11.9. Регистр

Регистром называют схему хранения многоразрядных двоичных чисел, своего рода цифровую линию задержки. Второе распространенное название регистра – ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). Изображенный на рис. 11.16. регистр рассчитан на хранение трехразрядных двоичных чисел в течение одного «шага» (существуют более сложные схемы, которые хранят двоичные числа в течение десятков шагов, а извлечение чисел из регистра может идти как в прямой, так и в обратной последовательности).

Рис. 11.16

Главными элементами хранения являются RS-триггеры. Перед записью в регистр нового двоичного числа необходимо обнулить все триггеры, используя для этого сигнал (уст.0), подаваемый на все R-входы одновременно. Затем, синхронно во всех разрядах, в триггеры записывают многоразрядное двоичное число. В целях синхронизации записи (команда Зп) сигналы на входы триггеров подают не непосредственно, а через «линейку» схем И. Чтение чисел (команда Чт) также обеспечивает синхронную передачу многоразрядного двоичного числа на выход, потребителю – для этой цели предусмотрена вторая «линейка» схем И. Чтение является неразрушающим и одно и то же число может быть считано неоднократно, с разными задержками относительно записи.

Следует отметить, что регистр как цифровая линия задержки существенно превосходит по своим возможностям аналоговые ЛЗ, так как обеспечивает практически неограниченное время задержки. Однако при этом аналоговую величину первоначально требуется преобразовать в цифровой формат. Порядок работы регистра поясняют диаграммы на рис. 11.17.

11.10. Мультиплексор и демультиплексор, кóдер

Выше во всех рассмотренных примерах двухуровневый сигнал был представлен в параллельном коде. Другое возможное представление - последовательный код, при использовании которого уровни напряжения, соответствующие различным разрядам двоичного числа, передаются поочередно.

Рис. 11.17

Очевидно, что любое представление имеет свои положительные и отрицательные стороны: передача значений всех разрядов одновременно происходит значительно быстрее, чем поочередная, поэтому быстродействие электронных устройств при использовании параллельных кодов выше, чем при использовании последовательных. Однако при параллельном кодировании каждому разряду требуются своя шина (провод), гнездо на разъеме, а при передаче с использованием радиоволн – своя частота, в то время как последовательный код можно передать по одной шине.

Таким образом, для оптимизации электронных устройств бывает необходимо преобразовать параллельный код в последовательный и наоборот.

Схему, преобразующую параллельный код в последовательный, называют мультиплексором. Ее принцип действия поясняет рис. 11.18. Схема имеет много входов – по количеству разрядов двоичного числа и один выход. Входы поочередно соединяются с выходом с помощью блока схем И (или электронных ключей). Управление коммутацией схем И осуществляется от тактового генератора (высокостабильного генератора прямоугольных импульсов) через счетчик.

Рис. 11.18

Примерно так же работает схема, выполняющая обратную функцию – преобразование последовательного кода в параллельный. Ее называют демультиплексором. Схема имеет один вход и много выходов – по одному для каждого разряда двоичного числа в параллельном коде. Вход поочередно соединяются с выходами с помощью блока схем И. Управление коммутацией схем И осуществляется от тактового генератора через счетчик.

При использовании преобразования параллельного кода в последовательный и обратно следует помнить, что конечное быстродействие определяет наименее быстрое звено электронной системы – участок, на котором двухуровневый сигнал передается последовательным кодом.

Преобразования кода, которые выполняют мультиплексор и демультиплексор – далеко не единственные. При этом состав и расположение нулей и единиц в коде при переходе из параллельной формы в последовательную не изменяется. Однако иногда возникает потребность в более существенном преобразовании кода. Дело в том, что в технике находят применяются коды, не соответствующие «булевой» алгебре – например, код Грэя. Код Грэя для первого разряда десятичных чисел приведен в табл. 11.5. Он обладает замечательным свойством – при увеличении десятичного числа на единицу в коде Грэя изменяется всегда только один символ, что делает вероятную погрешность преобразования независящей от значения числа. Однако для того, чтобы осуществить компьютерную обработку данных от датчика, вырабатываемых в форме кода Грэя, надо перевести их в код, соответствующий «булевой» алгебре. Эту операцию выполняет схема, которую называют «преобразователь код/код», или более коротко – кóдер.

Табл. 11.5

Десятичное число	Код Грэя десятичного числа
0	00000
1	00001
2	00011
3	00010
4	00110
5	00100
6	01100
7	01000
8	11000
9	10000