Исследование регистров в интегральном исполнении

Цель работы:

Изучение принципов работы, методов проектирования и схем регистров. Исследование регистра в интегральном исполнении в статическом режиме.

14.1. Теоретические сведения.

Регистрами называют функциональные узлы, предназначенные

для приема, хранения, передачи и преобразования информации. В зависимости от способа записи информации (кода числа) различают параллельные, последовательные и параллельно-последовательные регистры.

14.1.1. Регистры памяти.

Регистр с параллельным приемом и выдачей информации называется регистром памяти. В параллельных регистрах запись двоичного числа осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно. Их функция сводится только к приему, хранению и передаче информации, сводится только к приему, хранению и передаче информации.

Предварительная установка регистра в нулевое состояние осуществляется посылкой сигнала "Установить 0" на асинхронные входы сброса триггеров. Изменение информации в регистре про исходит после изменения сигналов на входах Х при поступлении сигнала на вход синхронизации С.

14.1.2. Регистры сдвига.

Регистры с последовательным приемом и выдачей информации получили название регистров сдвига. Регистр состоит из последовательно соединенных D-триггеров (рис. 15.2.а.) или R-S-триггеров, состояния которых передаются (сдвигаются) на последующие триггера под действием тактовых импульсов. Тактовые импульсы управляют работой регистра. Регистры сдвига могут управляться одной последовательностью тактовых импульсов. В этом случае регистры называются однотактными. При управлении двумя, тре-

Рис. 14.1.

мя и т.д. последовательностями тактовых импульсов регистры соответственно относят к двух, трех и т.д. тактными.

Рис. 14.2.а.

На рис. 14.2.б. приведенные диаграммы, иллюстрирующие процесс записи информации в регистр. В качестве примера взят код 1011, соответствующий числу 11. Перед записью информации регистр устанавливают в состояние "0". Для этого в отсутствие сигнала на

входе подается серия тактовых импульсов с числом импульсов,

равным количеству разрядов в регистре. При записи информации одновременно с поступлением кода числа подаются тактовые импульсы.

Тактовым и импульсами осуществляется продвижение информации от

младшего разряда к старшему. В результате после четвертого тактового импульса триггеры регистра принимают состояния, соответствующие коду принятого четырехразрядного числа.

Рис. 14.2.б.

Операция считывания информации из последовательного регистра может быть проведена в параллельном или последовательном коде. Для передачи информации в параллельном коде используют выходы разрядов регистра. Таким образом, последовательный регистр

позволяет осуществить операцию преобразования последовательного

кода в параллельный. Считывание информации в последовательном коде реализуется подачей серии тактовых импульсов.

В последовательном регистре записанное число может быть сдвинуто тактовыми импульсами на один или несколько (К) разрядов. Операции сдвига соответствует умножению числа на 2К. Например, сдвиг 0010 числа 2 на один разряд даст код 0100 (числа 4), на два разряда - код 1000 (число 8).

Выше были приведены схемы регистров сдвига информации вправо. На рис. 14.3. приведена схема четырехразрядного регистра сдвига влево на D-триггерах с динамическим управлением.

Рис. 14.3.

14.1.3. Параллельно-последовательные и реверсивные регистры.

В параллельно-последовательных регистрах сочетаются свойства регистров параллельного и последовательного действия. Они позволяют осуществлять запись информации как в последовательном, так и в параллельном коде, в связи с чем могут быть использованы для преобразования кодов из последовательного в параллельный и обратно. Эти регистры допускают однотактный и многотактный принципы построения.

На рис. 14.4. приведена структурная схема параллельно-последовательного регистра.

Рис. 14.4.

Для преобразования последовательного кода в параллельный серией тактовых импульсов в регистр записывается информация (число) последовательного кода. Выходы разрядов регистра при этом представляют ту же информацию в параллельном коде. Для обратного преобразования информация в регистре вводится по входам параллельного кода. Посредством серии тактовых импульсов с выхода последнего разряда регистра информация считывается в последовательном коде.

Комбинируя схемы сдвига вправо и влево и используя управляющие сигналы, можно построить регистр сдвига в обоих направлениях. Такой регистр называется реверсивным. На рис. 14.5. показано условное графическое обозначение схемы регистра памяти и сдвига.

При подаче V1 = 0 D-входы, используемые в схеме сдвига, отключаются и схема превращается в схему регистра памяти с одноразовыми входами и парафазными выходами. При подаче V2 = 1 разрешается при информации которая поступает на выходы в параллельной форме и при подаче разрешения на вход синхронизации С передается в регистр. Если подается V1 = 1 и V2 = 1, то схема превращается в схему регистра сдвига влево. В такой схеме прием информации осуществляется параллельно, а выдача либо последовательно, либо параллельно.

Рис. 14.5.

14.2. Подготовка к работе.

14.2.1. Изучить принцип работы, назначение выводов и функциональные возможности регистра типа К155ИР1.

14.2.2. Изобразить временные диаграммы, поясняющие режим загрузки параллельного кода в указанный регистр.

14.2.3. Изобразить временные диаграммы, поясняющие режим

загрузки последовательного кода в указанный регистр.

14.2.4. Нарисовать исследуемую схему регистра.

14.2.5. Ознакомиться с порядком сборки и исследования схемы

на стенде.

14.3. План работы.

Регистр К155ИР1 - это четырехразрядный универсальный сдвиговый регистр. Он имеет четыре параллельных входа D0-D3 и один последовательный вход S1, а также четыре выхода Q0-Q3. Регистр имеет два тактовых входа С1 и С2 и вход разрешения параллельной загрузки РЕ.

Если на вход РЕ подано напряжение высокого уровня, то разрешается работа тактовому входу С2. При этом в регистр загружаются данные от входов D0-D3. Если на вход РЕ подать напряжение низкого уровня, то разрешается работа по входу С1. С приходом тактового импульса на С1 данные последовательно сдвигаются от входа S1 на выход Q0, затем на Q1, Q2, Q3 (т.е. вправо).

С помощью входов D0-D3 задается код числа, записываемого в

регистр. Запись этого кода разрешается при единичном уровне сигнала на входе PE и поступлении на С2 тактовых импульсов.

При нулевом уровне на входе РЕ и поступлении импульсов на

вход С1 происходит сдвиг данных по регистру вправо. Причем, данные сдвигаются на такое число разрядов, сколько тактовых им-

пульсов поступило на вход С1.

14.3.1. Собрать схему для исследования регистра, представ-

ленную на рис. 14.6. Приложение 1.

14.3.2. Подать на схему напряжение питания и обнулить регистр. Для этого перевести регистр в режим загрузки последовательного кода и загрузить код 0000, подав на соответствующий тактовый вход четыре тактовых импульса. Подача тактовых импульсов на регистр осуществляется с помощью кнопки S2 (генератор одиночных импульсов ГОИ), а подача последовательного кода - S4.

14.3.3. Загрузить в регистр заданный преподавателем последовательный код. В процессе загрузки регистрировать состояние выходов регистра по индикаторам после подачи каждого тактового импульса.

14.3.4. Осуществить сдвиг записанного кода на число разрядов по заданию преподавателя. Регистрировать состояние выходов

регистра после подачи каждого тактового импульса.

14.3.5. Записать в регистр число, заданное в параллельном

коде. Для этого с помощью перемычек установить заданный код на

входах D1-D4 регистра и подать один тактовый импульс на соответствующий тактовый вход. Зарегистрировать состояние выходов регистра.

14.3.6. Проследить возможность преобразования на данном регистре параллельного кода в последовательный и наоборот.

14.3.7. По результатам исследований составить таблицу состояний, т.е. зависимость информации на выходах регистра от состояний его входов для всех возможных режимов работы регистра.

Таблица 1

Режим работы

Входы

Выходы

С1

С2

S3

РЕ

D1

D2

D3

D4

Q1

Q2

Q3

Q4

Сброс

Послед. загруз.

Сдвиг вправо

Парал. загруз.

Хранение

14.4. Контрольные вопросы.

14.4.1. Назовите основные параметры регистров.

14.4.2. Поясните принципы построения регистров.

14.4.3. Поясните работу регистра памяти.

14.4.3. Поясните работу регистра сдвига.

14.4.4. Поясните работу реверсивного регистра.

14.4.5. Перечислить основные операции, выполняемые регистром.

14.4.6. Поясните процесс преобразования параллельного кода в последовательный и обратно с помощью регистров.

14.4.7. Перечислить типовые микросхемы регистров и их особенности.

15. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 15

Дата добавления: 2015-03-29