Регистры сдвига

Регистры сдвига, помимо операции хранения, осуществляют:

¾ преобразование последовательного двоичного кода в параллельный;

¾ параллельного кода – в последовательный;

¾ выполняют логические и арифметические операции сдвига;

¾ служат в качестве элементов временной задержки.

Своим названием (Shift Register) сдвиговые регистры обязаны характерной для этих устройств операции сдвига. С приходом каждого тактового импульса происходит перезапись (сдвиг) содержимого триггера каждого разряда в соседний разряд без изменения порядка следования единиц и нулей. При сдвиге информации вправо (основной режим, есть у всех сдвиговых регистров) после каждого тактового импульса бит из более старшего разряда сдвигается в младший, а при сдвиге влево – наоборот. Однако, как известно, в любом двоичном числе слева расположены старшие разряды, а справа – младшие. Это противоречие сложилось исторически и об этом надо помнить разработчику.

На схемах символом регистра сдвига также служат буквы RG. Но для регистров сдвига указывается также направление сдвига: ® вправо, влево,« реверсивный (двунаправленный).

Рис 9.3. Регистр со сдвигом вправо

На вход D первого триггера подается последовательный двоичный код D1-D7. После первого тактового импульса на выходе первого триггера Q1 появляется значение первого двоичного разряда D1. Вторым тактовым импульсом выход Q1 переписывается во второй триггер Q2=D1, а в первый триггер записывается второй разряд последовательного кода D2. Каждый тактовый импульс приводит к сдвигу информации вправо и вводу новой информации (таблица 9.3).

Таблица 9.3. Таблица функционирования 4-х разрядного регистра

Существует две возможности вывода информации. После 4-го тактового импульса на выходах Q4-Q1 хранится код D1-D4. Таким образом можно осуществить параллельный вывод последовательно введенной информации. Но возможен и последовательный вывод данных. При подаче на вход D последовательных разрядов свыше 4 (D5-D7 – табл. 9.3), на выходе Q2 с задержкой на один такт появляется последовательный код D1-D4, на выходе Q3 последовательный код D1-D4 появится с задержкой на 2 такта.

На рис 9.4. показана структура реверсивного регистра сдвига. Перенос информации между разрядами осуществляется с помощью коммутаторов И-ИЛИ DD3, DD5, DD7, DD9, управляемых сигналом направления сдвига Т.

Рис 9.4. Структура реверсивного регистра сдвига

Входной сигнал подается на последовательный вход DR для сдвига вправо, или на последовательный вход DL для сдвига влево. При Т=1 коммутаторы передают сигналы от выхода младшего триггера к D-входу старшего триггера (сдвиг вправо). При Т=0 выполняется сдвиг влево.

В стандартные серии цифровых ИС входит несколько сдвиговых регистров, отличающиеся возможными режимами работы, режимами управления, типом выходных каскадов (2С или 3С). Большинство регистров сдвига имеют 8 разрядов. Для примера на рис 9.5 представлены некоторые типы ИС регистров сдвига.

Рис 9.5. Сдвиговые регистры

Регистр ИР8 - наиболее простой из регистров сдвига. Он имеет один информационный вход (точнее два входа, объединенные функцией 2И) и 8 параллельных выходов. Сдвиг вправо осуществляется по переднему фронту (0/1) тактового сигнала С. Имеется также вход сброса –R, по нулевому сигналу на котором все выходы регистра сбрасываются в нуль.

Регистр ИР 9 выполняет обратную функцию – преобразует входную параллельную информацию в выходную последовательность. Однако суть сдвига не меняется. Запись входного кода в регистр производиться по нулевому сигналу на входе -WR. Сдвиг осуществляется по положительному фронту на одном из двух тактовых входов С1 и С2, объединенных функцией 2ИЛИ. Имеется также вход расширения DR, сигнал с которого в режиме сдвига перезаписывается в младший разряд сдвигового регистра. Таблица истинности регистров ИР8 и ИР9 приведена ниже.

Таблица 9.4. Таблица истинности регистров ИР8 и ИР9

Как и все остальные сдвиговые регистры ИР8 и ИР9 допускают каскадирование, то есть совместное включение для увеличения разрядности.

Регистр ИР13 соединяет в себе возможности регистров ИР8 и ИР9. Он имеет 8 входов для параллельной записи информации, так и соответствующие им 8 выходов параллельной информации. Сдвиг осуществляется по положительному фронту тактового сигнала С, причем сдвиг возможен как вправо, так и влево. Для наращивания разрядности в регистре ИР13 имеются последовательные информационные входы DR и DL, сигналы с которых вводятся в соответственно в младший и в старший разряды. Предусмотрен сброс всех выходов регистра в нуль по нулевому сигналу на входе R.

Режим работы регистра ИР13 определяется двумя управляющими входами SR и SL.При SR=1 и SL=0 по фронту сигнала С осуществляется сдвиг вправо. При SR=0 и SL=1 по фронту сигнала С происходит сдвиг влево. При SR=1 и SL=1 по фронту сигнала С происходит параллельная загрузка информации в регистр.

Регистр ИР24 по своим возможностям близок к ИР13, однако его главной особенностью является двунаправленная параллельная шина данных. То есть одни и те же выводы ИС используются как для параллельной записи информации в регистр, так и для параллельного чтения информации из регистра. При этом двунаправленные выводы имеют повышенную нагрузочную способность.

Регистр ИР24 обеспечивает сдвиг информации в обоих направлениях. Имеются входы расширения DR и DL и выходы расширения Q0 и Q7, что позволяет легко наращивать разрядность. Отличие Q0 и Q7 от нулевого и седьмого разрядов данных состоит в том, что Q0 и Q7 – однонаправленные, то есть в любом режиме работы выдают информацию с выходов триггеров младшего и старшего разрядов. Тактируется регистр положительным фронтом (0/1) сигнала С. Предусмотрен сброс регистра нулевым сигналом на входе –R. Режим работы ИС определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.

При SR=1 и SL=0 по положительному фронту сигнала С происходит сдвиг информации вправо. При этом запись в разряд 0 производиться со входа расширения DR.

При SR=0 и SL=1 по положительному фронту сигнала С происходит сдвиг информации влево. Запись в разряд 7 производиться при этом со входа расширения DL.

При SR=1 и SL=1 по положительному фронту сигнала С в регистр записывается параллельный код, причем разряды данных переходят в состояние приема независимо от сигнала –EZ.

Таблицы истинности регистров ИР13 и ИР24 приведены ниже.

Таблица 9.5. Таблицы истинности регистров ИР13 и ИР24

Главное применение всех регистров сдвига состоит в преобразовании параллельного кода в последовательный и наоборот. Такое преобразование используется, например, при передаче информации на большие расстояния (в информационных сетях), при записи информации на магнитные носители, при работе с телевизионными мониторами и во многих других случаях.

В качестве примера на рис 9.6. показана простейшая схема передачи информации в последовательном коде по двум линиям: информационной и синхронизирующей.

Рис 9.6. Последовательная передача информации с помощью регистров сдвига.

На передающем конце (слева на рисунке) с помощью сдвигового регистра ИР9 входной параллельный 8-разрядный код преобразуется в последовательность разрядов данных, следующих с частотой тактового сигнала. На приемном конце с помощью сдвигового регистра ИР8 эта последовательность разрядов данных преобразуется в параллельный код. Оба регистра тактируются одним и тем же тактовым сигналом, который передается по линии связи параллельно с последовательными данными. Для увеличения надежности передачи информационный сигнал дополнительно задерживается относительно фронта тактового сигнала с помощью цепочки из двух инверторов.

Первый бит последовательного входа (со входа 7 регистра ИР9) начинает передаваться с началом сигнала записи – Зап. Следующие разряды передаются с каждым следующим положительным фронтом тактового сигнала. В регистр ИР8 разряды последовательного кода записываются в том же самом порядке, в каком они были в регистре ИР9. По окончании передачи первый переданный сигнал данных окажется в разряде 7 шины данных регистра ИР8, а последний переданный сигнал данных – в разряде 0.