Регистры. Общие сведения.
РЕГИСТРЫ. ЦИФРОВЫЕ СЧЕТЧИКИ Цель работы – ознакомиться с устройством, работой и областью применения регистров и двоичных счетчиков.
Регистры. Общие сведения. Регистры и двоичные счетчики строятся на основе триггеров. Регистр - это функциональное устройство, предназначенное для записи и хранения информации, представленной в двоичном коде. Большинство выпускаемых регистров кроме хранения информации могут преобразовывать информацию, например, из последовательной во времени формы представления в параллельную, сдвигать записанную информацию на один или несколько разрядов, инвертировать код. Занесение информации в регистр называется вводом или записью, а извлечение из него информации - выводом или считыванием. Регистры классифицируются по ряду признаков. По основному назначению: 1) регистры хранения; 2) регистры сдвига; 3) специализированные регистры. По способу записи и считывания информации: 1) регистры с параллельной записью и считыванием; 2) регистры с последовательной записью и считыванием; 3) регистры с параллельной и последовательной записью и считыванием (универсальные регистры). Регистры хранения предназначены только для хранения информации. Способ записи и считывания у них – параллельный. Конструктивно эти регистры состоят из триггеров, количество которых определяется разрядностью записываемого кода. Все входы установки триггеров в нулевое состояние объединены в один установочный вход, а все тактовые входы - в один общий тактовый вход. Запись информации осуществляется одновременно всеми триггерами регистра с приходом тактового импульса на тактовый вход. Регистры сдвига являются регистрами с последовательной записью и считыванием информации. Кроме хранения информации они могут сдвигать ее на один или несколько разрядов. Регистры сдвига применяются в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ) с последовательным доступом, используются в схемах умножения (сдвиг кода числа к старшему разряду соответствует умножению числа на два) и деления (сдвиг кода числа к младшему разряду соответствует делению числа на два) и т. д. Регистр сдвига состоит из цепочки триггеров, объединенных логическими элементами. Количество триггеров в цепочке определяется разрядностью записываемой информации. Записываемый код поступает на вход первого триггера и под действием тактовых импульсов путем последовательного поразрядного сдвига записывается по всей цепочке триггеров. Считывание информации осуществляется, как и запись, поразрядным сдвигом записанного кода к выходу регистра с каждым тактовым импульсом. Регистры сдвига бывают одно- и двунаправленные (реверсивные). Однонаправленные регистры производят запись и считывание информации путем ее сдвига от младшего разряда к старшему или от старшего разряда к младшему. Реверсивные регистры позволяют выбирать направление сдвига. Универсальные регистры служат для последовательной и параллельной записи информации в триггеры регистра, последовательного и параллельного считывания информации, сдвига информации. Обычно они являются реверсивными регистрами. Универсальные регистры применяются также для преобразования информации из последовательной формы представления в параллельную или, наоборот, из параллельной формы представления в последовательную.
Задание 1. Изучить логику работы универсального регистра. Исследовать работу универсального регистра в качестве кольцевого регистра. Научиться составлять схемы обмена информацией между двумя регистрами. На рис. 7.1 представлена схема четырехразрядного регистра микросхемы К555ИР11А с индикацией выходов.
Рис. 7.1. Монтажная схема универсального четырехразрядного регистра микросхемы К555ИР11А с индикацией выходов
Регистр этой микросхемы является универсальным регистром и может работать в следующих режимах: 1) параллельная запись и считывание информации, 2) последовательная запись и считывание информации, 3) преобразование информации из параллельной формы представления в последовательную, 4) преобразование информации из последовательной формы представления в параллельную, 5) сдвиг информации в сторону возрастания номеров выходов, 6) сдвиг информации в сторону уменьшения номеров выходов. Работа регистра в том или ином режиме определяется управляющими сигналами на входах SR и SL (табл. 7.1).
Таблица 7.1. Выбор режима работы регистра.
При параллельной записи информация в виде двоичного кода подается на входы D1 - D4 и после записи храниться соответственно на выходах 1-4. Запись, т. е. поступление информации на выход регистра, производится по фронту тактового импульса, подаваемого на вход С. Запись информации в последовательной форме представления производится с входов DR или DL. При записи со входа DR код информации под действием тактовых импульсов, поступающих на вход С, поступает на выход 1, а затем последовательно сдвигается в сторону возрастания номера выходов. При записи с входа DL код информации поступает на выход 4, а затем последовательно сдвигается в сторону уменьшения номера выходов. Поскольку сдвиг записываемого кода производится тактовыми импульсами, изменение кода во времени на входах DR или DL так же должно происходить синхронно с тактовыми импульсами. Последовательное считывание записанного кода так же производится посредством сдвига его тактовыми импульсами. При сдвиге в сторону возрастания номеров выходов код считывается с наибольшего номера выхода (выход 4), а при сдвиге в сторону уменьшения номеров выходов – с выхода 1. Если выход 4 регистра соединить с входом DR, получим схему кольцевого сдвигающего регистра, в котором записанный код под действием тактовых импульсов будет двигаться по кольцу с выхода 4 через вход DR на выход 1 регистра и далее в сторону возрастания номеров выходов. При соединении выхода 1 регистра с входом DL, записанный код под действием тактовых импульсов будет двигаться по кольцу с выхода 1 через вход DL на выход 4 регистра и далее в сторону уменьшения номеров выходов. Установка всех триггеров регистра в нулевое состояние происходит при подаче лог. 0 на вход R. При лог. 1 на входе R режим работы регистра определяется управляющими сигналами на входах SR и SL Для изучения работы универсального регистра как кольцевого регистра, соберите на лабораторном стенде схему, представленную на
Таблица 7.2
Для вариантов 1-3 сдвиг записанного кода в кольцевом регистре необходимо производить в сторону возрастания номеров выходов. Для вариантов 4-6- в сторону уменьшения номеров выходов. Лабораторная работа выполняется в следующей последовательности: 1) согласно варианту, выданным вам преподавателем, подайте код на входы регистра для параллельной записи информации, 2) подавая лог. 0 на вход R установите регистр в нулевое состояние, 3) полученный результат контролируйте при помощи индикаторов, 4) из табл. 7.1 выберете необходимые управляющие сигналы для входов SR и SL, 5) произведите параллельную запись информации, 6) записанный код контролируйте при помощи индикаторов, 7) соедините выход 4 регистра с входом DR, если код должен сдвигаться в сторону больших номеров выходов регистра или выход 1 с входом DL, если код должен сдвигаться в сторону меньших номеров выходов регистра, 8) из табл. 1 выберете необходимые управляющие сигналы для входов SR и SL, 9) подавая тактовые сигналы на вход С, произведите сдвиг информации. Полученные результаты занесите в табл. 7.3.
Таблица 7.3
|
