数字逻辑学习笔记05

寄存器

寄存器由锁存器和触发器构成，能够存储 n-bits 数据的逻辑电路

大多由 \(D\) 触发器构成，简单可靠

4 位寄存器

每次时钟上升沿，4个输入数据并行预置

预置：将信息传递给寄存器的操作

预置端 load=1 决定哪个时钟预置

预置端 load=0 保持：次态=现态

module Reg4Bit2(
    input logic clk,
    input logic load,
    input logic [3:0] D,
    output logic [3:0] Q
	);
    logic [3:0] d;
    assign d = Q & {4{~load}} | D & {4{load}};
    
    // D 触发器
    always_ff @ (posedge clk)
        Q <= d;
endmodule

带输出使能端的寄存器

输出采用三态门控制，适合于挂接在数据总线上

74LS75 寄存器：16引脚4路透明D锁存器

74HC175：CMOS边沿触发4位寄存器

移位寄存器

能对信息进行单向或双向移位操作的寄存器称为移位寄存器。

移位寄存器的逻辑结构包括一串级联的触发器，每个触发器的输出连接到下一个触发器的输入端

串行传输与并行传输

如果数字系统的数据路径每次只传送一位信息，则称它工作在串行方式下

信息从源寄存器移位到目的寄存器中，如果是并行传输，信息的传送是同时进行的

应用：串行传输：每次只传送/移动1位信息

串行加法器：仅用一个全加器

• 串行速度慢，但器件少
• 2个加数事先存入寄存器中
• 进位c反馈到加法器
• 移位寄存器A保存求和S结果

4位移位寄存器

在同一个时钟上升沿，所有的数值都是同时移位的

module ShiftReg(
	input logic clk, clr,
    input logic daataIn,
    output logic [3:0] q
);
    
    always_ff @ (posedge clk, posedge clr)
    begin
        if(clr==1) q<=0;
        else
        begin
            q[3] <= dataIn;
            q[2:0] <= q[3:1];
        end
    end
endmodule

通用移位寄存器

如果寄存器既有双向移位，又有并行预置功能，则称这个寄存器为通用移位寄存器

module ShiftReg2
	input logic CLK, Clear_b,
    input logic sl, s0,		// Select inputs
	input logic MSB_in, LSB_in,// Serial inputs
    input logic [3: 0] I_par,// Parallel input
	output logic [3: 0] A_par); // Register output
	always_ff @ ( posedge CLK, negedge Clear_b)
		if (Clear_b == 0)A_par <= 4'b0000;
		else
			case ({sl, s0})
				2'b00: A_par <= A_par;
				2'b01: A_par <= {MSB_in, A_par[3: 1]};
                2'b10: A_par <= {A_par[2: 0], LSB_in};
                2'b1l: A_par <= I_par;
			endcase
endmodule

	S1	S2	功能
0	0	0	保持
1	0	1	右移
2	1	0	左移
3	1	1	并行输入

74LS194 双向移位寄存器

计数器

对输入（时钟）脉冲信号进行计数[触发器状态组合表示]的时序逻辑电路

广义说，一种能在输入信号作用下依次通过预定状态的时序逻辑电路.

3位 8分频计数器

module Counter3b(
	input logic clk, clr,
    output logic [2:0] Q
);
    
    always_ff @(posedge clk, posedge clr)
        if(clr==1)  Q <= 0;
    	else		Q <= Q+1;
endmodule