Теоретичні відомості. 1. Основні поняття

1. Основні поняття

Регістр - це електронний пристрій для запам'ятовування (зберігання) слова, а також для виконання над словами деяких логічних операцій.

Регістри виконують наступні основні операції:

- установка регістра в нульовий стан (скидання);

- прийом слова з іншого регістра;

- передача слова в інший регістр;

- зрушення вправо й уліво на необхідне число розрядів;

- перетворення послідовного коду в паралельний й

паралельного в послідовний.

Регістри, як правило, будуються на D-тригерах, тому що ці тригери дозволяють робити запис інформації однофазним кодом без попереднього "обнулювання" по входу D (див.лаб.роб.2).

Прийом інформації до регістра й видача може здійснюватися паралельно й послідовно. У першому випадку слово представляється у вигляді паралельного коду. При записі й при зчитуванні всі розряди коду слова передаються одночасно, кожен розряд по своїй кодовій шині. При послідовній передачі кода слова, всі розряди коду слова передаються послідовно в часі один за іншим і строго в певні дискретні моменти часу, що збігаються з керуючими сигналами.

Розрізняють, зрушуючі регістри, у яких можливе зрушення збереженого коду й регістри без зрушення із прийомом інформації паралельним кодом. Розглянемо принцип роботи регістрів різного на значення.

Регістр із прийомом інформації паралельним кодом. Ці регістри призначені для прийому, зберігання й видачі інформації коду одного m-розрядного слова, тобто прийом і видача інформації здійснюється в паралельному коді, розглянутий m-розрядний, регістр можна представити як сукупність однорозрядних регістрів, що мають загальні шини керування. На мал. 3.1 представлений фрагмент схеми (3 розряди) регістра c прийомом інформації паралельним однофазним кодом. Схема даного, регістра має вихідну логіку на елементах Э_1-Э3, що дозволяє зчитувати інформацію з регістра як у прямому, так і зворотному коді залежно від значень розв'язного сигналу P₂ й P₃

Регістр (мал. 3.1) виконаний на D-тригерах (T₁-T₃). Запис інформації здійснюється по входах D відповідно до рівняння D-тригера:

Qⁿ⁺¹=!CⁿQⁿ V CⁿDⁿ

Вхідне слово X=x₁x₂x₃ надходить на входи D через конъюнктори Э_4-Э6 і при P₁ =[TИ]=1 записується в регістр.

Зчитування вихідного слова В=y₁y₂y₃ виробляється через логічні елементи Э_1-Э3 - із прямих виходів Q₁Q₂ Q₃ або з інверсних виходів!Q₁,!Q₂,!Q₃. При P₂=1, P₃=0, Y=X зчитування відбувається в прямому коді, а при P₂=0, P₃=1 Y=!X зчитування відбувається у зворотному коді.

Зрушуючі регістри. У регістрах цього типу здійснюється зрушення слова вліво або вправо на задане число розрядів. 3а один такт відбувається зрушення на один розряд. Застосовуються ці peгістри в основному для перетворення паралельного коду в послідовний і навпаки, а також в арифметичних пристроях при виконанні операцій над спеціальними кодами. Зрушуючі регістри, виконуються на D-тригерах.

На мал. 3.2 представлена схема регістра, що зрушує, виконуючу операцію перетворення послідовного коду в паралельний. Число X=x₁x₂x₃ у послідовному коді надходить на вхід D-тригера Т₁ старшим розрядом уперед. При надходженні I-го ТИ x₃ записується в T₁. По другому ТИ x₃ листується в T₂, а в T₁ записується x₂ і т.д.

Рис. 3.1

Рис. 3.2

Рис. 3.3

Таким чином, після трьох тактуючих імпульсів все число виявиться записаним у регістр і може бути лічене в паралельному коді з виходів Q₁,Q₂,Q₃ (Y=X) або!Q₁,!Q2,!Q3 (Y=!X). Процес зчитування організується точно також як й у схемі мал. 3.1

На мал. 3.3 зображена схема регістра, що зрушує, виконуючого перетворення паралельного коду в послідовний. Вхідне слово X=x₁x₂x₃ при P₁=[ТИ]=1 й P₂=0 записується в T₁T₂T₃ точно так як й у схемі мал. 3.1. Потім при P₂=[ТИ]=1 й P₁=0 відбувається перезапис інформації з T₁ в T₂, з T₂ в T₃ і т.д. З молодшого розряду в старший по кожному тактуючому імпульсі. Таким чином, на вході останнього розряду Q₃ будуть послідовно з'являтися x₃,x₂,x₁, тобто вхідне слово X, представлене в паралельному коді буде перетворено у вихідне слово Y, представлене послідовним кодом.

У регістрах по схемах 3.1, 3.2, 3.3 кількість тригерів у регістрі залежать від розрядності преутвореного машинного слова. Процес запису, зчитування й перетворення залишається таким же, як було описано вище.

2. Використовувані елементи програми EWB.

1) Voltage Source. За допомогою цього джерела на вхід

тригерів і логічних елементів подається логічна одиниця.

2) Перемикач (Basic->Switch). Перемикання виробляється натисканням на клавішу, зазначену в дужках над цим елементом.

3) Логічний елемент "І" (Logic gates->2-Input AND gate).

4) Логічний елемент "АБО" (Logic gates->2-Input OR gate).

5) Тригер типу D (Digital->D Flip-Flop)

6) Світлоіндикатор (Indicators->red Prob). При подачі на цей елемент логічної одиниці світодіод загоряється червоними кольорами.

7) Джерело прямокутних сигналів (Sources->Clock).

Виконує функцію синхронізатора, що забезпечує

одночасність подачі сигналів на входи тригерів.

Завдання для студентів

2.1. Скласти схему регістра паралельного занесення двійкового коду

2.2. Скласти схему трьохрозрядного регістра для занесення слова паралельним кодом і можливістю виходу в прямому й зворотному кодах і контролем по індикаторах.

Порядок побудови схеми регістра.

2.2.1. Зборка перемикаючих схем для керування зчитуванням в прямому й зворотному кодах:

Для реалізації даної схеми необхідно три таких з'єднання.

2.2.2. До входу С1 кожного із трьох D-тригерів підключимо джерело прямокутних імпульсів із частотою 10 Гц, заземливши його на виході мінусового сигналу:

2.2.3. Три 5-вольтових джерела напруги приєднуються через перемикачі до входів D1 тригерів кожного розряду.

Для настроювання управлінням перемикача необхідно призначити клавішу для перемикання даного перемикача. Для цього потрібно подвійним натисканням миші кликнути на зображенні перемикача й меню настроювання у формі KEY указати цю клавішу.

2.2.4. Інверсний вихід тригера підключити до входу нижнього логічного елемента "І". Проробити цю процедуру з кожним тригером і відповідним з'єднанням.

2.2.5. 5-вольтове джерело напруги підключити до входу перемикача, що вибирає пряме або інверсне зчитування. Верхній вихід перемикача підключити до верхнього входу верхнього логічного елемента "І" кожної схеми.

2.2.6. Підсумкова схема регістра, готова до проведення перевірки роботи і має такий вигляд:

2.3. Порядок проведення дослідження роботи регістра паралельного занесення

При вихідному положенні ключа K (верхнє положення) індикація підключається до прямих виходів регістра.

Положення нижніх перемикачів 1,2,3 визначає код, подаваний на вхід регістра.

Включення 1 й 3 вимикачів (натискання клавіш 1 й 3) відповідає коду що заноситься- 101.

У результаті загоряються відповідні світоіндикатори.

При зміні положення перемикача K на індикаторах відображається інверсний код.

Скласти тимчасову діаграму роботи регістра паралельного занесення.

2.4. Скласти схему регістра, що зрушує.

2.4.1. В основі схеми регістра, що зрушує, використається та ж елементна база, що й у п. 3.1.

Змінюючи частоту генератора синхроімпульсів у межах 0.1 до 1 Гц, за допомогою перемикача S (клавіша S) можна заносити послідовний код.

2.5. Моделювання роботи лічильника Джонсона

Для одержання схеми лічильника Джонсона необхідно з'єднати інверсний вихід старшого розряду регістра із входом молодшого. Змінюючи частоту синхроімпульсів, можна добитися різної швидкості зміни станів.

2.6. Завдання для самостійної роботи.

Зібрати схему реверсивного регістра, що зрушує. Організувати керування напрямком зрушення за допомогою перемикача й забезпечити індикацію виконання операцій зрушення.

3. Дати відповідь на контрольні питання.

3. Контрольні питання

1. Призначення різних типів регістрів в обчислювальних пристроях.

2. Які типи тригерів можуть бути використані для побудови

регістрів?

3. Призначення синхросигналу в роботі регістрів.

4. Які додаткові пристрої необхідні для побудови універсального регістра.

5. Послідовність дій, виконуваних на регістрах з метою перетворення паралельного коду в послідовний код й обернено.

Лабораторна робота № 4

Тема: Моделювання роботи лічильників за допомогою програми аналізу електронних схем Electronic Workbench

Мета: Ознайомлення з можливостями моделювання роботи схем лічильників. Дослідження лічильників різних типів, побудова лічильників із заданим модулем рахунку

Обладнання та програмне забезпечення: ПК, програма аналізу електронних і логічних схем Electronic Workbench

Дата добавления: 2015-07-11