寄存器和移位寄存器

它仅仅用来暂时寄存二进制信息。74LS451型四位数码寄存器的内部逻辑电路图：

四个D触发器组成，有反码和原码两种码输出，D3D2D1D0是待寄存的数据输入端，LE是写入数据控制端，CR为清零端。电路的操作过程如下：

1. CR=1，寄存器清零Q3Q2Q1Q0=0000；

2. 放置好数据，如D3D2D1D0=1011；

3. 给写命令LE高电平，1011就写入触发器中；

下图是由8个D触发器构成的8位数码寄存器，电路具有三态输出，一个写入控制和读出控制端。

这是一个CPU和RAM之间进行信息读取的硬件电路，CPU的地址低二位A1、A0控制373进行数据存入或读出，373作RAM的地址锁存用。数据读取具体操作如下：

1)CPU地址A1A0=11，CPU的P1口送出一个数据，然后A1A0=00，这时CPU送出的数据被锁存在373中，该数据成为RAM的读写地址了；

2)CPU对该地址中的具体内容进行写入或读出操作，当CPU的A2=0，读出RAM中的信息传输到CPU，当A2=1时，CPU中的信息存入RAM；

二、移位寄存器

移位寄存器除能寄存二进制信息以外，还能对存入的信息在时钟脉冲的作用下进行移位操作。

1. 单向移位寄存器

将寄存器中的数据实现单方向(向左或向右)移位操作。

四位右向移位寄存器逻辑电路。

电路的四种操作模式：

⑴ 串行输入/输出(SISO)：一位数据一个CP脉冲地依次存入，如存入D3D2D1D0=1011信息。

⑵ 串行输入/并行输出(SIPO)：当用四个CP脉冲存入1011信息后，Q3Q2Q1Q0=1011了，然后，可以从Q3Q2Q1Q0端一起输出。

⑶ 并行输入/输出(PIPO)：寄存器清零后，信息从并行输入端通过寄存命令LE一次存入，存入后可以从 Q3Q2Q1Q0端一起输出。

⑷ 并行输入/串行输出(PISO)：并行存入数据后，依次加入CP脉冲，则数据就从串行输出端依次输出。从数据的高低位讲：是高位数据依次向低位移位；所以，通常右移是指：高位数据依次向低位移位，即每移动一位相当于÷2(×2-1)；而左移是指：低位依次向高位移位操作，即每左移一位相当于×2；

2. 双向移位寄存器

在控制信号的控制下，信息可以依次从右向左或从左向右存入并实现移位操作。双向移位寄存器CC40194型的逻辑电路图：

四个D 触发器的D 端信息由四选一的选择器决定。S2S1是四选一的地址控制。S2S1=00，为保持；S2S1=01，右移；S2S1=10，左移；S2S1=11，并行存数；可以写出四个4/1的输出函数关系式：如最高位1D3函数，，，，

三、移位寄存器的应用举例

1. 数字延迟线

n位的移位寄存器连接成右移串行输入模式,先在右移串行输入端加一个高电平脉冲，CP上升沿到达后，将高电平存入n位中的最高位，然后，经过(n-1)个CP周期，该高电平出现在输出Q0，实现了延迟的目的。

2. 产生序列脉冲

n位的移位寄存器连接成循环右移模式，如图,并行输入序列代码数据后，该序列就在移位寄存器中循环移位，产生一系列脉冲。如以四位为例子，并行存入0110序列代码后，序列脉冲波形如图所示。

3. 构成乘法器电路

乘法器的符号位用二个乘数的符号位异或实现，所以，乘法用原码运算最方便。下面求乘法运算时的算法。令被乘数为：，乘数为：。

两数值部分相乘有：

式中的分别表示不移位、左移一位，二位， …，m-1位。这表明，乘积的数值等于被乘数左移和相加二部分操作完成。
二个三位二进制数乘法电路：

4. 构成除法器

时序逻辑电路的设计方法：

在前面用触发器设计计数器时，只要知道电路的状态转换图，在选定触发器型号后，就可以设计出电路来，因此，画出原始的状态转换图是关键。所以，一般时序电路设计步骤如下：

一、进行逻辑抽象，得出待设计电路的状态转换图或状态转换表。由题意确定输入/输出变量及电路所需要的状态数。将状态编号后，按题意画出状态转换图。

二、状态化简。电路的状态转换数目越少时，设计出来的电路也越简。如果两个状态在输入相同，输出也相同时，称这两个状态等价，这两个状态可以合并成为一个状态，状态化简后，使状态转换图最简。

三、状态分配(状态编码)。由状态转换图中的状态数，确定所需要的触发器个数n，若状态数M时，则触发器个数为：，n个触发器可以有个状态，当状态分配(状态编码)方案不合理时，设计出来的电路会复杂的多。通常，状态分配以自然二进制规律进行分配。然后，画出编码后的状态转换图。

四、选定触发器的型号，列出现―次态状态转换、激励要求和电路输出状态关系表，求出驱动方程、输出方程，画出电路图。(这一步和计数器设计时相同)。