2的運(yùn)算則可通過(guò)右移一位實(shí)現(xiàn)。

移位寄存器的種類很多，有左移寄存器、右移寄存器、雙向移位寄存器和循環(huán)移位寄存器等。

圖9-14所示是由四個(gè)觸發(fā)器組成的四位左移寄存器。數(shù)碼從第一個(gè)觸發(fā)器的端串行輸入，使用前先用將各觸發(fā)器清零?，F(xiàn)將數(shù)碼 1101從高位到低位依次送到端。

圖9-14 由觸發(fā)器組成的四位左移寄存器

表9-6 四位左移寄存器狀態(tài)表

第一個(gè)CP過(guò)后，=d3=1，其他觸發(fā)器輸出狀態(tài)仍為0，即=000，d3= 0001。第二個(gè)CP過(guò)后，=d2=1，=d3=1，而==0。經(jīng)過(guò)四個(gè)CP脈沖后，=d3d2d1d0=1101，存數(shù)結(jié)束。各輸出端狀態(tài)如表9-6所示。如果繼續(xù)送四個(gè)移位脈沖，就可以使寄存的這四位數(shù)碼1101逐位從端輸出，這種取數(shù)方式為串行輸出方式。直接從 取數(shù)為并行輸出方式。