移位寄存器不但可以寄存數(shù)碼，而且在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移動(dòng)。移位寄存器也是數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中應(yīng)用很廣泛的基本邏輯部件。

圖1所示電路是由邊沿D觸發(fā)器組成的4位移位寄存器。

由圖1可知，由第一個(gè)D觸發(fā)器FF0的輸入端接收輸入信號(hào)，其余的每個(gè)觸發(fā)器的輸入端均與前一個(gè)觸發(fā)器的輸出端相連。各觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖控制端與同一個(gè)時(shí)鐘脈沖CP信號(hào)相連，因此各觸發(fā)器的觸發(fā)時(shí)刻相同，都是CP脈沖的上升沿。

下面以4位二進(jìn)制代碼1101為例，說明圖1所示移位寄存器的寄存過程。

二進(jìn)制代碼1101以串行的方式從串行輸入端DI依次輸入。設(shè)各觸發(fā)器的初始狀態(tài)為零，即Q₃Q₂Q₁Q₀=0000。

圖1 由D觸發(fā)器組成的4位移位寄存器

首先，將第一個(gè)二進(jìn)制碼“1”輸入串行輸入端D_I。當(dāng)移位脈沖CP的第一個(gè)上升沿到達(dá)時(shí)，個(gè)觸發(fā)器將各自的輸入端狀態(tài)傳輸?shù)捷敵龆恕Ｓ捎趶腃P脈沖的上升沿到達(dá)開始到各觸發(fā)器次態(tài)的建立需要一段傳輸延時(shí)時(shí)間，因此當(dāng)CP脈沖的上升沿同時(shí)作用于各觸發(fā)器時(shí)，各觸發(fā)器輸入端的狀態(tài)還沒有改變。于是FF₃按Q₂原來的狀態(tài)觸發(fā)，F(xiàn)F₂按Q₁原來的狀態(tài)觸發(fā)，F(xiàn)F₁按Q₀原來的狀態(tài)觸發(fā)，F(xiàn)F₀按串行輸入端D₁的狀態(tài)觸發(fā)。因此，當(dāng)CP的第一個(gè)上升沿到達(dá)后，各觸發(fā)器的狀態(tài)變?yōu)镼₃Q₂Q₁Q₀=0001。

同理，將第二個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼“1”送入串行輸入端D1，當(dāng)CP的第二個(gè)上升沿到達(dá)時(shí)，各觸發(fā)器的狀態(tài)變?yōu)镼₃Q₂Q₁Q₀=0011。以此類推，當(dāng)?shù)?個(gè)移位脈沖過后，將這4個(gè)二進(jìn)制代碼儲(chǔ)存到了4個(gè)觸發(fā)器的輸入端Q₃Q₂Q₁Q₀=1101。

移位數(shù)據(jù)寄存情況如表1所示。也可以用波形圖的形式表示移位寄存器的數(shù)據(jù)寄存情況，如圖2所示。

圖2 圖1電路的波形圖

從圖6-5-3所示的波形圖可以看出，經(jīng)過4個(gè)CP脈沖后，串行輸入的4位二進(jìn)制代碼全部已入了移位寄存器中，同時(shí)可以從4個(gè)觸發(fā)器的輸出端同時(shí)輸出這4為二進(jìn)制代碼。如果繼續(xù)加入4個(gè)CP脈沖，則可以從串行輸入-并行輸出和串行輸出入-串行輸出。由于在移位脈沖的作用下，二進(jìn)制代碼在移位寄存器中依次右移，所以又稱為右移移位寄存器。當(dāng)移位寄存器的電路實(shí)現(xiàn)的是在移位脈沖的作用下，二進(jìn)制代碼在移位寄存器中依次左移，這種寄存器稱為左移移位寄存器。

為了便于擴(kuò)展移位寄存器的功能和增加使用的靈活性，在定型生產(chǎn)的移位寄存器集成電路上有的又附加了左移、右移控制，并行數(shù)據(jù)輸入、保持、異步置零（復(fù)位）等功能。圖3所示為4位雙向移位寄存器74LS194的邏輯電路和圖形符號(hào)。

圖3(a) 邏輯圖	圖3(b) 圖形符號(hào)

由圖3所示，雙向移位寄存器74LS194由4個(gè)RS觸發(fā)器和輸入控制電路組成。D_IR為數(shù)據(jù)右移串行輸入端，D_IL為數(shù)據(jù)左移串行輸入端，D₀～D₃為數(shù)據(jù)并行輸入端，Q₀～Q₃為數(shù)據(jù)并行輸出端，同時(shí)Q₃還可以作為數(shù)據(jù)串行輸出端,CP為移位脈沖控制端為清零端，移位寄存器正常工作時(shí)該端置“1”，S₀、S₁為雙向移位寄存器的工作狀態(tài)控制端。

74LS194既可以實(shí)現(xiàn)串行輸入，也可以并行輸入；既可以實(shí)現(xiàn)串行輸出，也可以并行輸出，在串行寄存方式中，既可以實(shí)現(xiàn)右移寄存，也可以實(shí)現(xiàn)左移寄存，還可以保持?jǐn)?shù)據(jù)不變。74LS194雙向移位寄存器的這些工作狀態(tài)都是由控制端S₀、S₁實(shí)現(xiàn)的，如表1所示。表1稱為74S194的邏輯功能表。

	S1	S4	工作狀態(tài)
0	×	×	置零
1	0	0	保持
1	0	1	右移
1	1	0	左移
1	1	1	并行輸入

當(dāng)S₁=S₀=0時(shí)，移位寄存器處于數(shù)據(jù)保持狀態(tài)。此時(shí)不論輸入端和移位脈沖輸入端有何變化，移位寄存器各輸出端的狀態(tài)保持不變。

當(dāng)S₁=0,S₀=1時(shí)，移位寄存器保持右移寄存狀態(tài)。隨著位移脈沖的到來，右移串行輸入端DIR的數(shù)據(jù)依次寄存到寄存器中，并且移位寄存器中的數(shù)據(jù)依次右移。

當(dāng)S₁=1,S₀=0時(shí)，移位寄存器處于左移寄存狀態(tài)。隨著移位脈沖的到來，左移串行輸入端DIL的數(shù)據(jù)依次寄存到寄存器中，并且移位寄存器中的數(shù)據(jù)依次左移。

當(dāng)S₁=1,S₀=1時(shí)，位移寄存器處于并行輸入寄存狀態(tài)。此時(shí)串行輸入端的數(shù)據(jù)不起任何作用。當(dāng)移位脈沖CP來一個(gè)脈沖時(shí)，寄存器將并行輸入端D₀～D₃的數(shù)據(jù)并行輸入到并行輸出端Q₀～Q₃。

例1 用兩片4位雙向移位寄存器74LS194接成一個(gè)8位雙向移位寄存器。

解 所要涉及的8位雙向移位寄存器需要完成8位二制數(shù)據(jù)的寄存，因此需要由兩片4位雙向移位寄存器74LS194組成。同時(shí)，8位雙向移位寄存器應(yīng)具備4位雙向移位寄存器所有的邏輯功能，即能實(shí)現(xiàn)并行輸入、左移寄存、右移寄存、數(shù)據(jù)保持和異步清零等功能。

如圖4所示，通過分析，將兩片4位雙向移位寄存器的輸入和輸出同時(shí)作為8位雙向移位寄存器的輸入和輸出。將74LS194(I)的右移串行輸入端作為8位雙向移位寄存器的右移串行輸入端，同時(shí)將74LS194(I)的串行輸出端與右側(cè)74LS194(II)的右移串行輸入端相連。同樣，將74LS194(II)的左移輸入端作為8位雙向移位寄存器的左移串行輸出端，同時(shí)將74LS194(II)的串行輸出端與74LS194(I)的左移串行輸入端相連。將兩片4位雙向移位寄存器的移位脈沖輸入端、清零端和工作狀態(tài)輸入端分別相連。這樣，就實(shí)現(xiàn)了用兩片4位雙向移位寄存器74LS19474LS194接成一個(gè)8位雙向移位寄存器。

圖4 例1的電路圖