5、数字电路中移位寄存器、计数器、状态机及存储器的原理与设计

数字电路中移位寄存器、计数器、状态机及存储器的原理与设计

在数字电路领域，移位寄存器、计数器、状态机以及存储器都是至关重要的组成部分。下面我们将深入探讨这些组件的原理、工作方式以及设计方法。

1. 移位寄存器

移位寄存器是普通寄存器的一种特殊形式，它能够根据设计需求将数据向左或向右移动。以一个四位移位寄存器为例，它可以在每个正时钟沿将 IN 端的串行数据向左移动。

其工作原理可通过时序图进行详细解释：
- 在周期 1 中，SHIFT = 0，此时 IN 端的变化不会影响寄存器的输出。
- 当在周期 2 中间，SHIFT 输入变为逻辑 1 时，在第三个时钟周期开始时，IN = 1 会传递到最低有效输出位 OUT[0]。
- 从周期 2 中间到周期 13，SHIFT 保持为逻辑 1，因此 IN 节点的任何变化都会在每个时钟周期的正沿直接传输到 OUT[0]节点。而 OUT[1]、OUT[2] 和 OUT[3] 会比 OUT[0] 延迟一个时钟周期，因为移位寄存器中较低有效位的输出连接到较高有效位的输入。
- 当 SHIFT 输入从周期 13 中间到周期 17 变为逻辑 0 时，移位寄存器对 IN 端的任何新数据输入都不再敏感，并从周期 13 开始到周期 18 保留旧值。
- 从周期 17 中间开始，SHIFT 输入再次变为逻辑 1，移位寄存器将 IN 端的所有新数据输入分配到其输出。

周期	SHIFT	IN	OUT[0]	OUT[1]