串行数据转换并行数据

实验十五　移位寄存器及其应用

一、实验目的

1．掌握4位双向移位寄存器的逻辑功能与使用方法。

2．了解移位寄存器的使用，实现数据的串行，并行转换和构成环形计数器。

二、实验原理

1．移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器，只需要改变左右移的控制信号便可实现双向移位要求。根据寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。

本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为74LS194或CC40194，两者功能相同，可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图6－59所示。

图6－59　74LS194（或CC40194）的逻辑符号及引脚排列

其中SR为右移串行输入端，SL为左移串行输入端；功能作用如表6－20所示。

表6－20　74LS194的功能表

2．移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器、顺序脉冲发生器和串行累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。

图6－60　环形计数器示意图

（1）环形计数器

把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可以进行循环移位，如图6－60所示。

将输出端Q₃与输入端SR相连后，在时钟脉冲的作用下Q₀Q₁Q₂Q₃将依次右移。同理，将输出端Q₀与输入端SL相连后，在时钟脉冲的作用下Q₀Q₁Q₂Q₃将依次左移。

（2）实现数据串、并转换

①串行／并行转换器

串行／并行转换是指串行输入的数据，经过转换电路之后变成并行输出。下面是用两片74LS194构成的七位串行／并行转换电路（图6－61）。

图6－61　七位串行／并行转换电路示意图

电路中S₀端接高电平1，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＝1时，S₁为0，使之成为S₁S₀＝01的串入右移工作方式。当Q₇＝0时，S₁为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为并行输出。

②并行／串行转换器

图6－62　七位并行／串行转换电路示意图

并行／串行转换是指并行输入的数据，经过转换电路之后变成串行输出。用两片74LS194构成的七位并行／串行转换电路，如图6－62所示。与图6－61相比，它多了两个与非门，而且还多了一个转动换启动信号（负脉冲或低电平），工作方式同样为右移。

对于中规模的集成移位寄存器，其位数往往以4位居多，当所需要的位数多于4位时，可以把几片集成移位寄存器用级连的方法来扩展位数。

三、实验设备与器材

1．数字逻辑电路实验箱。

2．双踪示波器，数字万用表。

3．芯片74LS00、74LS04、74LS30（8输入与非门）、74LS194（或CC40194）。

四、实验内容及实验步骤

1．测试74LS194（或CC40194）的逻辑功能

参考图6－59连线、S₁、S₀、S_L、SR、D₀、D₁、D₂、D₃分别接至逻辑开关的输出插孔；Q₀、Q₁、Q₂、Q₃分别接至逻辑电平显示输入插孔。CP接单次脉冲源。自拟表格，逐项进行测，并与实验指导书给出的功能表做对比。

注意：当接数码管时，因为所用数码管的驱动器4511是BCD码驱动器，所以，当Q₃Q₂Q₁Q₀组成的16进制数大于9时，4511处于消隐状态，数码管不显示；要看大于9的状态应该接四位发光二极管或用能显示十六进制的译码器，如MC14495，CD14495等。

2．环形计数器

自拟实验线路用并行送数法预置计数器为某二进制代码（如0100），然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化；再进行循环左移，观察寄存器输出端状态的变化，将结果记录下来。

3．实现数据的串行／并行转换

按图6－61连线，进行右移串入、并出实验，串入数据自定，自拟表格并记录下实验结果。

4．实现数据的并行／串行转换

按图6－62连线，进行右移并入、串出实验，并入数据自定，自拟表格并记录下实验结果。

五、实验预习要求

1．复习有关寄存器的有关章节的内容，弄懂移位寄存器工作的基本原理。

2．查阅74LS194（或CC40194）的资料，熟悉其逻辑功能及引脚排列。

3．画好实验要用的表格。

六、实验报告要求

1．若要进行循环左移，图6－61、6－62接线应如何修改？

2．画出用两片CC40194构成的七位左移串／并行转换器电路。

3．画出用两片CC40194构成的七位左移并／串行转换器电路。

4．分析实现数据串／并转换器、并／串行转换器电路所得结果的正确性。