Cum să asamblați un registru de deplasare folosind porți logice. Utilizarea registrelor de deplasare în dispozitivele de afișare. STCP – intrare de blocare a datelor

1. Cuprins

2. Introducere ………………………………………………………………………………… 2

3. Trecere în revistă a surselor literare ………………………………… 3

3.1. Informații generale despre registre ……………………………… 3

3.2. Informații generale despre declanșatoare…………………………………………… 6

3.3. Registre de schimbare…………………………………………….. 12

3.4. Registre universale………………………………………….. 20

4. Dezvoltarea unui circuit de registru de deplasare ………………………………… 24

4.1. Date inițiale ……………………………………………………… 24

4.2. Procedura de elaborare a registrului de schimburi…………..……… 24

4.3. Dezvoltarea unui registru cu deplasare în patru faze………… 25

5. Concluzie……………………………………………………………. 27

6. Lista referințelor …………………………………………. 28

2. Introducere

Registrele– cele mai comune componente ale dispozitivelor digitale. Aceștia operează pe numeroasele variabile înrudite care alcătuiesc un cuvânt. Pe cuvinte se efectuează o serie de operații: primire, emitere, stocare, deplasare în grila de biți, operații logice pe biți.

Registrele de deplasare (secvențiale) sunt folosite pentru deplasare n-numerele de biți într-o singură direcție. În plus, ele pot fi folosite pentru a muta informații non-numerice.

Registrele de deplasare sunt folosite ca dispozitive de stocare, ca convertoare de cod serial în paralel, ca dispozitive de întârziere și contoare de impulsuri (cu toate acestea, utilizarea registrelor de deplasare ca contoare este destul de neeconomică).

3. Revizuirea surselor de literatură

3.1. Informații generale despre registre

Registrele constau din circuite de biți care conțin flip-flops și, cel mai adesea, și elemente logice. Acţionează ca o singură unitate.

În funcție de numărul de linii de transmisie variabile, registrele sunt împărțite în monofazate și parafazate, iar în funcție de sistemul de sincronizare în ciclu unic, push-pull și multiciclu. Cu toate acestea, principala caracteristică de clasificare este metoda de primire și emitere a datelor. Pe această bază ei disting paralel (static) registre, secvenţial (deplasare)Și paralel-serial .

În registrele paralele, cuvintele sunt primite și scoase în toți biții simultan. Ele stochează cuvinte care pot fi supuse transformărilor logice pe biți.

În registrele secvenţiale, cuvintele sunt primite şi scoase cifră cu cifră. Ele sunt numite deplasare, deoarece semnalele de sincronizare la introducerea și ieșirea cuvintelor le mută în grila de biți. Un registru de deplasare poate fi nereversibil (cu deplasări unidirecționale) sau reversibil (cu capacitatea de a se deplasa în ambele direcții).

Registrele serial-paralel au intrări și ieșiri atât de tip serial cât și paralel. Există opțiuni cu intrare serială și ieșire paralelă (SIPO, Serial Input – Parallel Output), intrare paralelă și ieșire serială (PISO, Parallel Input – Serial Output), precum și opțiuni cu posibilitatea oricărei combinații de metode de recepție și emitere cuvinte.

În registrele paralele (statice), circuitele de biți nu comunică între ele. Comun biților sunt, de obicei, circuitele de ceas, circuitele de resetare/setare, permisiunea de ieșire sau primire, adică circuitele de control. Un exemplu de circuit al unui registru static construit pe bistabile de tip D cu intrări dinamice directe, având intrări resetate R și ieșiri de stare a treia controlate de semnalul EZ, este prezentat în figura 1 .

Poza 1. Diagrama unui registru static (a) și denumirea sa grafică convențională (b)

Tehnologia modernă a circuitelor se caracterizează prin construirea de registre pe flip-flops de tip D, în principal cu control dinamic. Multe au ieșiri cu o a treia stare. Unele registre sunt clasificate ca registre tampon, adică sunt proiectate să funcționeze cu sarcini capacitive mari și/sau cu rezistență scăzută. Acest lucru asigură funcționarea acestora direct pe autostradă (fără circuite de interfață suplimentare).

Registrele statice sunt folosite pentru a crea blocuri de memorie de registre - fișiere de înregistrare.

Principalele funcții ale registrelor:

1) stocarea informațiilor,

2) Recepția informațiilor,

3) Furnizarea de informații,

4) Schimbul de informații,

5) Conversia codului,

6) Setarea numărului dorit la zero sau unu,

7) Operații logice pe biți: disjuncție, conjuncție, adunare modulo 2.

3.2. Înțelegerea declanșatorilor

Declanșatoare - o clasă mare de dispozitive electrice care îi permit să rămână într-una din două (sau mai multe) stări stabile pentru o perioadă lungă de timp și să le alterneze sub influența semnalelor externe (ca urmare a procesului de regenerare (proces tranzitoriu într-un circuit electric acoperit). printr-un PIC)).

Un declanșator este un dispozitiv logic cu puls cu memorie (element de memorie – zăvor).

Există mai mult de o duzină de declanșatori integrali diferiți. Clasificarea lor se bazează pe:

Semn funcțional

O metodă de scriere a informațiilor către un declanșator.

Pe baza caracteristicilor lor funcționale, există declanșatoare T, declanșatoare JK, declanșatoare RS, declanșatoare D, declanșatoare combinate (TV, DV, E, R), etc.

Pe baza metodei de înregistrare (recepție) a informațiilor, acestea se disting:

8) Declanșatoare asincrone:

a) cu întârziere internă;

b) controlat de nivelul impulsului de intrare;

9) Declanșatoare sincrone (tactate):

a) cu întârziere internă;

b) controlat de nivelul impulsului de temporizare:

Acțiune cu un singur ciclu (în singură treaptă);

Acțiune multiplă.

Informațiile sunt scrise în declanșatoarele tactate numai atunci când este aplicat un impuls de ceas de activare. Astfel de declanșatoare sunt împărțite în controlate de nivel (este necesar un anumit nivel de semnal pentru funcționare) și controlate de margini (nu depind de nivelul semnalului, prezența acestuia este importantă) ale impulsului de sincronizare. Impulsurile de ceas sunt uneori numite și semnale de sincronizare, executive sau de comandă (notate de obicei în diagrame cu litera C - Ceas).

Intrarea dinamică poate fi directă sau inversă. Controlul dinamic direct permite comutarea atunci când semnalul ceasului se schimbă de la zero la unu (). Control dinamic invers - schimbarea semnalului ceasului de la unu la zero ().

Controlul marginii pulsului de temporizare: Controlul scăderii pulsului de temporizare: Controlul nivelului superior al impulsului de temporizare:

Controlul nivelului inferior al impulsului de sincronizare:

Declanșatoarele tactate cu o întârziere internă (declanșate când semnalul se termină) sunt, de regulă, cu un singur capăt. Ciclul multiplu declanșează incendiul după n-impulsul nogo.

Declanșatorul RS are două intrări de informații: S (Setare) și R (Resetare). Aplicarea simultană a semnalelor S și R nu este permisă. Pe Figura 2 arată o declanșare RS sincronă declanșată de marginea semnalului de temporizare.

Figura 2. Declanșare RS sincronă

Pe lângă intrări, cel mai simplu declanșator RS are și două ieșiri. Ieșirile indică QȘi

. Ieșire Q numit direct, a - invers. Nivelurile de tensiune la ambele ieșiri sunt reciproc inverse: dacă semnalul Q= 1, atunci = 0 sau dacă Q= 0, atunci = 1. De asemenea, trebuie remarcat faptul că starea declanșatorului în care Q= 1, a = 0, se numește unitate. Când declanșatorul este zero Q= 0 și = 1. Când semnalele ajung la intrările declanșatorului, în funcție de starea acestuia, fie are loc comutarea, fie se păstrează starea inițială.

Figura 3. - declanșare: denumirea sa grafică convențională și un circuit cu două elemente logice ȘI-NU

Inregistreaza-te. Registrul de deplasare

Un registru este un dispozitiv format din flip-flops pentru a efectua o serie de acțiuni cu numere binare. Pentru cei care nu știu ce este un declanșator, vă recomandăm să vă familiarizați cu cel mai simplu declanșator RS.

Cea mai simplă funcție a registrelor este de a reține un număr și de a-l stoca pentru o lungă perioadă de timp. Aceste dispozitive se numesc registre de stocare. Iată un exemplu simplu.

Numărul care trebuie salvat este furnizat intrărilor D0 - D2. De îndată ce la intrarea C apare un impuls de sincronizare, numărul este scris pe declanșator, schimbându-și starea. Figura prezintă un registru de reținere pe trei biți. Când numărul 111 2 este furnizat intrărilor, acesta va apărea și pe ieșirile directe ale declanșatoarelor ( Q0 - Q2). La ieșiri inverse ( Q0 - Q2) va fi în mod natural 000 2 . Semnal R ( Resetați) sau resetate, flip-flops-urile sunt setate la starea zero.

În mod obișnuit, sunt utilizate registre formate din 4, 8 sau 16 flip-flops. Imaginea unui registru de patru biți pe diagramele de circuit poate arăta astfel.

Figura nu arată ieșirile inverse ale declanșatorilor și ale semnalului R. Registrele sunt întotdeauna desemnate cu litere latine RG. Dacă registrul se deplasează, atunci sub denumire este trasă o săgeată îndreptată spre stânga, dreapta sau dublă.

Registrele de deplasare sau registrele de deplasare.

Un registru cu deplasare este un dispozitiv format din mai multe bistabile conectate în serie, al căror număr determină capacitatea registrului. Registrele sunt utilizate pe scară largă în calcul pentru a converti coduri. Paralel cu serialul și invers.

În plus, registrele de deplasare sunt baza ( ALU) a unui dispozitiv aritmetic-logic, deoarece atunci când un număr binar scris într-un registru este deplasat cu o cifră la stânga, numărul este înmulțit cu două, iar când un număr este deplasat cu o cifră la dreapta, numărul este împărțit la două . Prin urmare, cel mai răspândit reversibil sau bidirectional registre.

Luați în considerare un registru cu deplasare pe patru biți care convertește codul binar serial în cod binar paralel. Utilizarea codului serial este justificată de faptul că cantități uriașe de informații pot fi transmise pe o singură linie. Un exemplu în acest sens este magistrala serial universală - portul USB al oricărui dispozitiv. Numărul de declanșatoare din acest registru poate fi oricare. Este suficient să conectați ieșirea directă Q3 Cu D intrarea următorului declanșator și așa mai departe până când se atinge capacitatea necesară.

Registrul funcționează după cum urmează. Primul bit de informare ajunge la intrare D0. Simultan cu acest bit, un impuls de ceas ajunge la intrare CU. Intrări CU toate declanșatoarele incluse în registru sunt combinate între ele. Odată cu sosirea primului impuls de ceas, nivelul la intrare D0 scris la primul declanșator și de la ieșire Q0 vine la intrarea următorului declanșator, dar scrierea la al doilea declanșator nu are loc, deoarece pulsul de ceas sa încheiat deja.

Când sosește următorul impuls de ceas, nivelul prezent la intrarea celui de-al doilea flip-flop este stocat în acesta și merge la intrarea celui de-al treilea flip-flop. În același timp, următorul bit de informații este stocat în primul flip-flop. După sosirea celui de-al patrulea impuls de ceas, nivelurile logice care au fost recepționate secvenţial la intrare vor fi înregistrate în cele patru flip-flops ale registrului. D0.

Să presupunem că acestea sunt nivelurile 0110 2. Acest număr binar poate fi apoi afișat prin conectarea LED-urilor la ieșirile flip-flops. Acesta este modul în care registrul considerat este reprezentat pe o diagramă schematică.

Se poate observa că pe imaginea convențională există o săgeată - un indicator că acesta este un registru de deplasare.

Să ne uităm la cum funcționează un registru de deplasare universal pe patru biți. K155IR1(analogic - SN7495N). Iată structura sa internă.

Registrul conține patru D-flip-flops, care sunt interconectate folosind elemente logice suplimentare AND - OR, care permit implementarea diferitelor funcții. Pe diagramă:

V2 - intrare de control. Este folosit pentru a selecta modul de operare al registrului.

Q1 - Q4 ieșiri ale declanșatorilor din care este eliminat codul paralel.

V1 - intrare pentru furnizarea codului de serie.

C1, C2 - impulsuri de ceas.

D1 - D4 - intrari pentru scrierea codului paralel.

Algoritmul de operare a registrului este următorul. Dacă se aplică un potențial scăzut la intrarea V2, impulsurile de ceas sunt aplicate la C1 și biții de informații sunt aplicați la intrarea V1, atunci registrul se deplasează la dreapta. După ce primim patru biți la ieșirile flip-flops-urilor Q1 - Q4, obținem un cod paralel. În acest fel, codul serial este convertit în paralel.

Pentru conversia inversă, codul paralel este scris la intrările D1 - D4, aplicând un potențial ridicat la intrarea V2 și impulsuri de ceas la intrarea C2. Apoi, prin aplicarea unui potențial scăzut la intrarea V2 și a impulsurilor de ceas la intrarea C1, deplasăm codul înregistrat, iar codul serial este eliminat de la ieșirea ultimului declanșator.

În ceea ce privește structura sa, acesta este unul dintre cele mai simple registre de deplasare.

Registrele de deplasare din tehnologia digitală pot servi drept bază pe care sunt asamblate ansambluri cu proprietăți interesante. Acestea sunt, de exemplu, contoare de inele, care se numesc contoare Johnson. Un astfel de contor are un număr de stări de două ori mai mare decât numărul flip-flops-urilor sale constitutive. De exemplu, dacă un numărător de inele este format din trei flip-flops, atunci va avea șase stări stabile. Nu este furnizat nimic la intrarea contorului, cu excepția impulsurilor de ceas. În starea inițială, toate bistabilele sunt „resetate”, adică există zerouri logice la ieșirile directe ale declanșatorilor, dar la intrare. D primul declanșator de la ieșirea inversă a celui de-al treilea declanșator este o unitate logică. Să începem să trimitem impulsuri de ceas și procesul începe.

Tabelul de adevăr arată clar cum se schimbă codul binar atunci când sosesc șase impulsuri de ceas.

N	Î 2	Î 1	Q 0
1	0	0	1
2	0	1	1
3	1	1	1
4	1	1	0
5	1	0	0
6	0	0	0

Acum știți ce este un registru și cum poate fi folosit în practică. Baza oricărui registru este un declanșator. Numărul de flip-flops dintr-un registru determină capacitatea acestuia. Cei care sunt interesați de microcontrolere știu că cel mai important element al oricărui microcontroler, fie el PIC, AVR, STM sau MSP, este registrul.

Într-o situație în care nu există suficiente ieșiri de microcontroler, ce se face de obicei? Așa este - luați un microcontroler cu un număr mare de ieșiri. Și dacă microcontrolerul cu cel mai mare număr de ieșiri nu are suficienți pini, atunci pot instala un al doilea microcontroler.
Dar, în majoritatea cazurilor, problema poate fi rezolvată prin metode mai ieftine, de exemplu folosind un registru cu deplasare 74HC595.

Avantajele utilizării registrului de schimbare 74HC595:

nu necesită alte cablaje decât un condensator de alimentare;
funcționează prin interfața SPI utilizată pe scară largă;
pentru cea mai simplă comutare, două ieșiri de microcontroler sunt suficiente;
posibilitatea extinderii aproape nelimitate a numărului de ieșiri fără a crește ieșirile ocupate ale microcontrolerului;
frecventa de operare pana la 100 MHz;
tensiune de alimentare de la 2 V la 6 V;
ieftin - costă mai puțin de 5 cenți;
Disponibil în ambele pachete plane (74HC595D este convenabil pentru producție) și DIP16 (74HC595N este convenabil pentru radioamatori și prototipuri).

Pentru a înțelege cum funcționează registrul, merită să priviți diagrama funcțională. Se compune din:

registru cu deplasare pe 8 biți,
registru de reținere pe 8 biți,
Registrul de ieșire pe 8 biți.

Să ne uităm la ce pini are registrul de deplasare 74hc595.

Ieșirea generală și puterea de ieșire nu necesită explicații.

GND - pământ
VCC - sursă de alimentare de 5 volți

74HC595 Intrări:

O.E.

O intrare care convertește ieșirile dintr-o stare de impedanță ridicată într-o stare de lucru. Un 1 logic la această intrare va deconecta ieșirile lui 74HC595 de la restul circuitului. Acest lucru este necesar, de exemplu, pentru ca un alt microcircuit să poată controla aceste semnale.
Dacă trebuie să transformați microcircuitul în stare de funcționare, aplicați un zero logic acestei intrări. Și dacă, în principiu, nu este nevoie să transferați ieșirile într-o stare de impedanță ridicată, nu ezitați să puneți la pământ acest pin.

MR - resetarea registrului

Transferați toate ieșirile la o stare logică zero. Pentru a reseta registrul, trebuie să aplicați un zero logic acestei intrări și să aplicați un impuls pozitiv la intrarea STCP.
Conectam această ieșire printr-un rezistor la sursa de alimentare a microcircuitului și, dacă este necesar, scurtcircuitam-o la masă.

DS – intrarea datelor

Datele furnizate secvenţial aici vor apărea la cele 8 ieşiri ale registrului în formă paralelă.

SHCP – intrare ceas

Când intrarea ceasului SHCP este logic 1, bitul de la intrarea de date DS este citit și scris în bitul cel mai puțin semnificativ al registrului de deplasare. Când următorul impuls de nivel înalt ajunge la intrarea ceasului, următorul bit de la intrarea de date este scris în registrul de deplasare. Bitul care a fost scris mai devreme este deplasat cu un bit (de la Q0 la Q1), iar locul lui este luat de bitul nou sosit. Și așa mai departe în lanț.

STCP – intrare de blocare a datelor

Pentru ca datele să apară la ieșirile Q0...Q7, trebuie să aplicați unul logic la intrarea STCP. Datele intră într-un registru paralel care le stochează până la următorul impuls STCP.

Ieșiri 74HC595

Q0…Q7 – ieșiri pe care le vom controla. Poate fi în trei stări: una logică, zero logic și stare de impedanță mare
Q7′ – ieșire destinată conectării în serie a registrelor.

O diagramă de timp care arată mișcarea unei unități logice prin toate ieșirile registrului.

După cum se spune, este mai bine să vezi o dată decât să auzi de șapte ori. Când am folosit pentru prima dată registrul 74HC595, nu am înțeles pe deplin funcționarea acestuia și, pentru a-l înțelege, am modelat circuitul necesar în Proteus.

Iată diagrama pentru conectarea indicatoarelor cu șapte segmente la microcontrolerul ATMega48 prin SPI:

Acesta este un circuit cu indicație dinamică, adică în fiecare moment se aprinde doar o cifră a indicatorului quad cu șapte segmente, apoi se aprinde următoarea și așa mai departe într-un cerc. Dar din moment ce schimbarea are loc foarte repede, ochiului i se pare că toate numerele sunt în flăcări.
În plus, acest circuit sondează simultan 4 butoane S1-S4. Adăugând două diode duale, puteți sonda 8 butoane. Și prin adăugarea a 4 tranzistoare și rezistențe, puteți conecta un indicator suplimentar de 4 cifre.
Pentru ca indicația dinamică să funcționeze, trebuie să fie trimiși doi octeți către registre: primul octet determină care dintre cei 4 indicatori va funcționa și ce buton va fi interogat. Iar al doilea este care dintre segmente se va aprinde.

1. Cuprins

2. Introducere ………………………………………………………………………………… 2

3. Trecere în revistă a surselor literare ………………………………… 3

3.1. Informații generale despre registre ……………………………… 3

3.2. Informații generale despre declanșatoare…………………………………………… 6

3.3. Registre de schimbare…………………………………………….. 12

3.4. Registre universale………………………………………….. 20

4. Dezvoltarea unui circuit de registru de deplasare ………………………………… 24

4.1. Date inițiale ……………………………………………………… 24

4.2. Procedura de elaborare a registrului de schimburi…………..……… 24

4.3. Dezvoltarea unui registru cu deplasare în patru faze………… 25

5. Concluzie……………………………………………………………. 27

6. Lista referințelor …………………………………………. 28

2. Introducere

Registrele de deplasare (secvențiale) sunt folosite pentru deplasare n-numerele de biți într-o singură direcție. În plus, ele pot fi folosite pentru a muta informații non-numerice.

3. Revizuirea surselor de literatură

3.1. Informații generale despre registre

Registrele constau din circuite de biți care conțin flip-flops și, cel mai adesea, și elemente logice. Acţionează ca o singură unitate.

În registrele paralele, cuvintele sunt primite și scoase în toți biții simultan. Ele stochează cuvinte care pot fi supuse transformărilor logice pe biți.

Poza 1. Diagrama unui registru static (a) și denumirea sa grafică convențională (b)

Registrele statice sunt folosite pentru a crea blocuri de memorie de registre - fișiere de înregistrare.

Principalele funcții ale registrelor:

1) stocarea informațiilor,

2) Recepția informațiilor,

3) Furnizarea de informații,

4) Schimbul de informații,

5) Conversia codului,

6) Setarea numărului dorit la zero sau unu,

7) Operații logice pe biți: disjuncție, conjuncție, adunare modulo 2.

3.2. Înțelegerea declanșatorilor

Un declanșator este un dispozitiv logic cu puls cu memorie (element de memorie – zăvor).

Există mai mult de o duzină de declanșatori integrali diferiți. Clasificarea lor se bazează pe:

Semn funcțional

O metodă de scriere a informațiilor către un declanșator.

Pe baza caracteristicilor lor funcționale, există declanșatoare T, declanșatoare JK, declanșatoare RS, declanșatoare D, declanșatoare combinate (TV, DV, E, R), etc.

Pe baza metodei de înregistrare (recepție) a informațiilor, acestea se disting:

8) Declanșatoare asincrone:

a) cu întârziere internă;

b) controlat de nivelul impulsului de intrare;

9) Declanșatoare sincrone (tactate):

a) cu întârziere internă;

b) controlat de nivelul impulsului de temporizare:

Acțiune cu un singur ciclu (în singură treaptă);

Acțiune multiplă.

Controlul marginii impulsului de sincronizare:

Controlul decăderii pulsului de sincronizare:

Controlul nivelului superior al impulsului de sincronizare:

Controlul nivelului inferior al impulsului de sincronizare:

Declanșatoarele tactate cu o întârziere internă (declanșate când semnalul se termină) sunt, de regulă, cu un singur capăt. Ciclul multiplu declanșează incendiul după n-impulsul nogo.

Figura 2. Declanșare RS sincronă

Pe lângă intrări, cel mai simplu declanșator RS are și două ieșiri. Ieșirile indică QȘi . Ieșire Q numit direct, a - invers. Nivelurile de tensiune la ambele ieșiri sunt reciproc inverse: dacă semnalul Q= 1, atunci = 0 sau dacă Q= 0, atunci = 1. De asemenea, trebuie remarcat faptul că starea declanșatorului în care Q= 1, a = 0, se numește unitate. Când declanșatorul este zero Q= 0 și = 1. Când semnalele ajung la intrările declanșatorului, în funcție de starea acestuia, fie are loc comutarea, fie se păstrează starea inițială.

Figura 3. - declanșare: denumirea sa grafică convențională și un circuit cu două elemente logice ȘI-NU

Pe Figura 3 cel mai simplu declanșator este afișat - tip . Aici sunt folosite doar două porți NAND. Scopul intrărilor: - pentru a seta declanșatorul într-o singură stare și - pentru a reveni la starea zero. Liniile de deasupra desemnărilor de intrare indică faptul că flip-flop-ul comută atunci când o tensiune de intrare de nivel înalt este înlocuită cu o tensiune de nivel scăzut ( figura 4). Este ușor de observat că atunci când nu se primesc semnale la intrări, flip-flop-ul își păstrează starea. Dacă, de exemplu, Q= 1 și = 0, adică declanșatorul este într-o singură stare, atunci, deoarece ieșirea lui DD1 este conectată la una dintre intrările lui DD2, iar ieșirea lui DD2 este conectată la una dintre intrările lui DD1, tensiunea este aplicat celor două intrări ale DD2

Figura 4. Diagrama de timp de funcționare - declanșatorul

ridicat, iar la ieșire - nivel scăzut (= 0). În același timp, la una dintre intrările lui DD1 tensiunea este scăzută, iar la ieșire este ridicată. Dacă un semnal cu polaritatea indicată ajunge acum la intrare (moment t1 , figura 4), starea declanșatorului nu se va schimba, deoarece sosirea unui semnal la a doua intrare DD1 va schimba temporar doar combinația de semnale la intrări (înainte de a fi trimis semnalul era 1 și 0, dar a devenit 0 și 0), dar starea de ieșire a lui DD1 rămâne neschimbată. Dacă, totuși, un semnal ajunge la intrare (moment t2), ambele intrări ale DD2 vor avea deja tensiuni de niveluri diferite, starea elementelor logice se va schimba și ieșirea sa va avea o tensiune de nivel înalt. Ambele intrări ale DD1 vor avea tensiuni de nivel înalt și tensiuni scăzute la ieșire, adică declanșatorul se va „răsturna” și va intra într-o altă stare: Q= 0 și = 1.

Din cele de mai sus rezultă că o schimbare a stării declanșatorului are loc numai atunci când semnalele de nivel scăzut alternează la intrări și . Mai mult, dacă astfel de semnale ajung la ambele intrări simultan, atunci după terminarea lor starea declanșatorului va deveni nedefinită (starea Q= 0 sau Q= 1 la fel de probabil). Prin urmare, semnalele simultane de nivel scăzut nu sunt permise pe ambele intrări.

Funcționarea unui declanșator este caracterizată de un tabel de stări (indici nȘi n+1 indică faptul că semnalul aparține unui moment în timp tn iar următorul după el tn+1):





		Stare incertă

Alimentarea simultană a tensiunii de nivel scăzut la ambele intrări ale declanșatorului nu este permisă.

Un declanșator de tip RS, ca un flip-flop, „îți amintește” care dintre cele două intrări (R sau S) a primit ultimul semnal: dacă intrarea este R, declanșatorul este în starea zero ( Q= 0 și = 1), iar dacă intrarea este S, atunci într-o singură stare ( Q= 1 și = 0).

Figura 5. R.S. - declanșare: denumirea sa grafică convențională și circuitul cu patru elemente logice ȘI-NU

Pe Figura 5 prezintă o diagramă a unui flip-flop RS realizat pe elemente logice NAND. Acesta diferă de circuitul flip-flop prin faptul că la fiecare intrare este adăugat un invertor (DD3 și DD4), care furnizează doar nivelul necesar de semnale de intrare.

Schimbarea semnalelor de intrare de la scăzut la ridicat duce la o schimbare a stării declanșatorului (momente t1, t2, t2 și t5; pe moment t4 nu are loc nicio răsturnare, deoarece declanșatorul a fost deja setat la starea unică în momentul anterior - t3, Figura 6).

Figura 6. Diagrama de timp a funcționării RS - declanșatorul

Tot ce s-a spus despre declanșatorul RS se aplică și pentru declanșatorul -. Singura diferență se referă la inversarea nivelurilor semnalului de intrare (R în loc de și S în loc de ).

Funcționarea flip-flop-ului RS este caracterizată de următorul tabel de stări:





		Stare incertă

3.3. Registrele de schimbare

Declanșează registrul de schimbare apelați un set de declanșatoare cu anumite conexiuni între ele, în care aceștia acționează ca un singur dispozitiv. Registrele secvențiale (de deplasare) sunt un lanț de circuite de biți conectate prin circuite de transport.

În registrele cu un singur ciclu deplasate cu un bit la dreapta ( figura 7) cuvântul este deplasat când sosește un semnal de sincronizare. Intrarea și ieșirea sunt seriale (DSR – Data Serial Right). Pe Figura 8 arată un circuit de registru deplasat la stânga (intrare de date DSL - Data Serial Left) și Figura 9 ilustrează principiul construirii unui registru reversibil, în care există conexiuni între bistabile cu ambii biți adiacenți, dar semnalele corespunzătoare permit funcționarea doar a uneia dintre aceste conexiuni (comenzile „stânga” și „dreapta” nu sunt date simultan) .

Figura 7. Circuitul registrului de deplasare la dreapta

Desen 8 . Circuitul registrului de deplasare la stânga

Desen 9 . Circuit de registru invers

Conform cerințelor de sincronizare, în registrele de deplasare care nu au elemente logice în conexiunile inter-biți, bistabilele controlate la nivel de o etapă nu pot fi utilizate, deoarece unele bistabile pot comuta în mod repetat în timpul acțiunii nivelului de activare al semnal de ceas, ceea ce este inacceptabil. În aceste scheme, ar trebui să fie utilizați declanșatoare cu control dinamic (în două etape).

Apariția elementelor logice și, în plus, a circuitelor logice de adâncime non-unitaria în conexiunile inter-biți simplifică îndeplinirea condițiilor de funcționare a registrelor și extinde gama de tipuri de bistabile potrivite acestor circuite.

Registrele cu deplasare cu mai multe cicluri sunt controlate de mai multe secvențe de ceas. Dintre acestea, cele mai cunoscute sunt cele push-pull cu registre principale și suplimentare, construite pe declanșatoare simple cu o singură etapă controlate de un nivel. La ceasul C1, conținutul registrului principal este rescris în registrul suplimentar, iar la ceasul C2 revin la registrul principal, dar la biții adiacenți, ceea ce corespunde unei deplasări de cuvânt. În ceea ce privește costurile și performanța echipamentului, această opțiune este aproape de un registru cu un singur ciclu cu flip-flops în două etape.

Registrul de deplasare conține un set de bistabile cu anumite conexiuni între ele, iar organizarea acestor conexiuni este astfel încât atunci când se aplică un impuls de ceas, comun tuturor bistabilelor, starea de ieșire a fiecărui flip-flop este deplasată la cel vecin. În funcție de organizarea conexiunilor, această deplasare poate apărea la stânga sau la dreapta:

Schimbați la stânga

Schimbați la dreapta

Introducerea informațiilor într-un registru se poate face în diferite moduri, dar cel mai adesea se folosește intrare paralelă sau secvențială, în care un număr binar este introdus fie simultan în toți biții registrului, fie secvenţial în timp în biți individuali. În contoarele de impulsuri, sunt utilizate registre de deplasare cu intrare și ieșire secvențială a informațiilor și cu o deplasare la dreapta. Pe Figura 10 A Este prezentată diagrama unui registru cu deplasare pe patru biți realizat pe bistabile RS. În această schemă, fiecare ieșire Q Declanșatorul este conectat la intrarea S a descărcării ulterioare și fiecare ieșire este conectată la intrarea R. Intrările de ceas ale tuturor bistabilelor sunt conectate împreună, iar semnalul de sincronizare este primit de un impuls comun prin AND-NOT. element logic (DD7). Starea primului declanșator este determinată de semnalele de intrare la intrările X1, X2 ale elementului logic AND-NOT (DD5). Informațiile curente sunt furnizate la intrarea X1 și un semnal pentru a permite transmiterea acesteia la intrarea X2. Poarta NOT (DD6) este folosită pentru a inversa semnalul de intrare aplicat intrării S.

Pe Figura 10 b Sunt prezentate diagramele de timp ale semnalelor de ieșire ale bistabilelor și starea registrelor la scrierea unui singur semnal la prima cifră. Dacă, la sosirea primului impuls de ceas, semnalele X1 = X2 = 1 sunt setate la intrările X1 și X2, care sunt apoi eliminate la sosirea celui de-al doilea impuls de ceas, atunci, ca rezultat, semnalul va fi scris în primul declanșator Q 1 = 1. Odată cu sosirea celui de-al doilea impuls de ceas, la primul declanșator va fi scris un semnal Q 1 = 0 și un semnal va apărea la ieșirea celui de-al doilea declanșator Q 2 = 1, care a fost anterior la ieșirea celui de-al doilea declanșator. Când sosesc impulsuri de ceas ulterioare, un singur semnal este mutat secvenţial la al treilea şi al patrulea flip-flop, după care toate bistabilele sunt setate la starea zero.

n	*Î 1*	*Î 2*	*Î 3*	*Q 4*

Desen 10 . Diagrama unui registru cu deplasare în patru faze (a), diagramele de timp ale semnalelor sale și stările registrului la scrierea unui singur semnal la prima cifră (b)

Registrele de deplasare pot fi, de asemenea, implementate folosind flip-flops D sau flip-flops JK. Toate registrele de schimb au următoarele prevederi:

1) este necesar să presetați starea inițială și să introduceți o unitate în primul declanșator

2) pentru înregistrare de la n declanșează după internare n impulsuri de ceas de intrare, unitatea introdusă inițial este scoasă, drept urmare ieșirile directe ale tuturor registrelor sunt în starea zero.

Cipurile de registru de deplasare integrate sunt reversibile, adică efectuează o deplasare în orice direcție: stânga sau dreapta. Direcția deplasării este determinată de valoarea semnalului de control.

Figura 11. Implementarea unui registru de deplasare pe flip-flops RS cu un singur capăt

Registrul de deplasare serial are două dezavantaje: permite introducerea unui singur bit de informație la fiecare impuls de ceas și, în plus, de fiecare dată când informația din registru este deplasată la dreapta, se pierde bitul de informare din dreapta. Pe Figura 12 prezintă un sistem care permite încărcarea paralelă simultană a 4 biți de informații.

Figura 12. Diagrama bloc a unui registru paralel pe 4 biți

Intrările 1, 2, 3, 4 din acest dispozitiv sunt intrări de informații. Acest sistem poate fi echipat cu o altă caracteristică utilă - posibilitatea de mișcare circulară a informațiilor, atunci când datele de la ieșirea dispozitivului sunt returnate la intrarea acestuia și nu se pierd.

Figura 13. Circuit logic al unui registru inel paralel de patru biți

Circuitul unui registru de deplasare inel paralel pe 4 biți este prezentat în Figura 13. Acest registru de deplasare folosește patru flip-flops JK. Datorită buclei de feedback, informațiile introduse în registru, care se pierd de obicei la ieșirea celui de-al patrulea flip-flop, vor circula prin registrul de deplasare. Semnalul pentru ștergerea registrului (setați ieșirile sale la starea 0000) este nivelul logic 0 la intrarea CLR. Intrările de încărcare de date paralele 1, 2, 3 și 4 sunt conectate la intrările presetate de declanșare (PS), permițând setarea logicii 1 pe orice ieșire (1, 2, 3, 4). Dacă se aplică un 0 logic uneia dintre aceste intrări chiar și pentru scurt timp, atunci la ieșirea corespunzătoare va fi setat un 1 logic. Aplicarea impulsurilor de ceas la intrările C ale tuturor bistabilelor JK duce la o deplasare a informațiilor din registru către dreapta. De la al patrulea declanșator, datele sunt transferate la primul declanșator (mișcare circulară a informațiilor).

Tabelul 1.

№ linii	Intrări		Ieșiri
		Ceasul nr.
		Ceasul nr.

Principiul de funcționare al unui registru cu deplasare paralelă este descris în tabelul 1. Când alimentarea este pornită, orice combinație binară poate fi setată la ieșirile registrului, cum ar fi, de exemplu, în linia 1 a tabelului. Aplicarea unui 0 logic la intrările bistabilelor CLR inițiază ștergerea registrului (linia 2). Apoi (linia 3) este încărcată în registru combinația binară 0100. Impulsurile consecutive de ceas fac ca informațiile introduse să se deplaseze la dreapta (liniile 4 - 8). În rândurile 5 și 6: cel de la flip-flop din dreapta (al patrulea) este transferat pe flip-flop din stânga (primul). În acest caz, putem vorbi despre mișcarea circulară a unei unități în registru. În continuare (linia 9), ștergerea registrului este inițiată din nou utilizând intrarea CLR. Noua combinație binară 0110 este încărcată (linia 10). Aplicarea a 5 impulsuri de ceas (liniile 11-15) are ca rezultat o deplasare circulară a informațiilor cu 5 poziții spre dreapta. Este nevoie de 4 impulsuri de ceas pentru a readuce datele la starea inițială.

Dacă registrul de deplasare este de Figura 13întrerupeți bucla de feedback, apoi obținem un registru regulat cu deplasare paralelă: posibilitatea de mișcare circulară a informațiilor va fi exclusă.

Figura 14. Registrul cu deplasare în trei cicluri pe bistabile RS

3.4. Registre universale

Adesea, în locul celor convenționale seriale sau paralele, este necesar să se utilizeze registre de deplasare mai complexe: cu înregistrarea sincronă paralelă a informațiilor, reversibile, reversibile cu înregistrarea sincronă paralelă. Se numesc astfel de registre universal .

Există multe serii de registre IC, multimode (multi-funcționale) sau universale, capabile să efectueze un set de micro-operații. Multimodul se realizează prin alcătuirea în aceeași schemă a pieselor necesare pentru efectuarea diferitelor operații. Semnalele de control care specifică tipul de operație care se efectuează la un moment dat activează părțile circuitului necesare pentru aceasta.

Figura 15. Registre universale de deplasare: a – K155IR13, b – K500IR141, c – KM155IR1

Pe Figura 15 sunt afișați trei reprezentanți tipici ai registrelor de deplasare universale din seriile K155, KM155 și K500.

Cip IR13 ( Figura 15 a) este un registru de deplasare reversibil de opt biți cu o frecvență de ceas admisă de până la 25 MHz și un consum de curent de până la 40 mA. Are intrări și ieșiri paralele, o intrare de resetare asincronă, intrări DSL (deplasare la stânga) și DSR (deplasare la dreapta) bazate pe diferența de impuls C de ceas, intrări de selecție a modului S0 și S1. Când S0 = 0, S1 = 1, informația este deplasată la dreapta, când S0 = 1, S1 = 0 – la stânga, iar când S0 = S1 = 1 – informația este scrisă în registru.

Cip IR141 ( Figura 15 b) este un registru universal cu deplasare pe patru biți construit pe logica cuplată la emițător. Frecvența ceasului - până la 150 MHz. Consumul de curent este de cel puțin 120 mA. Când S0 = 0, S1 = 1, informația este deplasată la dreapta, când S0 = 1, S1 = 0 – la stânga, iar când S0 = S1 = 1 – stocarea numărului, când S0 = S1 = 0 – setare numarul.

microcircuit IR1 ( Figura 15 in) este un registru cu deplasare cu înregistrarea sincronă a informațiilor pe flip-flops RS. Intrările 1 – 4 sunt destinate înregistrării în paralel a informațiilor, intrarea D este pentru înregistrarea secvențială. Intrare V – control. Când V = 0, circuitul funcționează ca un registru de deplasare pe baza marginii negative (de la 1 la 0) a semnalului C1, iar când V = 1, circuitul funcționează în modul de scriere sincronă în registrul semnalelor de intrare 1. – 4 pe baza frontului negativ al semnalului C2.

Registrele care au diferite tipuri de intrare și ieșire servesc ca blocuri principale ale convertoarelor de coduri paralele în cele seriale și invers. Pe Figura 16 prezintă un circuit al unui convertor de cod paralel-serial bazat pe un registru de opt biți de tip SI/PO/SO. În acest circuit, un impuls negativ de pornire St, care stabilește nivelul zero logic la intrarea superioară a elementului 1, creează un singur semnal paralel de recepție a datelor la intrarea L (încărcare), prin care cuvântul convertit este încărcat în biții 1– 7 din registru, iar în bit zero – constantă 0. La intrarea serială a DSR se aplică o constantă 1. Astfel, după încărcare, se formează un cuvânt în registru. Impulsurile de ceas care ajung la intrarea C determină deplasarea cuvântului la dreapta. Schimbă ieșirea cuvântului în formă de serie prin ieșirea Q7. În urma biților de informație există un 0, urmat de un lanț de uni. În timp ce zero nu este eliminat din registru, un singur semnal operează la ieșirea elementului 2. După ce iese zero, toate intrările elementului 2 devin unice, ieșirea acestuia capătă o valoare zero și, prin elementul 1, generează un semnal pentru încărcarea automată a cuvântului următor, după care ciclul de conversie se repetă.

Figura 16. Circuitul convertor paralel cu serialul

Registrele moderne sunt slab potrivite pentru efectuarea de operații logice pe biți, dar, dacă este necesar, pot fi efectuate folosind registre pe flip-flops RS. Pentru a efectua operația SAU, primul cuvânt este furnizat la intrarea S a registrului static cu starea inițială zero, ale cărui cifre unități stabilesc flip-flops-urile corespunzătoare. Apoi, fără resetarea registrului, al doilea cuvânt este furnizat la ieșirile S.

La efectuarea unei operaţii pe biţi ŞI în primul ciclu de ceas, primul cuvânt este furnizat la S intrări ale registrului, stabilindu-se acei biţi ai registrului în care acest cuvânt îi are. Apoi, al doilea cuvânt ar trebui aplicat registrului. Pentru ca registrul să rețină unități numai în acei biți în care ambele cuvinte au unități, cel de-al doilea cuvânt este furnizat intrărilor lui R flip-flops în formă inversă.

Adunarea modulo 2 poate fi efectuată de un circuit cu flip-flops de tip T în biți, aplicându-i două cuvinte secvențial în timp.

4. Proiectarea unui circuit de registru de deplasare

4.1. Datele inițiale

Impulsurile ceasului sunt setate la polaritate pozitivă.

4.2. Procedura de proiectare a registrului de schimb

a) Luarea în considerare a cerințelor generale de proiectare a registrului.

b) Dezvoltarea unui registru de deplasare.

c) Descrierea funcționării circuitului dezvoltat.

4.3. Dezvoltarea unui registru cu deplasare în patru faze

Este necesar să se dezvolte un registru cu deplasare în patru faze folosind flip-flops RS. Lasă-l să se schimbe la dreapta. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de patru bistabile RS sincrone cu sincronizare a marginilor impulsului de ceas și un anumit număr de elemente logice pentru a crea circuite de transfer. Deoarece registrele de deplasare cu intrare și ieșire seriale au performanțe scăzute, vom dezvolta un circuit cu intrare și ieșire paralelă.

Figura 17. Circuit dezvoltat al unui registru sincron cu deplasare la dreapta pe bistabile RS

Prin inversarea semnalului la intrările de declanșare, ne asigurăm că furnizarea de tensiuni de aceleași niveluri la intrările S și R este imposibilă. Aceasta înseamnă că atunci când S = 0, R = 1, obținem 0 la ieșire, când S = 1, R = 0, la ieșire obținem 1. La intrările registrului de deplasare este necesar să instalați patru elemente. cu următorul tabel de adevăr:

Prin conectarea celei de-a patra ieșiri la prima intrare, obținem un registru inel de deplasare la dreapta. Informațiile de la ieșirea Q4 nu se vor pierde, ci vor fi recirculate.

Deoarece un astfel de registru de deplasare este pe patru biți, numărul de combinații posibile la intrare va fi de 16. Să luăm în considerare funcționarea registrului nostru atunci când unele combinații sunt furnizate la intrare.

Combinația nr.	Intrare		Ieșire
Combinația nr.		Ceasul nr.

5. Concluzie

Proiectul de curs a examinat clasificarea registrelor și principiile de funcționare a acestora. Sunt luate în considerare tipurile și principiile de funcționare a declanșatorilor ca componente principale ale registrelor. Au fost examinate în detaliu registrele de deplasare și, în special, registrele de deplasare de pe flip-flops RS.

De asemenea, a fost proiectat un registru de patru biți sincron cu inel cu deplasare la dreapta, bazat pe patru bistabile RS și opt elemente logice. Este furnizat un tabel care descrie funcționarea registrului pentru unele combinații de intrare.

6. Lista referințelor utilizate

1. Pryanishnikov V.A. Electronică (curs de cursuri). – S-P., 1998

2. Skarzhepa V.A., Lutsenko A.N. Electronică și microcircuite (partea întâi). – K.: Liceu, 1989

3. Budishchev M.S. Inginerie electrică, electronică și tehnologie cu microprocesoare. – L.: Poster, 2001

4. Ugryumov E.P. Circuite digitale. – S-P., 2000

5. Director de circuite integrate moderne

1. Înmulțirea cu 2 înseamnă mutarea unui număr binar la stânga cu 1 cifră.

Împărțirea la 2 înseamnă mutarea unui număr la dreapta cu 1 loc.

Fiecare schimbare ulterioară a unui număr este o înmulțire sau împărțire ulterioară cu o putere a doi.

2 Conversia codului paralel în serial și invers poate fi efectuată conform schemei prezentate în Fig. 3.43.

Orez. 3.43. Schema de conversie a codului paralel/serial

S – date serial - date seriale de intrare

P/S – intrare de control al modului de intrare (paralel/serial)

Pentru a efectua conversia, registrul RG1 este comutat în modul de recepție paralelă a informațiilor și RG2 de recepție în serie, influențând intrările de control P/S cu nivelul de semnal logic corespunzător. Codul paralel prin intrările D 1 - D 4 este încărcat în registrul de transmisie RG1, apărând în formă paralelă la ieșirile sale Q 1 - Q 4. După aceasta, ambele registre sunt comutate în modul deplasare și o serie de patru impulsuri este furnizată la intrarea de ceas „c”. Codul transmis este forțat să iasă din registrul de transmisie în linia de comunicație, începând cu cifrele cele mai semnificative ale numărului. Registrul de recepție primește și deplasează fiecare bit de informație sincron cu registrul de transmisie. Astfel, odată cu sfârșitul unei serii de patru impulsuri de ceas, codul transmis va fi plasat în registrul de recepție și poate fi citit din acesta în formă paralelă, deoarece va apărea la ieșirile sale Q 1 - Q 4. Acesta este un mod sincron de transmitere a codului.

În metoda asincronă, o margine de ceas, numită bit de început, însoțește un șir de 5-8 biți (de obicei octeți). Acest interfață serială standard.

Pentru a îndeplini funcțiile atât ale unui receptor, cât și ale unui transmițător la schimbul într-un format serial standard, sunt produse microcircuite speciale KR580VV51 (intrare-ieșire) sau KR581VA1.

Calculele economice ale costului unui cablu de comunicație și al echipamentului de conversie arată că, cu o lățime de biți de 1-2 octeți, transmisia codului serial chiar și pe distanțe de câțiva metri devine mai profitabilă decât transmisia codului paralel.

Semnalele de schimbare sunt aplicate continuu la RG, iar ieșirea este scurtcircuitată la intrarea DS. Ca urmare, codul odată scris în registru va circula în acest inel. Prin plasarea m registre identice în paralel, puteți scrie și citi cuvinte de m biți folosind codul paralel.

Dezavantaj: timp mare de executie

Avantaje: costuri hardware reduse și costuri reduse.

De exemplu, 144ИР3 are o capacitate de 64 de biți.

4. Distribuitori de inele

Distribuitoarele sunt noduri care distribuie un flux de impulsuri secvenţial, impuls cu impuls, peste mai multe ieşiri conform anumitor ciclograme.

Ele sunt utilizate pentru a controla motoare pas cu pas, matrice CCD de service și alte obiecte multi-biți (Fig. 3.44).

Orez. 3.44. Distribuitor de inel

Circuitul prevede introducerea unei unități prin elementul SAU la intrarea de recepție în serie a informațiilor DS. Impulsurile de deplasare ulterioare cu o frecvență de repetiție fin mută această unitate de la cea mai puțin semnificativă la cea mai semnificativă, evidențiind-o la ieșirile Q 1 - Q 4 (Fig. 3.45).

Orez. 3.45 Diagrama unui distribuitor inel

Evident, frecvența impulsurilor de ieșire la fiecare ieșire va fi de patru ori mai mică decât cea de intrare și, în general, acest raport depinde de numărul de biți ai registrului de deplasare - n. f afară = f în / n

Avantajul unui astfel de distribuitor este capacitatea de a converti o secvență de impulsuri într-un cod octal (zecimal) fără a utiliza un decodor.

Dezavantajul schemei este că, după o defecțiune, funcționalitatea poate fi restabilită doar prin introducerea unei noi unități.

Un circuit cu auto-vindecare după o defecțiune nu are acest dezavantaj (Fig. 3.46).

Orez. 3.46. Distribuitor inel cu auto-recuperare după defecțiune

Evident, atunci când o unitate este deplasată la al patrulea declanșator al registrului, condiția va fi îndeplinită: Q̅ 1 ·Q̅ 2 ·Q̅ 3 = 1. Această unitate va fi alimentată la intrarea DS prin circuitul de feedback, după care ciclul se va repeta.

5. Contor de puls

Un distribuitor inel poate fi considerat ca un contra-divizor cu un coeficient de numărare egal cu numărul de flip-flops. Prin conectarea a două registre de patru biți în serie, puteți construi un divizor cu 16 (Fig. 3.47).

Orez. 3.47 Împărțitor cu 16 contor

Dezavantajul evident al acestui design este capacitatea mică. Într-adevăr, folosind aceleași 8 flip-flops, puteți asambla un numărător binar cu un coeficient de divizare de 2 8 = 256.

6. Distribuitor cu inele cuplat în cruce