1 Verilog描述

module shift_p2s(

    input         clk,

    input [7:0]    din,

    input         load,

    output reg     q

);

    reg [7:0] tmp;

    

    always@(posedge clk)begin

        if(load == 1'b1)

            tmp <= din;

        else begin

            q <= tmp[7];

            tmp <= {tmp[6:0],1'b0};

        end

    end

endmodule

2 RTL视图



3 功能仿真

1 概念
移位寄存器内的数据可以在移位脉冲（时钟信号）的作用下依次左移或右移。移位寄存器不仅可以存储数据，还可以用来实现数据的串并转换、分频，构成序列码发生器、序列码检测器，进行数值运算以及数据处理等，它也是数字系统中应用非常广泛的时序逻辑部件之一。
有四种不同类型的移位寄存器可用数据输入和输出设备的方式不同：
串行输入，串行输出
串行输入，并行输出
并行输入，串行输出
并行输入，并行输出



右移位寄存器的特点是右边寄存器的次态等于左边触发器的现态。串行输出数据从触发器FD的QD端输出，并行数据从个触发器的QA~QD端输出，两种输出方式都属于同向输出。各触发器都采用同一时钟信号，所以它们工作在同步状态。如果将FD的输出端QD接到FA的输入端DI，则可以构成循环移位的右移位寄存器。
右移寄存器
并行输入串行输出
module right_shift_pin_sout(
    clk    ,
    rst_n  ,
    //其他信号,举例dout
    sout,
    pin    
    );

    //参数定义
    parameter      DATA_W =         4;
    parameter    CNT_W=2;

    //输入信号定义
    input               clk    ;
    input               rst_n  ;
    input [DATA_W-1: 0] pin    ;

    //输出信号定义
    output  sout   ;



    //中间信号定义
    reg[CNT_W-1: 0]     cnt    ;
    wire [DATA_W-1: 0]   D    ;

    reg [DATA_W-1: 0]   Q    ;
    //计数
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n==1'b0)begin
            cnt<=0;
        end
        else begin
            if(cnt==DATA_W-1)begin
                cnt<=0;
            end
            else begin
                cnt<=cnt+1;
            end
         end
    end
    //D
    assign D=(cnt==0)?pin:4'b0;
    assign sout=Q[3];
    //sout
    always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n==1'b0)begin
            sout<=0;
        end
        else begin
            sout<=Q[3];
        end
    end
//Q
    always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n==1'b0)begin
            Q<=0;
        end
        else if(cnt==0)begin
            Q<=D;
        end
        else begin
            Q[3:1]<=Q[2:0]; 
        end
    end



    endmodule



tb
 `timescale 1 ns/1 ns

module testbench_name();
parameter      DATA_W =         4;
parameter    CNT_W=2;
//时钟和复位
reg clk  ;
reg rst_n;
 
wire sout;  
reg[DATA_W-1: 0]  pin ; 
        //时钟周期，单位为ns，可在此修改时钟周期。
        parameter CYCLE    = 20;

        //复位时间，此时表示复位3个时钟周期的时间。
        parameter RST_TIME = 3 ;

        //待测试的模块例化
        right_shift_pin_sout 
        #(.DATA_W(DATA_W),.CNT_W(CNT_W))  uut(
       .clk    (   clk    ), 
       .rst_n  (   rst_n  ), 
       .sout   (  sout   ),
       .pin    (   pin    ) 
            )  ;  
        

            //生成本地时钟50M
            initial begin
                clk = 0;
                forever
                #(CYCLE/2)
                clk=~clk;
            end

            //产生复位信号
            initial begin
                rst_n = 1;
                #2;
                rst_n = 0;
                #(CYCLE*RST_TIME);
                rst_n = 1;
            end

            //输入信号pin赋值方式
            initial begin
                #1;
                //赋初值
                pin =4'b1111;
                #(9*CYCLE);
                pin=4'b1000;
                #(9*CYCLE);
                pin=4'b0010;
                #(9*CYCLE);
                pin=4'b0001;
                //开始赋值

            end

endmodule

 题:  试用D触发器和必要的门电路(或最小数量的中规模集成电路芯片)设计两位串行输入、并行输出双向移位寄存器. 寄存器有X、K两个输入端, K控制移位方向, X输入数据. K=0时, 寄存器数据从高位移向低位, X往寄存器高位送数据; K=1时, 寄存器数据从低位移向高位, X往寄存器低位送数据.

解析:

        根据题目的描述, 得到对应的状态表.

状态表
		
K
			
X
			
Q0*
			
Q1*
			
功能
		
0
			
0
			
Q1
			
0
			
左移
		
0
			
1
			
Q1
			
1
			
左移
		
1
			
0
			
0
			
Q0
			
右移
		
1
			
1
			
1
			
Q0
			
右移
		
        根据状态表, 得到状态激励表.

状态激励表
		
K
			
X
			
D0
			
D1
			
功能
		
0
			
0
			
Q1
			
0
			
左移
		
0
			
1
			
Q1
			
1
			
左移
		
1
			
0
			
0
			
Q0
			
右移
		
1
			
1
			
1
			
Q0
			
右移
		
         这里为了提升电路设计的效率, 用一片74153的两个输出分别实现D0和D1的逻辑表达式.

        根据上面的分析, 绘制电路的原理图.

在Logisim中，构建由4个D触发器构成的4位并行存取的移位寄存器，要求：

1.具有异步复位功能；

2.能够并行数据同步加载、并行输出（基本寄存）；

3.能够右移串行输入、右移串行输出（移位寄存）；

4.能够右移串行输入、并行输出（串并转换）；

5.能够并行输入、右移串行输出（并串转换）。
相关知识

寄存器（Register）的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。

并行存取的移位寄存器的结构相对要复杂一些，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，或串行输入、并行输出。如下图所示。