移位寄存器介紹

我芯依舊

移位寄存器是暫時存放數(shù)據(jù)的部件，同時它還具有移位功能。

一、特點和分類

從邏輯結構上看，移位寄存器有以下兩個顯著特征：(1)移位寄存器是由相同的寄存單元所組成。一般說來，寄存單元的個數(shù)就是移位寄存器的位數(shù)。為了完成不同的移位功能，每個寄存單元的輸出與其相鄰的下一個寄存單元的輸入之間的連接方式也不同。(2)所有寄存單元共用一個時鐘。在公共時鐘的作用下，各個寄存單元的工作是同步的。每輸入一個時鐘脈沖，寄存器的數(shù)據(jù)就順序向左或向右移動一位。通�？砂磾�(shù)據(jù)傳輸方式的不同對CMOS移位寄存器進行分類。移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入方式有串行輸入和并行輸入之分。串行輸入就是在時鐘脈沖作用下，把要輸入的數(shù)據(jù)從一個輸入端依次一位一位地送入寄存器；并行輸入就是把輸入的數(shù)據(jù)從幾個輸入端同時送入寄存器。
　　
在CMOS移位寄存器中，有的品種只具有串行或并行中的一種輸入方式，但也有些品種同時兼有串行和并行兩種輸入方式。串行輸入的數(shù)據(jù)加到第一個寄存單元的D端，在時鐘脈沖的作用下輸入，數(shù)據(jù)傳送速度較慢；并行輸入的數(shù)據(jù)一般由寄存單元的R、S端送入，傳送速度較快。移位寄存器的移位方向有右移和左移之分。右移是指數(shù)據(jù)由左邊最低位輸入，依次由右邊的最高位輸出；左移時，右邊的第一位為最低位，最左邊的則為最高位，數(shù)據(jù)由低位的右邊輸入，由高位的左邊輸出。
　　
移位寄存器的輸出也有串行和并行之分。串行輸出就是在時鐘脈沖作用下，寄存器最后一位輸出端依次一位一位地輸出寄存器的數(shù)據(jù)；并行輸出則是寄存器的每個寄存單元均有輸出。CMOS移位寄存器有些品種只有一種輸出方式，但也有些品種兼具兩種輸出方式。實際上，并行輸出方式也必然具有串行輸出功能。

表1

按數(shù)據(jù)傳 輸方式分	串入串出移位寄存器，如CD4006 串入并出/串出移位寄存器，如CD4015 串入/并入串出移位寄存器，如CD4014、CD4021 并入/串入并出/串出移位寄存器，如CD4035、CD40195 并入/串入并出/串出(左移、右移)移位寄存器，如CD4034、CD40194
按位數(shù)分	4位移位寄存器　 CD4015、CD4035、CD40194、CD40195 8位移位寄存器　 CD4014、CD4021、CD4034 18位移位寄存器　CD4006

表1是CMOS移位寄存器的分類。

二、常用CMOS移位寄存器簡介
　　
1. 串入－串出移位寄存器　

CD4006圖1是18位移位寄存器CD4006的邏輯框圖和引腳功能圖。由圖可見，CD4006由四組移位寄存器組成，其中的兩組為4位，每組有一輸出端，由最高位引出。另外兩組為5位，每組有兩個輸出端，分別在最高位和次高位引出。四組移位寄存器具有公共的時鐘輸入端，每組都有一個數(shù)據(jù)輸入端。

Dn	CP	Qn+1
0		0
1		1
		不變

　　
表2是CD4006的真值表。由此表可知，在CD4006中數(shù)據(jù)是在時鐘脈沖CP的下降沿作用下傳輸?shù)摹Ｈ绻麑⒚拷M的輸入和輸出進行適當?shù)倪B接，就可在4、5、8、9、10、12、13、14、17和18位上得到輸出。如果需要更長的移位位數(shù)，則可將CD4006進行多位級聯(lián)。
　　
2. 串入－并出移位寄存器　

CD4015圖2是CD4015的邏輯圖和引腳功能圖。CD4015是由兩組獨立的4位串入－并出移位寄存器組成。每組寄存器都有一個CP輸入端、一個清零端Cr和一個串行數(shù)據(jù)輸入端DS。每位寄存單元都有輸出端引出，因而即可作串行輸出，又可實現(xiàn)并行輸出。加在DS端上的數(shù)據(jù)在時鐘脈沖上升沿的作用下向右移位。當在Cr端加高電平時，寄存器的輸出被全部清零。

表3是CD4015的真值表。

圖3示出數(shù)據(jù)在CD4015中的移位過程。由圖3可以看出，CD4015的初始狀態(tài)為“0101”，要串行輸入4位數(shù)據(jù)，就要給CP端加4個脈沖。通過信息在CD4015中的流動過程，我們可知CD4015具有下述功能：(1)從串行輸入到串行輸出，數(shù)據(jù)延遲了4個時鐘周期。因此，CD4015可用作延遲電路。(2)串行數(shù)據(jù)經(jīng)過CD4015以后，轉換成了并行數(shù)據(jù)，可由Q0～Q3端并行輸出。(3)可作為數(shù)據(jù)寄存器使用。

　　
3. 串入/并入－串出移位寄存器

CD4014、CD4021CD4014是8位移位寄存器。圖4是其邏輯圖和引腳功能圖。CD4014有一公共的時鐘輸入端CP、一個并入/串入控制端P/S、一個串行數(shù)據(jù)輸入端DS和8個并行數(shù)據(jù)輸入端P1～P8、另外還有3個輸出端Q6、Q7、Q8。

　　

表3

CP	DS	Cr	Q0	Q1	Q2	Q3
		1		0	0	0
		0	保持
	0	0	0	Q0n	Q1n	Q2n
	1	0	1	Q0n	Q1n	Q2n

表4

CP	P/S	DS	P1	Pn	Q1	Qn
	1		0	0	0	0
	1		1	0	1	0
	1		0	1	0	1
	1		1	1	1	1
	0	0			0	Qn-1
	0	1			1	Qn-1
					Q1	Qn

表5

CP	P/S	DS	P1	Pn	Q1	Qn
	1		0	0	0	0
	1		0	1	0	1
	1		1	0	1	0
	1		1	1	1	1
	0	0			0	Qn-1
	0	1			1	Qn-1
	0				Q1	Qn

表4是CD4014的真值表。并行或串行輸入數(shù)據(jù)，是在P/S端控制下，隨時鐘的上升沿同步地輸入寄存器。當P/S為“0”時，串行輸入數(shù)據(jù)隨時鐘的上升沿同步地送入寄存器中；當P/S為“1”時，加在并行輸入P1～P3的數(shù)據(jù)與時鐘的上升沿同步地送入寄存器。CD4014可以很方便地擴展位數(shù)，因此使用N個CD4014，就可將寄存器位數(shù)擴展為8×N位。
　　
CD4021也是8位移位寄存器。它的主要特點是：同步串入、異步并入。它與CD4014有相似的結構，引腳配置也相同，見圖5。表5是CD4021的真值表。由此表可見，如果要串行輸入數(shù)據(jù)，則應在P/S為“0”時，在與時鐘上升沿同步的條件下方能實現(xiàn)。如果要由P1～P8端并行輸入數(shù)據(jù)，則只要使P/S端為“1”即可。其它種類的移位寄存器因限于篇幅略去不講。移位寄存器的應用主要是串行、并行數(shù)據(jù)轉換、碼制變換、產(chǎn)生偽隨機脈沖序列等。

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