Регистры, срабатывающие по уровню

Отметим три особенности накапливающего сумматора.

1) когда выходной код достигает максимальной величины (становится больше 2ⁿ, где n – количество разрядов регистра), происходит переполнение схемы и возобновление ее работы с минимальных значений кода. Однако совсем не обязательно в следующем цикле работы будут повторены те же значения кода, что и в предыдущем. Например, пусть n равняется 4, то есть максимальное число на выходе регистра равно 1111 в двоичном коде или 15 в десятичном коде. Пусть входной код равен 3. Тогда после начального сброса регистра выходной код будет нарастать так: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 2, 5, 8, 11, 14, 1, 4,.… Это происходит потому, что суммирование чисел 15 и 3 даст 18 или, в двоичном коде, 10010, а так как мы работаем только с младшими четырьмя разрядами, у нас получится 0010 или 2.

2) особенность накапливающего сумматора состоит в том, что при больших значениях входного кода (больших половины максимально возможной величины) он может рассматриваться как накапливающий вычитатель. Пусть, например, входной код 4-разрядного сумматора равен 15 (1111 в двоичном коде), а в регистре записано число 13 (1101 в двоичном коде). В следующем такте в регистр запишется сумма 1101 + 1111 = 11100, а без старшего разряда – 1100, то есть 12. То есть выходной код уменьшился на единицу. Если уменьшаемое равно 10 и подаём в качестве входного кода 15, то получим 1010+1111=1001 (9).

Параллельные регистры, срабатывающие по уровню стробирующего сигнала (или, как их еще называют, регистры-защелки, английское “Latch”), можно рассматривать как некий гибрид между буфером и регистром. Когда сигнал на стробирующем входе – единичный, такой регистр пропускает через себя входные информационные сигналы, а когда стробирующий сигнал становится равен нулю, регистр переходит в режим хранения последнего из пропущенных значений входных сигналов.

Применение таких регистров сильно ограничено, хотя иногда они довольно удобны. В некоторых схемах они могут успешно заменять регистры, срабатывающие по фронту, а в других схемах их применение вместо регистров, срабатывающих по фронту, недопустимо.

В стандартных сериях регистры, срабатывающие по уровню, представлены гораздо меньше, чем регистры, срабатывающие по фронту. На рис. 8.10 показаны в качестве примеров две микросхемы 4-разрядного регистра ТМ7 и 8-разрядного регистра ИР22. Стробирующие входы С нередко на схемах обозначают E (от английского “Enable” – “разрешение”), для того чтобы не путать их с тактовыми входами D-триггеров.

Рис. 8.10. Регистры, срабатывающие по уровню

Микросхему ТМ7 (и близкую к ней ТМ5) часто называют набором триггеров, но ее можно рассматривать и как регистр. Микросхема ТМ7 состоит из четырех триггеров. Входы С1 и С2 микросхемы управляют каждый двумя разрядами данных. Все триггеры имеют как прямые, так и инверсные выходы, что иногда очень удобно. Таблица истинности микросхемы ТМ7 приведена в табл. 8.3.

При единице на входе С выходные сигналы повторяют входные, то есть регистр работает как обычный буфер с прямыми и инверсными выходами. При нуле на входе С на выходе регистра постоянно хранится та входная информация, которая была в момент прихода отрицательного фронта сигнала С.

Таблица 8.3. Таблица истинности регистра ТМ7

Входы	Выходы
D	C	Q	-Q
		Не меняется
		Не меняется

Регистр ИР22 отличается от ТМ7 тем, что имеет выходы с тремя состояниями (и соответственно, вход разрешения всех выходов –EZ) и тем, что всеми восемью разрядами управляет один стробирующий сигнал С. Суть работы от этого не изменяется. При единице на входе С регистр работает как буфер-повторитель, а при нуле на входе С – хранит ту информацию, которая была на входе в момент отрицательного фронта сигнала С. Выходы у регистра ИР22 – только прямые. В табл. 8.4 приведена таблица истинности регистра ИР22.

Таблица 8.4. Таблица истинности регистра ИР22

Входы	Выход
-EZ	C	D	Q
		X	Не меняется
	X	X	Z

– величины задержек регистров, срабатывающих по уровню, в 1,5–2 раза превышают задержки D-триггеров;

– положительный импульс на входе С не должен быть слишком коротким;

– задержка между изменением информации на входе D и отрицательным фронтом сигнала С не должна быть слишком малой;

– информация на входе D не должна слишком быстро сниматься после отрицательного фронта сигнала С.

Высокоимпедансное состояние или Z-состояние — такое состояние контакта логической схемы, при котором сопротивление между этим контактом и остальной схемой очень велико. Физически реализуется закрытым транзистором, работающим в ключевом режиме.

Вывод, переведённый в Z-состояние, ведёт себя как не подключенный к схеме. Внешние устройства, подключенные к этому выводу, могут изменять напряжение на нём по своему усмотрению (в некоторых рамках), не влияя на работу схемы. И наоборот — схема не мешает внешним устройствам менять напряжение на контакте.

Упрощенно можно сказать так - если на выводе ноль, то выход через ключ подключается к земле. Если на выводе 1, то к +5В. А если не подключен ни к общему проводу, ни к +5В, то значит Z выход.

Основное применение регистра, срабатывающего по уровню стробирующего сигнала, состоит в запоминании на какое-то заданное время входного кода, причем в остальное время выходной код регистра должен повторять входной (рис. 8.11). Подобная функция бывает, например, необходима при построении устройств сопряжения для компьютеров. Регистр, по сути, продлевает во времени необходимое значение входного кода, в остальное время работая как повторитель.

Рис. 8.11. Продление длительности входного кода с помощью регистра-защелки

В ряде случаев регистры данного типа могут успешно заменять регистры, срабатывающие по фронту. Например, такая замена возможна в случае необходимости запоминания входного кода по сигналу С до момента прихода следующего сигнала С (рис. 8.12).

Замена регистра, срабатывающего по фронту, на регистр, срабатывающий по уровню, возможна далеко не всегда. Некоторые схемы в принципе не могут работать с регистром-защелкой даже при очень коротком сигнале на входе С. Примером может служить уже упоминавшаяся схема накапливающего сумматора, которая работает исключительно с регистром, срабатывающим по фронту. Ведь при единичном сигнале на входе С регистр-защелка тут же перейдет в состояние пропускания входного кода, и в результате замкнется лавинообразная обратная связь: код с выхода регистра будет складываться со входным кодом бесконечное число раз (рис. 8.13). Конечно, при коротком импульсе на входе С этот неуправляемый процесс быстро прекратится, но что за информация в результате останется в регистре после окончания сигнала С, предсказать невозможно.

Рис. 8.13. Лавинообразная обратная связь в накапливающем сумматоре с регистром-защелкой

И таких схем, принципиально не допускающих применения регистра-защелки, довольно много. Именно поэтому использование их сильно ограничено, а выбор микросхем в стандартных сериях невелик.

Дата добавления: 2014-01-03