3.5 寄存器和移位寄存器的应用
1.四位数据并行输入、并行输出——寄存器的应用
如图3-30所示为寄存器工作效果示意图。
图3-30 寄存器工作效果示意图
什么是寄存器？
寄存器的功能是存储二进制代码，它由具有存储功能的触发器构成。因为一个触发器只有0和1两个状态，只能存储1位二值代码，所以由N个触发器构成的寄存器能存储N位二值代码。寄存器还应有执行数据接收的控制电路，控制电路一般由门电路构成。
对寄存器中的触发器，只要求它们具有置0、置1的功能即可，因而无论是用电平触发的触发器，还是用脉冲边沿触发的触发器，都可以构成寄存器。
并行输入、并行输出的数据传输方式要求数据既能同时到达寄存器的接收端，又能在脉冲作用下并行出现在输出端，根据已经学到的触发器的知识，如选用一个边沿触发D触发器即可实现一位数据的传输。四位数据的并行传输关键是在四个D触发器的脉冲端同步引入CP脉冲，其逻辑电路图如图3-31所示，触发器具有统一的异步清零端
，它通过反相器控制触发器异步置0端RD。CP作为统一的寄存指令，由同相缓冲器引入到各触发器的时钟控制端。当时钟脉冲CP上升沿到达瞬间，数据D3D2D1D0就寄存到Q3Q2Q1Q0端了（Qn+13Qn+12Qn+11Qn+10=D3D2D1D0）。
图3-31 四位寄存器的逻辑电路图
74HC175就是这样的一个四位寄存器，又称四D触发器，它的逻辑符号和引脚图如图3-32所示，其真值表如表3-11所示，当直接连接输入、输出端，并从CP端送入脉冲时，数据就得到了有效的寄存。
图3-32 74HC175的逻辑符号和引脚图
表3-11 74HC175的真值表
2.彩灯控制——移位寄存器的应用
以四组灯带的闪烁过程为例，彩灯控制的效果图如图3-33所示。如何实现彩灯的周期性变换效果？
图3-33 彩灯控制的效果图
什么是移位寄存器？
移位寄存器不但具有存储代码的功能，而且具有移位功能。移位功能就是使寄存器里存储的代码在移位指令脉冲的作用下左移或右移。移位寄存器可以用于存储代码，也可用于数据的串行-并行转换、数据的运算和数据的处理等。
单向移位寄存器的主要功能为数据的单向传输存储，其工作原理示意图如图3-34所示，可以看到，对单一的寄存器单元来说，其功能非常单一，就是在CP脉冲到来时，把等待在输入端的信号原封不动地送到输出端。因此，可以选择D触发器或JK触发器作为寄存器单元来组成单向移位寄存器。
图3-34 单向移位寄存器的工作原理示意图
1）数据单向移位设计方案1：用D触发器实现
如图3-35（a）所示为由四个D触发器组成的四位单向右移移位寄存器，在同步的移位脉冲作用下，D0端送入的串行信号将依次右移进入电路，经四个CP脉冲作用后，四位串行输入信号将在Q0、Q1、Q2、Q3端并行输出，同时第一位送入的二进制信号将出现在串行输出端。以输入数据串“1101”为例，工作波形如图3-35（b）所示。如图3-35（a）所示电路又可称为串行输入、串行输出与并行输出移位寄存器。
2）数据单向移位设计方案2：用JK触发器实现
JK触发器若要实现D触发器的效果，需满足J=D、
的条件，由此得到的右移移位寄存器如图3-36所示。
实现了单向移位，与实现彩灯的移位效果已经接近了很多，但是还存在一定的差异，即初始状态应该如何进行设置？接下来研究一下集成的双向移位寄存器的功能。
如图3-37所示为双向移位寄存器74LS194的逻辑符号和引脚图，各引脚功能如下。
（1）CP：时钟输入端，上升沿有效。
（2）
：清零端，低电平有效。
（3）D0～D3：并行数据输入端。
（4）DSL：左移串行数据输入端。
（5）DSR：右移串行数据输入端。
（6）M0、M1：工作方式选择端。
（7）Q0～Q3：数据输出端。
74LS194的功能表如表3-12所示，仔细观察功能表，可知以下特性。
（1）芯片具有异步清零功能，且
优先级最高。
图3-35 四位单向右移移位寄存器
图3-36 由JK触发器构成的右移移位寄存器
图3-37 74LS194的逻辑符号和引脚图
表3-12 四位双向移位寄存器74LS194的功能表
（2）置数功能：当CP脉冲上升沿有效时，工作方式选择端设置为“11”，并行输入端的数据D0～D3将直接送到数据输出端。
（3）数据右移功能：当CP脉冲上升沿有效且工作方式选择端M1M0设置为“01”时，从DSR端送入的数据移至Q0端，原Q0端的数据移向Q1端，以此类推。
（4）数据左移功能：当CP脉冲上升沿有效且工作方式选择端M1M0设置为“10”时，从DSL端送入的数据移至Q3端，原Q3端的数据移向Q2端，以此类推。
（5）当CP端或M0、M1端无信号输入时，寄存器状态保持。
双向移位寄存器的置数功能为实现彩灯的控制提供了便利条件。利用74LS194芯片的置数和右移功能，在置数端D0～D3送入“0111”，再将移位数据的最高位Q3送入DSR端，即能产生循环。彩灯控制的逻辑电路图如图3-38所示。若采用的是发光二极管显示，则芯片输出可直接连接限流电阻后驱动发光二极管；若采用220V灯带显示，则需利用三极管、继电器进行功率驱动，实现方法将在后续项目中了解到。
图3-38 彩灯控制的逻辑电路图
从图3-38可以看到，除了逻辑功能的联系外，还需要设计负脉冲产生电路、CP脉冲生成电路。同时，改变预置数可获得不同的输出效果。