Последовательным называют регистр, в котором осуществляется последовательный (разряд за разрядом) прием и выдача информации. Такой регистр часто именуют регистром сдвига или сдвигающим регистром.
Регистр сдвига представляет собой ряд последовательно соединенных триггеров, число которых определяется разрядностью записываемого в него слова. По направлению сдвига записанной в регистр информации различают регистры прямого сдвига, т.е. вправо (в сторону младшего разряда); обратного сдвига, т.е. влево (в сторону старшего разряда); реверсивные регистры, допускающие сдвиг в обоих направлениях.
На рис. 2 приведен пример схемной реализации четырехразрядного регистра сдвига вправо, построенный на синхронизируемых фронтом D-триггерах.
Рис. 2. Регистр сдвига вправо: а) схема; б) условное изображение
При записи в регистр двоичного слова А=а3а2а1а0 первый разряд вводимого слова (а0) подается на вход крайнего левого триггера (Т3), являющегося одновременно входом регистра в целом, и записывается в него при поступлении первого сигнала (импульса) синхронизации С. С приходом следующего сигнала синхронизации значение а0 с выхода разряда Q3 вводится в разряд Q2, а в разряд Q3 поступает а1.
С приходом каждого очередного синхроимпульса производится сдвиг поступающей информации на один разряд вправо. После четвертого синхроимпульса регистр оказывается заполненным разрядами слова А и первый разряд слова (а0) появится на выходе Q0. Если подать на регистр еще одну последовательность из четырех синхроимпульсов, установив при этом на его входе уровень “0”, то из регистра (с выхода Q0, являющегося выходом регистра в целом) будет последовательно выводиться разряды слова А и регистр будут освобожден от хранения слова А (очищен).
Таким образом, в процессе сдвига информации каждый триггер Тi регистра: а) передает хранимую информацию на триггер Тi-1, б) изменяет свое состояние за счет приема информации от триггера Тi+1. Передача информации с триггера Тi и изменение его состояния не могут происходить одновременно. Поэтому основная сложность реализации операции сдвига заключается в разделении во времени выполнения указанных этапов в каждом разряде триггере регистра. Эта сложность исключается за счет использования синхронных триггеров с динамическим управлением записью (как показано на рис. 2) или двухступенчатых триггеров, внутренняя организация которых предусматривает разделение во времени этапов приема входной информации и изменения выходной.
На рис. 3 приведена схема регистра сдвига влево, построенная на двухступенчатых D-триггерах. Комбинируя схемы сдвига вправо и влево и используя управляющие сигналы, можно построить реверсивный регистр.
Рис. 3. Регистр сдвига влево
Регистры сдвига (рис. 2, 3) позволяют обеспечить преобразование последовательного кода в параллельный – достаточно в схеме предусмотреть выходы от всех разрядов (на рис. 2 показаны пунктирными линиями).
Регистр сдвига легко превращается в кольцевой регистр при соединении выхода последнего разряда с входом первого (рис.4). Для обеспечения других видов записи и считывания применяются комбинированные регистры, пример реализации одного из которых приведен на рис. 5. Здесь двухступенчатые логические элементы И-ИЛИ при V=1 обеспечивают после подачи тактового импульса на вход С передачу сигнала из i-го в i-1-ый триггер, а при V=0 обеспечивается запись в регистр сигналов, представляющих собой параллельный код. Считывание записанного произвольным способом слова возможно как в виде параллельного кода (Q0,Q1,Q2,Q3) ,так и в виде последовательного кода при подаче четырех тактовых импульсов.
4. Контрольные вопросы
1. Дайте определение регистра.
2. В чем отличия регистров памяти от регистров сдвига?
3. Какие типы триггеров могут быть использованы для построения схем: а) регистров памяти, б) регистров сдвига?
4. Объясните причину нецелесообразности применения Т-триггеров для построения регистров памяти.
5. Изобразите схему регистра, позволяющего преобразовывать четырехразрядный параллельный код в последовательный. Объясните работу схемы.
6. Объясните каким образом в регистре сдвига каждый синхроимпульс обеспечивает сдвиг информации ровно на один разряд.
7. Почему триггеры, синхронизируемые уровнем, не могут быть использованы для построения регистров сдвига?
8. Перечислите возможности ИС К155ИР1 и необходимые для их реализации действия.
Приложение 2.
Цифровые счетчики импульсов
Цель работы: изучение схемотехнических принципов построения и экспериментальное исследование цифровых счетчиков импульсов.
1. Теоретические основы лабораторной работы
Цифровым счетчиком называют функциональный узел, который осуществляет счет числа поступающих не его вход импульсов, формирует результат счета в заданном коде (обычно двоичном и поэтому такие счетчики именуют двоичными) и при необходимости хранит его.
Счетчики можно классифицировать по ряду признаков. В зависимости от направления счета различают суммирующие (с прямым счетом), вычитающие (с обратным счетом) и реверсивные (как с прямым, так и обратным счетом) счетчики. По способу организации переноса различают счетчики с последовательным, параллельным и последовательно-параллельным переносом.
Конструктивно счетчики выполняются в виде совокупности ИС Т-триггеров, соответствующим образом соединенных между собой, или в виде одной ИС, содержащий многоразрядный счетчик. Двоичные счетчики могут быть построены и на синхронных или двухступенчатых D-триггерах и JK-триггерах, предварительно преобразованных в Т-триггеры.
К основным параметрам двоичного счетчика относятся:
1. Модуль счета или емкость счетчика (К) – максимальное число импульсов, которое может быть подсчитано счетчиком.
2. Разрешающая способность или минимальное время следования (tсл.) – временной интервал между двумя счетными импульсами, при котором не нарушается надежная работа счетчика. Этот параметр определяет максимально допустимую частоту следования счетных импульсов.
3. Время регистрации (tp) – временной интервал между началом подачи счетного импульса и моментом установления результата счета, т.е. окончания самого длительного переходного процесса в счетчике.
На рис. 2 приведен пример схемной реализации четырехразрядного регистра сдвига вправо, построенный на синхронизируемых фронтом D-триггерах.
Регистр сдвига легко превращается в кольцевой регистр при соединении выхода последнего разряда с входом первого (рис.4). Для обеспечения других видов записи и считывания применяются комбинированные регистры, пример реализации одного из которых приведен на рис. 5. Здесь двухступенчатые логические элементы И-ИЛИ при V=1 обеспечивают после подачи тактового импульса на вход С передачу сигнала из i-го в i-1-ый триггер, а при V=0 обеспечивается запись в регистр сигналов, представляющих собой параллельный код. Считывание записанного произвольным способом слова возможно как в виде параллельного кода (Q0,Q1,Q2,Q3) ,так и в виде последовательного кода при подаче четырех тактовых импульсов.