移位寄存器优化方案

存储在寄存器中的数据或代码在移位脉冲的操作下可以逐位右移或左移，而数据或代码既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广，这种寄存器叫作移位寄存器。存储单元则只能用主从触发器或者边沿触发器。

移位寄存器常按照在移位命令操作下移位情况的不同，分为单向移位寄存器和双向移位寄存器两大类。

1. 单向移位寄存器

图7-18　4位右移寄存器

图7 - 18所示是用边沿D触发器构成的4位右移寄存器。从电路结构看，它有两个基本特征：一是由相同的存储单元组成，存储单元个数就是移位寄存器的位数；二是各个存储单元共用一个时钟信号——移位操作命令，电路工作是同步的，属于同步时序电路，即有时钟方程：

驱动方程为

状态转移方程为

表7 - 6为图7 - 18所示4位右移寄存器的状态转移真值表。它具体地描述了单向（右移）移位过程。当连续输入4个1时，iD经F0F在CP上升沿操作下，依次被移入寄存器中，经过4个CP脉冲，寄存器就变成全1状态，即4个1右移输入完毕。若再连续输入4个0，4个CP脉冲之后，寄存器将变成全0状态。

表7-6　4位右移寄存器的状态转移真值表

左移寄存器的工作原理与右移寄存器并无本质区别，只是移位方向变成为由右至左。

单向位移寄存器的主要特点为：① 单向移位寄存器中的数码，在CP脉冲操作下，可以依次右移或左移。② n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码。n个CP脉冲即可完成串行输入工作，此后可从Q0～Qn-1端获得并行的n位二进制数码，再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作。③ 若串行输入端状态为0，则n个CP脉冲后，单向移位寄存器便被清零。

2. 双向移位寄存器

把左移和右移寄存器组合起来，加上移位方向控制信号，便可构成双向移位寄存器。图7 - 19所示为基本的4位双向移位寄存器。M是移位方向控制信号，DSR是右移串行输入端，Q0～Q3是并行输出端，CP是时钟脉冲信号。

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图7-19　基本的4位双向移位寄存器

在图7 - 19中，4个与或门构成了4个2选1数据选择器，其输出就是送给相应边沿D触发器的同步输入端信号，M是选择控制信号，由电路可得驱动方程：

代入D触发器的状态转移方程可得到4个触发器的状态方程（CP上升沿时刻有效）：

当M=0时，电路为4位右移寄存器：

当M=1时，电路为4位左移寄存器：

3. 集成移位寄存器

集成移位寄存器产品较多，现以比较典型的4位双向移位寄存器74LS194为例作简单说明。

图7-20　4位双向移位寄存器74LS194

（a）引脚排列；（b）逻辑功能示意

4位双向移位寄存器74LS194的功能表见表7 - 7，该表清晰地反映了4位双向移位寄存器74LS194的异步清零、保持、右移、左移和并行输入的功能。

表7-7　4位双向移位寄存器74LS194的功能表