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

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(jìn)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(gè)方面對(duì)寄存器進(jìn)行介紹并列舉器件實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明.重點(diǎn)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(guò)彩燈亮滅演示74LS194A構(gòu)成的電路，調(diào)動(dòng)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(shí)，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(shí)盡量用通俗易懂的方式傳授，有利于學(xué)生接受的同時(shí)，又能充分調(diào)動(dòng)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(duì)相對(duì)枯燥和單調(diào)的專業(yè)知識(shí)產(chǎn)生抵觸和厭煩的感覺(jué)，從而影響到進(jìn)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(guò)提醒、設(shè)計(jì)提問(wèn)、動(dòng)畫演示等方法調(diào)動(dòng)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(shí)，考慮到學(xué)生的基礎(chǔ)弱、底子薄等特點(diǎn)，適當(dāng)降低講授難度，隨時(shí)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(shí)，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(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生對(duì)本節(jié)課有一個(gè)整體認(rèn)識(shí).

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(gè)方面對(duì)寄存器進(jìn)行介紹并列舉器件實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明.重點(diǎn)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(guò)彩燈亮滅演示74LS194A構(gòu)成的電路，調(diào)動(dòng)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(jìn)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(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)一位二進(jìn)制代碼，n個(gè)觸發(fā)器組合在一起就可以存放n位二進(jìn)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(yùn)算中存貯數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果.例如計(jì)算機(jī)的CPU由運(yùn)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(chǔ)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(wú)法存放大量數(shù)據(jù).類似于賓館的貴重物品寄存、超級(jí)市場(chǎng)的存包處.存儲(chǔ)器存放大量的數(shù)據(jù)，因此最重要的要求是存儲(chǔ)容量大，類似于倉(cāng)庫(kù).通過(guò)舉例可以使學(xué)生更好的理解寄存器與存儲(chǔ)器的區(qū)別.

通過(guò)74LS75和74HC175兩個(gè)實(shí)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(shí)，觸發(fā)器才接受輸入信號(hào)置成相應(yīng)狀態(tài).在CLK=1的全部時(shí)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(huì)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(lái)時(shí)的輸入信號(hào)狀態(tài)，與在此前、后輸入的狀態(tài)沒(méi)有關(guān)系.下面對(duì)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(shí)鐘信號(hào)CLK上升沿到來(lái)時(shí)D0~D3輸入的數(shù)據(jù)被寄存器存儲(chǔ)，可以同時(shí)并行輸入4位數(shù)據(jù).CLK為脈沖輸入端，在時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)，可以將D0、D1、D2、D3的數(shù)據(jù)存入4個(gè)觸發(fā)器中.RD`為異步清零端，低電平有效.若RD`=0，則4個(gè)觸發(fā)器不受時(shí)鐘信號(hào)的控制就可以將存儲(chǔ)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(guò)器件74LS194A構(gòu)成節(jié)日彩燈控制電路，使學(xué)生進(jìn)一步理解移位寄存器的功能.

移位——就是將寄存器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，在每個(gè)移位脈沖的作用下可以依次向左或依次向右移動(dòng)一位.寄存器的輸入輸出都有并行和串行兩種，寄存器存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)的數(shù)據(jù)可以依次向右移動(dòng)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(gè)移位脈沖后就可以將1100存入寄存器中,此時(shí)在并行輸出端得到1100,再經(jīng)過(guò)4個(gè)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(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)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(lái)進(jìn)行移位方向控制的，S1為高電平，S0為低電平時(shí)，移位寄存器處于向左移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)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(shí)現(xiàn)串行輸入.S1為低電平，S0為高電平時(shí)，移位寄存器處于向右移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)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(gè)LED發(fā)光二極管.8個(gè)LED發(fā)光二極管的陽(yáng)極經(jīng)8個(gè)1千歐姆的限流電阻接到正5伏電源上，8個(gè)LED發(fā)光二極管的陰極接到74LS194A的Q端.兩片74LS194A的S1=0S0=1實(shí)現(xiàn)右移控制.清零開關(guān)按下后兩個(gè)寄存器全部存儲(chǔ)低電平，8個(gè)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮.在移位脈沖的作用下，寄存器存儲(chǔ)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(gè)CLK移位脈沖后，二極管從左到右依次熄滅.再經(jīng)過(guò)8個(gè)CLK移位脈沖后，二極管從左到右又依次點(diǎn)亮.

3 結(jié)語(yǔ)

寄存器是用來(lái)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(shí)序邏輯電路.本文以實(shí)例方式對(duì)寄存器進(jìn)行了闡述，通過(guò)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(cè)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(jì)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(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006.

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