Тема 2.4 Типові вузли цифрових автоматів

2.4.1 Регістри зсуву

На рис. 2.23 зображено цифровий автомат, що складається з m послідовно з'єднаних D-тригерів, функції збудження яких мають вид

, , r = 2, 3, …, m. (2.1)

Рисунок 2.23 — Регістр зсуву

Зі співвідношення (2.1) випливає, що інформація, яка зберігається у деякому такті в тригері Q_r-1, передається в наступному такті в тригер Q_r, тобто відбувається зсув інформації від тригера до тригера. Такі автомати називаються регістрами зсуву. Їх використовують для зсуву m-розрядних чисел в одному напрямку (значення вхідного сигналу x, що відповідає деякому такту, з'являється на виході регістра зсуву Q_m через m тактів).

Якщо Q_m — старший розряд, то відбувається зсув убік або ліворуч старших розрядів. Якщо Q_m вважати молодшим розрядом, то відбувається зсув убік або праворуч молодших розрядів. Крім основного призначення (зсув чисел) регістри зсуву, використовують і для зсуву нечислової інформації (наприклад, у разі побудови з них лічильників).

На рис. 2.24 зображено 8-розрядний регістр зсуву, виконаний на мікросхемі К564ИР2, що є здвоєним 4-розрядний регістром зсуву. Асинхронні входи R^' призначені для установлення регістра зсуву у стані «0». Даний регістр зсуву можна використовувати для перетворення послідовного коду на паралельний (зчитування в цьому випадку проводиться з восьми виходів регістра за допомогою схем І після введення в нього 8-розрядного коду ).

Регістр зсуву можна виконати і з RS-тригерів. Дійсно, підставивши у функцію переходів (2.1) значення S=D і , одержимо функцію переходів Q⁺=D, тобто функції збудження S_r і R_r регістра зсуву, виконаного на RS-тригерах, на підставі функції (2.1) можна подати у такому вигляді:

S₁=x, S_r=Q_r-1, , , r = 2, 3, ..., m,

або S₁= x, S_r= Q_r-1 , r = 2, 3, ..., m, , r = 1, 2, ..., m.

Рисунок 2.24 — Восьмирозрядний регістр зсуву,

виконаний на мікросхемі К564ИР2

Часто потрібні більш складні регістри зсуву: з паралельним синхронним записом інформації, реверсивні, реверсивні з паралельним синхронним записом інформації. Такі регістри називаються універсальними.

Мікросхема К155ИР1 – це 4-хрозрядний регістр зсуву із синхронним записом інформації (рис. 2.25), виконаний на основі чотирьох RS-тригерів. Функції збудження S_r і R_r цих тригерів мають вигляд:

,

, r = 2, 3, 4, (2.2)

a , де r = 1, 2, 3, 4.

Вхід D є входом послідовного введення інформації. Через H_r позначатимемо сигнал, який надходить на тактовий вхід r-го тригера навіть у тому випадку, якщо H_r не залежить від r. Залежно від внутрішньої структури тригерів впливати на них можуть сигнали dH_r або . У цьому випадку та

(2.3)

Рисунок 2.25— Регістр зсуву, з синхронним паралельним

записом К155ИР1

З цього співвідношення випливає, що на тригери можуть впливати сигнали dC₁ , dC₂ , і dV .

Через те що сигнал V входить у функції збудження (2.2), то його зміни не повинні впливати на тригери. З виразу (2.3) випливає, що для цього сигнал V має змінюватися тільки при значеннях C₁= С₂ = 0 або C₁= C₂ = 1. У цьому випадку

(2.4)

(тут, наприклад, множник VV* означає, що сигнал V не повинний змінюватися з 0 на 1 при dC₂ = 1).

З виразів (2.2) і (2.3) випливає, що при V = 0, функції збудження S₁=D, S_r=Q_r-1 та сигнал dH_r = dC₁ , тобто схема працює як регістр зсуву за від’ємним перепадом (з 1 на 0) сигналу C₁ , а при V = 1, функції збудження S_r = D_r і сигнал dH_r=dC₂ , тобто схема працює в режимі синхронного запису в регістр значень сигналів D_r за від’ємним перепадом сигналу C₂. Якщо у формулі (2.4) взяти C₁ =C₂= C, то отримаємо, що сигнал dH_r = dC, тобто залежно від значення сигналу V буде вироблятися запис або зсув за від’ємним перепадом того самого сигналу С.

З виразів (2.2) і (2.3) випливає, що при V = С₂ функції збудження , і сигнал , тобто при C₁ = 0 відбувається запис інформації у регістр за від’ємним перепадом сигналу С₂, а при C₂ = 0 — зсув її за від’ємним перепадом сигналу C₁. На підставі формул (2.2) і (2.3) легко переконатися, що при V = C₁ можливий тільки запис інформації за від’ємним перепадом сигналу C₁ при значенні сигналу C₂ = 1.

Якщо в регістрі зсуву (див. рис. 2.23) змінити напрямок зсуву інформації, то функції збудження D-тригерів визначатимуться співвідношеннями

, r = 1, 2, …, m-1, . (2.5)

Якщо функції збудження (2.1) і (2.5) об'єднати в такий спосіб:

(2.6)

то одержимо реверсивний регістр зсуву (при V = 0 — зсув ліворуч, а при V = 1 — праворуч). На мікросхемах К155ИР1 можна виконати реверсивний регістр зсуву, якщо для зсуву праворуч використовувати входи D_r , призначені для паралельного синхронного запису інформації. Ця можливість випливає з порівняння співвідношень (2.2) і (2.6). На рис. 2.26 зображено 8-розрядний реверсивний регістр зсуву, виконаний на двох мікросхемах К155ИР1. Можливості рівнозбіжного запису в даному регістрі відсутня. Для зсуву ліворуч можна було б використовувати тактовий вхід C₁, а для зсуву праворуч — тактовий вхід C₂. З виходів z₁ і z₂ знімається послідовний код при зсуві праворуч і ліворуч.

Мікросхема К155ИР13 є 8-розрядним реверсивним регістром зсуву, з паралельним синхронним записом інформації (рис. 2.27), виконаний на основі RS-тригерів.

Рисунок 2.26 — Восьмирозрядний реверсивний регістр зсуву, виконаний на двох мікросхемах К155ИР1

Рисунок 2.27 — Восьмикорозрядний реверсивний регістр

зсуву з синхронним паралельним записом К155ИР13

Функції збудження S_r і R_r цих тригерів описуються виразами :

(2.7)

де D_R і D_L — вхідні сигнали у разі послідовного введення інформації при зсувах ліворуч і праворуч. Імпульсний тактовий сигнал dH_r, що впливає на тригери, визначається співвідношенням

(2.8)

З цього співвідношення випливає, що сигнали V₁ і V₂, не повинні змінюватися при значенні сигналу C = 0, тому що вони входять у функції збудження (2.7), а зсув і запис інформації відбуваються за додатним перепадом (з 0 на 1) сигналу C при . З виразів (24.7) випливає, що при V₁ = 0 і V₂=1 відбувається зсув інформації праворуч, при V₁= 1 і V₂= 0 — ліворуч, а при V₁=V₂=1 — запис інформації в регістр. Регістр має асинхронний потенційний вхід R' для встановлення нульового стану регістра.