移位寄存器-类型，应用程序

简介

触发器可以存储单个二进制数据，即1或0。但是如果我们需要存储多个数据位，我们就需要多个触发器。由于使用单个触发器存储1位数据，因此按顺序连接n个触发器，共存储n位数据。在数字电子技术中，寄存器是一种用来存储信息的装置。

触发器用于构造寄存器。寄存器是一组用来存储多位数据的触发器。例如，如果一台计算机要存储16位数据，那么它需要一组16个触发器。根据要求，寄存器的输入和输出可以是串行或并行的。

寄存器存储的一系列数据位被称为“字节”或“字”，其中一个字节是8位的集合，一个字是16位(或2字节)的集合。

当多个触发器串联在一起时，这种排列被称为寄存器。存储的信息可以在寄存器内传输;这些被称为“移位寄存器”。移位寄存器是一种时序电路，它存储数据并在每个时钟周期将其移向输出。

基本上移位寄存器有4种类型。他们是

• 串行在串行输出移位寄存器
• 串行并行移出寄存器
• 平行串行移出寄存器
• 平行平行移寄存器

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串行移出寄存器中的串行

这个寄存器的输入是以串行方式给出的，即通过一条数据线一个接一个地给出，输出也是串行收集的。数据只能左移或右移。因此，它被称为串行中串行输出移位寄存器或SISO移位寄存器。

当数据从右一点一点输入时，移位寄存器将数据位向左移位。一个4位的SISO移位寄存器由4个触发器和只有3个连接组成。

将位左移的寄存器称为“左移寄存器”。

将位右移的寄存器称为“右移寄存器”。

示例:如果我们将数据1101传递给数据输入，移位后的输出将是0110。

这是四种类型中最简单的一种。由于时钟信号连接到所有4个触发器，因此串行数据连接到最左边或最右边的触发器。第一个触发器的输出连接到下一个触发器的输入，以此类推。移位寄存器的最终输出在最外面的触发器收集。

在上图中，我们看到右移寄存器;从触发器排列的左侧输入串行数据。

在移位寄存器中，当施加时钟信号并给出串行数据时;按照输入数据的顺序，每次输出时只有一位可用。使用SISO移位寄存器是作为临时的数据存储设备。但是SISO的主要用途是充当延迟元件。

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串行并联移出寄存器

这个寄存器的输入是串行的，输出是并行收集的

为了复位4个触发器，除时钟信号外，还将清除(CLR)信号连接到所有4个触发器，串行数据连接到触发器两端(取决于左移寄存器或右移寄存器)。第一个触发器的输出连接到下一个触发器的输入，以此类推。所有的人字拖都与一个普通的时钟相连。

与串行中串行输出寄存器不同，串行并行输出(SIPO)移位寄存器的输出在每个触发器处采集。Q1、Q2、Q3和Q4分别是第一个、第二个、第三个和第四个触发器的输出。

串行并行移出寄存器的主要应用是将串行数据转换为并行数据。因此，在需要将一条数据线解复用为多条平行线的通信线路中使用它们。

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平行串行移出寄存器

这个寄存器的输入是并行给出的，即数据分别给出给每个触发器，输出在结束触发器的输出串行收集。

时钟输入直接连接到所有触发器，但输入数据在每个触发器的输入通过多路复用器单独连接到每个触发器。这里D1、D2、D3和D4是移位寄存器的独立并行输入。在这个寄存器中，输出是串行收集的。

前一个触发器的输出和并行数据输入连接到MUX的输入，MUX的输出连接到下一个触发器。平行串行输出(PISO)移位寄存器将并行数据转换为串行数据。因此，它们被用于通信线路，其中许多数据线被多路复用成单个串行数据线。

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平行移位寄存器

在这个寄存器中，输入是并行给出的，输出也是并行收集的。4个触发器均连接CLR信号和时钟信号。数据分别作为每个触发器的输入，同样地，输出也分别从每个触发器收集。

上图显示了4级平行在平行出寄存器。Qa、Qb、Qc和Qd为并联输出，Pa、Pb、Pc和Pd为单独的并联输入。四个触发器之间没有任何互连。

并联中并联输出(PIPO)移位寄存器被用作临时存储设备，也被用作类似于SISO移位寄存器的延迟元件。

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环形计数器

它的设计方法是将第一个触发器的输出连接到下一个触发器，并将最后一个触发器的输出再次连接到第一个触发器作为输入，就像一个反馈路径。这个叫做"环形计数器"

第一触发器连接高输入端，即其输入端预置逻辑1，第一触发器的输出端连接第二触发器的输入端，以此类推。

最后，最后一个触发器的输出作为输入反馈给第一个触发器。当我们将第一个时钟脉冲应用于排列时;第二级输入变为1，剩余输入为0。通过这种方式，输入1绕环旋转。

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其他类别登记册

除了上述寄存器类型，我们还有其他类型的寄存器。它们如下所示。

• 双向移位寄存器。
• 普遍的移位寄存器。

这些寄存器在数字电子的许多应用中也被使用。

双向移位寄存器

如果我们把一个二进制数向左移动一个位置，这个操作相当于把原来的数乘以2。类似地，如果我们把一个二进制数右移一个位置，这个操作就相当于把原来的数除以2。

因此，为了执行这些数学运算，我们需要一个移位寄存器，它可以向任意方向移位位。这可以通过双向移位寄存器来实现。

上面提到的所有移位寄存器都是单向移位寄存器，也就是说，它们只向右或向左移位数据。

双向移位寄存器可以定义为“数据可以左移或右移的寄存器”。这个寄存器有右移或左移的模式输入，一个时钟信号和两个串行数据线，分别用于输入和输出。

模式输入将控制左移和右移操作。如果模式输入为高(1)，则数据将右移。类似地，如果模式输入较低(0)，则数据将向左偏移。使用D触发器的双向移位寄存器的电路如下所示。

输入串行数据连接在电路的两端(与门1和8)。基于模式输入是高或低，只有一个与门(1或8)处于活动状态。

当模式输入为高(右/左' = 1)时，则串行数据路径为

AND1 - OR 1 - FF 1 - Q1 -和2 - OR 2 - FF 2 - Q2 -和3 - OR 3 - FF 3 - Q3 -和4 - OR 4 - FF 4 - Q4(串行数据输出)。

当模式输入为低(右/左' = 0)时，串行数据路径为

AND8 - OR 4 - FF 4 - Q4 -和7 - OR 3 - FF 3 - Q3 -和6 - OR 2 - FF 2 - Q2 -和5 - OR 1 - FF 1 - Q1(串行数据输出)。

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普遍的移位寄存器

通用移位寄存器可以定义为“既可以左、右两个方向移位数据，又可以加载并行数据的寄存器”。

这个寄存器可以执行以下三种类型的操作。

• 并行加载
• 将离开
• 正确的转变。

这意味着，通用移位寄存器可以并行存储数据，并可以并行传输数据。同样，通过左移和右移操作，数据可以通过串行路径存储和传输。

简单地说，通用移位寄存器将以串行/并行方式加载数据，并根据我们的需要产生输出，即串行/并行。它被称为通用移位寄存器，因为它可以用于左移、右移、串行对串行、串行对并行、并行对并行的操作。

建设

观察下面通用移位寄存器的逻辑门表示。模式输入直接连接到MUX输入，反模式输入(使用非门)连接到上一级触发器的输入。

输入D1、D2、D3、D4并联连接，输出Q1、Q2、Q3、Q4并联收集。它有一个串行输入引脚将数据输入寄存器，用于左移和右移。4位通用移位寄存器的逻辑图如下所示。

4位双向通用移位寄存器的电路图如下所示。

操作

• 模式输入接高(mode = 1);并行加载数据。对于串行移位，模式输入连接到低(mode = 0)。
• 当模式引脚连接到地，通用移位寄存器将工作/表现为双向移位寄存器。
• 为了将数据向右移动，输入端连接到第一个触发器的AND门- 1;通过串行输入引脚。
• 为了将数据向左移动，输入端连接到最后一个触发器的AND门- 8;通过输入D。
• 当S0 = 0和S1 = 0时，通用移位寄存器将处于锁定状态，这意味着不进行任何操作。
• 当S0 = 1, S1 = 0时，将数据右移，即进行右移操作。
• 当S0 = 0, S1 = 1时，将数据右移，即进行左移操作。
• 当S0 = 0和S1 = 0时，寄存器将导致PARALLEL LOAD操作。

• 通用移位寄存器将在上面所示的所有模式中工作，因为它们在输入处有4×1 MUX。

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移位寄存器的应用

寄存器用于数字电子设备，如计算机

• 临时数据存储
• 数据传输
• 数据操作
• 计数器。

移位寄存器在计算机中用作存储元件。所有的数字系统都需要高效地存储大量的数据;在那里，我们使用像RAM这样的存储元素和其他类型的寄存器。

许多数字系统的运算，如除法、乘法，都是通过寄存器来完成的。数据通过串行移位寄存器和其他类型传输。

计数器主要用于数字时钟、频率计数器、二进制计数器等。

• 串行输入串行输出寄存器用于时间延迟。
• 串行入并行出寄存器用于将数据从串行形式转换为并行形式。这些也被称为“串并转换器”。
• 并行入串行出寄存器用于将数据从并行形式转换为串行形式。这些也被称为"平行串行转换器"

延迟线

引入延迟线是移位寄存器最重要的应用。串行中串行输出移位寄存器用于向数字电路产生延时。延时可以用下式计算。

Δt = N * 1 / fc

其中N为级/触发器数，fC为时钟频率。

因此一个输入脉冲在输出处被Δt延迟。延迟的时间量是在移位寄存器或时钟信号频率中控制的触发器。

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常用的移位寄存器集成电路

通常移位寄存器可用于4000系列和7000系列ic。

4000系列集成电路

• IC 4006 18级移位寄存器。
• IC 4014 8级移位寄存器。
• IC 4015双四级移位寄存器。
• IC 4021 8位静态移位寄存器。
• IC 40104 4位双向并联进/并联出PIPO移位寄存器。
• IC 40195 4位通用移位寄存器。

7000系列集成电路

• IC 7491 8位移位寄存器，串行进、串行出、门控输入。
• IC 7495 4位移位寄存器，并联进、并联出、串行输入。
• IC 7496 5位并进/并出移位寄存器，异步预置。
• IC 7499 4位双向通用移位寄存器。
• IC 74164 8位并联式串行移位寄存器用异步。
• IC 74165 8位串行移位寄存器，并行负载，互补输出。
• IC 74166并行负载8位移位寄存器。
• IC 74194 4位双向通用移位寄存器。
• IC 74198 8位双向通用移位寄存器。
• IC 74199 8位双向通用移位寄存器，j非k串行输入。
• IC 74291 4位通用移位寄存器，二进制上下计数器，同步。
• 具有三态输出的4位通用移位寄存器IC 74395。
• IC 74498 8位双向移位寄存器，具有并联输入和三态输出。
• IC 74671 4位双向移位寄存器。
• IC 74673 16位串行进串行出移位寄存器与输出存储寄存器。
• IC 74674 16位并进串行输出移位寄存器，具有三态输出。

在这些ic中，使用最多的是

• 74HC595串行入并行出移位寄存器
• 74HC165并行串行输出移位寄存器
• 74h194 4位双向通用移位寄存器
• 74hc198 8位双向通用移位寄存器

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