移位寄存器：功能、类型及应用

寄存器用于存储数据，它是由一组具有存储功能的触发器构成的。一个触发器可以存储1位二进制数，要存储n位二进制数需要n个触发器。无论是电平触发的触发器还是边沿触发的触发器都可以组成寄存器。

按照功能的不同，可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两类。基本寄存器只能并行送入数据，需要时也只能并行输出。移位寄存器具有数据移位功能，在一位脉冲作用下，存储在寄存器中的数据可以依次逐位右移或左移。数据输入输出方式有并行输入并行输出、串行输入串行输出、并行输入串行输出、串行输入并行输出四种。

移位寄存器不仅具有存储功能，而且存储的数据能够在时钟脉冲控制下逐位左移或者右移。根据移位方式的不同，移位寄存器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

单向移位寄存器分为左移寄存器和右移寄存器，如图3-72所示。以图3-72a中的右移寄存器为例，当CP上升沿到来，串行输入端D_i送数据入FF₀中，FF₁～FF₃接受各自左边触发器的状态，即FF₀～FF₂的数据依次向右移动一位。经过4个时钟信号作用，4个数据被串行送入到寄存器的4个触发器中，此后可从Q₀～Q₃获得4位并行输出，实现串并转换。再经过4个时钟信号的作用，存储在FF₀～FF₃的数据依次从串行输出端Q₃移出，实现并串转换。

如表3-26所示，在4个时钟周期内依次输入4个1，经过4个CP脉冲，寄存器变成全1状态，再经过4个时钟脉冲连续输入4个0，寄存器被清零。

图3-72 单向移位寄存器

a）右移寄存器 b）左移寄存器

表3-26 4位右移寄存器的状态表

单向移位寄存器的特点：在时钟脉冲CP的作用下，单向移位寄存器中的数据可以依次左移或右移；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，并从Q₀～Q_n-1并行输出端获得n位二进制代码，再经n个CP脉冲即可实现串行输出工作；若串行输入端连续输入n个0，在n个CP脉冲周期后，寄存器被清零。

（2）双向移位寄存器

在单向移位寄存器的基础上，把右移寄存器和左移寄存器组合起来，加上移位方向控制信号和控制电路，即可构成双向移位寄存器。74LS194为常用的中规模集成芯片，它除了具有左移、右移功能之外，还具有并行数据输入和在时钟信号到达时保持原来状态不变等功能。

74LS194是由4个RS触发器和一些门电路所构成，每个触发器的输入都是由一个四选一数据选择器给出的。其逻辑符号如图3-73所示。(www.xing528.com)

其中D₀～D₃是并行数据输入端，Q₀～Q₃是并行数据输出端，D_1R是右移串行数据输入端，D_IL是左移串行数据输入端，是异步清零端，低电平有效。S₁、S₀是工作方式选择端，其选择功能是：S₁S₀=00为状态保持，S₁S₀=01为右移，S₁S₀=10为左移，S₁S₀=11为并行送数。可列出74LS194的功能表，如表3-27所示。

图3-73 4位双向移位寄存器74LS194

表3-27 双向移位寄存器74LS194的功能表

例3-18 用74LS194组成将串行输入转换为并行输出的电路。

解：转换电路如图3-74所示，其转换过程参见表3-28。具体过程：串行数据d₆，…，d₀从D_IR端输入（d₀先入），并行数据从Q₁～Q₇输出，表示转换结束的标志码0加在第1片的D₀端，其它并行输入端接1。清0信号启动后，Q₈=0，因此，第1个CP脉冲使74LS194完成预置操作，将并行输入的数据01111111送入Q₁～Q₈。此时由于Q₈=1，S₁S₀=01，故以后的CP脉冲均实现右移操作，经过七次右移后，七位串行码全部移入寄存器。此时Q₈=0，表示转换结束，从寄存器读出并行数据Q₁～Q₇=d₆～d₀。由于Q₈=0，S₁S₀再次等于11，第9个CP脉冲到来使移位寄存器置数，并重复上述过程。

图3-74 例3-18的逻辑电路图

表3-28 例3-18状态表

（续）