寄存器实验

先放一张 Proteus 总体仿真图，设计过程还是比较复杂的，需要考虑总体的布局，线路的排布等等。。。<font color="red">我将原工程文件放在文末，需要可自取</font>

实验要求

• 基本要求

• 理解 CPU 运算器中寄存器的作用

• 设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）

• 利用寄存器或组合逻辑电路实现移位运算功能（至少含左移、右移、循环左移、循环右移四种运算功能）

• 扩展要求

• 实现更多的寄存器

• 实现多总线结构寄存器访问

分析

• 实验要求设计验证寄存器，还有实现移位功能，扩展功能是使用多总线结构和更多寄存器，这里我使用双总线结构，八个寄存器。

• 实验中用到的元器件如下

• 74LS373（寄存器）

• 74LS299（通用移位/存储寄存器）

• 74LS138（译码器，用来控制八个寄存器）

• 74LS245（数据传送）

• SW-SPDT（单刀双掷开关）

• LED（用来显示输出）

• RES（LED 下拉电阻）

• 4073（与门）

• 4075（或门）

• 74LS04（非门）

• 74LS299 功能表如下

  
  
  

• 其功能被表引脚与 Proteus 元器件有些许不同

• CLR 对应 MR（低电平有效）

• 不管任何状态，强制清零

• 输出控制 G1、G2 对应 OE1、OE2（低电平有效）

• 需要输出时，将这两个引脚置 0

• CLK

• 脉冲信号

• 查看功能表即可，需要上升沿时，就将开关拨高再拨低

• D7、D0

• 下一位移位的数

• Q7、Q0

• 保存最高位和最低位

• 其他元器件的使用自行百度即可

设计

这里说一下怎么使用 74LS138 和门电路组合实现控制八个 74LS373

• 我们使用 74LS138 的输出和 两个开关（一个读开关、一个写开关）作为输入，因为我们实现能够 <font color="red">同时控制 74SL373 的读/写 </font>

• 对应的输出就是 74LS373 的读和写

• 可得到如下真值表

• 

• 对应表达式如下

• 

• 最后根据表达式进行连线即可

• 运行流程图如下

• 

• 电路设计可根据下述操作慢慢理解

具体实现

<font color="red">（一）验证寄存器写操作</font>

• 首先，通过开关给 74LS245 输入数据，打开 74LS245 开关（CE 引脚置 0），将数据传送到总线上。如果需要对数据进行保存，通过 74LS138 输入开关（A、B、C）选通某个 74LS373 寄存器，打开 74LS373 的写开关（OE 引脚），将数据写入 74SL373 ，然后关闭写开关，关闭 74LS245（CE 引脚置 1）。关闭 74LS245 后，此时总线上无数据。(放一张中间的图吧，下图对应的 74LS138 选通的是第一个寄存器，打开 74SL373 写开关)

<font color="red">我这里测试的八位数据是 00100100，选择的寄存器是第一个</font>

<font color="red">（二）验证寄存器读操作</font>

• 接着上一步，将 74LS373 的读开关（LE 引脚）打开，将 74LS373 中所存的数据输出到总线上，读操作完成。

• 如图，此时 74LS245 是关闭的（CE 引脚为 1）的，打开 74LS373 的读开关后，数据输出到总线

• 

<font color="red">（三）移位操作</font>

移位和循环移位的区别

• 循环移位区别于一般移位的是移位是 <font color="red">没有数位的丢失</font>。

• 循环左移时,用从左边移出的位填充字的右端,而循环右移时,用从右边移出的位填充字的左侧

• 例： 10110011

• 右移 1 位得到 ：01011001

• 循环右移 1 位得到：11011001

• 进行移位操作前，需要先将总线上的数据写入 74LS299 ，接着上一步，我们已经将 74LS373 的数据输出到总线上，然后我们给与 74LS299 的 CLK 引脚一个上升沿，就可以将总线上的数据写入 到 74LS299 中， 然后关闭 74LS373 的读开关（此时总线无数据）

• <font color="red">左移操作</font>

• 74LS299 的 OE1、OE2、S1 、D7、D0 引脚均置 0，S0、MR 引脚置 1（MR 为 0 强制清零），持续给 CLK 上升沿就可以了（将开关重复拨上拨下） ，观察 LED 的变化。

• 如下图，持续进行左移操作，发现 <font color="red">最高位被移出</font>

• 

• <font color="red">右移操作</font>

• 右移 S1 置 1，S0 置 0，OE1、OE2、S0 、D7、D0 引脚均置 0，S1、MR 引脚置 1，同样持续给与 CLK 引脚上升沿，然后观察 LED 的变化。

• 如下图，持续进行右移操作，发现 <font color="red">最低位被移出</font>

• 

<font color="red">（四）循环移位操作</font>

• <font color="red">循环左移</font>

• 将 74LS299 的 D7 引脚接到 Q0 引脚，D0 引脚接到 Q7 引脚，OE1、OE2、S1 、D7、D0 引脚均置 0，S0、MR 引脚置 1，持续给与 CLK 上升沿，观察 LED 变化。

• 如下图进行循环左移操作，我们可以看出，<font color="red">循环左移最高位移动到了最低位</font>

• 

• <font color="red">循环右移</font>

• 将 74LS299 的 D7 引脚接到 Q0 引脚，D0 引脚接到 Q7 引脚，OE1、OE2、S0 、D7、D0 引脚均置 0，S1、MR 引脚置 1，持续给与 CLK 上升沿，观察 LED 变化。

• 如下图进行循环右移操作，我们可以看出，<font color="red">循环右移最低位移动到了最高位</font>

  
  
  

• 我们可以将循环右移后的总线上的数据写入 74LS373 中。如图，将总线上的数据写入到 74SL373 中，并进行了 读操作（LE）

  
  
  

思考问题

• 最后有一个小的思考问题 思考随着寄存器的增多，电路设计的复杂度是什么比例增大
  

• 寄存器增多，设计上来说复杂度是成倍的增加，电路的设计难度也有一定的提高。

<font color="red">原工程文件：</font>链接：https://pan.baidu.com/s/1mVnxtAznoFetXNdCohPYkg 提取码：hmcq

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