试用D触发器和4选1数据选择器74153设计一个双向3位移位寄存器, 具体要求见下表(A、B为控制端), 左移串行输入信号为L, 右移串行输入信号为R

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#双向移位寄存器设计 #同步时序逻辑电路设计

本文详细介绍了如何依据题目要求，通过绘制状态表和状态激励表，利用D触发器及4选1数据选择器74153来设计一个双向3位移位寄存器。在设计过程中，重点阐述了如何实现D0、D1和D2的逻辑函数，并最终得出电路的原理图。
A B 输出
0 0 保持原状态
0 1 右移
1 0 左移
1 1 清零

        根据题目的要求, 绘制状态表.

三位双向移位寄存器状态表
A B Q0* Q1* Q2*
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用D触发器和必要的门电路设计一个2位双向移位寄存器. 具体要求见下表(A、B为控制端), 左移串行输入信号为L, 右移串行信号为R
weixin_42048463的博客
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试用D触发器和4选1数据选择器74153设计一个双向4位移位寄存器, 具体要求见下表(A、B为控制端), 左移串行输入信号为L, 右移串行输入信号为R
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12-20 4726
A B 输出 0 0 保持原状态 0 1 右移 1 0 左移 1 1 清零 由题目要求, 绘制状态表. 四位双向移位寄存器状态表 A B Q0* Q1* Q2* Q3* 输出 0 0 Q0 Q1 Q2 Q3 保持 0 ...
逻辑电路，基于D触发器的移位寄存器，循环移位寄存器
m0_69416620的博客
11-26 5119
基于D触发器的移位寄存器，循环移位寄存器
移位寄存器
weixin_47348012的博客
04-11 2054
设待存数码为1010，则先将数码的最高位1送入F0的输入端，即D0=1，当第一个移位脉冲CP的上升沿到来时，F0的输出端Q0=1，移位寄存器呈0001状态。该移位寄存器有两种输出方式，数码存入后，在并行输出端送入取数脉冲，4位数码便同时出现在四个与门的输出端。当需要串行输出时，数据存入后可将D0接地，即D0=0，再经四个移位脉冲作用后，数码便由触发器F3的输出端依次送出。由图可见，四个移位脉冲后，寄存器的状态为1010，第八个脉冲时，寄存器为0000。图11-15所示为用D触发器构成的4位左移位寄存器。
HDLBits答案_移位寄存器+4选1多路器
meihuaqi1的博客
07-04 484
https://hdlbits.01xz.net/wiki/Module_shift8 做个简单的verilog做题记录 您将获得一个my_dff8具有两个输入和一个输出的模块（实现一组 8 个 D 触发器）。实例化其中三个，然后将它们链接在一起以形成一个长度为 3 的 8 位宽移位寄存器。此外，创建一个 4 对 1 多路复用器（未提供），根据以下条件选择输出内容sel[1:0]： 输入值d，在第一个之后，在第二个之后，或者在第三个 D 触发器之后。（本质上，sel选择延迟输入的周期数，从零到三个时钟周
※用D触发器和必要的门电路设计一个同步3位右移移位寄存器. 在此基础上再加必要的门电路构成序列信号发生器, 产生序列信号00010111
weixin_42048463的博客
12-26 4725
之前我们已经学习过该如何使用74160/74163实现序列信号发生器的方法, 下面我们再学习另一种实现序列信号发生器的设计方法——这种方法比用74160/74163加门电路/74151/74153的设计方法难度要大, 须大家仔细推敲. 要设计一个同步3位右移移位寄存器, 应像下面这样绘制状态表. 状态表 Q0* Q1* Q2* R ...
课程设计——基于FPGA的双向移位寄存器
爱吃饼干的小白鼠的博客
07-01 5654
本文使用verilog HDL语言设计双向移位寄存器，使电路受外部信号控制，实现数字信号的双向移位等功能，其电路设计模块主要分为三个部分，分别为接受判断控制信号的组合逻辑电路部分、实现存储、运算和输出数据的时序逻辑电路部分以及时钟信号输入部分。之后对设计的电路进行仿真，判断电路设计结构的正确性。verilog语言，全称为verilog HDL（Hardware Description Language），是一种硬件描述语言。它通过文本的形式来描述数字电路系统的结构和功能，可以用于设计、模拟和验证数字电路系统
如何用边沿触发D触发器和与非门设计一个三位右移寄存器？
m0_73457135的博客
10-14 2398
如何用边沿触发D触发器和与非门设计一个三位右移寄存器？
【IC设计】移位寄存器
m0_51186267的博客
01-04 4485
移位寄存器
TC4051八选一、TC4052双四选一、TC4053三双选一八组合双向模拟开关-综合文档
05-24
TC4051八选一、TC4052双四选一、TC4053三双选一八组合双向模拟开关
若三位右移移位寄存器_FPGA-线性反馈移位寄存器（LFSR）
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01-05 1388
线性反馈移位寄存器（LFSR）结构如下，此为三位移位寄存器，D0，D1，D2有一个初始值，称为seed，随着时钟信号的到来，D0，D1，D2的值会发生变化，总共有2^3 – 1 = 7种状态，全零状态是不包括的。D2的输出连接到D0的输入，D0的输出与D2的输出进行异或运算后输入到D1，计算方法如下：D2=D1D1=D2out ⊕ D0outD0=D2out下面编写verilog代码实现这个LFS...
移位寄存器（左移、右移、双向）的Verilog实现
jk_101的博客
12-02 8615
移位寄存器的功能和电路形式较多，按移位方向分有左移、右移、和双向移位寄存器；按接收数据方式分为串行输入和并行输入；按输出方向分为串行输出和并行输出。如果将若干个触发器级联成如下图所示电路，则构成基本的移位寄存器。图中是一个4位移位寄存器，串行二进制数据从输入端Dsi输入，左边触发器的输出作为右邻触发器的数据输入。若将串行数码D3D2D1D0从高位(D3)至低位(D0)按时钟脉冲间隔依次送到Dsi端，经过第一个时钟脉冲后，Q0=D3。
FPGA之道——锁存器与寄存器
吉大秦少游
02-11 2024
文章目录概念多位阵列普通移位寄存器环形移位寄存器。 概念 触发器与这两个称谓之间到底有着什么样的关系呢？ 事实上，在我们进行数字电路设计的时候，只需要关注于器件的功能和使用方式即可，而不需要对器件的实现原理和结构进行过多细节方面的了解，因此，通常将电平敏感型的触发器叫做锁存器，而将边沿敏感型的触发器叫做寄存器，并且，通常所说的锁存器，大多是指电平敏感型D触发器，而通常所说的寄存器，大多是指边沿敏感型D触发器。 多位 将多个锁存器或者寄存器并行使用，即可形成多位锁存器或者多位寄存器。这是考虑到现实世界中，需要
若三位右移移位寄存器_旋转移位指令
weixin_36090805的博客
01-05 1331
1、右回转---------------------------------ROR2、左回转---------------------------------ROL3、位右移---------------------------------SFTR4、位左移---------------------------------SFTL1 右回转程序举例：X0每接通一次，则D0向右回转4位，最终位被存入...
设计一个序列信号发生器, 产生序列信号1011101. 用74LS161和4选1数据选择器74153及必要的门电路实现
weixin_42048463的博客
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序列信号1011101共7位, 则电路共需要7个有效状态: 可先用同步置数法将74LS161设计为同步7进制计数器. (由于multisim7中只有74163, 故这里用74163替代74161) 如此设计后, 电路共有7个状态(都是有效状态)0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110, 且按照0000->0001->0010->001...
数字电子技术基础 - 逻辑代数基础
weixin_40641471的博客
12-07 4979
在练习HDLBits时碰到与卡诺图、真值表、逻辑函数相关的知识，重新整理和复习一下数电学过的基础知识。（参考数电课的课件） 1 逻辑代数的基本公式和常用公式 1.1 基本公式 根据与、或、非等的定义，得如下表的布尔恒等式（公式演绎或真值表可证明） 1.2 若干常用公式 2 逻辑代数的基本定理 2.1 代入定理 在任何一个包含A的逻辑等式中，若以另外一个逻辑式代入式中A的位置，则等式依然成立。 例： A + BC = (A + B)(A + C)，以CD代入C中，得： A + B(CD) = (A + B)
(进来补知识啦！)利用双四选一数据选择器74153实现十六选一数据选择器(包含74153简单解释)
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嘿嘿嘿????先来一段非常非常官方的解释????欣总解释：重点来喽????74153双向四选一数据选择器使用以下是在Multisim的演示????测试用例图： 先来一段非常非常官方的解释???? 本题属于典型的MUX扩展问题。用四选一实现十六选一的基本思路是，先用4个四选一从16路输入信号中选出4路，再用一个四选一从这4路中选出1路。十六选一有16个数据输入端D0～D15和4个地址输入端A3A2A1A0，设计的关键是4个地址输入端的使用。经过简单尝试就可以发现，合理的地址线连接方式应该是：将低2位地址A1
实验7.5 数据选择器及应用
weixin_52374973的博客
05-17 1万+
一、实验预习要求 1、复习数据选择器的工作原理。 2、用数据选择器对实验内容中的各逻辑函数式进行预设计。 二、实验目的 1、掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及使用方法。 2、学会用中规模集成数据选择器构成组合逻辑电路的方法。 三、实验原理 在多路数据传输过程中，能实现从多路信号中有选择地传送某一路到唯一公用数据输出端的电路称为数据选择器，其选择功能由地址码（选择控制）的输入端编码决定。数据选择器的功能类似于一个单刀多掷开关，所以又称为“多路开关”。 1、双4选1数据选择器74LS153 所谓双4选1数据选
湖南大学-电路与电子学-2017期末A卷（不含解析）
wolf的博客
12-05 1039
这门课程主要由所谓的“数电”与“模电”组成。而且先学的“模电”后学的“”数电，故期中考试主要以“模电”为主，期末考试主要以“数电”为主。研究该门课程前身之一的“数电”部分的试卷有很大的意义。这个系列节选一些往年数电的考题，由于当时自己做的答案未及时整理，已经散佚不可考。故不附答案，读者可以自己整理。电路与电子学好像是从2020级开设的课程，故实际上目前只有2020与2021两级考过期末考试。
由D触发器和多路选择器组成的通用的可以双向移位和并行加载的四位移位寄存器
最新发布
05-05
<think>嗯，用户想设计一个由D触发器和多路选择器组成的四位移位寄存器，支持双向移位和并行加载。首先，我需要回忆移位寄存器的基本结构。移位寄存器通常由多个D触发器串联组成，每个触发器的输出连接到下一个的输入。但这里还要支持双向移位，也就是既能左移又能右移，所以可能需要多路选择器来选择数据输入的方向。 然后，并行加载功能意味着当加载信号有效时，可以同时将四位数据输入到每个触发器中，而不是逐位移位。这就需要每个D触发器的输入前端有一个多路选择器，来选择是接受移位数据还是并行数据。 接下来考虑每个D触发器的输入源。对于双向移位，每个触发器可能有左移输入（来自左边触发器的输出）和右移输入（来自右边触发器的输出），这时候需要方向控制信号来选择。同时，并行加载时，每个触发器需要接收对应的并行输入位。所以每个触发器的输入应该由多路选择器控制，选择是移位数据还是并行加载的数据。 可能需要两个层次的多路选择器：第一层选择是移位模式还是并行加载，第二层在移位模式下选择左移或右移的方向。例如，每个触发器的D输入端接一个二选一MUX，选择并行输入或移位输入。而移位输入又接一个二选一MUX，选择左移或右移的数据来源。 接下来是控制信号的设计。可能需要一个模式控制信号（比如Load/Shift），当Load有效时，选择并行输入；当Shift有效时，根据方向控制信号（Dir）选择左移或右移。方向控制信号可以是0或1，对应左移或右移。 四位寄存器的每个触发器结构应该相同。例如，对于第i位触发器（i从0到3），当Load有效时，D输入为并行数据Data[i]；当Shift有效时，如果Dir是右移，则D输入来自i-1位的Q输出（如果是右移的话，第一位可能接收串行输入）；如果是左移，则D输入来自i+1位的Q输出（最后一位可能接收串行输入）。这里需要注意边界的处理，比如右移时，最右边一位的输入是串行输入，而左移时最左边一位的输入是串行输入。 还需要考虑串行输入和输出的接口。例如，右移时，数据从Serial_in_right进入，经过各位右移，最后一位输出；左移时，数据从Serial_in_left进入，经过各位左移，第一位输出。或者可能只有一个串行输入，根据方向选择左边或右边的输入源。 可能还需要并行输出，即每个触发器的Q输出作为四位并行输出。 然后，关于D触发器的连接，每个触发器的时钟应该是同步的，共用同一个时钟信号。复位信号可能需要异步或同步复位，根据设计需求。 现在，结构设计可能需要每个D触发器前面有两个多路选择器：第一个选择并行加载还是移位，第二个选择左移或右移的数据。或者，可能将两个选择合并为一个四选一MUX，但这样可能更复杂。更简单的方式是使用两级MUX：第一级选择Load或Shift，如果是Shift，则第二级选择左移或右移的输入源。 例如，每个触发器的D输入 = MUX1(Load, MUX2(Dir, left_input, right_input), Parallel_Data[i]) 接下来，具体到四位的情况，比如对于第i位（假设从0到3，0是最右位，3是最左位）： 在右移模式（Dir=0），每个触发器的输入来自左边相邻位的Q输出，而第0位的输入来自串行输入右端。 在左移模式（Dir=1），每个触发器的输入来自右边相邻位的Q输出，而第3位的输入来自串行输入左端。 但这样的话，每个触发器的移位输入需要根据位置不同而变化。例如，对于中间位（比如第1位），右移时的输入是第2位的Q，而左移时的输入是第0位的Q？或者可能我搞反了方向？ 可能需要明确方向的定义。假设Dir=0为右移，数据从高位向低位移动，即从第3位移向第0位，此时每个位的输入来自左边的高位。例如，第3位的输入在右移时可能是串行输入右端，而第2位的输入是第3位的Q，第1位输入是第2位的Q，第0位输入是第1位的Q，同时第3位的输入可能来自外部串行输入右端。或者，右移时数据是从第0位移到第3位？这需要明确方向的定义。 通常，右移可能指数据向高位移动，比如在右移操作中，数据从Serial_in_right进入第0位，然后第0位移到第1位，依此类推，第3位的数据移出。而左移则是数据从Serial_in_left进入第3位，然后依次向低位移动。或者可能相反，这取决于设计者的定义。 假设用户希望右移时数据从Serial_in_right进入，并向右移动，即每个时钟周期，数据从Serial_in_right进入第0位，原来的第0位移到第1位，第1位移到第2位，依此类推，第3位移出。而左移时，数据从Serial_in_left进入第3位，然后第3位移到第2位，依此类推，第0位移出。或者可能方向相反，需要明确。 或者，可能右移指的是高位到低位，比如在右移操作中，数据从Serial_in进入最高位（第3位），然后每个位接收左边的高位数据。例如，右移时，Serial_in连接到第3位的输入，第3位移到第2位，第2位移到第1位，第1位移到第0位，第0位的输出作为移位输出。这种情况下，右移的方向是从高位到低位，输入在最高位。而左移则相反，输入在最低位，数据从低位到高位移动。 这个时候，每个位的输入在右移模式下是前一个高位的数据，左移时是后一个低位的数据。例如，对于第i位： 右移时，D = Q[i+1] （当i < 3时），而第3位的D输入是Serial_in_right。 左移时，D = Q[i-1] （当i > 0时），而第0位的D输入是Serial_in_left. 这样，每个触发器的输入在移位模式时取决于方向。所以每个触发器的D输入需要由多路选择器来选择左移或右移的源，以及并行加载的数据。 所以，每个触发器的D输入逻辑可以这样设计： 当Load有效时，D = Parallel_Data[i] 否则，如果Shift有效： 如果方向Dir为右移，则： - 对于第3位：D = Serial_in_right - 对于第0、1、2位：D = Q[i+1] 如果方向Dir为左移，则： - 对于第0位：D = Serial_in_left - 对于第1、2、3位：D = Q[i-1] 这样，每个触发器的输入需要根据其位置和方向来选择不同的源。这时候，每个触发器前面的多路选择器可能需要多个输入源。例如，四位中的每个触发器的D输入由一个二选一MUX选择并行数据或移位数据，而移位数据则由另一个二选一MUX选择左移或右移的数据源。 例如，第i位的D输入为： MUX1(Load, MUX2(Dir, left_source, right_source), Parallel_Data[i]) 其中，MUX1选择Load还是Shift模式，MUX2选择左移或右移的源。 对于每个i（0到3）： 当Dir为右移时，right_source对于i=3是Serial_in_right，其他i是Q[i+1] 当Dir为左移时，left_source对于i=0是Serial_in_left，其他i是Q[i-1] 因此，每个触发器需要两个多路选择器，或者一个三输入MUX？不过可能更高效的是将两个控制信号（Load和Dir）结合起来，使用两级MUX。 现在，这样的结构可能需要每个D触发器前面有一个二选一MUX（Load选择）和一个二选一MUX（Dir选择），或者合并为一个三选一的MUX？但通常可能使用两级选择，这样逻辑更清晰。 接下来，如何用Verilog或电路图来描述这个结构？ 例如，对于第i位： 如果i是0： 在右移时，如果Shift有效且Dir=右，则D输入来自Serial_in_right？ 或者，根据之前的分析，对于右移，第3位的D输入来自Serial_in_right，而其他位的D输入来自高一位的Q。例如： 当Dir=右移，Shift有效时： D[i] = (i == 3) ? Serial_in_right : Q[i+1] 当Dir=左移，Shift有效时： D[i] = (i == 0) ? Serial_in_left : Q[i-1] 当Load有效时，D[i] = Parallel_Data[i] 所以，每个D触发器的输入逻辑可以用这些条件表达式来描述。 在电路实现中，每个D触发器前面的多路选择器结构可能需要这样的逻辑： 首先，一个二选一MUX选择是Load还是Shift模式。如果是Load，选择并行数据；否则，进入另一个二选一MUX选择左移或右移的数据源。 比如，每个触发器的D输入逻辑： D = Load ? Parallel_Data[i] : (Dir ? left_source : right_source); 其中，left_source和right_source根据位置i的不同而不同。 例如，对于i=0: right_source = Q[1]（右移时，来自i+1=1位） left_source = Serial_in_left（左移时，i=0的输入来自串行左端） 对于i=1: right_source = Q[2] left_source = Q[0] 对于i=2: right_source = Q[3] left_source = Q[1] 对于i=3: right_source = Serial_in_right left_source = Q[2] 这样，每个位的左移源和右移源都不同，需要根据位置来连接。 因此，每个D触发器前面的多路选择器需要连接到不同的信号，具体取决于该位的位置。这可能需要定制的连线，但使用多路选择器和D触发器的组合可以实现。 现在，关于多路选择器的使用，每个D触发器需要两个二选一MUX，或者一个三选一MUX？比如，每个D触发器的输入由三个可能的来源：并行加载、左移输入、右移输入。但这里的控制逻辑是Load和Dir的组合，所以可能需要分层选择。 例如： 当Load有效时，选择并行数据；否则，根据Dir选择左移或右移的数据源。 所以，每个D触发器的输入是： MUX1的输出，其中MUX1的选择信号是Load，输入0是移位数据（由MUX2选择左或右），输入1是并行数据。 MUX2的选择信号是Dir，输入0是右移源，输入1是左移源。 这样，每个触发器需要两个二选一MUX。 现在，在电路图中，这可能需要每个触发器前面有两个MUX，或者集成为一个复合逻辑。 现在，用户的问题是如何用D触发器和多路选择器来构建这样的四位寄存器。所以，我需要将上述逻辑转化为具体的电路结构。 例如，四位中的每一位都有一个D触发器，其D输入端连接到一个二选一MUX（Load选择），该MUX的0输入端连接到另一个二选一MUX（Dir选择）的输出，而1输入端连接到并行数据位。 而Dir选择的MUX的0输入端连接到右移源，1输入端连接到左移源。 对于不同的位，右移源和左移源不同： 对于第0位： 右移源 = Q[1] 左移源 = Serial_in_left 对于第1位： 右移源 = Q[2] 左移源 = Q[0] 对于第2位： 右移源 = Q[3] 左移源 = Q[1] 对于第3位： 右移源 = Serial_in_right 左移源 = Q[2] 这样，每个位的右移源和左移源如上所述。 此外，当处于并行加载模式时，所有触发器的D输入都来自各自的并行数据位，同时Load信号为高电平。 在时钟上升沿，每个触发器将D输入的值锁存到Q输出。 这样，整个电路的工作模式由Load和Dir信号控制： - Load=1：并行加载，Dir信号无效。 - Load=0，Dir=0：右移模式，数据从Serial_in_right进入第3位，依次右移。 - Load=0，Dir=1：左移模式，数据从Serial_in_left进入第0位，依次左移。 但这里可能存在混淆，因为在右移模式下，数据可能应该从Serial_in进入最低位，然后向高位移动。例如，在常见的右移操作中，数据从Serial_in_right进入第0位（最右边位），然后在每个时钟周期右移，即第0位的数据移到第1位，依此类推，最高位的数据移出。这种情况下，对于右移模式，每个触发器的输入来自前一个低位的数据。例如，第1位的D输入在右移时来自第0位的Q，第2位来自第1位的Q，第3位来自第2位的Q，而第0位的D输入来自Serial_in_right。这样，右移时数据流向是从低位到高位，但方向是向右移动？可能这里的方向定义需要明确。 或者，可能右移指的是数据向高位移动，而左移向低位移动。例如，在右移操作中，数据从Serial_in_right进入第0位，然后每个时钟周期，第0位的数据移到第1位，第1位移到第2位，依此类推。这种情况下，右移的数据流动方向是从低位到高位，而左移则相反。 这会影响各个位的连接方式。例如，在右移模式下，第i位的D输入来自第i-1位的Q，而第0位的D输入来自Serial_in_right。而在左移模式下，第i位的D输入来自第i+1位的Q，而第3位的D输入来自Serial_in_left。 这种情况下，对于四位寄存器： 当Dir=右移： D[0] = Serial_in_right D[1] = Q[0] D[2] = Q[1] D[3] = Q[2] 当Dir=左移： D[0] = Q[1] D[1] = Q[2] D[2] = Q[3] D[3] = Serial_in_left 这样，每个时钟周期，右移时数据从右端进入，向左端移动；左移时数据从左端进入，向右端移动。 这时候，每个位的输入源在右移和左移时不同，需要根据Dir信号来选择。 例如，对于第i位： 右移时，D[i] = (i == 0) ? Serial_in_right : Q[i-1] 左移时，D[i] = (i == 3) ? Serial_in_left : Q[i+1] 这可能是更常见的实现方式。在这种情况下，每个触发器的D输入在移位模式时由Dir信号选择是来自左边还是右边的相邻位，或者串行输入。 所以，每个触发器的D输入逻辑为： 如果Load有效，D[i] = Parallel_Data[i] 否则： 如果 Dir=右移，D[i] = (i == 0) ? Serial_in_right : Q[i-1] 如果 Dir=左移，D[i] = (i == 3) ? Serial_in_left : Q[i+1] 这样，每个触发器的D输入需要根据其位置和Dir信号来选择不同的源。 这种情况下，每个触发器的输入端需要连接到一个四选一的MUX吗？或者可以用两级MUX结构？ 例如，每个触发器的D输入由一个二选一MUX选择Load或Shift模式。在Shift模式下，另一个二选一MUX根据Dir选择左移或右移的源，而每个源根据位置不同而不同。 对于第i位： 当Load=1，D[i] = Data[i] 当Load=0，Dir=0（右移），D[i] = (i == 0) ? Serial_in_right : Q[i-1] 当Load=0，Dir=1（左移），D[i] = (i == 3) ? Serial_in_left : Q[i+1] 这需要每个触发器的输入逻辑能够处理这些情况。 在电路实现中，每个触发器的D输入端需要一个二选一MUX（Load控制），其输入之一是并行数据，另一个输入是另一个二选一MUX（Dir控制）的输出。第二个MUX的输入取决于当前位的位置。 例如，对于第0位： Dir MUX的右移输入是Serial_in_right Dir MUX的左移输入是Q[1] 所以，当Dir=0（右移），输入是Serial_in_right；当Dir=1（左移），输入是Q[1] 对于第1位： Dir MUX的右移输入是Q[0] Dir MUX的左移输入是Q[2] 对于第2位： Dir MUX的右移输入是Q[1] Dir MUX的左移输入是Q[3] 对于第3位： Dir MUX的右移输入是Q[2] Dir MUX的左移输入是Serial_in_left 这样，每个触发器的Dir MUX的输入根据其位置不同而不同。 因此，每个触发器的D输入结构如下： D[i] = Load ? Data[i] : (Dir ? left_input : right_input) 其中，对于每个i： i=0: right_input = Serial_in_right left_input = Q[1] i=1: right_input = Q[0] left_input = Q[2] i=2: right_input = Q[1] left_input = Q[3] i=3: right_input = Q[2] left_input = Serial_in_left 这样，每个触发器的D输入由两个多路选择器控制，一个是Load选择，另一个是Dir选择，每个位的Dir MUX的输入根据其位置连接到不同的信号。 这样，整个四位双向移位寄存器的结构就清晰了。每个D触发器前面有两个多路选择器，或者一个组合逻辑，根据Load和Dir信号选择正确的输入源。 现在，关于并行加载，当Load信号有效时，四个并行数据线（Data[3:0]）分别连接到四个触发器的D输入端，此时Dir信号无效，移位功能被禁用。 此外，需要控制信号：Load（高电平有效），Dir（0=右移，1=左移），时钟信号Clk，可能的复位信号Rst。 串行输入包括Serial_in_right（右移时的输入）和Serial_in_left（左移时的输入），或者可能是一个串行输入端口，根据方向选择使用哪一个？或者是否将两个串行输入分开？根据用户的需求，可能支持双向移位需要两个串行输入端口，一个用于左移，一个用于右移。 或者，可能只有一个串行输入，但根据方向选择输入到哪一端。例如，当右移时，数据从Serial_in输入到右端（第0位），当左移时，输入到左端（第3位）。这样，可以节省一个输入端口，但需要多路选择器来选择输入源。 例如，串行输入可能有一个Serial_in信号，当Dir=右移时，输入到第0位，Dir=左移时，输入到第3位。这需要另一个MUX来选择将Serial_in连接到第0位或第3位的输入源。 但根据之前的分析，可能用户的设计需要两个串行输入端口：Serial_in_right和Serial_in_left，分别对应右移和左移时的输入。这可能会简化每个触发器的输入逻辑，因为对于第0位，在右移时使用Serial_in_right，而第3位在左移时使用Serial_in_left。 综上，整个四位双向移位寄存器的电路结构包括： - 四个D触发器，每个的D输入端连接到一个二选一MUX（由Load控制），该MUX的0输入来自另一个二选一MUX（由Dir控制），而1输入来自并行数据位。 - Dir控制的MUX的输入根据当前位的位置连接到不同的信号源（相邻触发器的Q输出或串行输入端口）。 - 控制信号Load和Dir，以及时钟Clk。 现在，如何用Verilog代码来描述这个结构？ 例如，使用行为级描述： module shift_register ( input clk, input rst, input load, input dir, // 0=右移，1=左移 input [3:0] data, input serial_in_right, input serial_in_left, output reg [3:0] q ); always @(posedge clk or posedge rst) begin if (rst) begin q <= 4&#39;b0; end else begin if (load) begin q <= data; end else begin if (dir == 0) begin // 右移 q <= {serial_in_right, q[3:1]}; end else begin // 左移 q <= {q[2:0], serial_in_left}; end end end end endmodule 但这样的代码可能没有使用多路选择器和D触发器的显式结构，而是直接描述了行为。用户可能需要更结构化的描述，使用D触发器和MUX的实例化。 另一种方法是使用门级或结构级描述，实例化每个D触发器和MUX。 例如： module shift_register ( input clk, input rst, input load, input dir, input [3:0] data, input serial_in_right, input serial_in_left, output [3:0] q ); wire [3:0] d; genvar i; generate for (i = 0; i < 4; i = i + 1) begin: reg_stage // MUX for Load and Shift wire mux1_out; // MUX for Dir wire mux2_out; // Dir MUX: 0=右移，1=左移 assign mux2_out = dir ? ( (i == 3) ? serial_in_left : q[i+1] ) : ( (i == 0) ? serial_in_right : q[i-1] ); // Load MUX assign mux1_out = load ? data[i] : mux2_out; // D Flip-Flop d_ff dff_inst ( .clk(clk), .rst(rst), .d(mux1_out), .q(q[i]) ); end endgenerate endmodule // D Flip-Flop module module d_ff ( input clk, input rst, input d, output reg q ); always @(posedge clk or posedge rst) begin if (rst) begin q <= 1&#39;b0; end else begin q <= d; end end endmodule 这里，使用generate循环为每个位实例化MUX逻辑和D触发器。每个位的Dir MUX根据i的值选择正确的输入源。例如，当dir=1（左移），如果i是3，则选择serial_in_left，否则选择q[i+1]；当dir=0（右移），如果i是0，则选择serial_in_right，否则选择q[i-1]。然后，Load MUX选择并行数据或移位数据。 这样的结构级描述更符合用户的需求，即由D触发器和多路选择器组成的电路。 总结一下，设计的关键点包括： 1. 每个D触发器前端的MUX结构，用于选择并行加载或移位模式。 2. 在移位模式下，根据方向选择左移或右移的数据源。 3. 处理边界位的串行输入（右移时的第0位，左移时的第3位）。 4. 控制信号的正确连接（Load、Dir、Clk、Rst）。 此外，还需要考虑复位信号的处理，以初始化寄存器的值。 可能还需要考虑并行输出，即每个触发器的Q输出组成四位输出总线。 现在，用户的问题可能还包括如何验证这个设计，例如通过仿真测试不同的模式：加载数据、右移、左移，观察输出是否符合预期。 例如，测试用例： 1. 并行加载数据4&#39;b1010，验证输出变为1010。 2. 右移模式，输入串行数据1，经过四个时钟周期后，数据应右移四次，最高位依次移出，新数据进入最低位。 3. 左移模式，输入串行数据0，数据从左端进入，依次左移。 此外，测试组合情况：先加载，然后右移，再左移，观察中间结果。 综上，用户的设计可以通过结构化的Verilog代码实现，使用D触发器和多路选择器的组合，支持双向移位和并行加载功能。</think>### 四位移位寄存器设计（D触发器+多路选择器） #### 核心电路结构 1. **D触发器阵列** 四个D触发器串联构成存储单元，每个触发器的输出$Q_n$连接到多路选择器输入，满足时序控制要求[^2]。 2. **多路选择器配置** 每个触发器前端配置两级多路选择器： - **第一级MUX**：选择并行加载或移位模式 $$D_{in} = \begin{cases} Data_n & Load=1 \\ Shift\_Data & Load=0 \end{cases}$$ - **第二级MUX**：选择左移或右移路径 $$Shift\_Data = \begin{cases} Q_{n+1} & Dir=0\ (右移) \\ Q_{n-1} & Dir=1\ (左移) \end{cases}$$ 3. **边界处理** - 右移时第0位接收$Serial\_in\_right$ - 左移时第3位接收$Serial\_in\_left$ #### Verilog实现（结构化描述） ```verilog module shift_reg( input clk, rst, input load, // 并行加载使能 input dir, // 0=右移 1=左移 input [3:0] data, // 并行输入 input s_in_right, // 右移串行输入 input s_in_left, // 左移串行输入 output reg [3:0] q // 并行输出 ); wire [3:0] d_in; generate genvar i; for(i=0; i<4; i=i+1) begin: stage // 移位数据选择 wire shift_data = dir ? ((i==3) ? s_in_left : q[i+1]) : // 左移路径 ((i==0) ? s_in_right : q[i-1]); // 右移路径 // 并行加载选择 assign d_in[i] = load ? data[i] : shift_data; // D触发器实例化 always @(posedge clk or posedge rst) begin if(rst) q[i] <= 0; else q[i] <= d_in[i]; end end endgenerate endmodule ``` #### 时序控制逻辑 | 模式 | Load | Dir | 数据流向 | |--------|------|------|-----------------------| | 并行加载 | 1 | X | Data[3:0]→Q[3:0] | | 右移 | 0 | 0 | s_in_right→Q0→Q1→Q2→Q3| | 左移 | 0 | 1 | s_in_left→Q3→Q2→Q1→Q0 | #### 关键设计验证点 1. **建立时间检查**：时钟上升沿前数据稳定时间需满足D触发器规格 2. **保持时间检查**：时钟上升沿后数据维持时间需满足要求 3. **路径延迟分析**：多路选择器组合逻辑延迟必须小于时钟周期[^1]
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