韓錚

關(guān)于數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中寄存器教學(xué)的探討

韓錚

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

本文介紹可寄存一組二進制數(shù)碼的邏輯部件-寄存器.從數(shù)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(jié)日彩燈控制電路，通過彩燈亮滅演示74LS194A構(gòu)成的電路，調(diào)動學(xué)生課堂積極性，提高學(xué)生的注意力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

教學(xué)探討；節(jié)日彩燈控制電路；寄存器

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

1 教學(xué)方法

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

2 教學(xué)思路

首先從整體上向?qū)W生介紹什么是寄存器以及寄存器的分類方法，然后根據(jù)寄存器其中的一種分類方法講述寄存器的種類.本文根據(jù)寄存器是否有移位功能可將其分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器.本文從數(shù)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(jié)日彩燈控制電路，通過彩燈亮滅演示74LS194A構(gòu)成的電路，調(diào)動學(xué)生課堂積極性，提高學(xué)生的注意力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

2.1數(shù) 碼寄存器

在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中，可寄存一組二進制數(shù)碼的邏輯部件就是寄存器.寄存器是由觸發(fā)器構(gòu)成的.一個觸發(fā)器可以存儲一位二進制代碼，n個觸發(fā)器組合在一起就可以存放n位二進制代碼.只要觸發(fā)器有置位和復(fù)位功能，如D觸發(fā)器、基本SR鎖存器、JK觸發(fā)器等就可以構(gòu)成寄存器.寄存器可以在運算中存貯數(shù)碼、運算結(jié)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(shù)據(jù)寄存器、一般寄存器、指令寄存器.寄存器與存儲器是有區(qū)別的，寄存器內(nèi)存放的數(shù)碼經(jīng)常變更，要求存取速度快，一般無法存放大量數(shù)據(jù).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(shù)據(jù)，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(xué)生更好的理解寄存器與存儲器的區(qū)別.

通過74LS75和74HC175兩個實例了解數(shù)碼寄存器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理.

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

圖1 用電平觸發(fā)的D觸發(fā)器構(gòu)成的74LS75

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

圖2 用邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器構(gòu)成74HC175

2.2移 位寄存器

首先介紹移位寄存器的功能.在學(xué)生掌握什么是移位寄存器以及其功能后，通過器件74LS194A構(gòu)成節(jié)日彩燈控制電路，使學(xué)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(jù)需要選擇輸入輸出方式，既靈活又方便.根據(jù)移位寄存器中存儲數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jīng)過4個移位脈沖,在串行輸出端得到1100.

圖3 用邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器

雙向移位寄存器74LS194A可以實現(xiàn)存儲的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)左移串行輸入端，D0~D3為并行數(shù)據(jù)輸入端，CLK為脈沖輸入端，Q0～Q3為數(shù)據(jù)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(tài)，二進制數(shù)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(xiàn)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(tài)，二進制數(shù)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(jié)日彩燈控制電路

圖6為用雙向移位寄存器74LS194A組成的節(jié)日彩燈控制電路.此電路用兩片74LS194A控制8個LED發(fā)光二極管.8個LED發(fā)光二極管的陽極經(jīng)8個1千歐姆的限流電阻接到正5伏電源上，8個LED發(fā)光二極管的陰極接到74LS194A的Q端.兩片74LS194A的S1=0S0=1實現(xiàn)右移控制.清零開關(guān)按下后兩個寄存器全部存儲低電平，8個發(fā)光二極管被點亮.在移位脈沖的作用下，寄存器存儲的數(shù)據(jù)依次右移，經(jīng)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(jīng)過8個CLK移位脈沖后，二極管從左到右又依次點亮.

3 結(jié)語

寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和代碼的電路，是數(shù)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(xué)習(xí)使學(xué)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(jié)日彩燈控制電路，從而培養(yǎng)學(xué)生閱讀相關(guān)數(shù)字芯片技術(shù)手冊的能力，更好的分析和使用器件的相關(guān)功能.

〔1〕劉培植.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011.

〔2〕閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔3〕王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2006.

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