本文针对序列串行发生需求，以00011000为例，基于 74 系列中规模芯片，在 Multisim 中实现两种可直接使用的序列发生器方案：移位寄存器型、计数器 + 数据选择器型，均可以稳定输出目标串行序列。
一、设计原理：序列发生的核心逻辑
序列发生器的核心是按照固定顺序循环输出预设的二进制序列，本次目标序列为00011000（8 位），两种方案的核心逻辑分别是：
- 移位寄存器型：利用移位寄存器的移位特性，将目标序列预存在寄存器中，通过时钟控制循环移位输出
- 计数器 + 数据选择器型：利用计数器的地址输出，控制数据选择器按顺序输出预设序列
核心器件及真值表
1. 74HC194（4 位双向移位寄存器）
本次用它的并行载入 + 循环移位功能，实现序列的循环输出
| 输入控制 | 功能 |
|---|---|
| \(\overline{CLR}\)=0 | 异步清零，所有输出置 0 |
| \(\overline{CLR}\)=1，\(S_1S_0\)=11 | 并行载入：将\(D_0-D_3\)的输入载入到\(Q_0-Q_3\) |
| \(\overline{CLR}\)=1，\(S_1S_0\)=01 | 右移位：时钟上升沿时，\(Q_0\leftarrow D_{SR}\)，\(Q_1\leftarrow Q_0\)，\(Q_2\leftarrow Q_1\)，\(Q_3\leftarrow Q_2\) |
| \(\overline{CLR}\)=1，\(S_1S_0\)=00 | 保持状态：输出不变 |
2. 74HC161（4 位同步计数器）
本次用它的模 8 计数功能，生成 8 个地址信号，用于控制数据选择器
| 输入控制 | 功能 |
|---|---|
| \(\overline{CLR}\)=0 | 异步清零，所有输出置 0 |
| \(\overline{CLR}\)=1，\(\overline{LOAD}\)=0 | 并行载入：将\(D_0-D_3\)的输入载入到\(Q_0-Q_3\) |
| \(\overline{CLR}\)=1，\(\overline{LOAD}\)=1，\(EN_P=EN_T=1\) | 同步计数：时钟上升沿时，\(Q_0-Q_3\)加 1 |
3. 74HC151（8 选 1 数据选择器）
和之前的序列检测中功能一致，根据地址选择输入的序列数据输出
| 地址输入\(A_2A_1A_0\) | 输出 Y |
|---|---|
| 000 | \(D_0\) |
| 001 | \(D_1\) |
| 010 | \(D_2\) |
| 011 | \(D_3\) |
| 100 | \(D_4\) |
| 101 | \(D_5\) |
| 110 | \(D_6\) |
| 111 | \(D_7\) |
二、Multisim 电路实现
方案 1：移位寄存器型（74HC194 级联）
1. 电路接线逻辑
本次目标序列是 8 位，所以使用两片 74HC194 级联实现 8 位移位寄存器
- 第一片 74HC194（低位，对应序列的第 1-4 位：
0001）- \(\overline{CLR}\)（1 脚）：接 5V（禁止清零）
- \(S_1S_0\)（9、10 脚）：先接 11（并行载入模式），载入完成后改接 01（右移位模式）——S0一直是1，S1先1后0
- \(D_0-D_3\)（3-6 脚）：按序列低 4 位
0001连接，\(D_0=0\)（接地）、\(D_1=0\)（接地）、\(D_2=0\)（接地）、\(D_3=1\)（接 5V） - \(D_{SR}\)（7 脚）：接第二片的\(Q_0\)（12 脚），实现循环移位
- CLK（2 脚）：接 1kHz 的时钟源（数字时钟源，TTL 电平）
- \(Q_0-Q_3\)（12-15 脚）：\(Q_3\)作为串行输出端的低位输出，同时\(Q_3\)接第二片的\(D_{SL}\)（8 脚）
- 第二片 74HC194（高位，对应序列的第 5-8 位：
1000）- \(\overline{CLR}\)（1 脚）：接 5V（禁止清零）
- \(S_1S_0\)（9、10 脚）：和第一片保持一致，先 11 后 01
- \(D_0-D_3\)（3-6 脚）：按序列高 4 位
1000连接，\(D_0=1\)（接 5V）、\(D_1=0\)（接地）、\(D_2=0\)（接地）、\(D_3=0\)（接地） - \(D_{SL}\)（8 脚）：接第一片的\(Q_3\)（15 脚）
- CLK（2 脚）：和第一片接同一个 1kHz 时钟源（同步移位）
- \(Q_0-Q_3\)（12-15 脚）：\(Q_0\)接第一片的\(D_{SR}\)（7 脚），\(Q_3\)作为串行输出端的高位输出
2. 操作与验证![]()
- 先将两片 74HC194 的\(S_1S_0\)接 11，给一个时钟上升沿，完成并行载入，此时两片的输出分别为
0001（低位）和1000（高位） - 将\(S_1S_0\)改接 01，之后每一个时钟上升沿，序列会循环右移：
- 第 1 个时钟：输出
0（第 1 位） - 第 2 个时钟：输出
0（第 2 位） - 第 3 个时钟：输出
0（第 3 位） - 第 4 个时钟：输出
1（第 4 位） - 第 5 个时钟：输出
1（第 5 位） - 第 6 个时钟：输出
0（第 6 位） - 第 7 个时钟：输出
0（第 7 位） - 第 8 个时钟：输出
0（第 8 位） - 第 9 个时钟：回到第 1 位，循环输出
- 第 1 个时钟：输出
- 可以在串行输出端接示波器，观察到连续的
00011000串行波形
方案 2：计数器 + 数据选择器型（74HC161+74HC151）
1. 电路接线逻辑
- 74HC161（模 8 计数器，生成地址）
- \(\overline{CLR}\)（1 脚）：接 5V（禁止清零）
- \(\overline{LOAD}\)（9 脚）：接 5V（禁止并行载入）
- \(EN_P、EN_T\)（7、10 脚）：接 5V（使能计数）
- CLK（2 脚）：接 1kHz 的时钟源（数字时钟源，TTL 电平）
- \(Q_0-Q_3\)（14-11 脚）：取\(Q_0-Q_2\)（14、13、12 脚）接 74HC151 的地址端\(A_0-A_2\)（1、2、3 脚），实现模 8 计数（0-7 循环）
- RCO（15 脚）：悬空，本次用不到进位输出
- 74HC151（8 选 1 数据选择器，输出序列）
- \(\overline{EN}\)（7 脚）：接地（使能选择器）
- \(D_0-D_7\)（11、10、9、6、5、4、13、12 脚）：按目标序列
00011000依次连接：- \(D_0=0\)（接地）、\(D_1=0\)（接地）、\(D_2=0\)（接地）、\(D_3=1\)（接 5V）
- \(D_4=1\)（接 5V）、\(D_5=0\)（接地）、\(D_6=0\)（接地）、\(D_7=0\)（接地）
- Y（5 脚）：作为串行序列的输出端，可接示波器观察波形
2. 操作与验证
- 打开时钟源，74HC161 会开始模 8 计数，\(Q_0-Q_2\)依次输出
000、001、010、011、100、101、110、111循环 - 74HC151 会根据地址依次选择\(D_0-D_7\)输出，最终在Y端得到串行序列
00011000循环输出 - 如果需要修改输出序列，只需要修改\(D_0-D_7\)的接线即可，扩展性强
三、总结
本次实现的两种序列发生器方案，都可以在 Multisim 中稳定输出00011000序列：
- 移位寄存器型：适合需要循环移位输出的场景，电路的时序连贯性更好
- 计数器 + 数据选择器型：修改序列更灵活，适合需要经常更换输出序列的场景
