实验六 时序逻辑实验——移位寄存器功能测试及应用

实验报告来自电子科技大学中山学院 _ 数字逻辑电路设计课程

1.实验目的与要求
通过实验，掌握移位寄存器74198的功能和其应用。

2.实验设备
硬件：PC机 一台
数字电路实验教学平台 一台
软件：Quartus II集成开发环境

3.实验内容
(1) 利用74198实现串/并和并/串数据并通过LED灯显示结果；
(2) 利用74198实现序列检测器；
(3) 利用74198实现移位计数器；

4.实验预习要求
仔细阅读课本第三章第四节的移位寄存器，了解移位寄存器的一般结构，看懂74198的功能表，弄懂74198的使用方法。

5.实验原理
(1) 输入数据为串行而输出数据为并行，称为串/并转换，反之则称为并/串转换。实现串/并转换的参考电路如图6.1所示。在第一个CLK脉冲到来时将01111111置入QA_{QG中，同时将串行输入数据data的最低位移入到D触发器。并行置数后，QH=1，S1S0=01，使74198改为右移方式，在接下来的第2}8个CLK脉冲到来时处于移位状态。在第8个CLK脉冲作用后，data的前面7位已经移入74198的QA~QG中，data的第8位移入到D触发器中，原来置入74198 QA中的0移到QH，8位串行数据已经变换为并行数据，此时，S1S0=11，74198又回到置数方式，在下一个CLK脉冲以来时再一次置数，开始新一轮串/并变换。参考逻辑图中并行输出信号QA~QG接到LED灯观察结果，data为串行输入数据。为了便于观察结果，74198的CLK脉冲信号建议接1HZ或更小的频率信号(利用74161或者8count将系统时钟49.152MHz分频)，串行输入数据data建议接一路拨码开关。

图6.1 串/并转换电路

(2) 用74198可以构成计数器称为移位型计数器，下图6.2是八进制扭环形计数器的参考逻辑图。S1S0=01，当QD输出取反后反馈到首级数据输入端SRSI，就构成了8进制计数器。QA~QD接到LED灯上，观察结果。为便于观察，CLK脉冲输入端建议接到1s以上的时间信号上。

图6.3 74198构成移位型计数器

在数字电路实验教学平台各个LED管对应的FPGA控制管脚如表1.1所示：
表1.1 各LED管对应的FPGA控制管脚

DISP_CS	LED0	LED1	LED2	LED3	LED4	LED5	LED6	LED7	Buzz（vcc）
162	163	164	165	168	169	170	171	173	176

拨码开关对应的FPGA控制管脚表1.2所示：
表1.2 拨码开关对应控制管脚

SW1	SW2	SW3	SW4	SW5	SW6	SW7	SW8
188	191	129	130	131	132	24	23

按键和蜂鸣器对应的FPGA控制管脚表1.3所示：
表1.3 按键和蜂鸣器对应控制管脚

KEY1	KEY2	KEY3	KEY4	BUZZ
185	181	179	175	176

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基础实验
1.请设计74198的验证电路，验证74198的5个工作模式：异步清零、数据保持、同步右移、同步左移、同步置数功能。
答：逻辑电路设计如图1-1。

图1-1 验证74198移位寄存器功能
电路分析：
当SW7(/CLRN)为0时，实现异步清零，LED0~7全为0，灯全亮；
当SW7(/CLRN)为1，SW5、6(S0、S1)为11时，实现同步置数，A_{H的值打到LED0}7上，由图可知此时只有LED0亮；
当SW7(/CLRN)为1，SW5、6(S0、S1)为10时，输入的数据实现左移，而如果此时SW0为0，则可以看到LED0~7依次亮起，最后全亮；
当SW7(/CLRN)为1，SW5、6(S0、S1)为01时，输入的数据实现右移，而如果此时SW0为0，则可以看到LED7~0依次亮起，最后全亮；
而当上述左移或者右移，LED灯依次亮起的过程中，迅速把SW5、6(S0、S1)清为00时，可以看到8个LED灯保持不动，实现了数据保持。

2.给出74198实现串/并转换电路，并通过LED灯显示结果的逻辑图并分析其原理。
答：逻辑电路设计如图2-1所示。

图2-1 74198实现串/并转换
实验现象：当data为1，按下按键抬起时， LED灯从0~7方向，一次只亮一个，当轮到LED7亮时再按一次则回到LED0亮。
电路分析：通过D触发器和8count分频后的时钟脉冲为按键进行消抖，为数据端和74198提供CP脉冲。初始的瞬间，LED0_{7端都为0，此时LED7端经过非门使能S1，使74198同步置数，LED0}7变为0111 1111(即只有第一个灯亮)，并且S1端为0，74198转变为同步右移状态。按下按键，抬起时产生一个上升沿，触发了data的D触发器，如果此时data为1，则LED0~7变为1011 1111(即实现了数据右移)，以此类推，直到LED7为0时，经过非门使能S1，74198又同步置数，循环反复以上现象。

3.给出74198实现移位计数器的逻辑图并分析其原理。
答：逻辑电路设计如图3-1。

图3-1 74198实现移位计数器

电路分析：(LED0-3)0000->1000->1100->1110
->1111->0111->0011->0001->0000->…

提高实验
1.给出74198实现并/串转换电路，并通过LED灯显示结果的逻辑图并分析其原理。
答：逻辑电路设计如下图所示。
原理分析：
将74198的S0端置为1，并使用一个拨码开关控制74198的状态，拨码开关为1时，工作在置位状态，拨码开关为0时，工作在左移状态。将SLSI端恒为1。当拨码开关为0时，由图可知，当按键按下并抬起时，产生一个上升沿，74198输出数据左移。左移8次后，实现并转串功能。此时将拨码开关置为1，并按下抬起按键，实现同步置数，再将拨码开关拨为0，又可以重新发送数据。