1.1.6. Регистры с обратными связями
На базе регистра сдвига можно построить устройства с различными функциональными возможностями. При введении обратных связей регистры сдвига могут работать как счетчики, генераторы кодов; дополнительная логика позволяет их использовать для преобразования кодов, умножения и деления чисел и т. д. Важно, что все эти функции реализуются с помощью сравнительно несложной комбинационной схемы.
Наиболее простая схема с обратными связями получается, если выход последнего разряда соединить со входом последовательного ввода данных. В этом случае непрерывная серия синхроимпульсов, подаваемых на вход сдвига, будет осуществлять режим циркуляции сдвигаемой информации.
1. 2. Проектирование многофункциональных регистров
Обобщенная схема логической структуры многофункционального регистра приведена на рис. 6.6. На входы D триггеров информация может поступать как с внешних входов, так и по обратной связи с выходов триггеров через комбинационную схему. С ее помощью можно реализовать широкий набор микроопераций. Это различные микрооперации преобразования кода, хранимого в триггерах регистра, например, логические и арифметические сдвиги, получение обратного кода и т. п., а также загрузка кода в регистр и синхронная установка разрядов в «0» или в «1» по входам R и S. Выбор требуемой микрооперации осуществляется с помощью управляющих входов V. Исполнение микрооперации происходит при поступлении фронта импульса на синхронизирующий вход С.
Рис. 6.6. Обобщенная структурная схема 4-х разрядного регистра сдвига
С – синхронизирующий вход; CLR – асинхронный вход установки регистра в «0»; R и S - синхронные входы установки регистра в «0» и «1»; D – входы для параллельного приема информации; DS- входы для последовательного приема информации; V – управляющие входы.
Комбинационная схема реализует приоритет среди управляющих и установочных входов. Например, синхронный вход R должен иметь наивысший приоритет и обеспечить установку регистра в «0» вне зависимости от состояния других управляющих входов.
При проектировании
регистра с требуемым набором микроопераций,
прежде всего, необходимо определить
число управляющих входов и задать их
приоритет. Число управляющих входов
находят по следующей формуле:
,
где М- число
микроопераций. Далее задача сводится
к нахождению функций возбуждения каждого
триггера. Поскольку структура регистра
регулярна, то достаточно получить
выражения только для одного триггера.
Например, требуется спроектировать многофункциональный регистр на D- триггерах, который должен выполнять следующие микрооперации:
сдвиг кода влево на 1 разряд;
сдвиг кода вправо на 1 разряд;
параллельную загрузку;
хранение при наличии синхронизирующих импульсов (СИ) на входе С регистра;
асинхронную установку регистра в «0».
1.3. Проектирование комбинационной схемы
Для реализации микроопераций определяем вначале число управляющих входов V. Микрооперация асинхронной установки регистра в «0» реализуется при использовании D-триггеров, имеющих соответствующие входы R асинхронного сброса. Остальные четыре операции выполняются при поступлении СИ на синхронизирующий вход С регистра. Следовательно регистр должен иметь два управляющих входа V1 и V2. Выберем вариант кодирования микроопераций, представленный в табл. 6.1.
Таблица кодирования Таблица 6.1
Вход V1 |
Вход V2 |
Микрооперация |
0 |
0 |
Хранение |
0 |
1 |
Сдвиг влево на 1 разряд |
1 |
0 |
Сдвиг вправо на 1 разряд |
1 |
1 |
Параллельная загрузка |
По условию задания необходимо обеспечить режим хранения при наличии синхронизирующих импульсов на входе С регистра. Это можно реализовать переписью текущего состояния регистра при поступлении синхронизирующих импульсов.
Режим хранения реализуется подачей на вход D триггера сигнала с выхода Q этого же триггера. Составим таблицу истинности функции возбуждения fi триггера i-го разряда регистра (табл. 6.2).
Функция возбуждения входа D триггера i-го разряда
Таблица 6.2
V1 |
V2 |
Qi+1 |
Qi-1 |
Di |
Qi |
fi |
0 |
0 |
X |
X |
X |
0 |
0 |
0 |
0 |
X |
X |
X |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
X |
X |
X |
0 |
0 |
1 |
1 |
X |
X |
X |
1 |
1 |
0 |
X |
0 |
X |
X |
0 |
1 |
0 |
X |
1 |
X |
X |
1 |
1 |
1 |
X |
X |
0 |
X |
0 |
1 |
1 |
X |
X |
1 |
X |
1 |
Непосредственно из таблицы, используя правило записи функции по минтермам и опуская те переменные, которые могут иметь произвольное значение (Х), можно записать выражение для функции fi:
.
Схема, реализующая это выражение - мультиплексор с двумя входами.
Таким образом получена схема, представленная на рис. 6.7.
Рис. 6.7. Схема многофункционального регистра