计算机组成原理实验--移位暂存器.doc

寄存器组的设计与实现

一、 实验目的
1、 学习掌握Quartusⅱ软件的基本操作；
2、 理解寄存器组的工作原理和过程；
3、 设计出寄存器组并对设计的正确性进行验证。
二、 实验内容
能移位的暂存器实验。具体要求：
1、 用图形方式设计能移位的暂存器电路原理图，分别实现左移、逻辑右移和算术右移；
2、 测试波形时要用时序仿真实现，测试数据不要全为0或者全为1，算术右移的测试数据要求为负数（即符号位为1）；
3、 将设计文件封装成器件符号；
4、 数据宽度最好为16位。
三、 实验装置
安装有Quartusⅱ软件的PC机一台
四、 实验提示
1、74198:8位双向移位寄存器
74198芯片如图。CLRN为清零端，S1S0为模式选择端，选择移位方式；输入端口A~H为并行输入端，用于为移位寄存器置数；SLSI、SRSI为串行输入端，表示移位后的补充值；CLK为移位时钟；QA~QH为输出端。

功能表：
输入
输出

模式
时钟
串行
并行
CLRN
S1
S2
CLK
SLSI
SRSI
A..H
QA
QB..QG
QH
0
X
X
X
X
X
X
0
0..0
0
1
X
X
0
X
X
X
QA0
QB0..QG0
QH0
1
1
1
↑
X
X
a..h
a
b..g
h
1
0
1
↑
X
1
X
1
QAn..QFn
QGn
1
0
1
↑
X
0
X
0
QAn..QFn
QGn
1
1
0
↑
1
X
X
QBn
QCn..QHn
1
1
1
0
↑
0
X
X
QBn
QCn..QHn
0
1
0
0
↑
X
X
X
QA0
QB0..QG0
QH0

74244：三态

2、 设计原理
提供的74198芯片具有移位暂存功能，选择合适芯片通过数据位扩展，设计16位移位暂存器。
1）设计思路：将16位数据分别输入到两个8位的移位寄存器，然后将数据经过三态门输出。在左移时，整体左移，末位添0,：将低8位寄存器的最高位输出作为高8位寄存器左移的补位，低8位寄存器末位添0；逻辑右移时，首位添0：将高8位寄存器输出的最低位作为低8寄存器最高位的补位，高8位首位补0；算术右移时：高8位寄存器首位不变，低8位寄存器首位为高8位寄存器的末位输出。

2）设计电路图如下：

波形仿真：

波形分析：输入为1100110011001100，第一个时钟信号的时候，s1,s0都为1，将16位数存到寄存器中，然后控制s1,s0的值，当为s1、s0为10且SLSI为低电平时，控制左移，在两个时钟内左移两位；当s1、s0为01且SRSI为低电平时，进行逻辑右移，每过一个时钟右移一位；当SRSI为高电平时，进行算术右移。上图只验证了首位是0的算术右移。

该图是首位为1的算术右移波形仿真。输入的数是1111000000001111算术右移，补位和首位一致。最后一次右移由于延时在后面显示。

器件封装：

总结：该实验总体上来说比较简单，但是在设计实验的时候由于对补位的设计不是很准确，出过多次毛病，在不断的尝试下最终还是解决，主要是在设计时容易考虑过多而忽略了一些细节。总之，在做这个实验的过程中收获一些经验，对以后学习中的实验都有帮助。