2.5. Лабораторна робота №5 “Вивчення роботи мікросхем регістрів”

Мета роботи - Закріпити на практиці знання про роботу мікросхем регістрів в електронних схемах.

Прилади та матеріали

До складу лабораторної установки входить: лабораторна установка “регістр”.

Короткі теоретичні відомості і методичні вказівки

Регістрами (англійське Register) є, по суті, кілька D-тригерів (звичайно від 4 до 16), сполучених між собою тим або іншим способом, і призначених для зберігання n-розрядного двійкового числа. Тому принципової різниці між ними і окремими D-тригерами не існує. Правда, трігери, що входять до складу регістрів, не мають такої кількості різноманітних управляючих входів, як одиночні трігери.

На схемах регістри позначаються буквами RG. У вітчизняних серіях мікросхем регістрам відповідають букви ИР. Всі регістри діляться на дві великі групи (рисунок 5.1):

• паралельні регістри;

• регістри зсуву (або зсувні регістри).

Рисунок 5.1. Структура паралельного регістра (а) і зсувного регістра (б).

Існують і регістри інших типів, але вони застосовуються набагато рідше, ніж паралельні і зсувні, оскільки мають вузькоспеціальне призначення.

В паралельних регістрах (а) кожний з трігерів має свій незалежний інформаційний вхід (D) і свій незалежний інформаційний вихід. Тактові входи (З) всіх трігерів сполучені між собою. В результаті паралельний регістр є багаторозрядним, багатовходовим трігером.

В зсувних регістрах (в) всі трігери сполучені в послідовний ланцюжок (вихід кожного попереднього трігера сполучений з входом D наступного трігера). Тактові входи всіх трігерів (З) з'єднані між собою. В результаті такий трігер може розглядатися як лінія затримки, вхідний сигнал якої послідовно перезаписується з трігера в трігер по фронту тактового сигналу С. Інформаційні входи і виходи трігерів можуть бути виведені назовні, а можуть і не виводитися залежно від функції, виконуваної регістром.

Паралельні регістри у свою чергу діляться на дві групи:

• регістри, що спрацьовують по фронту управляючого сигналу С (або тактовані регістри);

• регістри, що спрацьовують по рівню управляючого сигналу С (або стробовані регістри).

Частіше всього в цифрових схемах використовуються регістри, керовані фронтом (тобто тактовані), проте і стробовані регістри мають своє коло задач, в яких їх ніщо не може замінити.

Опис роботи принципової схеми

Дана лабораторна установка розроблена на основі регістрів марки 555ИР11А. В установці використано дві вказаних мікросхеми. Кожна з мікросхем К555ИР11А (рисунок 5.2) являє собою чотирьохрозрядний універсальний зсувний регістр із послідовно-паралельним вводом та паралельним виводом інформації.

Рисунок 5.2. Умовне графічне позначення К555ИР11А

Регістр має чотири вхідних розряди для запису паралельного коду, два додаткових: R та L – для запису послідовного коду, а також додатковий вхід „Скид”. При низькому рівні на цьому вході на всіх виходах схеми встановлюється низький рівень інформації. Вихід регістра двотактовий і сигнал на виході відповідає стану розряду регістра. Реверс зсуву регістра здійснюється без зовнішньої комутації виводів. Для зсуву інформації використовуються два входи: R- зсув вліво та L- зсув вправо. Регістр спрацьовує від переднього фронту тактового сигналу на вході Сk (таблиця 5.1).

Таблиця 5.1. Таблиця істинності мікросхеми регістра К555ИР11А

Операція

Входи

Виходи

Скид

Режим роботи

Синхро- нізація

Розряди

І

ІІ

ІІІ

ІV

Лівий

І

ІІ

ІІІ

ІV

Правий

Cr

S1

S0

Сk

R

A

B

C

D

0

QA

QB

QC

QD

Онулення

0

X

X

X

X

X

X

X

X

X

0

0

0

0

Спокій

1

X

X

0

X

X

X

X

X

X

QA0

QB0

QC0

QD0

Паралельний запис

1

1

1

0 –> 1

X

a

b

c

d

Х

a

b

c

d

Зсув вправо

1

0

1

0 –> 1

0

X

X

X

X

X

0

QAn

QBn

QCn

1

0

1

0 –> 1

1

X

X

X

X

X

1

QAn

QBn

QCn

Зсув вліво

1

1

0

0 –> 1

X

X

X

X

X

0

QBn

QCn

QDn

0

1

1

0

0 –> 1

X

X

X

X

X

1

QBn

QCn

QDn

1

Спокій

1

0

0

X

X

X

X

X

X

X

QA0

QB0

QC0

QD0

Структурна схема (рисунок 5.3.) лабораторної установки для вивчення принципу роботи регістрів включає в себе такі функціональні блоки і елементи:

1. блок перемикачів вхідного коду. Блок складається із групи тумблерів SA1 – SA6, SA9 – SA14, за допомогою яких формується вхідний код. Перемикачами SA1, SA6, SA9, SA14 здійснюється формування коду на правий і лівий послідовні входи мікросхем регістрів при зсуві вліво і вправо, а перемикачами SA2 – SA5, SA10 – SA11 – формування паралельного вхідного коду.

2. блок перемикачів керуючих сигналів включає в себе тумблери SA7, SA8, SA15, SA16, які задають керуючий код мікросхем.

3. блок індикації вхідного коду. Блок складається із групи світлодіодів HL1 – HL16, за допомогою яких здійснюється візуальне спостерігання і контроль вхідного та керуючого коду мікросхем.

4. блок формування стробу. Включає в себе тактову кнопку без замикання S1, при натисненні тактової кнопки на синхронізуючі входи мікросхем подається одинарний позитивний імпульс, по передньому фронту якого відбувається спрацьовування мікросхем.

5. блок скидання являє собою тумблер SA17, за допомогою яких подається сигнал обнулення, тобто логічний нуль.

6. мікросхеми регістрів DD1 і DD2. Інтегральні мікросхеми регістрів виконують функції по перетворенню, зсуву, передачі та збереження інформації. Вони є основними функціональними елементами макету лабораторної установки.

7. блок індикації вихідного коду складається із групи світлодіодів HL17 – HL24. З допомогою цього блоку візуально можна спостерігати за зміною вихідного коду під час роботи мікросхем регістрів.

8. гнізда XS1 – XS8 та штекери XP2 – XP5. З їх допомогою здійснюється вибір способу задання вхідного зсувного коду: вручну (за допомогою тумблерів) – під’єднанням до гнізд XS1 –XS4 або ж зсувом з виходів регістра на входи R i L мікросхем при під’єднанні штекерів до гнізд XP5 –XP8.

9. роз’єм XP1. Даний роз’єм призначений для подачі живлення електричній схемі лабораторної установки.

Лабораторна установка містить такі функціональні частини.(рисунок 5.4):

Рисунок 5.4. Схема електрична структурна

ФС – формувач стробу;

БС – блок скидання;

БУ – блок управління;

БВІ – блок вводу інформації;

БВхІ – блок вхідної індикації;

МС – блок мікросхеми регістрів;

БВихІ – блок вихідної індикації.

Режим роботи лабораторної установки задається зміною роботи регістрів за допомогою блоку управління регістрами. Код блоку управління поступає на керуючі входи мікросхем регістрів, а також на блок вхідної індикації.

За допомогою блоку вводу інформації створюється паралельний або ж послідовний код, який поступає на інформаційні входи мікросхем регістрів і блок вхідної індикації. В блоці вхідної індикації відбувається відображення вхідного та керуючого коду, що забезпечує візуальне спостереження та контроль за ними.

Формувач стробу створює синхросигнал, за допомогою якого відбувається спрацьовування мікросхем регістрів відповідно до коду, встановленого на керуючих входах мікросхем. Синхросигнал складається із одного позитивного імпульсу.

Блок скидання подає сигнал „обнулення” (логічну одиничку для даних мікросхем) на вхід -С_R мікросхем регістрів, в результаті чого на виходах мікросхем регістрів формується сигнал низького рівня, тобто відбувається „обнулення” виходів мікросхем.

Мікросхеми регістрів здійснюють паралельний запис або ж послідовний зсув інформації вліво чи вправо, що визначається режимом роботи, встановленим блоком управління. При надходженні синхросигналу мікросхеми регістрів здійснюють відповідну дію, а при його відсутності перебувають у режимі спокою, тобто на виходах зберігається вихідний код, встановлений у попередній дії. З виходів мікросхем вихідний код поступає на блок вихідної індикації, де відображається візуально.

Хід роботи

ПІДГОТОВКА ДО РОБОТИ

Вивчити принцип роботи, параметри, характеристики, схеми включення і можливості застосування інтегральних мікросхем (IMC) регістрів. Вивчити таблиці відповідності для логічних елементів.

Вивчити роботу світлодіодів.

Записати у звіт таблицю істинності регістра ИР11А, замалювати його графічне зображення та призначення його виводів.

ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

1. Під”єднати лабораторну установку до живлення

2. Одержати у викладача варіант роботи. (таблиця 5.2)

3. За допомогою перемикачів SA2-SA5, та SA9-SA12 виставити вказаний в завданні двійковий код. За допомогою перемикачів SA7-SA8, та SA15-SA16 виставити такий керуючий код, щоб мікросхеми записали інформацію з входу на вихід. (запис інформації проходить лише після натискування тактової кнопки S1)

4. За допомогою перемикача SA1(SA8) записати вказаний в завданні код в мікросхеми через послідовний вхід R, а також виконати аналогічне завдання для послідоного входу L (перемикач SA6(SA14)). (Для того щоб мікросхеми записували коди з послідовного входу необхідно задати відповідний керуючий код згідно таблиці істинності мікросхеми регістра)

5. За допомогою монтажних провідників об”єднати мікросхеми в коловий регістр. Після цього записати в мікросхеми заданий код. На керуючих входах виставити відповідний код, щоб мікросхеми здійснювали зсув спочатку вправо, а потім все повторити, щоб зсув здійснювався вліво.

ПРИМІТКА:ВСІ ОПЕРАЦІЇ МІКРОСХЕМИ ЗДІЙСНЮЮТЬ ЛИШЕ ПРИ НАДХОДЖЕННІ СИНХРОІМПУЛЬСУ. Тому всі дії які описані в завданні слід підтверджувати натискуванням тактової кнопки “такт”.

Таблиця 5.2. Варіанти для виконання роботи.

варіант	код	варіант	код
1	0110 0100	16	0100 1000
2	0110 0001	17	0101 1001
3	0010 1010	18	1110 0000
4	0000 1000	19	01110001
5	0000 1011	20	0110 1000
6	0100 1001	21	1110 1001
7	0100 1010	22	1100 1001
8	0110 0000	23	0110 1000
9	0110 0000	24	0110 1001
10	1011 1000	25	0111 1000
11	0110 1001	26	0101 1001
12	0111 1000	27	1110 1000
13	1001 1000	28	1110 1001
14	1010 1010	29	0111 1000
15	0111 1000	30	0111 1001

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що таке регістр?.

2. Які є типи регістрів? Чим вони різняться?

3. Як використати регістр для перетворення кодів з паралельного виду в послідовний і навпаки?

4. Для чого потрібний тактовий сигнал (строб) мікросхемам регістрів?

5. Що таке зсув вправо\вліво?