数码寄存器

（张晋纯 宋东生编译）在数字系统中，经常要用到一种能够寄存二进制数码的部件，这种部件叫数码寄存器，简称寄存器。

图1是寄存器应用的一个示意图。由十进制计数器输出的四位二进制代码，在命令脉冲到来时，就会被寄存器接收，经译码器译码后，驱动辉光数码管显示出十进制数字。当命令脉冲消失后，不论计数器的状态如何变化，寄存器不再接收数码，原来输入的数码将被稳定地保存下来。此时，数码管只显示寄存器存贮的内容。

双稳态触发器就是一种简单的具有记忆功能的电路，它能存贮一位二进制数。图2是由双稳态触发器构成的一位二进制数码寄存器。图中C′是计数双稳态触发器，它的两个输出端Q′与Q-′分别通过两个控制门接在寄存双稳态触发器C的R端（置“0”端）和S端（置“1”端）。在命令脉冲未到来时，接收命令端为低电平，此时，不管计数双稳态触发器是什么状态，各二极管阳极电位都被箝制在0伏左右，迫使控制门关闭，计数器的状态不会影响寄存双稳态触发器。

当命令脉冲到来时，接收命令端为高电平，两个二极管均截止，计数触发器C′输出的数码，将通过10KΩ电阻传输给寄存触发器C。例如，计数触发器输出端Q′=1，Q-′=0时，则寄存触发器C中晶体管T\(_{2}\)基极为高电位，T2导通，集电极输出低电位，即Q=0；与此同时，晶体管T\(_{1}\)基极为低电位，T1截止，集电极输出高电位，即Q=1。这样，计数触发器的状态就被寄存触发器接受下来了。当命令脉冲离去后，控制门又关闭，寄存器就把它接受的数码贮存起来。

上面介绍了由分立元件双稳态触发器组成的寄存器。实用的寄存器都已集成化，下面以最简单的由集成电路触发器和门电路搭接成的寄存器为例，讲解数码寄存的道理。

图3是由集成电路R—S触发器（参见本刊今年第4期）和与非门构成的四位二进制数码寄存器。计数器输出的四位二进制数码（由A、B、C、D端引入），分别通过由命令脉冲控制的四个与非门，和四个R—S触发器的S-端（置“1”端）相连，各触发器的R-端（置“0”端）连在一起，作为清零脉冲输入端。

在寄存器接收数码之前，先用清零负脉冲使所有的触发器都回到“0”状态。有待寄存的数码加到寄存器以D、C、B、A四个输入端上，当命令脉冲到来时，CP=“1”，这时，凡是输入为“1”的与非门，就会输出一个负脉冲，去触发R—S触发器，使相应的Q端为“1”，而输入为“0”的与非门，输出高电位“1”，相应的触发器仍保持“0”状态不变。例如，若输入二进制数码为DCBA＝1010，当命令脉冲到来时，与非门YF\(_{2}\)和YF4输出为低电位，使Q\(_{2}\)和Q4为“1”，而Q\(_{1}\)与Q3状态保持“0”不变。这时，寄存器就把“1010”这个数码接收下来了。命令脉冲过后，CP=“0”，不管输入数码有无变化，各与非门输出都是高电位“1”，寄存器寄存的数码不变。

图3所示的寄存器，接收数码要进行两步操作：清零与命令。还有一种寄存器，清零与命令只需要一个命令脉冲。图4就是按一步接收方式设计的四位二进制数码寄存器。当命令脉冲到达时，CP=“1”，接在每个触发器R-、S-端的两个与非门均具备了开门条件，若某个与非门的数据输入端为“1”，则对应的触发器S-=0、R-=1，触发器被置“1”，即Q=1；若某个数据输入端为“0”，则S-=1、R-=0，触发器被置“0”，即Q=0、Q-=1。命令脉冲离去后，CP=“0”，所有与非门输出均为高电位“1”，各触发器的状态不再随输入数据的变化而改变。

在数字系统中，存取数码往往要求寄存器具有移位的功能，也就是在移位脉冲作用下，寄存器能在接收数码的同时，把寄存的数码向左或向右移动。具有这种功能的寄存器叫移位寄存器。

图5是移位寄存器的原理电路。寄存触发器C\(_{1}\)的输入控制门受C2输出端Q\(_{2}\)、Q-2的控制，在移位脉冲的作用下，C\(_{2}\)中寄存的数码就会向右移位到C1中去。

设C\(_{2}\)已寄存数码“0”，即Q2=0，Q-\(_{2}\)=1，于是C1的R\(_{1}\)端输入控制门开启，S1端输入控制门关闭，当移位脉冲到来时，通过R\(_{1}\)端的输入控制门使触发器置“0”，如果C2寄存的是数码“1”，则Q\(_{2}\)=1，Q-2=0，移位脉冲不能通过R\(_{1}\)端的输入控制门，只能通过S1端输入控制门使C\(_{1}\)置“1”。这样，在移位脉冲作用下，C2中寄存的数码就会移位到C\(_{1}\)中去了。

如果把多个寄存双稳态触发器按上述方式串联起来，就可以组成多位移位寄存器。图6是一个四位右移移位寄存器。数码是从输入端随时间逐个输入的，每输入一个数码，就给出一个移位脉冲。下面分析它的工作过程。

假设开始时各寄存触发器都进行“清零”，我们输入二进制数码“1101”，从高位到低位逐次输入。当第一个数码1输入时，图中S\(_{4}\)端控制门开启，S3、S\(_{2}\)和S1端的输入控制门均关闭，因而在第一个移位脉冲作用下，C\(_{4}\)翻转为“1”态，其余触发器状态不变。第二位数码0输入时，由于此时C4为“1”态，因此S\(_{3}\)端输入控制门开启，在第二个移位脉冲作用下，C3变为“1”态；同时，第二位数码0输入时，使R\(_{4}\)端输入控制门开启，在第二个移位脉冲作用下，C4变为“0”态。其余触发器状态不变，这就相当于把C\(_{4}\)原来寄存的数码1移到C3中去了。余可类推。每次移位后，寄存器中各触发器的状态如下表所示。