数字电子中的双向移位寄存器

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在数字电子系统中，寄存器是一种基本的存储单元，用于以二进制形式存储和操作数据。寄存器基本上是一组触发器，其中触发器是一种一位存储设备。寄存器的存储容量取决于寄存器中使用的触发器数量。

• 寄存器通常用于数字电子系统的不同部分，例如处理器、算术单元、存储单元等。

• 根据应用和功能，寄存器可分为多种类型，例如**数据寄存器、移位寄存器、存储寄存器**等。

在本文中，我们将探讨双向移位寄存器。但在了解它之前，让我们先了解一下移位寄存器。

什么是移位寄存器？

在数字电子系统中，**移位寄存器**是一种可以将存储的二进制数据从一个位置移到另一个位置的寄存器。移位寄存器的构造由一系列级联连接的触发器组成。在这个级联的触发器组中，一个触发器的输出连接到下一个触发器的输入。这种安排允许通过将存储的位向左或向右或同时向两个方向移动来在寄存器内移动或重新定位数据。

根据其特性，移位寄存器可以分为以下类型：

• 串行输入串行输出 (SISO) 移位寄存器

• 并行输入并行输出 (PIPO) 移位寄存器

• 串行输入并行输出 (SIPO) 移位寄存器

• 并行输入串行输出 (PISO) 移位寄存器

• 双向移位寄存器

移位寄存器用于各种数字电子系统，例如数据存储单元、处理器、数据转换器、信号处理系统等等。

在深入了解数字寄存器和移位寄存器的基础知识后。现在让我们讨论双向移位寄存器。

什么是双向移位寄存器？

允许数据向左和向右两个方向移动的移位寄存器称为**双向移位寄存器**。因此，双向移位寄存器提供了更大的灵活性来在寄存器内移动和操作数据。

在双向移位寄存器中，数据的移动方向由控制信号控制，并且取决于所需的操作。为此，在寄存器内提供了一个额外的控制电路。

双向移位寄存器通常通过级联一系列触发器来构建。在这个系列中，触发器以这样的方式连接：每个触发器的输出连接到下一个触发器的输入。需要注意的是，第一个触发器的输入连接到数据输入线。

控制电路产生的控制/时钟信号决定数据移动的方向。这些控制信号通常命名为左移（将数据向左移动）和右移（将数据向右移动）。

此外，双向寄存器还有一个控制信号，称为并行加载 (PL)，它允许寄存器并行接收数据并同时将其加载到触发器中。

双向移位寄存器的电路图和工作原理

4 位双向移位寄存器的电路图如下图所示：

它由四个级联在一起的 D 触发器以及一个控制电路组成，该控制电路为每个触发器包含两个与门和一个或门。它有一个控制输入信号 R/L'，用于控制移位方向。

从控制信号 R/L' 可以看出，R 是一个高电平有效信号，而 L' 是一个低电平有效信号。当 R/L' 信号为高电平时，移位寄存器充当右移移位寄存器。当 R/L' 为低电平时，移位寄存器充当左移移位寄存器。

双向移位寄存器如何工作？

现在，让我们了解一下这个双向移位寄存器的工作原理。

情况 1 – 右移操作

当控制信号 R/L' 为高电平时，与门 1、3、5 和 7 启用，而与门 2、4、6 和 8 禁用。触发器 A 的输出连接到触发器 B 的输入，触发器 B 的输出连接到触发器 C 的输入，触发器 C 的输出连接到触发器 D 的输入。因此，当发生时钟信号时，数据位向右移动一位。

情况 2 – 左移操作

当控制信号 R/L' 为低电平时，与门 2、4、6 和 8 启用，而与门 1、3、5 和 7 禁用。每个触发器的输出 Q 连接到后续触发器的 D 输入。因此，当发生时钟信号时，数据位向左移动一位。

这就是双向移位寄存器的构造方式及其工作原理。

双向移位寄存器的优点

在数字电子电路中使用双向移位寄存器可以带来诸多好处。以下是双向移位寄存器的一些主要优点：

• 双向移位寄存器允许数据向左和向右两个方向移动。这提高了数字电路的灵活性。

• 双向移位寄存器通过在一个单元中集成右移和左移操作来降低电路复杂性。

• 双向移位寄存器还可以优化内存利用率。

双向移位寄存器的应用

以下是双向移位寄存器的一些主要应用：

• 双向移位寄存器广泛用于微处理器，以实现更快的​​数据处理。

• 双向移位寄存器用于算术电路。

• 它们还用于存储单元以存储和操作数据。

• 双向移位寄存器在图像处理领域中用于执行图像扫描、旋转等任务。

• 双向移位寄存器也用于数据压缩和加密应用。

• 它们还用于数字信号处理以降低噪声、分析信号、滤波操作等。

结论

双向移位寄存器可以使用控制信号灵活地将数据位向左和向右两个方向移动。它们提供了许多优点，例如降低电路复杂性、降低成本、提高效率等。由于所有这些优点，它们是各种数字电子电路中的关键组件。