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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。。。 我将原工程文件放在文末，需要可自取

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 同时控制 74SL373 的读/写
• 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

（一）验证寄存器写操作

• 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)

我这里测试的八位数据是 00100100，选择的寄存器是第一个

（二）验证寄存器读操作

• 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

（三）移位操作

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 没有数位的丢失。
• 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）

• 左移操作

  • 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 最高位被移出
  • 右移操作
    • 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 最低位被移出

（四）循环移位操作

• 循环左移
  • 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，循环左移最高位移动到了最低位
• 循环右移

  • 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，循环右移最低位移动到了最高位

  • 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。

原工程文件： 链接：pan.baidu.com/s/1mVnxtAzn… 提取码：hmcq