Лабораторная работа № . РЕГИСТРЫ

Цель работы: изучить принципы работы регистров.

Общие сведения

Элементарной ячейкой электронной памяти является триггер, способный сохранять 1 бит записанной в нем информации, однако обычно требуется запоминать двоичные слова большей разрядности, для этого используются регистры.

Регистром называется устройство из нескольких триггеров, предназначенное для записи, хранения и выдачи информации. Каждый разряд двоичного числа записывается в отдельном триггере, поэтому число триггеров в регистре определяет разрядность записываемого числа.

Ввод и вывод информации могут выполняться параллельным или последовательным кодом, поэтому существуют различные типы регистров — параллельные, параллельно-последовательные, регистры сдвига.

Регистры обычно строятся на основе D-триггеров, которые могут быть с динамическим управлением по фронту или статическим управлением — по уровню сигнала.

Параллельный регистр

В параллельных регистрах ввод и вывод двоичных слов производится одновременно для всех разрядов. Количество триггеров, входящее в состав параллельного регистра, определяет его разрядность.

Параллельный регистр строится на D-триггерах. К входам триггеров подключается шина входных данных, а к выходам триггеров — шина выходных данных. При записи информации в параллельный регистр все двоичные разряды записываются одновременно, поэтому входы синхронизации всех триггеров соединяют параллельно. Запись данных в регистр происходит при поступлении импульса синхронизации С.

Параллельный регистр может быть построен на базе D-триггеров со статическим входом (в обозначении входов С будут отсутствовать треугольники), его называют регистр-защелка (рис.1, а). Этот регистр имеет прозрачный режим, что используется в некоторых схемах.

Параллельный регистр с динамическим управлением прозрачного режима не имеет. Изображение треугольника в обозначении входа с, приведенное на рис. 1 б, соответствует регистру с прямым динамическим входом, в котором запись данных происходит по фронту импульса синхронизации с.

Рис. 1. Обозначения статического (а) и динамического (б) параллельных регистров с динамическим управлением

Схема четырехразрядного параллельного регистра, построенного на D-триггерах с динамическим управлением, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема параллельного регистра

Существуют другие варианты схем параллельных регистров. В интегральном исполнении выпускаются буферные регистры, имеющие мощные формирователи выходных сигналов с тремя состояниями выхода, или типа «открытый коллектор». Они предназначены для работы на внешнюю нагрузку и для подключения устройств к общим шинам.

Сдвигающие регистры (последовательные)

Сдвигающий регистр — цифровая схема, состоящая из последовательно включенных триггеров, содержимое которых можно сдвигать на один разряд влево или вправо подачей тактовых импульсов. Сдвигающие регистры служат для преобразования последовательного кода в параллельный код, и наоборот. Также они позволяют умножать или делить коды чисел на 2. Число, код которого записан в сдвигающий регистр, при сдвиге влево удваивается, а при сдвиге вправо уменьшается вдвое.

Сдвигающий регистр, схема которого приведена на рис. 3, имеет последовательный вход si (Serial Input) и параллельный выход q3—q0- Кроме того, сигнал qQ можно использовать как последовательный выход. Соединение триггеров между собой, когда сигнал передается с выхода старшего разряда на вход младшего разряда, позволяет получить сдвиг вправо.

Рис. 3. Сдвигающий регистр

Универсальный сдвигающий регистр (параллельно-последовательный)

Регистры сдвига изготавливаются обычно как универсальные, имеющие параллельные и последовательные входы и выходы, что позволяет не только преобразовывать последовательный код в параллельный, но и выполнять обратное преобразование параллельного кода в последовательный. Последовательно-параллельный регистр используется, например, при реализации последовательного порта в микропроцессорной системе.

Универсальный сдвигающий 4-разрядный регистр (рис. 4) имеет отдельные выводы для ввода данных в виде параллельного и последовательного кода, это шина параллельного кода d3—d0 и вход последовательного кода si (Serial Input). Выбор входных сигналов определяет сигнал разрешения параллельной загрузки / (Load — загрузка). Выходные сигналы регистра формируются на шине 3—q0.

Рис. 4. Обозначение универсального сдвигающего регистра (схема 74194)

Схемы универсального регистра содержит 4 D-триггера, синхронизация которых осуществляется общим сигналом с. Входной сигнал каждого триггера формируется мультиплексором «2 в 1». При разрешении параллельной загрузки (/=1), входы триггеров подключаются к проводникам входной шины данных. В этом режиме по положительному фронту синхроимпульса с выполняется запись входного кода в регистр (рис. 5).

Рис. 5. Схема универсального сдвигающего регистра

При запрещении параллельной загрузки (/ = 0) выполняется последовательная загрузка. По положительному фронту синхроимпульса «с» произойдет сдвиг вправо. Код, хранящийся в регистре, переместится на один разряд в сторону младших разрядов.

Универсальный сдвигающий регистр используют для преобразования параллельного кода в последовательный и наоборот.

Ход работы:

1. Постройте схему параллельного 4-разрядного регистра (рис.2).
2. Постройте схему последовательного 4-разрядного регистра (рис.3)
3. Постройте схему универсального сдвигающего регистра (рис.5)
4. Постройте схему, используя микросхему универсального сдвигающего регистра (74194)

Универсальный сдвиговый регистр