Параллельно-последовательный регистр

Параллельно-последовательные регистры используются, в частности, для преобразования параллельной формы кода в последовательную и наоборот. Для решения первой задачи регистр, выполненный по схеме рис. 4.2.4, должен иметь триггеры с нетактируемыми входами S и R для записи слова в параллельном коде. С подачей импульсов сдвига этот код разряд за разрядом будет появляться на выходе триггера младшего разряда. При решении второй задачи число вводится в регистр последовательно разряд за разрядом, которые затем снимаются одновременно с выходов всех триггеров.

Если выходы последнего триггера (см. рис. 4.2.4) соединить с входами первого, то получится кольцевой регистр сдвига. Записанная в его разряды информация под воздействием сдвигающих импульсов будет циркулировать по замкнутому кольцу. Кольцевой регистр иначе называют кольцевым счетчиком. Его коэффициент пересчета равен числу разрядов п: единица, записанная в один из разрядов, периодически появляется в нем после того, как пройдут n сдвигающих импульсов.

Рассмотрим еще одно применение регистра. Пусть в регистр (см., например, рис. 8.3) записано число так, что его крайние разряды свободны от разрядов числа. При этом сдвиг числа влево (в сторону старших разрядов) увеличивает число вдвое, а сдвиг вправо уменьшает число в два раза. Это легко проследить на примере. Число 00111002 = 2810. При сдвиге влево оно будет рав­но 01110002=5610, а при сдвиге вправо составит 00011102 =1410.

Промышленность выпускает много типов регистров в интегральном исполнении. На рис. 4.2.5 приведено условное изображение 4-разрядного параллельно-последовательно­го регистра со сдвигом вправо. Выбор режима (пос­ледовательный или параллельный ввод числа) определяется сигналом на входе V2: при лог. 0 ре­гистр работает как сдвигающий, а при лог. 1 — как параллельный. Через вход V1 в первый разряд регистра последовательно вводятся разряды дво­ичного числа. Синхроимпульсы, поступающие на вход С1 обеспечивают их сдвиг. По входам D1 – D4 в регистр может быть занесено двоичное число в параллельной форме всеми разрядами одновременно. Его запись происходит с поступлением синхроимпульса на вход С2.

Рисунок 4.2.5

В условных обозначениях регистров со сдвигом влево стрелка обращена в сторону, противоположную изображенной на рис. 4.2.5, а в реверсивных сдвигающих регистрах она показывается двунаправленной.

На рис. 4.2.6 показано наращивание разрядов последователь­но-параллельного регистра (с последовательным вводом и па­раллельным выводом числа). По каждому импульсу на входе С разряды вводимого слова со входа D вдвигаются в регистр. С выхода последнего разряда (Q4) предыдущего регистра разряд снова поступает на вход D последующего регистра, составляю­щих как бы непрерывную цепочку последовательно включенных триггеров.

Рис. 4.2.6

 

Схема четырехразрядного последовательного сдвигающего регистра.

 

 

Регистр состоит из D-триггеров, которые служат для запоминания отдельных разрядов числа, и логических элементов, которые организуют различные режимы работы. Объединенные входы R образуют цепь сброса. На объединенные входы С поступают сдвигающие импульсы. RS – триггер служит для выбора направления сдвига.

Если SA 1 в положении 1, то RS – триггер в нулевом состоянии, и в схеме выполняется сдвиг вправо.

Если SA 1 в положении 2, то RS – триггер в единичном состоянии, и в схеме выполняется сдвиг влево. Прямой выход RS – триггера соединяется со всеми верхними элементами «и» схем «2и-или-не» Инверсный вход RS – триггера соединяется со всеми нижними элементами «и» схем «2и-или-не».

Цепь сдвига вправо образуется при соединении инверсных выходов D – триггеров с нижними элементами «и» схем «2и-или-не». Цепь ОС при сдвиге вправо показана штриховой линией и замыкается переключателем SA2.

Цепь сдвига влево образуется при соединении инверсных выходов D – триггеров с верхними элементами «и» схем «2и-или-не». Цепь ОС при сдвиге влево показана штриховой линией и замыкается переключателем SA3.

Выходы схем «2и-или-не» соединены с входами D.

Для определения, в какое состояние перейдет регистр после подачи сдвигающего импульса необходимо:

1.Исходное состояние регистра показать на прямых и инверсных выходах D – триггеров.

2.Задать направление сдвига с помощью RS – триггера.

3.Указать логические уровни на всех входах схем «2и-или – не». Если цепь ОС разомкнута, то на соответствующий вход схемы «2и-или-не» действует лог «1».

4.Определить логические уровни на выходах схем «2и-или-не».

5.При подачи сдвигающего импульса D-триггеры устанавливаются в состояния, соответствующее логическим уровням, действующим на входах D.

Микросхема К155ИР11

Представляет собой четырех разрядный сдвиговый регистр. Назначение выводов: D0 – D3 – информационные входы, Q0 – Q3 – информационные выходы, S0, S1 – входы выбора режима, R – инверсный вход сброса, С – синхронизирующий вход, на него подается сдвигающие импульсы. DSR – вход последовательной загрузки при сдвиге вправо, DSL – вход последовательной загрузки при сдвиге влево.

 

При S0=0, S1=0 – режим хранения.

При S0=1, S1=1 – режим параллельной загрузки. При подачи на вход С импульса информация со входов D0 – D3 загружается в регистр и появляется на выходах Q0 – Q3.

При S0=1, S1=0 – сдвиг вправо. Информация смещается от Q0 к Q3. При этом Q3, выдвигаясь из регистра, теряется, а на освободившемся место в Q0 записывается то, что действует на входе DSR.

При S0=0, S1=1 – сдвиг влево. Информация смещается от Q3 к Q0. При этом Q0, выдвигаясь из регистра, теряется, а на освободившееся место в Q3 записывается то, что действует на входе DSL.

Счетчики

Общие сведения

Счетчик выполняют на запоминающих элементах – триггерах. Он фиксирует число импульсов, поступивших на его вход. В интервалах между ними счетчик хранит информацию об их числе. Совокупность единиц и нулей на выходах nтриггеров (выходах счетчика) представляет собой n-разрядное двоичное число, однозначно определяющее количество прошедших на входе импульсов. Поэтому триггеры счетчика называют его разрядами.

Суммирующий счетчик увеличивает свое содержимое на еди­ницу с поступлением каждого входного (счетного) импульса. Вычитающий счетчик аналогично уменьшает свое содержимое на единицу.

Комбинацией суммирующего и вычитающего счетчиков яв­ляется реверсивный счетчик. У него может быть два входа, на один из которых поступают импульсы, увеличивающие его содержимое (суммирующие импульсы), а на другой – вычитающие. Реверсивный счетчик может иметь один вход для суммирующих и вычитающих импульсов, а переключение с одного ре­жима на другой осуществляется в нем сигналом на специальном входе.

В счетчик может предварительно заноситься число, для чего он имеет специальные входы.

Классификация счетчиков и делителей частоты, описанных в данной главе, приведена на рис. 4.3.1.

Каждый разряд счетчика может находиться в двух состояни­ях. Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик, называют его емкостью, модулем счета или коэффициентом пересчета.

Одним из основных параметров счетчика является его бысродействие. Оно оценивается минимальным интервалом между двумя соседними импульсами, с поступлением каждого из которых счетчик способен изменить свое содержимое. Счетчик явля­ется атрибутом многих цифровых устройств различного назначе­ния. Его можно использовать по прямому назначению – для счета поступающих на его вход импульсов и для деления их частоты следования.

Рисунок 4.3.1

Счетчики

Триггеры счетчика соединяются между собой таким образом, чтобы каждому числу поступивших импульсов соответствовали единичные состояния определенных триггеров. Счетчик, у которого при поступлении входного импульса переключающий перепад передается от предыдущего триггера к последующему, называют счетчиком с последовательным переносом, а когда переключающий перепад на все разряды поступает одновременно (или почти одновременно) – счетчиком с параллельным переносом. Счетчики могут выполняться только на счетных триггерах. О состоянии разряда счетчика судят по потенциалу на прямом выходе триггера.

В большинстве случаев счетчики строятся таким образом, что­бы записываемое в них число было выражено в натуральном двоичном коде. В таком коде «вес» 1 на прямом выходе младшего разряда равен 1, а в каждом последующем разряде вдвое больше, чем в предыдущем. В данной главе рассматриваются именно такие счетчики.