关于数字电子技术基础课程中寄存器教学的探讨

韩铮

关于数字电子技术基础课程中寄存器教学的探讨

韩铮

（赤峰学院 物理与电子信息工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

本文介绍可寄存一组二进制数码的逻辑部件-寄存器.从数码寄存器和移位寄存器这两个方面对寄存器进行介绍并列举器件实例进行说明.重点介绍由双向移位寄存器74LS194A组成的节日彩灯控制电路，通过彩灯亮灭演示74LS194A构成的电路，调动学生课堂积极性，提高学生的注意力，培养学生的学习兴趣.

教学探讨；节日彩灯控制电路；寄存器

高校教师在承担教学和科研的同时，更重要的是培养学生创新能力和专业素养，将所讲授课程知识尽量用通俗易懂的方式传授，有利于学生接受的同时，又能充分调动学生的学习积极性，它是改善教学效果的基本条件.贯穿课程教学始终，应该充分体现人文关怀和注重课堂的安全性，使学生能够舒适的学习，尽量降低压迫感、在欢悦的气氛中学习，避免学生对相对枯燥和单调的专业知识产生抵触和厌烦的感觉，从而影响到进一步学习.

1 教学方法

采用多媒体与板书相结合的教学手法讲授课程，并通过提醒、设计提问、动画演示等方法调动学生课堂积极性，提高学生的注意力，培养学生的兴趣.上课前，利用眼神等交流方式，使学生能够获得一种亲和感，有利于学生为课堂的开始做好准备.与此同时，考虑到学生的基础弱、底子薄等特点，适当降低讲授难度，随时考虑学生的反应状态，使学生有能力接收消化所学知识，保证了课堂的安全性.讲课结束，总结本节课所学知识点，让学生对本节课有一个整体认识.

2 教学思路

首先从整体上向学生介绍什么是寄存器以及寄存器的分类方法，然后根据寄存器其中的一种分类方法讲述寄存器的种类.本文根据寄存器是否有移位功能可将其分为数码寄存器和移位寄存器.本文从数码寄存器和移位寄存器这两个方面对寄存器进行介绍并列举器件实例进行说明.重点介绍由双向移位寄存器74LS194A组成的节日彩灯控制电路，通过彩灯亮灭演示74LS194A构成的电路，调动学生课堂积极性，提高学生的注意力，培养学生的学习兴趣.

2.1数 码寄存器

在数字电子技术基础课程中，可寄存一组二进制数码的逻辑部件就是寄存器.寄存器是由触发器构成的.一个触发器可以存储一位二进制代码，n个触发器组合在一起就可以存放n位二进制代码.只要触发器有置位和复位功能，如D触发器、基本SR锁存器、JK触发器等就可以构成寄存器.寄存器可以在运算中存贮数码、运算结果.例如计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成，其中就有数据寄存器、一般寄存器、指令寄存器.寄存器与存储器是有区别的，寄存器内存放的数码经常变更，要求存取速度快，一般无法存放大量数据.类似于宾馆的贵重物品寄存、超级市场的存包处.存储器存放大量的数据，因此最重要的要求是存储容量大，类似于仓库.通过举例可以使学生更好的理解寄存器与存储器的区别.

通过74LS75和74HC175两个实例了解数码寄存器的电路结构和工作原理.

74LS75是由电平触发的D触发器构成的4位数码寄存器，电路如图1所示.电平触发的D触发器只有在CLK为有效电平时，触发器才接受输入信号置成相应状态.在CLK=1的全部时间里，D的变化都将引起输出状态的变化，触发器保存的是CLK回到0以前瞬间的状态.在图1电路中，D0~D3为并行数据输入端，CLK为寄存脉冲输入端，Q0～Q3为数据并行输出端.CLK＝1期间，输出会随输入端D的状态改变而改变.

图1 用电平触发的D触发器构成的74LS75

74HC175是由CMOS边沿触发器构成的4位数码寄存器，其逻辑电路如图2所示.边沿触发器的次态仅取决于CLK的下降沿（或上升沿）到来时的输入信号状态，与在此前、后输入的状态没有关系.下面对74HC175的端口做一下介绍：D0、D1、D2、D3为数据并行输入端口，在图2电路中时钟信号CLK上升沿到来时D0~D3输入的数据被寄存器存储，可以同时并行输入4位数据.CLK为脉冲输入端，在时钟信号上升沿到来时，可以将D0、D1、D2、D3的数据存入4个触发器中.RD`为异步清零端，低电平有效.若RD`=0，则4个触发器不受时钟信号的控制就可以将存储的数据清零.此电路为并行输入/并行输出方式.

图2 用边沿触发的D触发器构成74HC175

2.2移 位寄存器

首先介绍移位寄存器的功能.在学生掌握什么是移位寄存器以及其功能后，通过器件74LS194A构成节日彩灯控制电路，使学生进一步理解移位寄存器的功能.

移位——就是将寄存器存储的数据，在每个移位脉冲的作用下可以依次向左或依次向右移动一位.寄存器的输入输出都有并行和串行两种，寄存器存储的数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出.可根据需要选择输入输出方式，既灵活又方便.根据移位寄存器中存储数据的移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器和双向移位寄存器三种.目前常用的集成移位寄存器种类很多，如74X164、74X165、74X166、74X595均为八位单向移位寄存器，74195为四位单向移存器，74194为四位双向移位寄存器，74198为八位双向移位寄存器.

图3为右移移位寄存器，CLK为移位脉冲输入端，在移位脉冲的作用下寄存器存储的数据可以依次向右移动一位.其中DI为串行输入端口，DO为串行输出端口，Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端口.例如,在串行输入端口输入1100,在4个移位脉冲后就可以将1100存入寄存器中,此时在并行输出端得到1100,再经过4个移位脉冲,在串行输出端得到1100.

图3 用边沿触发的D触发器构成的移位寄存器

双向移位寄存器74LS194A可以实现存储的数据左移或者右移、串行输入串行输出、串行输入并行输出、并行输入并行输出、并行输入串行输出、保持，异步置零等功能.图4为74LS194A的逻辑图.RD'为异步清零端，DIR右移串行输入端，DIL为数据左移串行输入端，D0~D3为并行数据输入端，CLK为脉冲输入端，Q0～Q3为数据并行输出端，S1、S0为工作方式控制端.

图4 双向移位寄存器74LS194A的逻辑题

图5为74LS194A的功能表.74LS194A移位寄存器的控制输入端S1和S0是用来进行移位方向控制的，S1为高电平，S0为低电平时，移位寄存器处于向左移位的工作状态，二进制数码在CLK脉冲的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以实现串行输入.S1为低电平，S0为高电平时，移位寄存器处于向右移位的工作状态，二进制数码在CLK脉冲的控制下由低到高逐位移入寄存器.

图5 双向移位寄存器74LS194A的功能表

图6 用双向移位寄存器74LS194A组成的节日彩灯控制电路

图6为用双向移位寄存器74LS194A组成的节日彩灯控制电路.此电路用两片74LS194A控制8个LED发光二极管.8个LED发光二极管的阳极经8个1千欧姆的限流电阻接到正5伏电源上，8个LED发光二极管的阴极接到74LS194A的Q端.两片74LS194A的S1=0S0=1实现右移控制.清零开关按下后两个寄存器全部存储低电平，8个发光二极管被点亮.在移位脉冲的作用下，寄存器存储的数据依次右移，经反相器低电平变成高电平，在8个CLK移位脉冲后，二极管从左到右依次熄灭.再经过8个CLK移位脉冲后，二极管从左到右又依次点亮.

3 结语

寄存器是用来存放数据和代码的电路，是数字电路中的一种基本时序逻辑电路.本文以实例方式对寄存器进行了阐述，通过学习使学生掌握移位寄存器的功能并理解4位双向移位寄存器74LS194A组成节日彩灯控制电路，从而培养学生阅读相关数字芯片技术手册的能力，更好的分析和使用器件的相关功能.

〔1〕刘培植.数字电路与逻辑设计学习指导[M].北京：北京邮电大学出版社，2011.

〔2〕闫石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔3〕王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

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1673-260X（2014）10-0029-02