双向移位寄存器

双向移位寄存器（Bidirectional shift register）是一种用于数据传输和数据存储的器件。它具有数据输入和数据输出端口，并且可以向左或向右移动。

作用

双向移位寄存器常用于串行数据传输，可以在每时钟周期内传输一位数据。它也经常被用作数据存储器，可以把数据暂存到寄存器中。

电路图

以下是一个四位的双向移位寄存器的电路图：

     +----------------------+
     |                      |
  D0-+                      +-Q0
  D1-+                      +-Q1
  D2-+                      +-Q2
  D3-+                      +-Q3
     |                      |
     +--+                 +-+
        |CLK           CLR|
        +--|>|--+     +--|>|--+
             +---+     +------+

工作原理

双向移位寄存器的工作原理如下：

1. 数据由输入端口 D0-D3 输入，在时钟 CLK 的控制下，依次写入到寄存器的 D0-D3 中。

2. 当控制信号 CLR 被置为高电平时，寄存器的所有位都被清零。

3. 通过控制信号 SH/LD ，可以选择将数据在寄存器内部进行移位或者固化。

   • 当 SH/LD 为高电平时，数据可以从 Q0-Q3 输出，并从 D0-D3 输入，产生串行传输的效果。

   • 当 SH/LD 为低电平时，数据将被固化在寄存器中，输出的数据将与输入的数据相同。

4. 当控制信号 DIR 被置为高电平时，寄存器的数据会向右移动一位。

5. 当控制信号 DIR 被置为低电平时，寄存器的数据会向左移动一位。

代码示例

以下代码是一个基于 Verilog HDL 的双向移位寄存器的例子：

module shift_reg(
    input CLK,
    input SH_L,
    input DIR,
    input CLR,
    input [3:0] Data_in,
    output [3:0] Data_out
    );

    reg [3:0] Data_reg;

    always @(posedge CLK)
    begin
        if (CLR)
            Data_reg <= 4'b0;
        else if (SH_L)
            Data_reg <= {Data_reg[2:0], Data_in[0]};
        else
            Data_reg <= Data_in;
    end

    assign Data_out = (DIR ? {Data_reg[0], Data_reg[3:1]} : {Data_reg[1:3], Data_reg[0]});

endmodule

在这个例子中，寄存器的输出通过 DIR 控制方向，Data_in 控制输入数据，SH_L 控制寄存器的模式，CLR 控制清除寄存器。