串行数据转换并行数据

一、实验目的

(1)掌握四位双向移位寄存器的逻辑功能与使用方法。

(2)了解移位寄存器的使用——实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器。

二、实验仪器

(1)数字逻辑电路实验箱

(2)双踪示波器，数字万用表

(3)芯片74LS00、74LS04、74LS20各一片，74LS194两片

三、实验原理

1．移位寄存器

移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器，只需要改变左右移的控制信号便可实现双向移位要求。根据寄存器存取信息的方式不同分为: 串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。

本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为74LS194或CD40194，两者功能相同，可互换使用，其逻辑符号及引脚排列如图2－14－1所示。

图2－14－1 74LS194的逻辑符号及引脚排列

其中SR为右移串行输入端，SL为左移串行输入端; 功能表如表2－14－1所示。

2．移位寄存器的应用

移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器、顺序脉冲发生器和串行累加器;可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。

表2－14－1 74LS194的功能表

(1)环形计数器

把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可以进行循环移位，如图2－14－2所示。

图2－14－2 环形计数器示意图

将输出端Q3与输入端SR相连后，在时钟脉冲的作用下Q0Q1Q2Q3将依次右移。同理，将输出端Q0与输入端SL相连后，在时钟脉冲的作用下Q0Q1Q2Q3将依次左移。

(2)实现数据串、并转换

①串行/并行转换器

串行/并行转换是指串行输入的数据，经过转换电路之后变成并行输出。图2－14－3是用两片74LS194构成的七位串行/并行转换电路。

电路中S0端接高电平1，S1受Q7控制，两片寄存器连接成串行输入右移工作模式。Q7是转换结束标志。当Q7=1时，S1为0，使之成为S1S0=01的串入右移工作方式。当Q7=0时，S1为1，有S1S0=11，则串行送数结束，标志着串行输入的数据已转换成为并行输出。

②并行/串行转换器

并行/串行转换是指并行输入的数据，经过转换电路之后变成串行输出。下面是用两片74LS194构成的七位并行/串行转换电路，如图2－14－4所示。与图2－14－3相比，它多了两个与非门，而且还多了一个转换启动信号(负脉冲或低电平)，工作方式同样为右移。

图2－14－3 七位串行/并行转换电路示意图

图2－14－4 七位并行/串行转换电路示意图

对于中规模的集成移位寄存器，其位数往往以4位居多，当所需要的位数多于4位时，可以把几片集成移位寄存器用级连的方法来扩展位数。

四、实验内容

1．测试74LS194的逻辑功能

(1)对照芯片引脚图，把74LS194正确放置到实验箱上的DIP16插座中。

(2)把芯片的第8脚接到实验箱的地“GND”，第16脚接到电源“+5V”。

(3)将74LS194的、S1、S0、SL、SR、D0、D1、D2、D3端连接到实验箱上逻辑电平输出单元，Q0～Q3端连接到逻辑电平显示单元，CLK接实验箱上负脉冲输出点。

(4)打开电源，据表2－14－1，通过改变输入的逻辑电平，测试74LS194的逻辑功能。

2．环形计数器

自拟实验线路，用并行送数法预置计数器为某二进制代码(如0100)，然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化; 再进行循环左移，观察寄存器输出端状态的变化，将结果记录下来。

3．实现数据的串行/并行转换

按图2－14－3所示连线，进行右移串入、并出实验，串入数据自定，自拟表格并记录下实验结果。

4．实现数据的并行/串行转换

按图2－14－4所示连线，进行右移并入、串出实验，并入数据自定，自拟表格并记录下实验结果。