Последовательный регистр – Исследование регистров | Лаборатория Электронных Средств Обучения (ЛЭСО) СибГУТИ

Последовательные регистры

Кроме параллельного соединения триггеров
для построения регистров используются
последовательное соединение этих
элементов.

Последовательный регистр (регистр
сдвига) обычно служит для преобразования
последовательного кода в параллельный
и наоборот. Применение последовательного
кода связано с необходимостью передачи
большого количества двоичной информации
по ограниченному количеству соединительных
линий. При параллельной передаче разрядов
требуется большое количество соединительных
проводников. Если двоичные разряды
последовательно бит за битом передавать
по одному проводнику, то можно значительно
сократить размеры соединительных линий
на плате (и размеры корпусов микросхем).

Принципиальная схема последовательного
регистра, собранного на основе D‑триггеров
и позволяющего осуществить преобразование
последовательного кода в параллельный,
приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема последовательного
регистра.

В этом регистре триггеры соединены
последовательно, то есть выход первого
соединён с входом второго и т.д.
Условно-графическое изображение
рассмотренного последовательного
регистра приведено на рисунке 4.

Рисунок 4. Обозначение последовательного
регистра на принципиальных схемах.

Входы синхронизации в последовательных
регистрах, как и в параллельных,
объединяются. Это обеспечивает
одновременность смены состояния всех
триггеров, входящих в состав
последовательного регистра.

Преобразование последовательного кода
в параллельный производится следующим
образом. Отдельные биты двоичной
информации последовательно подаются
на вход D0. Каждый бит сопровождается
отдельным тактовым импульсом, который
поступает на вход синхронизации C.

После поступления первого тактового
импульса логический уровень, присутствующий
на входе D0, запоминается в первом триггере
и поступает на его выход, а так как он
соединён с входом второго триггера, то
и на его вход.

После поступления второго тактового
импульса логический уровень, присутствующий
на входе второго триггера, запоминается
в нем и поступает на его выход, а так как
он соединён с входом третьего триггера,
то и на его вход. Одновременно следующий
бит запоминается в первом триггере.

После поступления четвертого тактового
импульса в триггерах регистра будут
записаны уровни бит, которые последовательно
присутствовали на входе D0. Теперь этими
битами можно воспользоваться, например,
для отображения на индикаторах.

Пусть на вход регистра поступает сигнал,
временная диаграмма которого изображена
на рисунке 5, тогда состояние выходов
этого регистра будет последовательно
принимать значения, записанные в
таблице 4.

Рисунок 5. Временная диаграмма работы
сдвигового регистра.

На рисунке 5 вместе с логическими
уровнями записываются значения бит,
которые передаются по соединительной
линии или присутствуют на выходах
сдвигового регистра.

№ такта

1

2

3

1

Q0

1

0

1

1

Q1

X

1

0

1

Q2

X

X

1

0

Q3

X

X

X

1

studfiles.net

Последовательный регистр.



Поиск Лекций




РЕГИСТРЫ


Общие сведения.

Основная выполняемая регистром функция заключается в хранении одного многоразрядного числа. При этом число должно быть представлено в двоичной системе счисления или в любой другой системе, но с двоичным представлением цифр разрядов (т. е. в любой двоично-кодированной системе счисления.)

Регистр строится в виде набора триггеров, каждый из которых предназначается для хранения цифр определенного разряда двоичного числа. Таким образом, регистр для хранения n-разрядного двоичного числа должен содержать n триггеров.

Регистры могут использоваться для выполнения и некоторых других функций: сдвиг хранимого в регистре числа на определенное число разрядов влево или вправо, преобразование числа из последовательной формы (при которой оно передается последовательно разряд за разрядом) в параллельную (с передачей всех разрядов одновременно) либо, наоборот, преобразование из параллельной формы представления числа в последовательную и др.

В зависимости от формы представления числа (параллельной или последовательной), используемой при его вводе в регистр, различают два типа регистров: параллельные и последовательные. В параллельный регистр предназначенное для хранения число подается одновременно всеми разрядами, т. е. в параллельной форме. В последовательный регистр ввод числа производится путем последовательной во времени подачи цифр отдельных разрядов (обычно начиная с цифры младшего разряда), т. е. в последовательной форме.

рис 7.37 рис 7.38

 

Параллельный регистр.

Пусть на вход регистра поступает парафазный код числа. При этом для каждого разряда числа предусматривается два входа, на один из которых поступает прямой код, на другой — инверсный. Прием такого числа может производиться в регистр, построенный с использованием простейших синхронных RS-триггеров, как показано на рис. 7.36,а.

Если цифра i-го разряда ai = 1, то поступает 1 на вход S соответствующего триггера и при подаче уровня лог. 1 на вход С триггер устанавливается в состояние 1. Если ai = 0 ( i = l), то поступает 1 на вход R и этот триггер устанавливается в состояние 0. Таким образом, триггеры устанавливаются в состояния, определенные поступающими на их входы цифрами разрядов числа.

Когда на вход регистра поступает однофазный код числа (без подачи инверсных значений цифр разрядов), регистр может быть построен с использованием простейших синхронных D-триггеров (рис. 7.37,а). В таком регистре при подаче уровня 1 на вход С триггеры устанавливаются в состояния, определяемые действующими на входах D цифрами разрядов. На рис. 7.36,б и 7.37,б показаны условные обозначения рассмотренных типов регистров.



Сдвиговый регистр.

Покажем пример сдвига числа на один разряд вправо.

Суть сдвига состоит в том, что цифра, имевшаяся до сдвига в i-м разряде регистра, передается в соседний справа (i-1)-й разряд (т. е. значение четвертого разряда передается в третий разряд, значение третьего разряда — во второй разряд и т. д.). В крайний левый разряд заносится значение, подаваемое извне, а цифра крайнего правого разряда числа выдвигается из регистра во внешнюю цепь. Такого рода сдвиги числа вправо (либо влево) выполняются так называемым сдвиговым регистром.

Для построения сдвигового регистра чаще всего исполъзуются D-триггеры, управляемые одним фронтом синхронизирующего сигнала, но могут использоваться и другие типы триггеров, управляемые одним фронтом синхронизирующего сигнала, либо триггеры, построенные по принципу двухступенчатого запоминания информации.

Рассмотрим работу показанного на рис. 7.38,а сдвигового регистра, построенного на D-триггерах. Выход Q триггера каждого из разрядов подключен к входу D триггера соседнего более младшего разряда. Таким образом, при низком уровне синхронизирующего сигнала хранящееся в триггере значение разряда числа передается на вход триггера соседнего справа разряда и производит в нем подготовку управляющих цепей. В момент положительного фронта синхронизирующего сигнала каждый из триггеров устанавливается в состояние, соответствующее действовавшему на входе D сигналу, и число в регистре оказывается сдвинутым вправо на один разряд; в старший разряд заносится значение, подаваемое извне на вход D триггера этого разряда. На рис. 7.38,б показано содержимое регистра в процессе выполнения последовательных сдвигов вправо.




Для осуществления сдвига влево необходимо в сдвиговом регистре изменить связи между триггерами, подключая выход триггера ко входу D триггера соседнего слева (более старшего) разряда.

Сдвиговые регистры имеют разнообразные применения. Рассмотрим некоторые из них.

Последовательный регистр.

Представляет собой сдвиговый регистр, в который многоразрядное двоичное число вводится последовательно цифра за цифрой (обычно начиная с цифры младшего разряда) через один из его крайних разрядов (обычно через старший).

рис 7.40

рис 7.39

Таким образом, представленный на рис. 38,а сдвиговый регистр может выполнять функции последовательного регистра, если на вход D-триггера старшего разряда подавать не постоянный уровень логического 0 (как показано на рисунке), а вводимое в регистр число в последовательной форме.

Временные диаграммы на рис. 39 иллюстрируют работу такого последовательного регистра при вводе числа 1011, подаваемого на вход последовательно разряд за разрядом, начиная с младшего разряда.

В момент tl появление синхронизирующего импульса на входе С вызывает сдвиг информации в регистре на один разряд вправо. Если до этого момента в регистре было число 0000, то в результате сдвига в первом, втором, третьем разрядах сохранится значение 0, в четвертый разряд будет со входа принято значение 1. Таким образом, в регистре возникает число 10002. В момент t2 появления следующего синхронизирующего импульса процессы сдвига и приема очередного разряда вводимого числа приводят регистр в состояние 11002. Далее, в момент t3 в регистре образуется число 01102 и, наконец, в момент t4-число 10112. Поданное на вход число оказывается зафиксированным в регистре.







poisk-ru.ru

Параллельный регистр

Параллельный
регистр служит для запоминания
многоразрядного двоичного (или
недвоичного) слова. Количество триггеров,
входящее в состав параллельного регистра
определяет его разрядность.

Схема
четырехразрядного параллельного
регистра

В условно-графическом
обозначении возле каждого входа D
указывается степень двоичного разряда,
который должен быть запомнен в этом
разряде. Точно таким же образом
обозначаются и выходы регистра. То, что
микросхема является регистром, указывается
в центральном поле условно-графического
обозначения символами RG.

В приведённом на
рисунке условно-графическом обозначении
параллельного регистра инверсные выходы
триггеров не показаны. В промышленно
выпускающихся микросхемах параллельных
регистров инверсные выходы триггеров
часто не выводятся наружу для экономии
количества выводов корпуса.

Условно-графическое
обозначение параллельного регистра

При записи информации
в параллельный регистр все биты (двоичные
разряды) должны быть записаны одновременно.
Поэтому все тактовые входы триггеров,
входящих в состав регистра, объединяются
параллельно. Для уменьшения входного
тока вывода синхронизации C на этом
входе в качестве усилителя часто ставится
инвертор.

Следует помнить,
что назначение разрядов является
условным. Если по каким либо причинам
(например, с точки зрения разводки
печатной платы) удобно изменить нумерацию
разрядов, то это можно свободно сделать.
При перенумерации входов регистров
нужно не забывать, точно таким же образом,
изменить номера выходов.

Для реализации
параллельного регистра можно использовать
как триггеры с статическим, так и с
динамическим входом синхронизации.

При использовании
регистров со статическим входом
тактирования следует соблюдать
осторожность, так как при единичном
потенциале на входе синхронизации C.
сигналы с входов регистра будут свободно
проходить на его выходы.

Промышленностью
выпускаются четырёхразрядные и
восьмиразрядные микросхемы параллельных
регистров. Для построения восьмиразрядных
микросхем обычно используются регистры
со статическим входом синхронизации.

Последовательный регистр

Кроме параллельного
соединения триггеров для построения
регистров используются последовательное
соединение этих элементов.

Последовательный
регистр (регистр сдвига или сдвиговый
регистр) обычно служит для преобразования
последовательного кода в параллельный
и наоборот. Применение последовательного
кода связано с необходимостью передачи
большого количества двоичной информации
по ограниченному количеству соединительных
линий. При параллельной передаче разрядов
требуется большое количество соединительных
проводников. Если двоичные разряды
последовательно бит за битом передавать
по одному проводнику, то можно значительно
сократить размеры соединительных линий
на плате (и размеры корпусов микросхем).

Принципиальная
схема последовательного (сдвигового)
регистра, собранного на основе D триггеров
и позволяющего осуществить преобразование
последовательного кода в параллельный,
приведена на рисунке 1. Обратите
внимание, что если для параллельных
регистров подходили как триггеры
работающие по потенциалу (триггеры-защелки),
так и триггеры, работающие по фронту,
то для реализации последовательного
(сдвигового) регистра подходят только
D триггеры, работающие по фронту!

Рисунок 1.
Схема последовательного (сдвигового)
регистра

Внутри сдвигового
регистра триггеры соединены последовательно,
то есть выход первого соединён с входом
второго и т.д.

Рисунок 2.
Условно-графическое обозначение
последовательного (сдвигового) регистра

Входы синхронизации
в последовательных (сдвиговых) регистрах,
как и в параллельных регистрах,
объединяются. Это обеспечивает
одновременность смены состояния всех
триггеров, входящих в состав
последовательного (сдвигового) регистра.

Преобразование
последовательного кода в параллельный
в последовательном (сдвиговом) регистре
производится следующим образом. Отдельные
биты двоичной информации последовательно
подаются на вход сдвигового регистра
D0. Каждый бит сопровождается отдельным
тактовым импульсом синхронизации,
который поступает на вход синхронизации
последовательного регистра C.

После поступления
первого тактового импульса логический
уровень, присутствующий на входе D0,
запоминается в первом триггере
последовательного (сдвигового) регистра
и поступает на его выход, а так как он
соединён с входом второго триггера, то
и на его вход. Если бы последовательный
(сдвиговый) регистр был собран на
D триггерах, работающих по потенциалу,
то этот бит тут же записался во второй
D триггер! В нашем случае этого не
происходит, так как к этому моменту
фронт на входе синхронизации C уже
закончился.

После поступления
второго тактового импульса логический
уровень, присутствующий на входе второго
триггера последовательного (сдвигового)
регистра, запоминается в нем и поступает
на его выход, а так как он соединён с
входом третьего триггера, то и на его
вход. Одновременно следующий бит входного
последовательного кода запоминается
в первом триггере последовательного
(сдвигового) регистра.

После поступления
четвертого тактового импульса в триггерах
последовательного (сдвигового) регистра
будут записаны логические уровни бит,
которые последовательно присутствовали
на его входе D0. Теперь этими битами можно
воспользоваться, например, для отображения
на индикаторах.

Пусть на вход
последовательного (сдвигового) регистра
поступает сигнал, временная диаграмма
которого изображена на рисунке 3,
тогда состояние выходов этого регистра
будет последовательно принимать
значения, записанные в таблице 1.


Рисунок 3.
Временная диаграмма работы сдвигового
регистра

На рисунке 3
вместе с логическими уровнями записываются
значения бит, которые передаются по
соединительной линии или присутствуют
на выходах сдвигового регистра.

такта

1

2

3

1

Q0

1

0

1

1

Q1

X

1

0

1

Q2

X

X

1

0

Q3

X

X

X

1

studfiles.net

Регистры (сдвиговые, параллельные, последовательные)

РЕГИСТРЫ

Общие
сведения.

Основная выполняемая
регистром функция заключается в хранении
одного многоразрядного числа. При этом
число должно быть представлено в двоичной
системе счисления или в любой другой
системе, но с двоичным представлением
цифр разрядов (т. е. в любой двоично-кодированной
системе счисления.)

Регистр строится в
виде набора триггеров, каждый из которых
предназначается для хранения цифр
определенного разряда двоичного числа.
Таким образом, регистр для хранения
n-разрядного двоичного числа должен
содержать n триггеров.

Регистры могут
использоваться для выполнения и некоторых
других функций: сдвиг хранимого в
регистре числа на определенное число
разрядов влево или вправо, преобразование
числа из последовательной формы (при
которой оно передается последовательно
разряд за разрядом) в параллельную (с
передачей всех разрядов одновременно)
либо, наоборот, преобразование из
параллельной формы представления числа
в последовательную и др.

В зависимости от
формы представления числа (параллельной
или последовательной), используемой
при его вводе в регистр, различают два
типа регистров: параллельные и
последовательные. В параллельный регистр
предназначенное для хранения число
подается одновременно всеми разрядами,
т. е. в параллельной форме. В последовательный
регистр ввод числа производится путем
последовательной во времени подачи
цифр отдельных разрядов (обычно начиная
с цифры младшего разряда), т. е. в
последовательной форме.

     рис
7.37

рис 7.38

 

Параллельный
регистр.

Пусть на вход регистра
поступает парафазный код числа. При
этом для каждого разряда числа
предусматривается два входа, на один
из которых поступает прямой код, на
другой — инверсный. Прием такого числа
может производиться в регистр, построенный
с использованием простейших синхронных
RS-триггеров, как показано на рис. 7.36,а.

Если
цифра i-го разряда ai
= 1, то поступает 1 на вход S соответствующего
триггера и при подаче уровня лог. 1 на
вход С триггер устанавливается в
состояние 1. Если ai
= 0 (i
= l), то поступает 1 на вход R и этот триггер
устанавливается в состояние 0. Таким
образом, триггеры устанавливаются в
состояния, определенные поступающими
на их входы цифрами разрядов числа.

Когда на вход регистра
поступает однофазный код числа (без
подачи инверсных значений цифр разрядов),
регистр может быть построен с использованием
простейших синхронных D-триггеров (рис.
7.37,а). В таком регистре при подаче уровня
1 на вход С триггеры устанавливаются в
состояния, определяемые действующими
на входах D цифрами разрядов. На рис.
7.36,б и 7.37,б показаны условные обозначения
рассмотренных типов регистров.

Сдвиговый
регистр.

Покажем
пример сдвига числа на один разряд
вправо.

Суть сдвига состоит
в том, что цифра, имевшаяся до сдвига в
i-м разряде регистра, передается в
соседний справа (i-1)-й разряд (т. е. значение
четвертого разряда передается в третий
разряд, значение третьего разряда — во
второй разряд и т. д.). В крайний левый
разряд заносится значение, подаваемое
извне, а цифра крайнего правого разряда
числа выдвигается из регистра во внешнюю
цепь. Такого рода сдвиги числа вправо
(либо влево) выполняются так называемым
сдвиговым регистром.

Для построения
сдвигового регистра чаще всего
исполъзуются D-триггеры, управляемые
одним фронтом синхронизирующего сигнала,
но могут использоваться и другие типы
триггеров, управляемые одним фронтом
синхронизирующего сигнала, либо триггеры,
построенные по принципу двухступенчатого
запоминания информации.

Рассмотрим работу
показанного на рис. 7.38,а сдвигового
регистра, построенного на D-триггерах.
Выход Q триггера каждого из разрядов
подключен к входу D триггера соседнего
более младшего разряда. Таким образом,
при низком уровне синхронизирующего
сигнала хранящееся в триггере значение
разряда числа передается на вход триггера
соседнего справа разряда и производит
в нем подготовку управляющих цепей. В
момент положительного фронта
синхронизирующего сигнала каждый из
триггеров устанавливается в состояние,
соответствующее действовавшему на
входе D сигналу, и число в регистре
оказывается сдвинутым вправо на один
разряд; в старший разряд заносится
значение, подаваемое извне на вход D
триггера этого разряда. На рис. 7.38,б
показано содержимое регистра в процессе
выполнения последовательных сдвигов
вправо.

Для осуществления
сдвига влево необходимо в сдвиговом
регистре изменить связи между триггерами,
подключая выход триггера ко входу D
триггера соседнего слева (более старшего)
разряда.

Сдвиговые регистры
имеют разнообразные применения.
Рассмотрим некоторые из них.

Последовательный
регистр.

Представляет собой
сдвиговый регистр, в который многоразрядное
двоичное число вводится последовательно
цифра за цифрой (обычно начиная с цифры
младшего разряда) через один из его
крайних разрядов (обычно через старший).

рис 7.40

рис 7.39

Таким образом,
представленный на рис. 38,а сдвиговый
регистр может выполнять функции
последовательного регистра, если на
вход D-триггера старшего разряда подавать
не постоянный уровень логического 0
(как показано на рисунке), а вводимое в
регистр число в последовательной форме.

Временные диаграммы
на рис. 39 иллюстрируют работу такого
последовательного регистра при вводе
числа 1011, подаваемого на вход последовательно
разряд за разрядом, начиная с младшего
разряда.

В
момент tl
появление синхронизирующего импульса
на входе С вызывает сдвиг информации в
регистре на один разряд вправо. Если до
этого момента в регистре было число
0000, то в результате сдвига в первом,
втором, третьем разрядах сохранится
значение 0, в четвертый разряд будет со
входа принято значение 1. Таким образом,
в регистре возникает число 10002.
В момент t2
появления следующего синхронизирующего
импульса процессы сдвига и приема
очередного разряда вводимого числа
приводят регистр в состояние 11002.
Далее, в момент t3
в регистре образуется число 01102
и, наконец, в момент t4-число
10112.
Поданное на вход число оказывается
зафиксированным в регистре.

Преобразование
формы представления чисел из
последовательной в параллельную.

Данное преобразование
может быть выполнено сдвиговым регистром,
в котором предусматривается выдача
числа в параллельной форме (одновременно
с выходов триггеров всех разрядов).

В процессе
преобразования формы представления
числа n-разрядное двоичное число в
последовательной форме подается на
вход последовательного регистра. Через
n тактов (после подачи и синхронизирующих
импульсов) число окажется принятым в
регистр и может затем быть снято в
параллельной форме с выходов триггеров
всех разрядов.

Преобразование
формы представления чисел из параллельной
в последовательную.

Это преобразование
может быть выполнено сдвиговым регистром,
в котором предусмотрены входы для приема
числа в параллельной форме.

После принятия в
регистр n-разрядного числа на выходе
триггера первого разряда образуется
младший разряд числа. При сдвиге числа
в регистре на один разряд вправо в
триггер первого разряда передается
цифра второго разряда введенного в
регистр числа и, таким образом, с выхода
этого триггера снимается цифра следующего
разряда. При повторении сдвигов вправо
(n — l) раз на выходе триггера первого
разряда регистра появляются цифры всех
n разрядов и, таким образом, число может
быть снято в последовательной форме.

Для выдвижения из
регистра числа в последовательной
форме, начиная с его старшего разряда,
необходимо производить серию сдвигов
влево, снимая цифры разрядов числа с
выхода триггера старшего разряда
регистра.

3

studfiles.net

Исследование регистров | Лаборатория Электронных Средств Обучения (ЛЭСО) СибГУТИ

Лабораторная работа выполняется с помощью учебного лабораторного стенда LESO2.

1 Цель работы

Целью работы является изучение принципа работы схем триггерных регистров и приобретение практических навыков в выполнении микроопераций на регистрах в статическом режиме.

2 Краткие теоретические сведения

Регистры предназначены для хранения и преобразования многоразрядных двоичных чисел. Для запоминания отдельных разрядов числа могут применяться триггеры различных типов. Одиночный триггер можно считать одноразрядным регистром.

Занесение информации в регистр называется операцией записи. Операция выдачи информации из регистра – считывание.

Перед записью информации в регистр, его необходимо обнулить.

Классификация регистров:

  1. по способу ввода/вывода информации:
  • параллельные (регистры хранения) – информация вводится и выводится одновременно по всем разрядам;
  • последовательные (регистры сдвига) – информация бит за битом «проталкивается» через регистр и выводится также последовательно;
  • комбинированные – параллельный ввод и последовательный вывод (и наоборот).
  1. по способу представления информации:
  • однофазные – информация представляется в прямом или обратном (инверсном) виде;
  • парафазные – информация представляется и в прямом, и в обратном виде.

2.1 Параллельный регистр

Параллельные регистры осуществляют прием и выдачу информации в параллельном коде, а это значит, что для передачи каждого разряда используется отдельная линия.

Для записи информации в регистр на его входных выводах (D0-D3) нужно установить логические уровни, после чего на вход синхронизации (C) подать разрешающий импульс — логическую единицу. После этого на выходах Q0-Q3 появится записанное слово. Регистры запоминают входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации.

Рисунок 2.1 – Условно-графическое обозначение параллельного регистра

 

Рисунок 2.2 – Схема параллельного регистра

2.1 Последовательные регистры

Кроме параллельного соединения триггеров для построения регистров используется последовательное соединение этих элементов.

Последовательный регистр (регистр сдвига) обычно служит для преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот. Применение последовательного кода связано с необходимостью передачи большого количества двоичной информации по ограниченному количеству соединительных линий. При параллельной передаче разрядов требуется большое количество соединительных проводников. Если двоичные разряды последовательно бит за битом передавать по одному проводнику, то можно значительно сократить размеры соединительных линий на плате (и размеры корпусов микросхем).

Принципиальная схема последовательного регистра, собранного на основе D-триггеров и позволяющего осуществить преобразование последовательного кода в параллельный, приведена на рисунке 2.3.

Рассмотрим работу этого регистра. Можно предположить, что в начале все триггеры регистра находятся в состоянии логического нуля, т.е. Q0=0, Q1=0, Q2=0, Q3=0. Если на входе D-триггера Т1 имеет место логический 0, то поступление синхроимпульсов на входы «С» триггеров не меняет их состояния.

Рисунок 2.3 – Схема последовательного регистра

Как следует из рисунка 2.3, синхроимпульсы поступают на соответствующие входы всех триггеров регистра одновременно и записывают в них то, что имеет место на их информационных входах. На информационных входах триггеров Т2, Т3, Т4 – уровни логического «0», т.к. информационные входы последующих триггеров соединены с выходами предыдущих триггеров, находящихся в состоянии логического «0», а на вход «D» первого триггера, по условию примера, подается «0» из внешнего источника информации. При подаче на вход «D» первого триггера «1», с приходом первого синхроимпульса, в этот триггер запишется «1», а в остальные триггеры – «0», т.к. к моменту поступления фронта синхроимпульса на выходе триггера Т1 ещё присутствовал логический «0». Таким образом, в триггер Т1 записывается та информация (тот бит), которая была на его входе «D в момент поступления фронта синхроимпульса и т.д.

При поступлении второго синхроимпульса логическая «1» с выхода первого триггера, запишется во второй триггер, и в результате происходит сдвиг первоначально записанной «1» с триггера Т1 в триггер Т2, из триггера Т2 в триггер Т3 и т.д. Таким образом, производится последовательный сдвиг поступающей на вход регистра информации (в последовательном коде) на один разряд вправо в каждом такте синхроимпульсов.

После поступления четырёх синхроимпульсов регистр оказывается полностью заполненным разрядами числа, вводимого через последовательный ввод «D». В течение следующих четырёх синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным (регистр окажется полностью очищенным только при условии подачи на его вход уровня «0» в режиме вывода записанного числа).

Рисунок 2.4 – Временные диаграммы, поясняющие работу регистра сдвига

3 Задание к работе

3.1 Исследовать параллельный регистр

Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с рисунком 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема 4-х битного параллельного регистра

Записать целые десятичные числа от 0 до 15 в двоичной системе счисления в регистр и считать их. Заполнить таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Коды, записанные в параллельный регистр

Записываемое десятичное числоСчитанное из регистра двоичное число
0 
1 
 
15 

3.2 Исследовать последовательно-параллельный регистр

Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с рисунком 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема последовательно-параллельного регистра

Элемент 74164 – это последовательно-параллельный регистр.

ВНИМАНИЕ! Для того, что бы выполнить блок Antitinkling, прочтите инструкцию Борьба с дребезгом контактов.

Записать нечётное число в интервале от 32 до 56 в последовательном коде, поразрядно продвигая его влево путём нажатия кнопки Button. Записать результат в отчёт.

3.3 Исследовать параллельно-последовательный регистр

Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с рисунком 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема параллельно-последовательного регистра

Элемент 74166 представляет собой параллельно-последовательный регистр.

Чтобы записать на входе число необходимо установить на входе STLD логический 0 и подать синхроимпульс, чтобы начать считывать записанное число необходимо на вход STLD подать логическую 1 и подавать синхроимпульсы.

Записать число в интервале от 32 до 56 в параллельном коде и поразрядно считывать его на выходе. Записать результат в отчёт.

4 Содержание отчёта

  1. Цель работы.
  2. Схема исследования параллельного 4-х битного регистра с таблицей 3.1 .
  3. Схема последовательно-параллельного регистра с результатами исследований.
  4. Выводы по каждому заданию.

5 Контрольные вопросы

  1. Назначение регистров.
  2. По каким признакам классифицируются регистры?
  3. Чем определяется разрядность регистров?
  4. Назначение параллельного регистра.
  5. Объяснить принцип работы последовательного регистра.
  6. Объяснить принцип работы параллельного регистра.
  7. Объяснить принцип работы последовательно-параллельного регистра.
  8. Объяснить принцип работы параллельно-последовательного регистра.

www.labfor.ru

Лекция Регистры

Регистры
в цифровой и микропроцессорной технике
— это устройства хранения информации.
Любая информация в микропроцессорной
технике кодируется и хранится в виде
двоичного числа. Двоичное число состоит
из некоторого количества двоичных
разрядов. Регистр должен обеспечить
возможность записи и хранения на
протяжении всего времени работы
микропроцессорной системы, всех
разрядов двоичного числа. А так же
возможность считывания значений всех
разрядов в любое время. Регистры бывают
параллельные и последовательные. На
ряду с параллельными,
в цифровой технике используются
последовательные регистры. В параллельном
регистре, при записи информации, все
разряды двоичного числа записываются
одновременно, то есть параллельно.
Последовательный же регистр, устроен
иначе. Ниже приведена схема внутреннего
устройства и условное обозначение
простейшего последовательного четырех
разрядного регистра:

Этот
регистр так же построен на
основе D-триггеров.
Однако триггеры в этой схеме соединены
по-другому. Выход одного триггера
подключен к входу последующего. Схема
имеет один информационный вход. На
этот вход последовательно, разряд за
разрядом, подается двоичное число.
Для каждого очередного двоичного
разряда, на вход синхронизации (С)
подается тактовый импульс. По заднему
фронту этого импульса очередной разряд
числа записывается в младший разряд
сдвигового регистра (выход Q0).
Одновременно старое содержимое всего
регистра сдвигается на один разряд в
сторону старших разрядов. Так старое
содержимое Q0 записывается в следующий
по очереди D-триггер (выход Q1). Содержимое
Q1 переписывается в Q2. А разряд Q2
переписывается в Q3. Содержимое
последнего триггера в цепочке никуда
не переписывается и просто теряется.
В результате входное четырехразрядное
число, после четырех тактов записи
последовательно записывается в
регистр.
Вход R так же, как и в предыдкщем
случае, предназначен для начального
сброса всех триггеров регистра в
нулевое состояние.

Схема
регистра

 

Обозначение

Если
регистр имеет большее число разрядов,
то для записи числа во все разряды
регистра потребуется больше тактов.
Для примера рассмотрим процесс записи
в восьмиразрядный последовательный
регистр, двоичного числа 01011011B.

Разряд

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Начальное
состояние

0

0

0

0

0

0

0

0

Первый такт

1

0

0

0

0

0

0

0

Второй такт

1

1

0

0

0

0

0

0

Третий такт

0

1

1

0

0

0

0

0

Четвертый
такт

1

0

1

1

0

0

0

0

Пятый такт

1

1

0

1

1

0

0

0

Шестой такт

0

1

1

0

1

1

0

0

Седьмой такт

1

0

1

1

0

1

1

0

Восьмой такт

0

1

0

1

1

0

1

1

Основное
применение последовательного регистра
— преобразование последовательного
кода в параллельный. Например, клавиатура
вашего компьютера соединена с
компьютером по последовательному
каналу. Специализированный процессор,
который стоит в клавиатуре, передает
коды нажатых клавиш всего по одному
проводу, последовательно, бит за битом.
Этот провод называется — линия данных.
При этом по второму проводу, который
называется линией синхронизации, он
передает тактовые импульсы. На каждый
бит данных по одному синхроимпульсу.
На
материнской плате компьютера находится
схема, принимающая этот код. Ее основу
составляет последовательный регистр.
Линия данных подключается к входу DI
регистра, а линия синхронизации к
входу C.

Как
происходит процесс передачи данных.
Сначала контроллер клавиатуры
выставляет на линии данных первый бит
передаваемого числа. В следующий
момент он выдает по линии синхронизации
синхроимпульс, для записи этого бита.
Затем выставляет второй бит, и опять
синхроимпульс. И так, пока не будет
передан последний бит числа. Затем
компьютер читает это число через
параллельные выходы регистра. Таким
же образом происходит передача
управляющих сигналов от компьютера
в клавиатуру.

studfiles.net

Регистры сдвига (последовательные регистры)

Последовательный регистр состоит из включенных последовательно D триггеров, состояние которых передается с предыдущего к следующему только под воздействием тактового импульса Т. Эти импульсы и руководят работой регистра. Для записи четырехразрядного числа необходимо на триггер подать очередь из четырех тактовых импульсов. Одновременно с подачей тактовых импульсов подают и значения числа для записи, к примеру 1011.

Схема этого устройства и его таблица истинности приведена ниже:

Во время действия первого тактового импульса на входе будет единица, она же и появится на выходе. Во время второй тактовой подачи на входе будет ноль, он же и передастся на выход. Третья и четвертая подача тактового импульса опять создадут на выходе единицу. Таким образом на выходе первого элемента появится такая же последовательность импульсов как и на входе, но с некоторым сдвигом, благодаря подаче тактового напряжения. После подачи последнего (четвертого) импульса на выходе Д1 останется сигнал соответствующий последней цифре записываемого числа. На входе Д2 будет действовать последовательность сигналов с выхода Д1. И тут под действием тактовых импульсов на выходе появится последовательность 1011, сдвинутая вправо на интервал времени, что соответствует промежутку времени между подачей тактовых сигналов. Первый тактовый импульс к элементу Д2 приходит тогда, когда на его входе еще ничего нет, а действие последних трех вызовет появление на выходе последовательность 101, которая также будет сдвинута еще на один такт.

Таким же образом на выходе элемента Д3 появится под действием третьего и четвертого тактовых импульсов последовательность 10 (первые два подаются при отсутствии сигналов на входе Д3). Наконец на выходе Д4 под действием четвертой по счету подачи напряжения появится и останется далее единица. После того, как пройдет очередь из четырех подач напряжения, все элементы будут находится в таких состояниях, что создают при слежении с четвертого по первый элемент записанное число 1011 (см. таблицу истинности). Это число можно считывать с помощью такой же схемы, как и параллельном регистре.

elenergi.ru