4. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Исследуемая схема с описанием работы.

3. Таблица 3 и временные диаграммы работы счетчиков.

4. Выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Что называется счетчиком.

2. Классификация счетчиков.

3. Основные характеристики счетчиков.

4. Способы организации цепей переноса в счетчиках.

5. Наращивание счетчиков, изменение коэффициента счета.

Лабораторная работа № 7 Исследование работы сдвиговых регистров

Цель работы: Изучить устройство и принцип действия регистров (сменное устройство УС-17).

1. Краткие теоретические сведения

Регистр – функциональное устройство, предназначенное для приема, хранения и передачи n-разрядного слова. Он представляет собой упорядоченную совокупность триггеров со схемой управления входными и выходными сигналами. Разрядность регистра соответствует количеству используемых в нем триггеров. Каждый триггер регистра имеет прямой и инверсный выходы, используемые соответственно для получения прямого и инверсного кодов. С помощью регистров можно осуществлять операции преобразования информации (последовательный код в параллельный и т.п.), а также некоторые логические операции (поразрядное логическое сложение и умножение и т.п.).

По виду выполняемых операций (микроопераций) над словами различают регистры для приема, передачи и сдвига информации.

По способу приема и передачи информации различают последовательные, параллельные и параллельно-последовательные регистры.

По количеству каналов, по которым поступает информация на входы разрядов, регистры бывают одно- и парафазными. В однофазных регистрах информация поступает на каждый разряд только по одному каналу (прямому или инверсному), а в парафазных – по обоим каналам.

По количеству тактов управления, необходимых для записи кода слова, различают одно- , двух- и многотактовые регистры.

Регистры приема и передачи информации. Схема двухтактного регистра, осуществляющая прием и передачу информации, приведена на рис. 1. В этой схеме используются RS-триггеры, группа входных схемах И1 и выходных схем И2, И3.

Рис . 1. Схема регистра на RS-триггерах.

Информация в регистр заносится по каналам Х1, Х2 только в том случае, когда на шину Пр подан управляющий сигнал приема информации. При этом через схемы И1 проходят сигналы установки триггеров в состояние 1 только в тех разрядах, где Хn=1. Чтобы в остальных разрядах был записан 0, необходимо предварительно все разряды устанавливать в нулевое состояние (Уст. 0). Записанный в регистр код слова будет храниться в нем до тех пор, пока не будет снова подан сигнал установки регистра в состояние 0. Прямой код хранимого в регистре слова будет выдан при наличии управляющего сигнала на шине ВП (Выдача прямого кода). При этом код слова с прямых выходов триггеров регистра пройдет через группу схем И2 и в каждом разряде на выходе будет выработан сигнал Qi=Xi. Сигнал выдачи инверсного кода ВИ позволяет через группу схем И3 получить инверсные значение кода, хранимого в регистре, при этом в каждом его разряде вырабатывается значение кода Qi=Xi.

Установка триггеров регистра в состояние 0, прежде чем записать в них информацию, ведет к затратам времени. Для увеличения быстродействия регистров на оба входа триггера одновременно подаются сигналы (на вход S – Xi, на вход R – Xi). Схема передачи парафазных кодовых сигналов в регистрах приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема передачи парафазных кодовых сигналов в регистрах.

Код, записанный в регистр Рг1, передается при наличии на шине Пр управляющего сигнала (см. рис. 2). Передача кода осуществляется через группу схем И1 и И2 (при этом через схемы И1 передаются прямые, а через схемы И2 – инверсные значения переменных).

Сдвигающие регистры. Сдвигающие регистры предназначены для выполнения операции сдвига слова информации, т.е. для перемещения всех цифр слова в направлении от старших к младшим разрядам (сдвиг вправо) или от младших к старшим разрядам (сдвиг влево). Сдвиг кода влево на один разряд будет соответствовать умножению кода числа на основание системы счисления, а сдвиг вправо – делению. Это объясняется тем, что вес каждого разряда кода для позиционной системы счисления определяется его позицией в коде.

В регистрах, как правило, сдвиг числа на k разрядов осуществляется за k тактов или за k микроопераций сдвига (микрооперация сдвига – сдвиг числа на один разряд вправо или влево относительно принятой разрядной сетки). Сдвигающий регистр содержит такие же шины передачи по входам, как и регистры приема и передачи информации, но триггеры сдвигающих регистров обязательно должны быть сложными, с внутренним запоминанием. Если в сдвигающем регистре используются простые триггеры, например RS – триггеры, то необходимо использовать еще один дополнительный регистр для промежуточного запоминания слова в процессе сдвига. Фактически это приводит к тому, что каждый разряд регистра будет состоять из двух триггеров (рис. 3).

Рис. 3. Схема двух разрядов сдвигающего регистра на RS-триггерах.

Сдвигающий регистр можно использовать не только для сдвига кода, но и для преобразования параллельного кода, принятого в регистр, в последовательный. Для этого достаточно принятый код сдвигать до тех пор, пока весь он не будет выдвинут из регистра. Выход из последнего разряда используется в качестве выходной шины последовательного кода. Сдвигающий регистр может выполнять функцию преобразования последовательного кода в параллельный. Сдвигающий регистр можно построить на D-триггерах (рис. 4). Установка этого регистра в состояние 0 выполняется отрицательным импульсом, подаваемым на вход R. Параллельный код поступает на входы Х1...Хn. Запись параллельного кода осуществляется положительным импульсом, подаваемым на вход С2. Последовательный код поступает на вход D1.

Х2

Х3

Рис . 4. Схема сдвигающего регистра на D – триггерах.

Пример построения двенадцатиразрядного сдвигающего регистра – рис. 5 (D1-D12 – входы D-триггеров, Q1-Q12 – прямые выходы, VR – вход последовательного ввода, L – вход управления, С1 и С2 – входы тактовых импульсов).

Рис. 5. Двенадцатиразрядный сдвигающий регистр.

Для наращивания разрядности необходимо выход старшего разряда одного регистра подключить к входу VR последующего регистра. Рабочий режим задается уровнем сигнала на входе L. Ввод информации последовательным кодом, а также сдвиг ее вправо производится при L=0. Входной последовательный код подается на вход VR, а тактовые импульсы на вход С1. Сдвиг вправо на один разряд происходит при действии среза тактового импульса. Информация после 12 тактовых импульсов может быть считана с выходов Q1-Q12. Ввод информации параллельным кодом осуществляется при L=1. Тактовые импульсы подаются на вход С2. По срезу тактового импульса информация со входов D1-D12 переписывается на соответствующие выходы Q1-Q12. Состояние входов VR и С1 при этом не имеет значения. Во избежание сбоев в работе регистра смена состояний входа L должна происходить только при С1=С2=0, а сигналы на информационных входах должны обновляться до прихода фронта тактового импульса.

При L=1 можно реализовать преобразование последовательного кода в параллельный со сдвигом вправо. Для этого необходимо соединить выходы Q12, Q11,…, Q2 со входами D11, D10,…, D1 соответственно, а информацию вводить в регистр через вход D12. Сдвиг кода вправо на один разряд происходит при действии среза каждого тактового импульса, подаваемого на синхровход С2.

Также на регистрах возможно строить делители частоты. На рис. 6 приведены примеры построения делителей частоты на 2 (на VR последовательный код 10101…), 7 (на VR последовательный код 11110001111000….).

Рис. 6. Делители частоты на регистрах.