關于數字電子技術基礎課程中寄存器教學的探討

韓錚

關于數字電子技術基礎課程中寄存器教學的探討

韓錚

（赤峰學院 物理與電子信息工程學院，內蒙古 赤峰 024000）

本文介紹可寄存一組二進制數碼的邏輯部件-寄存器.從數碼寄存器和移位寄存器這兩個方面對寄存器進行介紹并列舉器件實例進行說明.重點介紹由雙向移位寄存器74LS194A組成的節日彩燈控制電路，通過彩燈亮滅演示74LS194A構成的電路，調動學生課堂積極性，提高學生的注意力，培養學生的學習興趣.

教學探討；節日彩燈控制電路；寄存器

高校教師在承擔教學和科研的同時，更重要的是培養學生創新能力和專業素養，將所講授課程知識盡量用通俗易懂的方式傳授，有利于學生接受的同時，又能充分調動學生的學習積極性，它是改善教學效果的基本條件.貫穿課程教學始終，應該充分體現人文關懷和注重課堂的安全性，使學生能夠舒適的學習，盡量降低壓迫感、在歡悅的氣氛中學習，避免學生對相對枯燥和單調的專業知識產生抵觸和厭煩的感覺，從而影響到進一步學習.

1 教學方法

采用多媒體與板書相結合的教學手法講授課程，并通過提醒、設計提問、動畫演示等方法調動學生課堂積極性，提高學生的注意力，培養學生的興趣.上課前，利用眼神等交流方式，使學生能夠獲得一種親和感，有利于學生為課堂的開始做好準備.與此同時，考慮到學生的基礎弱、底子薄等特點，適當降低講授難度，隨時考慮學生的反應狀態，使學生有能力接收消化所學知識，保證了課堂的安全性.講課結束，總結本節課所學知識點，讓學生對本節課有一個整體認識.

2 教學思路

首先從整體上向學生介紹什么是寄存器以及寄存器的分類方法，然后根據寄存器其中的一種分類方法講述寄存器的種類.本文根據寄存器是否有移位功能可將其分為數碼寄存器和移位寄存器.本文從數碼寄存器和移位寄存器這兩個方面對寄存器進行介紹并列舉器件實例進行說明.重點介紹由雙向移位寄存器74LS194A組成的節日彩燈控制電路，通過彩燈亮滅演示74LS194A構成的電路，調動學生課堂積極性，提高學生的注意力，培養學生的學習興趣.

2.1數 碼寄存器

在數字電子技術基礎課程中，可寄存一組二進制數碼的邏輯部件就是寄存器.寄存器是由觸發器構成的.一個觸發器可以存儲一位二進制代碼，n個觸發器組合在一起就可以存放n位二進制代碼.只要觸發器有置位和復位功能，如D觸發器、基本SR鎖存器、JK觸發器等就可以構成寄存器.寄存器可以在運算中存貯數碼、運算結果.例如計算機的CPU由運算器、控制器、譯碼器、寄存器組成，其中就有數據寄存器、一般寄存器、指令寄存器.寄存器與存儲器是有區別的，寄存器內存放的數碼經常變更，要求存取速度快，一般無法存放大量數據.類似于賓館的貴重物品寄存、超級市場的存包處.存儲器存放大量的數據，因此最重要的要求是存儲容量大，類似于倉庫.通過舉例可以使學生更好的理解寄存器與存儲器的區別.

通過74LS75和74HC175兩個實例了解數碼寄存器的電路結構和工作原理.

74LS75是由電平觸發的D觸發器構成的4位數碼寄存器，電路如圖1所示.電平觸發的D觸發器只有在CLK為有效電平時，觸發器才接受輸入信號置成相應狀態.在CLK=1的全部時間里，D的變化都將引起輸出狀態的變化，觸發器保存的是CLK回到0以前瞬間的狀態.在圖1電路中，D0~D3為并行數據輸入端，CLK為寄存脈沖輸入端，Q0～Q3為數據并行輸出端.CLK＝1期間，輸出會隨輸入端D的狀態改變而改變.

圖1 用電平觸發的D觸發器構成的74LS75

74HC175是由CMOS邊沿觸發器構成的4位數碼寄存器，其邏輯電路如圖2所示.邊沿觸發器的次態僅取決于CLK的下降沿（或上升沿）到來時的輸入信號狀態，與在此前、后輸入的狀態沒有關系.下面對74HC175的端口做一下介紹：D0、D1、D2、D3為數據并行輸入端口，在圖2電路中時鐘信號CLK上升沿到來時D0~D3輸入的數據被寄存器存儲，可以同時并行輸入4位數據.CLK為脈沖輸入端，在時鐘信號上升沿到來時，可以將D0、D1、D2、D3的數據存入4個觸發器中.RD`為異步清零端，低電平有效.若RD`=0，則4個觸發器不受時鐘信號的控制就可以將存儲的數據清零.此電路為并行輸入/并行輸出方式.

圖2 用邊沿觸發的D觸發器構成74HC175

2.2移 位寄存器

首先介紹移位寄存器的功能.在學生掌握什么是移位寄存器以及其功能后，通過器件74LS194A構成節日彩燈控制電路，使學生進一步理解移位寄存器的功能.

移位——就是將寄存器存儲的數據，在每個移位脈沖的作用下可以依次向左或依次向右移動一位.寄存器的輸入輸出都有并行和串行兩種，寄存器存儲的數據既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出.可根據需要選擇輸入輸出方式，既靈活又方便.根據移位寄存器中存儲數據的移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器和雙向移位寄存器三種.目前常用的集成移位寄存器種類很多，如74X164、74X165、74X166、74X595均為八位單向移位寄存器，74195為四位單向移存器，74194為四位雙向移位寄存器，74198為八位雙向移位寄存器.

圖3為右移移位寄存器，CLK為移位脈沖輸入端，在移位脈沖的作用下寄存器存儲的數據可以依次向右移動一位.其中DI為串行輸入端口，DO為串行輸出端口，Q0、Q1、Q2、Q3為并行輸出端口.例如,在串行輸入端口輸入1100,在4個移位脈沖后就可以將1100存入寄存器中,此時在并行輸出端得到1100,再經過4個移位脈沖,在串行輸出端得到1100.

圖3 用邊沿觸發的D觸發器構成的移位寄存器

雙向移位寄存器74LS194A可以實現存儲的數據左移或者右移、串行輸入串行輸出、串行輸入并行輸出、并行輸入并行輸出、并行輸入串行輸出、保持，異步置零等功能.圖4為74LS194A的邏輯圖.RD'為異步清零端，DIR右移串行輸入端，DIL為數據左移串行輸入端，D0~D3為并行數據輸入端，CLK為脈沖輸入端，Q0～Q3為數據并行輸出端，S1、S0為工作方式控制端.

圖4 雙向移位寄存器74LS194A的邏輯題

圖5為74LS194A的功能表.74LS194A移位寄存器的控制輸入端S1和S0是用來進行移位方向控制的，S1為高電平，S0為低電平時，移位寄存器處于向左移位的工作狀態，二進制數碼在CLK脈沖的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以實現串行輸入.S1為低電平，S0為高電平時，移位寄存器處于向右移位的工作狀態，二進制數碼在CLK脈沖的控制下由低到高逐位移入寄存器.

圖5 雙向移位寄存器74LS194A的功能表

圖6 用雙向移位寄存器74LS194A組成的節日彩燈控制電路

圖6為用雙向移位寄存器74LS194A組成的節日彩燈控制電路.此電路用兩片74LS194A控制8個LED發光二極管.8個LED發光二極管的陽極經8個1千歐姆的限流電阻接到正5伏電源上，8個LED發光二極管的陰極接到74LS194A的Q端.兩片74LS194A的S1=0S0=1實現右移控制.清零開關按下后兩個寄存器全部存儲低電平，8個發光二極管被點亮.在移位脈沖的作用下，寄存器存儲的數據依次右移，經反相器低電平變成高電平，在8個CLK移位脈沖后，二極管從左到右依次熄滅.再經過8個CLK移位脈沖后，二極管從左到右又依次點亮.

3 結語

寄存器是用來存放數據和代碼的電路，是數字電路中的一種基本時序邏輯電路.本文以實例方式對寄存器進行了闡述，通過學習使學生掌握移位寄存器的功能并理解4位雙向移位寄存器74LS194A組成節日彩燈控制電路，從而培養學生閱讀相關數字芯片技術手冊的能力，更好的分析和使用器件的相關功能.

〔1〕劉培植.數字電路與邏輯設計學習指導[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.

〔2〕閆石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔3〕王毓銀.數字電路邏輯設計[M].北京：高等教育出版社，2006.

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1673-260X（2014）10-0029-02