一、鎖存器

1. 鎖存器的工作原理

鎖存器不同于觸發(fā)器，它不在鎖存數(shù)據(jù)時(shí)，輸出端的信號(hào)隨輸入信號(hào)變化，就像信號(hào)通過一個(gè)緩沖器一樣；一旦鎖存信號(hào)起鎖存作用，則數(shù)據(jù)被鎖住，輸入信號(hào)不起作用。鎖存器也稱為透明鎖存器，指的是不鎖存時(shí)輸出對(duì)于輸入是透明的 。

鎖存器原理見圖

鎖存器

 是鎖存控制信號(hào)輸入端，D數(shù)據(jù)輸入端，Q和  是數(shù)據(jù)互補(bǔ)輸出端。

Ⅰ：  =0，  左與門被封鎖,  被封鎖

 輸出  ∴ 

Ⅱ： 時(shí)，分兩種情況

(a)     輸出  ，所以D不影響 

(b)     輸出  ，所以D也不影響 

∴結(jié)論：原來狀態(tài)不被改變，D不影響  .

由上述分析看出：

也就是說,  由0  1時(shí)刻將數(shù)據(jù)D鎖定并保持，直到  由1  0.

本例鎖存器是控制信號(hào)  上升沿鎖存數(shù)據(jù)，高電平保持，非號(hào)的意義是低電平時(shí)輸入數(shù)據(jù)可以直達(dá)輸出端。有的鎖存器是控制信號(hào)C下降沿鎖存低電平保持，即加一個(gè)非門將控制信號(hào)C反相；有的鎖存器在輸出端加一個(gè)三態(tài)門，由另一個(gè)控制信號(hào)OC控制；另外還有的鎖存器帶有直接置0（清除）、置1（預(yù)置）輸入端，等同于觸發(fā)器的RD，SD端。

集成鎖存器有多種型號(hào)，如 TTL的74LS77,74LS363等，也有CMOS的如4508，4042，74HL373等，需要使用時(shí)可以查閱手冊(cè)。

二、數(shù)據(jù)寄存器

寄存器用于寄存一組二值代碼，它被廣泛的用于各類數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中。因?yàn)橐粋€(gè)觸發(fā)器能儲(chǔ)存1位二值代碼，所以N個(gè)觸發(fā)器組成的寄存器能儲(chǔ)存一組N位二值代碼。

對(duì)寄存器中的觸發(fā)器只要求它們具有置1，置0的功能即可，因而無論是用同步RS結(jié)構(gòu)觸發(fā)器，還是用主從結(jié)構(gòu)或邊沿觸發(fā)結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器，都可以組成寄存器，一般由D觸發(fā)器組成。

下圖給出一個(gè)4位數(shù)碼寄存器，時(shí)鐘CP被稱為存數(shù)指令或存數(shù)命令，在CP脈沖的上升沿時(shí)刻，各觸發(fā)器將各自數(shù)據(jù)輸入端D的數(shù)據(jù)存入，除此時(shí)刻，無論CP是低電平、高電平、還是下降沿，各觸發(fā)器保持各自的數(shù)據(jù)不變。

四位數(shù)碼寄存器

三、移位寄存器

寄存器只有寄存數(shù)據(jù)或代碼的功能。有時(shí)為了處理數(shù)據(jù)，需要將寄存器中的各位數(shù)據(jù)在移位控制信號(hào)作用下，依次向高位或向低位移動(dòng)1位。具有移位功能的寄存器稱為移位寄存器。移位寄存器按數(shù)碼移動(dòng)方向分類有左移，右移，可控制雙向（可逆）移位寄存器；按數(shù)據(jù)輸入端、輸出方式分類有串行和并行之分。

1. 串行碼與通信

數(shù)據(jù)通信幾乎都用串行方式將傳送的數(shù)據(jù)按時(shí)間順序一位一位地傳送，以節(jié)省電纜芯線條數(shù)，但是在終端的數(shù)據(jù)處理是并行的，這就需要在發(fā)送端將要發(fā)送的并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)才能發(fā)送，而在接收端需要將接收到的串行數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這些轉(zhuǎn)換工作是由移位寄存器完成的。

2. 串入并出移位寄存器

  4位串入并出右移寄存器

上圖是一個(gè)簡單的4位右移寄存器，在移位指令（CP脈沖）作用下輸入數(shù)據(jù)D存入FF3 ，Q3的狀態(tài)移存到FF2，由此得到邏輯式：

在四個(gè)CP脈沖之后，將四個(gè)串行碼移位存入4個(gè)觸發(fā)器，取出數(shù)據(jù)方式是在所有的觸發(fā)器地Q端同時(shí)取出，稱為并行輸出，移位寄存器即完成了串行碼到并行碼的轉(zhuǎn)換功能。

假設(shè)輸入串行碼為4位二進(jìn)制數(shù)1011，輸入方式為低位在先，也就是按1101地順序依次輸入，可以分析動(dòng)作特點(diǎn)：

經(jīng)過4個(gè)時(shí)鐘脈沖后，1011出現(xiàn)在寄存器輸出端  ,這樣就將串行輸入D的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行輸出。同時(shí)在第八個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后，數(shù)碼從  端全部移出寄存器，這說明存入該寄存器中的數(shù)碼也可以從  端串行輸出。

既可以右移，又可以左移，而且除了D邊沿觸發(fā)器構(gòu)成移位寄存器外，還可以用諸如JK等觸發(fā)器構(gòu)成移位寄存器。

3. 并入串出移位寄存器。

4位并入串出右移寄存器

上圖是一個(gè)簡單的4位右移寄存器

u       取樣方式M=1時(shí)，CP的作用是取樣指令。在CP的作用下，輸入數(shù)據(jù)  ~  通過與非門存入  ~  ,  即出現(xiàn)在  輸出第一個(gè)數(shù)據(jù)。

u       M=0時(shí)，封鎖數(shù)據(jù)輸入的與門，CP脈沖的作用也相應(yīng)的轉(zhuǎn)變?yōu)橐莆恢噶钣眠壿嬍奖硎荆?/p>

假設(shè)輸入并形碼為1011輸出方式位低位在先，也就是按1、1、0、1順序輸出，我們可以畫出狀態(tài)表和波形圖。

4位串入并出右移寄存器狀態(tài)表和狀態(tài)圖

4. 雙向移位寄存器

前面講的右向移位寄存器：左邊觸發(fā)器的輸出作為右鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入。如果讓右邊觸發(fā)器的輸出作為左鄰觸發(fā)器的輸入，則可構(gòu)成左向移位寄存器。當(dāng)然如果增加一些控制門后，則可以實(shí)現(xiàn)雙向移位寄存器。在二進(jìn)制數(shù)之計(jì)算中，左移相當(dāng)于對(duì)數(shù)值乘2，右移相當(dāng)于對(duì)數(shù)值除2，因而在計(jì)算機(jī)中常使用的既能左移又能右移的雙向寄存器。在移存型計(jì)數(shù)器中介紹集成雙向移位寄存器74194。

四、寄存器的應(yīng)用

1. 可以完成數(shù)據(jù)的并串、串并轉(zhuǎn)換

2.       可以用做顯示數(shù)據(jù)鎖存器

許多設(shè)備需要顯示計(jì)數(shù)器的記數(shù)值，以8421BCD碼記數(shù)，以七段顯示器顯示，如果記數(shù)速度較高，人眼則無法辨認(rèn)迅速變化的顯示字符。在計(jì)數(shù)器和譯碼器之間加入一個(gè)鎖存器，控制數(shù)據(jù)的顯示時(shí)間是常用的方法。

3.       用作緩沖器

緩沖器在數(shù)字系統(tǒng)中用途很多：（1）如果器件帶負(fù)載能力有限，可加一級(jí)帶驅(qū)動(dòng)器的緩沖器；（2）前后級(jí)間邏輯電平不同，可用電平轉(zhuǎn)換器加以匹配；（3）邏輯極性不同或需要將單性變量轉(zhuǎn)換為互補(bǔ)變量時(shí)，加帶反相緩沖器；（4）需要將緩變信號(hào)變?yōu)檫呇囟盖托盘?hào)時(shí)，加帶施密特電路的緩沖器（5）數(shù)據(jù)傳輸和處理中不同裝置間溫度和時(shí)間不同時(shí)，加一級(jí)緩沖器進(jìn)行彌補(bǔ)等等。74LS373、74LS374即為帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的組件，可以用作緩沖器，能夠完成上述（1）、（5）兩個(gè)任務(wù)。

4. 組成計(jì)數(shù)器

移位寄存器可以組成移位型計(jì)數(shù)器，如環(huán)形或扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。