Регистры на микросхемах

Начнем с рассмотрения четырехразрядного регистра на микросхеме ТТЛ 74173. В программе EWB войдем в меню выбо­ра цифровых микросхем (Digital ICs) и далее в библиотеку моде­лей с номерами 741 хх. Найдя нужную микросхему (см. рис. 147,а), выводим ее в центр рабочего экрана и щелкаем по ее УГО ПКМ, а затем - ЛКМ по позиции Help в появившемся подме­ню. На экране появится таблица истинности данной микросхемы (см. рис. 147,6). Как следует из ее ТИ и цоколевки (см. рис. 147,а), эта микросхема представляет собой четырехразрядный

статический регистр, построенный на D-триггерах с прямыми динамиче­скими входами 1D...4D, входом сброса Clear и выходами 1Q...4Q с третьим (Z) состоянием, управляемым сигналом G1' и G2*. При обычной работе на управляющих выводах надо задать низкий уровень напряжения; аналогично низкий уровень напряжения подается на входы разрешения записи М и N. Вход сброса имеет высокий активный уровень. Стоящий в таблице символ POS - усеченное от POSITIVE - положительный, озна­чает, что смена состояний D-триггеров происходит, когда напряжение так­тового импульса нарастает от лог. О до лог. 1. Таким образом, данные по­ступают в регистр на фронте каждого тактового импульса CLC. Для исследования регистра соберем схему, в которой в качестве источника данных будем использовать генератор слов (Word Generator).

Этот прибор выбирается в панели Instruments по его пиктограмме L2SS2J. После двойного щелчка Л КМ по схемному изображению генера­тора (рис. 148,а) откроется его лицевая панель с установочными и управляющими кнопками (см. рис. 148,6). На выходах генератора (рис. 148,а) можно получить коды шестнадцатиразрядных двоич­ных слов, выбираемых на пользовательской панели. Для набора слова надо щелкнуть ЛКМ в соответствующем разряде экранного буфера (заполненного нулями) и набрать с клавиатуры соответ­ствующую цифру 0 или 1, стоящую в данном разряде. Дальше, как при печати таблиц, лучше пользоваться клавиатурой Все комбинации задаются в шестнадцатеричном коде. Номер редак­тируемой ячейки показывается в окошке Edit блока Address, при этом верхняя ячейка считается нулевой. Следующее окошко Cur­rent показывает номер текущей ячейки, кодовая комбинация с которой в данный момент поступает на выход генератора В окошках Initial и Final указываются соответственно номер на­чальной и конечной ячеек, в которые заносится информация. За­несение данных в выделенную ячейку можно выполнить в коде ASCII или бинарном коде (окошко Binary). При печати слов в этих кодах программа автоматически преобразует их в гексагональный код и заносит в редактируемую ячейку. Этим можно воспользо­ваться для занесения цифр шестнадцатеричного кода от А до F. При наборе слов в ячейках в шестнадцатеричном коде, можно увидеть их бинарное представление. 16 нижних окошек на лице­вой панели служат для индикации состояний разрядов на выходе генератора в процессе его работы. В схемном компоненте гене­ратора (рис. 148,а) этим показаниям соответствуют уровни на­пряжения на 16 клеммах. С этих клемм поразрядные сигналы по подключенным к ним проводам подаются на соответствующие цифровые узлы. В правой части этого схемного компонента мы будем использовать также нижнюю из двух клемм для получения тактовых импульсов. Частота следования тактов задается на ли­цевой панели в окошке Frequency (с учетом единиц измерения Hz, kHz, MHz). Генератор может работать с этой частотой при нажатии на кнопку Cycle или с заранее выбранного слова до кон­ца при нажатии на кнопку Burst. Очень удобным является также пошаговый режим (Step), заменяющий цифровые ключи. Кнопка Brxhpointj (дословно - точка разрыва) позволяет останавливатьработу генератора на заранее выбранной ячейке. Наконец, кноп­ка р*и«"п- I (картина) при нажатии на нее ЛКМ вводит ряд дополнительных возможностей, показанных на открывающейся панели Presaved pattern (предварительно сохраненная картина). Здесь мы пока воспользуемся возможностью Up counter (прямого счета), автоматически заносящей в экранный буфер кодовые комбинации, начиная с 0000 до FFFF (65535ю).

Совет При проведении моделирования с цифровыми устрой­ствами полезно иметь перед глазами таблицу соотно­шений между десятичными, двоичными и шестнадца-теричными числами в пределах 0-15ю, например, для этого можно воспользоваться левой половиной табли­цы 3. В случае использования больших чисел целесо­образно выполнять переводы из одних кодов в другие на компьютере, обратившись к калькулятору, входяще­му в пакет стандартных программ Microsoft Office.

Рис. 149. 4-разрядный статический регистр на микросхеме 74173 (EWB)

Собрав схему по рис. 149, проведем испытания регистра. От­крыв лицевую панель генератора слов, сделаем на ней необхо­димые установки и выберем пошаговый режим (см. рис. 148,6). Включаем моделирование и, нажимая многократно ЛКМ клавишу Step, шаг за шагом загружаем в регистр выбранные слова, что соответствует двум нижним строкам ТИ (рис. 147,6). Очистку ре­гистра можно произвести ключом [R], кратковременно подав на вход CLC лог. 1 (см. верхнюю строку ТИ на рис. 147,6). Если

в схему добавить управление по входам разрешения записи М, N и выхода GT, G2', введя дополнительные ключи или специаль­ные кодовые сигналы от генератора, то можно исследовать и дру­гие режимы работы регистра

Исследуем работу этой же интегральной схемы в программе МС. Выберем из цифровой библиотеки компонентов микросхему 74173 и будем использовать следующие генераторы цифровых сигналов: типа Stiml - генератор одноразрядного цифрового сиг­нала как тактовый и Stim4 - генератор четырехразрядного цифрового сигнала в качестве генератора данных, задав их в следующем формате:

.DEFINE G1

+ +0NS 0

+ label=begin

+ +250NS 1

+ +250NS 0

+ +250NS goto begin -1 times

.DEFINE G2

+0NS0

+label=start +500NS incr by 1 +1000NS goto start until GE F

Для индикации выходов регистра по-прежнему будем ис­пользовать дешифратор двоичного кода 7448 в сборке с семи-сегментным индикатором (см. рис. 101). Собранная схема пока­зана на рис. 150,а и, соответственно, на рис. 150,6 - графики со­стояний ее цифровых узлов. Здесь надо отметить, что как со­стояния цифровых узлов, так и показание индикаторного дисплея соответствуют состоянию регистра в конечный момент времени моделирования. На рис. 150 - это 5.0и = 5 микросекунд. (Напом­ним, что в программе МС дольная приставка «микро» обознача­ется латинской буквой «и», а основная единица измерения (s -секунда) опускается; десятичным разделителем служит не запя­тая, а точка.) Графики двоичных сигналов на рис. 150,6 сверху вниз таковы: d(18) - тактовые импульсы; d(16)...d(13) - входы ре­гистра; d(9)...d(12) - выходы регистра Если сделать отсчет по графику для входных и выходных сигналов в момент 5.0и (по его ординате), то с учетом расположения разрядов в обоих случаях получим 1001(9 - на индикаторе после декодирования) Если же в меню анализа Transient выбрать другое время окончания моде-лирования, то, как это следует из приведенных графиков, отсчет будет иным, например для З.Ои получим 01012=5ю.

Примером четырехразрядного статического сдвигового реги­стра на микросхеме КМОП может служить микросхема 4015. В программе EWB имеется подборка микросхем сдвиговых реги-

SR6

стров, находящаяся в библиотеке Digital no пиктограмме-------

(SRG - сокращение от Shift REGister - сдвиговый регистр) От­крывающаяся библиотека регистров показана на рис. 151 Выбе­рем необходимую микросхему. Она имеет в одном корпусе два четырехразрядных регистра, отмаркированных соответственно буквами А и В. Все триггеры в данной микросхеме двухступенча­тые D-типа. Соберем схему на регистре В (см. рис. 152,а). Для удобства интерпретации результатов выход регистра будем кон­тролировать и в цифровой форме и поразрядно логическими пробниками. В качестве данных будем использовать выход само­го младшего разряда генератора слов, подав сигнал с соответст­вующей клеммы на последовательный вход DB (Data В) Такто­вые импульсы с генератора подадим на вход синхронизации СРВ (Clock Pulse В). Регистр имеет вход асинхронного сброса MRB (Mode control Reset ВО), действующего при лог. 1. Мы соединили его с выходом второго разряда генератора, поэтому, задавая в определенной ячейке двоичный выход в этом разряде лог 1, будем автоматически получать сброс регистра. Наберем сле­дующие кодовые последовательности: 0000, 0001, 0000, 0001, 0000, 0003. Нажмем клавишу Step. Включим моделирование на дисплее загорится 0, индикаторы не горят. Нажмем Step дисплей - 1, индикаторы - 0001. Еще раз Step: дисплей - 2, индикаторы -0t)10 Далее, Step: дисплей - 5, индикаторы - 0101. Продолжаем, Step дисплей - А, индикаторы - 1010. Последний раз -Step дисплей - 0, все разряды обнулены и индикаторы - 0000б)

Рис. 152. Четырехразрядный сдвиговый регистр на микросхеме 4015 (EWB)

Среди различных регистров в интегральном исполнении вы­деляется однокорпусная микросхема 74194, представляющая собой четырехразрядный двунаправленный универсальный ре­гистр сдвига. Этот регистр позволяет сдвигать информацию 228

и влево, и вправо, загружать данные как последовательно, так и параллельно. Регистр можно каскадировать и использовать для кольцевого перемещения информации. В программе EWB, войдя в библиотеку регистров, выбираем микросхему 74194 и, обратившись к предметной помощи, откры­ваем ТИ этого регистра (см. рис. 153,а). Анализ этой таблицы по­казывает, что если на вход (CLEAR)'поступает напряжение низко­го уровня, то на выходах QA...QD также устанавливается низкий уровень независимо от состояний всех других входов (они поме­чены меткой безразличного состояния х). При подаче на вход (CLEAR)" напряжения низкого уровня, режим работы регистра определяется состояниями входов S1 и SO. Данные, поступаю­щие последовательно на вход SL (Serial Left - последовательно влево), когда на вход SO подается напряжение низкого уровня, а на вход S1 - напряжение высокого уровня (S1=1,S0=0), сдвига­ются влево (в соответствии с принятым выше определением по­нятий «лево» и «право») на каждом фронте тактового импульса CLC (на переходе - POS). Сдвиг данных вправо происходит, ко­гда на вход SO подается напряжение высокого уровня, а на вход S1 - напряжение низкого уровня (S1=0, S0=1), при этом данные поступают последовательно на вход SR (Serial Right - последова­тельно вправо). Синхронная параллельная загрузка данных через входы A D производится при S1=S0=1. В это время последова­тельные вводы и сдвиги запрещены (соответствующие порты за­перты). Заканчивая рассмотрение таблицы, укажем, что дополни­тельные индексы 0 и п, которыми помечены выходы Q, означают их состояния соответственно до и после прохождения тактовых импульсов.

В сжатом виде таблица операций такова:

S1 SO ■ Операция