9.3.2. Последовательные регистры.

Последовательный регистр предназначен для кратковременного хранения информации, но, в отличие от параллельного регистра, в нем осуществляется логическая операция сдвига кода хранимого числа на любое количество разрядов. Ввод информации в последовательный регистр осуществляется по одному последовательному каналу V. Сдвиг кода числа происходит с помощью синхронизирующих импульсов С, в результате подачи которых осуществляется сдвиг всех разрядов кода числа со входа к выходу или наоборот. Как и в случае параллельных регистров, последовательный регистр может быть синтезирован на базе триггеров RS-типа (JK-типа), но наиболее удобным для этих целей является использование D-триггеров (рис. 9.28). Из рисунка видно, что информация с первым тактирующим импульсом с входа V передается на выход первого и вход второго триггеров. С приходом второго тактирующего импульса информация из первого триггера перепишется на выход второго триггера. На выход первого триггера запишется новое значение с входа V. Таким образом, будет осуществляться сдвиг исходного кода вправо. Отсюда последовательные регистры называются еще регистрами сдвига. Информация выводится из триггера по одному выходу Q.

Рис. 9.28. Схема последовательного регистра.

Для построения последовательного реверсивного регистра, в котором код числа может сдвигаться как влево, так и вправо, необходимо между триггерами регистра включить устройства управления направлением сдвига. Эти устройства в зависимости от значения управляющих сигналов «сдвиг вправо» и «сдвиг влево» должны переключать входы каждого триггера регистра либо к выходам предыдущего, либо к выходам последующего триггера (рис. 9.29). Поскольку элемент 2И-ИЛИ-НЕ, выполняющий роль коммутатора, инвертирует значения сигналов, то для подачи на входы соответствующих разрядов сдвигаемого кода в прямом виде, необходимо использовать инверсные выходы триггеров. Информацию на самый первый элемент 2И-ИЛИ-НЕ с входа V последовательного ввода необходимо подавать через инвертор. В практических схемах для упрощения процесса управления режимами направления сдвига вместо двух сигналов «сдвиг вправо» и «сдвиг влево», используется только один из этих сигналов. Второй сигнал формируется через инвертор.

Рис. 9.29. Схема последовательного реверсивного регистра.

9.3.3. Последовательно-параллельные регистры.

Последовательные регистры находят ограниченное применение. Широкое распространение получили последовательно-параллельные регистры. На их базе строятся преобразователи кодов из последовательного в параллельный и из параллельного в последовательный. Для реализации параллельного вывода информации в последовательном регистре достаточно использовать выходы Q_i всех триггеров. Чтобы реализовать ввод информации как в последовательном, так и в параллельном виде, можно использовать D-триггеры с асинхронной установкой в ноль или единицу. Пример такой схемы приведен на рис. 9.30.

Как и в последовательном регистре, ввод информации в последовательном коде осуществляется по входу V. Для тактирования сдвига синхровходы всех триггеров объединены. Для возможности введения кода числа в параллельном виде используются элементы И-НЕ ЛЭ1_i и ЛЭ2_i в i-х разрядах. Элемент ЛЭ1_i осуществляет функцию стробирования и инвертирования разряда D_i при единичном уровне управляющего сигнала «параллельная запись». В результате на вход S установки в единицу триггера Т_i проходит инверсное значение разряда параллельного кода числа только в том случае, если сигнал разрешения на линии «параллельная запись» имеет единичное значение. Элемент ЛЭ2_i выполняет функцию инвертирования сигнала с элемента ЛЭ1_i и передачи его на вход R сброса триггера Т_i также по активному уровню сигнала разрешения параллельной записи. В результате парафазный код всех разрядов параллельного кода проходит на соответствующий триггер только при активном уровне сигнала разрешения параллельной записи. Поскольку элементы ЛЭ_i имеют инверсные выходы, то триггеры Т_i должны иметь инверсные входы R и S.

Рис. 9.30. Схема последовательно-параллельного регистра.

На рис.9.31 приводится еще один вариант схемы реверсивного регистра, но с функцией параллельной записи. Схема идентична рассмотренной ранее на рис.9.29 схеме последовательного реверсивного регистра, но вентили И-ИЛИ-НЕ в этой схеме используются не только для выбора разряда подключаемого триггера, но и для записи во все триггеры параллельного кода. Сигнал синхронизации C в схеме используется как для сдвига, так и для записи.

Рис.9.31. Схема реверсивного последовательно-параллельного регистра.

Если выход последнего триггера в регистре сдвига соединить с входом первого, то получится кольцевой регистр сдвига. Записанная в его разряды информация под воздействием сдвигающих импульсов будет циркулировать по замкнутому кольцу. Кольцевой регистр иначе называется кольцевым счетчиком. Его модуль счета равен числу разрядов n последовательного кода. Единица, записанная в один из разрядов, периодически будет появляться в нем после того, как будут поданы n сдвигающих импульсов. Если в регистре сдвига к входу первого триггера подключить не прямой выход последнего триггера, а инверсный, то получится так называемый счетчик Джонсона. В счетчике Джонсона в первом цикле сдига будет происходить сдвиг прямого кода, а во втором – инверсного. После чего в счетчик будет записываться уже дважды проинвертироанный код, т.е. прямой. Таким образом, модуль счета его будет вдвое больше, чем у обычного кольцевого счетчика, т.е. будет равен величине 2n.

Контрольные вопросы

1. Поясните принципы организации ПЦУ.

2. В чем состоит отличие синхронного RS-триггера от синхронного JK-триггера?

3. Что такое входы асинхронной установки в нуль и единицу?

4. В каких типовых ПЦУ используются в качестве элементной базы D- и T-триггеры?

5. Приведите схемы реализации триггеров RS-, D- и T-типов на базе синхронных JK-триггеров.

6. Чем отличается динамическое управление от статического и каким образом динамическое управление реализуется схемотехнически?

7. Чему равны K_сч восьмиразрядного двоичного и восьмиразрядного двоично-десятичного счетчиков?

8. Изобразите схему и временные диаграммы работы трехразрядного двоичного вычитающего счетчика на основе T-триггеров с инверсным динамическим счетным входом.

9. В чем отличие схем и принципов функционирования счетчиков с параллельным и сквозным переносами?

10. В чем заключается принцип построения недвоичных счетчиков и как реализовать счетчик с К_сч=18 на базе двоичных счетчиков?

11. Объясните принцип работы последовательно-параллельного регистра.