Регистры сдвиги (стр. 4 из 4)
Если в регистре сдвига на рисунке 13 разорвать петлю обратной связи, то мы получим обычный параллельный регистр сдвига: возможность кольцевого перемещения информации будет исключена.
 |
 |
Рисунок 14. Трехтактный регистр сдвига на RS-триггерах
3.4. Универсальные регистры
Часто вместо обычных последовательных или параллельных требуется применить более сложные сдвигающие регистры: с параллельной синхронной записью информации, реверсивные, реверсивные с параллельной синхронной записью. Такие регистры называют универсальными.
Есть множество серий ИС регистров многорежимных (многофункциональных) или универсальных, способных выполнять набор микроопераций. Многорежимность достигается композицией в одной и той же схеме частей, необходимых для выполнения различных операций. Управляющие сигналы, задающие вид выполняемой в данное время операции, активизируют необходимые для этого части схемы.
Рисунок 15. Универсальные регистры сдвига: а – К155ИР13, б – К500ИР141, в – КМ155ИР1
На рисунке 15 показано три типичных представителя универсальных сдвиговых регистров серии К155, КМ155 и К500.
Микросхема ИР13 (рисунок 15 а) – это восьмиразрядный реверсивный сдвигающий регистр с допустимой тактовой частотой до 25 МГц при токе потребления до 40 мА. Имеет параллельные входы и выходы, вход асинхронного сброса
, входы DSL (сдвиг влево) и DSR (сдвиг вправо) по перепаду синхронизирующих импульсов С, входы выбора режима S0 и S1. При S0 = 0, S1 = 1 происходит сдвиг информации вправо, при S0 = 1, S1 = 0 – влево, а при S0 = S1 = 1 – запись информации в регистр.Микросхема ИР141 (рисунок 15 б) – это универсальный четырёх-разрядный сдвиговый регистр, построенный на эмитерно-связной логике. Тактовая частота – до 150 МГц. Потребляемый ток – не менее 120 мА. При S0 = 0, S1 = 1 происходит сдвиг информации вправо, при S0 = 1, S1 = 0 – влево, а при S0 = S1 = 1 – хранение числа, при S0 = S1 = 0 – установка числа.
Микросхема ИР1 (рисунок 15 в) – это сдвигающий регистр с синхронной записью информации на RS-триггерах. Входы 1 – 4 предназначены для параллельной записи информации, вход D – для последовательной записи. Вход V – управляющий. При V = 0 схема работает как сдвигающий регистр по отрицательному перепаду (с 1 на 0) сигнала С1, а при V = 1 схема работает в режиме синхронной записи в регистр сигналов входов 1 – 4 по отрицательному перепаду сигнала С2.
Регистры, имеющие разнотипные вход и выход, служат основными блоками преобразователей параллельных кодов в последовательные и обратно. На рисунке 16 показана схема преобразователя параллельного кода в последовательный на основе восьмиразрядного регистра типа SI/PO/SO. В этой схеме отрицательный стартовый импульс St, задающий уровень логического нуля на верхнем входе элемента 1, создаёт единичный сигнал параллельного приёма данных на вход L (Load – загрузка), по которому в разряды 1 – 7 регистра загружается преобразуемое слово, а в нулевой разряд – константа 0. На последовательный вход DSR подана константа 1. Таким образом, после загрузки в регистре формируется слово. Тактовые импульсы, поступающие на вход С, вызывают сдвиг слова вправо. Сдвиги выводят слово в последовательной форме через выход Q7. Вслед за информационными разрядами идёт 0, после которого цепочка единиц. Пока ноль не выведен из регистра, на выходе элемента 2 действует единичный сигнал. После вывода нуля все входы элемента 2 становятся единичными, его выход приобретает нулевое значение и через элемент 1 формирует сигнал автоматической загрузки следующего слова, после чего цикл преобразования повторяется.
Рисунок 16. Схема преобразователя параллельного кода в последовательный
Современные регистры мало приспособлены для выполнения поразрядных логических операций, но при необходимости их можно выполнить пользуясь регистрами на RS-триггерах. Для выполнения операции ИЛИ на S вход статического регистра с исходным нулевым состоянием подаётся первое слово, единичные разряды которого устанавливают соответствующие триггеры. Затем без сброса регистра на S выходы подаётся второе слово.
При выполнении поразрядной операции И в первом такте на S входы регистра подаётся первое слово, устанавливающее те разряды регистра, в которых это слово имеет единицы. Затем следует подать на регистр второе слово. Чтобы в регистре сохранились единицы только в тех разрядах, в которых оба слова имеют единицы, второе слово подаётся на входы R триггеров в инверсном виде.
Сложение по модулю 2 может быть выполнено схемой с триггерами типа Т в разрядах путём последовательной во времени подачи на неё двух слов.
4. Разработка схемы регистра сдвига
4.1. Исходные данные
Заданы тактовые импульсы положительной полярности.
4.2. Порядок разработки регистра сдвига
а) Рассмотрение общих требований к схеме регистра.
б) Разработка регистра сдвига.
в) Описание работы разработанной схемы.
4.3. Разработка четырёхфазного регистра сдвига
Необходимо разработать четырёхфазный регистр сдвига на RS-триггерах. Пусть он будет правосдвигающим. Для этого нам понадобится четыре синхронных RS-триггера с синхронизацией по фронту тактирующего импульса и некоторое число логических элементов для создания цепей переноса. Так как сдвигающие регистры с последовательными входом и выходом имеют низкое быстродействие, разработаем схему с параллельными входом и выходом.
Рисунок 17. Разработанная схема правосдвигающего синхронного регистра на RS-триггерах
Выполняя инвертирование сигнала на входах триггеров мы добиваемся того, что подача напряжений одинаковых уровней на входы S и R невозможна. Значит, при S = 0, R = 1 – на выходе получим 0, при S = 1, R = 0 – на выходе получим 1. На входах сдвигающего регистра необходимо установить четыре элемента со следующей таблицей истинности:
| Х1 | Х2 | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Соединив четвёртый выход с первым входом мы получаем кольцевой правосдвигающий регистр. Информация с выхода Q4 не будет теряться, а будет циркулировать заново.
Поскольку такой регистр сдвига четырёхразрядный, количество возможных комбинаций на входе составит 16. Рассмотрим работу нашего регистра при подаче на вход некоторых комбинаций.
| № комбинации | Вход | Выход | |||||||
| D1 | D2 | D3 | D3 | № синхроимпульса | Q1 | Q2 | Q3 | Q4 | |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | |||||
| 2 | 1 | 1 | 1 | 0 | |||||
| 3 | 0 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 4 | 1 | 0 | 1 | 1 | |||||
| 2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | |||||
| 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | |||||
| 3 | 0 | 1 | 1 | 0 | |||||
| 4 | 0 | 0 | 1 | 1 | |||||
| 3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | |||||
| 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | |||||
| 3 | 0 | 0 | 1 | 0 | |||||
| 4 | 0 | 0 | 0 | 1 | |||||
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | |||||
| 2 | 1 | 0 | 0 | 1 | |||||
| 3 | 1 | 1 | 0 | 0 | |||||
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 | |||||
5. Вывод
В курсовом проекте было рассмотрено классификацию регистров, принципы их работы. Рассмотрено типы и принцип работы триггеров как главных составляющих регистров. Было детально рассмотрено регистры сдвига и, в частности, сдвиговые регистры на RS-триггерах.
Также был спроектирован правосдвигающий кольцевой синхронный четырёхразрядный регистр на базе четырёх RS-триггеров и восьми логических элементов. Приведена таблица, описывающая работу регистра при некоторых входных комбинациях.
6. Список используемой литературы
1. Прянишников В.А. Электроника (курс лекций). – С-П., 1998
2. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника (часть первая). – К.: Высшая школа, 1989
3. Будищев М.С. Электротехника, электроника и микропроцессорная техника. – Л.: Афиша, 2001
4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – С-П., 2000
5. Справочник современных интегральных микросхем