Вводый курс цифровой электроники (К.Фрике, 2003)

интервал второго триггера W2 сдвигается в интервал переброса первого триггера К1 поэтому, то что запоминается во втором триг­ гере, полностью зависит от случая.

е.А

| ^ ^ К 2

иш

Рис . 11.3 а. Временная диаграмма сдвигового регистра, показанного на рис. 11.2, без тактового сдвига (fo = 0).

При несколько большем сдвиге to на выходе Q^ второго тригге­ ра появится тот же выходной сигнал, что и на выходе Q\ первого триггера. Теперь бит «переваливается» без запоминания через вто­ рой триггер.

Рис. 11.3 b . Временная диаграмма цепочки сдвигового регистра, показан­ ной на рис. 11.2, при наличии тактового сдвига (^о = 0).

Если необходимо допустить большой тактовый сдвиг, то часто выбирают триггеры с управлением по двум фронтам. При примене-

11.1. Временные характеристики сдвиговых регистров

НИИ триггеров с двумя фронтами можно иметь тактовый сдвиг до половины тактового периода.

I 1.1.1. Сдвиговый регистр 74194

В качестве примера 4-битового сдвигового регистра на рис. 11.4 представлен сдвиговый регистр 74194. Он представляет собой упра­ вляемый фронтом сдвиговый регистр с многими рабочими состоя­ ниями, которые устанавливаются сигналами S'o и Si (табл. 11.1). Ра­ бочие состояния описываются в логическом символе зависимостью от режима.

74194

SRG4

Рис. 11.4. Логический символ 4-битового двунаправленного параллельно загружаемого сдвигового регистра 74194.

Таблица 11.1. Режимы работы сдвигового регистра 74194.

Сдвиговый регистр загружается параллельно через входы А, 5 , С, D. Для So = 1 ж Si = 1 в логическом символе использована

Глава 11. Сдвиговые регистры

жания регистра можно также интерпретировать как счетные со­ стояния счетчика, который, разумеется, считает с использованием специального кода. На основе этого можно было бы разработать счетчик по модулю 4.

Составим таблицу истинности для реализации этого сдвигово­ го регистра. В этой таблице, показанной на рис. 11.3, учитываются только состояния, проходящие в желательном цикле.

Таблица 11.3. Таблица истинности при генерации последовательности: 000, 100, 010, 001, 000.

I 1.2.1. Счетчик Мебиуса, счетчик Джонсона

Одной из часто применяемых форм сдвигового регистра являет­ ся счетчик Мебиуса (счетчик Джонсона). В этом счетчике выход через инвертор соединяется с входом. На рис. 11.7 приведен счет­ чик Джонсона с четырьмя JK-триггерами. Содержание запоминаю­ щих ячеек ЗУ задается таблицей истинности, из которой видно, что генерируются числовые последовательности с восемью различными содержаниями счетчика.

CLK

Рис. 11.7. Счетчик Джонсона, состоящий из четырех JK-триггеров.

Логическая схема счетчика Джонсона задается следующей фор­ мулой:

При Ji = Ki = О запомненное в триггере значение удерживает­ ся, при Ji =^ Ki = 1 оно инвертируется. Теперь можно составить та­ блицу истинности счетчика Джонсона. Констатируем, что имеются два независимых цикла, в зависимости от того, с какого начального состояния стартует счетчик при включении. Но длина обоих циклов одинакова. При желании запустить определенный цикл необходимо предварительно задать соответствующее исходное состояние.

Таблица 11.4. Таблица истинности счетчика Джонсона, показанного на рис. 11.7.

Поведение кольцевого счетчика может быть изображено с помо­ щью диаграммы состояний, приведенной на рис. 11.8.

стояния. Поэтому этого псевдослучайные последовательности обла­ дают свойством, которое заключается в том, что за период 1 по­ является более часто, чем 0. Нули и единицы распределены нерав­ номерно. Что является отклонением от идеальной случайной после­ довательности. Несмотря на это псевдослучайные последовательно­ сти хорошо подходят для тестирования информационных каналов. В табл. 11.5 приведены варианты наборов с различным числом кон­ туров обратной связи для количества каскадов п = 8. Максимально длинная псевдослучайная последовательность содержит все двоич­ ные числа, соответствующие длине п, за исключением числа 0. Чи­ сло О не должно появляться, так как оно при любом выборе положе­ ния контура обратной связи приводит в то же самое состояние.

Таблица 11.5. Количество контуров обратной связи при формировании псевдослучайных последовательностей («-» — нет обрат­ ной связи, X — обратная связь).

На рис. 11.10 приведен пример генерации псевдослучайной по­ следовательности при п = 3. Сформированная последовательность может быть получена из таблицы последовательности состояний.

=1

CLK

Рис. 11.10. Сдвиговой регистр для генерации максимально длинной псев­ дослучайной последовательности при п = 3.

Глава 11. Сдвиговые регистры

На последовательном выходе Ag сдвигового регистра, получаем последовательность: 1 1 1 0 0 10. Предварительное условие заключа­ ется в том, чтобы начальное содержимое сдвигового регистра со­ ставляло 1 1 1 .

I 1.3. Упражнения

Задача 11.1. Сконструируйте цепочку сдвигового регистра из D- триггеров, которая выдает на последовательном выходе последова­ тельность:

0 10 0 1 1 и т.д.

Сколько D-триггеров вам понадобится?

Задача 11.2. Укажите псевдослучайную последовательность, вы­ даваемую сдвиговым регистром с четырьмя триггерами. Контуры обратной связи должны быть проложены таким образом, чтобы по­ следовательность была максимально длинной.

Задача 11.3. Проанализируйте показанный ниже сдвиговый ре­ гистр с обратной связью, содержащий JK-триггер и 2 D-триггера.

а) составьте запускающую функцию Es = f{QT^Q^->Q^) Д-^^ первого триггера.

б) сформулируйте следующую из составленной функции таблицу последовательности состояний.

в) начертите диаграмму состояний.

CLK