Реверсивный регистр сдвига на d триггерах

Реверсивный регистр сдвига на d триггерах

Регистры с последовательным приемом или выдачей информации называются регистрами сдвига.

Рис. 16.16. Регистр сдвига на D-триггерах В регистрах сдвига — двухтактные триггеры.

Работает регистр сдвига на D-триггерах (рис. 16.16) следующим образом (табл. 16.5).

Работа сдвигающего регистра

На первом такте от первого СИ триггер ТТт_1 примет младший разряд А. От второго СИ триггер ТТт_1 отдаст свое содержимое (А) триггеру ТТт_2у а сам примет разряд А и т. д. Запись m-разрядного кода осуществится за т тактов. Точно так же потребуется т тактов, чтобы извлечь информацию из регистра (выдать m-разрядный код Л, АХУ Л2. Ат_х).

Реализация регистра сдвига на RS-триггерах

Регистр сдвига на двухтактных RS-триггерах. В регистре сдвига на RS-триггерах (рис. 16.17, а) триггеры по-прежнему двухтактные. Этот

Рис. 16.17. Регистр сдвига на RS-триггерах: а) двухтактных, б) однотактных

регистр отличается от регистра сдвига на D-триггерах тем, что на входы DS-триггеров принимается не только прямой, но и инверсный код (па- рафазные прием и передача).

Достоинство этой схемы в сравнении с предыдущей (рис. 16.16) состоит в следующем. В вентильной схемотехнике DS-триггер обладает меньшей задержкой и меньшим количеством вентилей, а, значит, мощностью. Следовательно, регистр сдвига на /^S-триггерах по этим параметрам лучше, нежели регистр сдвига на D-триггерах.

Возможна реализация регистра сдвига на однотактных ^-триггерах.

Регистр сдвига на однотактных KS-триггерах. При использовании однотактных /^S-триггеров сдвигающий регистр строится с использованием вспомогательного регистра (рис. 16.17, б). В отличие от регистра сдвига на двухтактных /^S-триггерах здесь используется не один, а два управляющих СИ (С! и С2).

Сначала, при Сх = 1 (С2 = 0), происходит запись информации из i-x разрядов основного регистра в i-e разряды вспомогательного. Затем, при С2 = 1 (Cj = 0), информация из i-x разрядов вспомогательного регистра записывается со сдвигом в (/ + 1)-е разряды основного регистра.

Количество триггеров вспомогательного регистра можно уменьшить в два раза, используя схему трехтактного регистра.

Трехтактный регистр. За уменьшение наполовину количества триггеров вспомогательного регистра приходится «платить» быстродействием. Сдвиг на один разряд происходит за три такта. Общий алгоритм работы трехтактного регистра представлен на рисунке 16.18.

Рис. 16.18. Упрощенная схема передачи информации в трехтактном регистре

Рис. 16.19. Схема трехтактного регистра

Стрелками показано, каким образом происходит перемещение информации в каждом такте.

Схема трехтактного регистра изображена на рисунке 16.19.

Реверсивный регистр

Реверсивные регистры — это регистры, которые могут осуществлять сдвиг как влево, так и вправо (рис. 16.20).

Перед каждым разрядом (в том числе и перед нулевым) стоит схема управления.

Рис. 16.20. Схема реверсивного регистра

В зависимости от управляющего сигнала X /-я схема управления пропускает информацию либо (/ — 1)-го триггера, либо (/ + 1)-го триггера. Регистры с последовательным вводом и выводом информации осуществляют задержку передачи информации на т тактов.

Сдвиг числа влево или вправо на один разряд соответствует его умножению или делению на два. Поэтому регистры сдвига используют для построения умножителей и делителей.

Сдвиговые регистры — многофункциональные устройства, на них можно строить, например кольцевые счетчики.

Задание. Спроектируйте схему управления /-го разряда реверсивного регистра в базисах ТТЛ, ЭСЛ, И 2 Л, на МОП-транзисторах и КМОП-парах.

Регистр. Регистр сдвига

Регистр это устройство, выполненное на триггерах для выполнения ряда действий с двоичными числами. Для тех, кто не знает, что такое триггер, рекомендуем познакомиться с простейшим RS-триггером.

Наиболее простая функция регистров — это запоминание числа и его длительное хранение. Эти устройства так и называются – регистры хранения. Вот простейший пример.

На входы D0 – D2 подаётся число, которое необходимо сохранить. Как только на входе С появляется импульс синхронизации, число записывается в триггер, изменяя их состояние. На рисунке показан трёхразрядный регистр хранения. При подаче на входы числа 1112 оно же появится на прямых выходах триггеров (Q0Q2). На инверсных выходах ( Q0 — Q2) будет, естественно 0002. Сигналом R (Reset) или сброс, триггеры устанавливаются в нулевое состояние.

Обычно используются регистры, состоящие из 4, 8, или 16 триггеров. Изображение четырёхразрядного регистра на принципиальных схемах может быть таким.

На рисунке не показаны инверсные выхода триггеров и сигнал R. Регистры всегда обозначаются латинскими буквами RG. Если регистр сдвигающий, то под обозначением рисуется стрелка направленная влево, вправо или двойная.

Сдвигающие регистры или регистры сдвига.

Регистр сдвига это устройство, состоящее из нескольких последовательно соединённых триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Регистры широко используются в вычислительной технике для преобразования кодов. Параллельного в последовательный и наоборот.

Читайте также:  Как найти дельта l в физике формула

Кроме того сдвигающие регистры являются основой (АЛУ) арифметико-логического устройства, так как при сдвиге записанного в регистр двоичного числа на один разряд влево производится умножение числа на два, а при сдвиге числа на один разряд вправо число делится на два. Поэтому наибольшее распространение получили реверсивные или двунаправленные регистры.

Рассмотрим четырёхразрядный регистр сдвига, преобразующий последовательный двоичный код в параллельный. Применение последовательного кода оправдано тем, что по одной линии можно передавать огромные массивы информации. Таким примером может служить универсальная последовательная шина — USB порт любого устройства. Число триггеров в данном регистре может быть любым. Достаточно соединить прямой выход Q3 с D входом следующего триггера и так далее до достижения необходимой разрядности.

Регистр работает следующим образом. Первый информационный бит поступает на вход D0. Одновременно с этим битом приходит тактовый синхроимпульс на вход С. Входы С всех триггеров входящих в регистр, объединены между собой. С приходом первого тактового импульса уровень, находящийся на входе D0 записывается в первый триггер и с выхода Q0 приходит на вход следующего триггера, но записи во второй триггер не происходит, так как синхроимпульс уже закончился.

При поступлении следующего тактового импульса уровень, присутствующий на входе второго триггера запоминается в нём и поступает на вход третьего триггера. Одновременно следующий информационный бит запоминается в первом триггере. После прихода четвёртого тактового импульса в четырёх триггерах регистра будут записаны логические уровни, которые последовательно поступали на вход D0.

Допустим это уровни 01102. Тогда это двоичное число можно отобразить, подключив к выходам триггеров светодиоды. Так рассмотренный регистр изображается на принципиальной схеме.

Видно, что на условном изображении присутствует стрелка — указатель того, что это сдвиговый регистр.

Рассмотрим, как работает четырёх разрядный универсальный регистр сдвига К155ИР1 (аналог — SN7495N). Вот его внутреннее устройство.

Регистр содержит четыре D-триггера, которые соединены между собой с помощью дополнительных логических элементов И – ИЛИ, которые позволяют реализовать различные функции. На схеме:

V2 – вход управления. С его помощью выбирается режим работы регистра.

Q1 – Q4 выходы триггеров с которых снимается параллельный код.

V1 – вход для подачи последовательного кода.

C1, C2 – тактовые синхроимпульсы.

D1 – D4 – входы для записи параллельного кода.

Алгоритм работы регистра следующий. Если на вход V2 подать низкий потенциал, тактовые импульсы на C1, а на вход V1 подавать информационные биты, то регистр осуществляет сдвиг вправо. После приёма четырёх разрядов на выходах триггеров Q1 – Q4 мы получаем параллельный код. Таким образом осуществляется преобразование последовательного кода в параллельный.

Для обратного преобразования параллельный код записывается по входам D1 – D4, с подачей на вход V2 высокого потенциала и тактовых импульсов на вход С2. Затем подавая на вход V2 низкий потенциал, а тактовые импульсы на вход С1 мы сдвигаем записанный код, а с выхода последнего триггера снимается последовательный код.

По своей структуре это один из самых простых регистров сдвига.

Регистры сдвига в цифровой технике могут послужить основой, на которой собираются узлы с интересными свойствами. Это, например, кольцевые счётчики, которые называются счётчики Джонсона. Такой счётчик имеет количество состояний вдвое большее, чем число составляющих его триггеров. Например, если кольцевой счётчик состоит из трёх триггеров, то он будет иметь шесть устойчивых состояний. На вход счётчика ничего не подаётся кроме синхроимпульсов. В первоначальном состоянии все триггеры "сброшены", то есть на прямых выходах триггеров логические нули, а вот на входе D первого триггера с инверсного выхода третьего триггера находится логическая единица. Начнём подавать тактовые импульсы и процесс пошёл.

На таблице истинности хорошо видно, как изменяется двоичный код при поступлении шести тактовых импульсов.

N Q2 Q1 Q
1 1
2 1 1
3 1 1 1
4 1 1
5 1
6

Теперь вы знаете, что такое регистр и как он может использоваться на практике. Основа любого регистра — это триггер. Число триггеров в регистре определяет его разрядность. Те, кто увлекается микроконтроллерами знает, что важнейший элемент любого микроконтроллера, будь то PIC, AVR, STM или MSP, это регистр.

Регистры сдвига или сдвиговые регистры (англ. shift register) представляют собой, последовательно соединенную цепочку триггеров.

Т.е. в сдвиговых регистрах все триггеры соединены в последовательную цепочку (выход каждого предыдущего триггера соединен со входом D следующего триггера). Тактовые входы всех триггеров (С) объединены между собой. В результате такой триггер может рассматриваться как линия задержки, входной сигнал которой последовательно перезаписывается из триггера в триггер по фронту тактового сигнала С. Информационные входы и выходы триггеров могут быть выведены наружу, а могут и не выводиться — в зависимости от функции, выполняемой регистром.

Читайте также:  Сумматор двух дмв антенн

Основной режим их работы — это сдвиг разрядов кода, записанного в эти триггеры, То есть по тактовому сигналу содержимое каждого предыдущего триггера переписывается в следующий по порядку в цепочке триггер. Код, хранящийся в регистре, с каждым тактом сдвигается на один разряд в сторону старших разрядов или в сторону младших разрядов, что и дало название регистрам данного типа.

На схемах символом регистра служат буквы RG. Для регистров сдвига указывается также направление сдвига:

· → вправо (основной режим, который есть у всех сдвиговых регистров);

· ← влево (этот режим есть только у некоторых, реверсивных сдвиговых регистров);

· ↔ реверсивный (двунаправленный), т. е. записанную информацию можно сдвигать по линейке триггеров вправо или влево. Для включения режима сдвига предусматривают специальный управляющий вход.

Направление сдвига отражают внутреннюю структуру регистров сдвига (Рис. 4.14) и перезапись сигналов последовательно по цепочке триггеров. При этом триггеры, вполне естественно, нумеруются слева направо, например, от 0 до 7 (или от 1 до 8) для 8-разрядных регистров. В результате сдвиг информации регистром вправо представляет собой сдвиг в сторону разрядов, имеющих большие номера, а сдвиг информации регистром влево — это сдвиг в сторону разрядов, имеющих меньшие номера.

Однако, как известно, в любом двоичном числе слева расположены старшие разряды, а справа — младшие разряды. Поэтому сдвиг двоичного числа вправо будет сдвигом в сторону младших разрядов, а сдвиг влево — сдвигом в сторону старших разрядов. О такой особенности необходимо помнить разработчику цифрового прибора.

Рис. 4.14. Направление сдвига в сдвиговых регистрах

Регистры сдвига могут выполнять функции хранения и преобразования информации.

Они могут быть использованы для построения умножителей и делителей чисел двоичной системы счисления, т.к. сдвиг двоичного числа влево на один разряд соответствует умножению его на два, а сдвиг вправо — делению на два.

Регистры сдвига широко используются для выполнения различных временных преобразований цифровой информации: последовательное накопление последовательной цифровой информации с последующей одновременной выдачей (преобразование последовательной цифровой информации в параллельный код) или одновременный прием (параллельный прием) информации с последующей последовательной выдачей (преобразование параллельного кода в последовательный).

Регистры сдвига могут служить также в качестве элементов задержки сигнала, представленного в цифровой форме: регистры с последовательным приемом (вводом) и выводом осуществляют задержку передачи информации на m+1 тактов (m+1 — число разрядов регистра) машинного времени.

Регистры сдвига чаще все6го реализуются на D-триггерах (Рис.4.15, а) или на RS-триггерах (Рис.4.15, б), где для ввода информации в первый разряд включается инвертор (первый разряд представляет собой D-триггер).

Следует отметить, что все регистры сдвига строятся на базе двухступенчатых триггеров или синхронизируемых фронтом синхроимпульса.

Регистры сдвига могут быть построены и на триггерах одноступенчатой структуры. В этом случае в каждом разряде регистра нужно использовать два триггера, которые управляются двумя сдвинутыми во времени тактовыми импульсами. Если бы в регистре были применены одноступенчатые триггеры по одному на разряд, то правило работы регистра было бы нарушено: при первом же импульсе сдвига информация, записавшись в первый разряд, перешла бы во второй, затем в третий и т.д.

Разрядность регистров сдвига, как и у регистров хранения, определяется количеством триггеров, входящих в их состав.

Работу регистра сдвига рассмотрим на примере схемы, приведенной на Рис. Рис.4.15.

Можно предположить, что в начале все триггеры регистра находятся в состоянии логического нуля, т.е. Q0=0, Q1=0, Q2=0, Q3=0. Если на входе D-триггера Т1 имеет место логический 0, то поступление синхроимпульсов на входы «С» триггеров не меняет их состояния.

Как следует из Рис.4.15, синхроимпульсы поступают на соответствующие входы всех триггеров регистра одновременно и записывают в них то, что имеет место на их информационных входах. На информационных входах триггеров Т2, Т3, Т4 — уровни логического «0», т.к. информационные входы последующих триггеров соединены с выходами предыдущих триггеров, находящихся в состоянии логического «0», а на вход «D» первого триггера, по условию примера, подается «0» из внешнего источника информации.

При подаче на вход «D» первого триггера «1», с приходом первого синхроимпульса, в этот триггер запишется «1», а в остальные триггеры — «0», т.к. к моменту поступления фронта синхроимпульса на выходе триггера Т1 «ещё» присутствовал логический «0». Таким образом, в триггер Т1 записывается та информация (тот бит), которая была на его входе «D» в момент поступления фронта синхроимпульса и т.д.

Читайте также:  Процесс терминирован обнаружена попытка эксплуатации уязвимости

При поступлении второго синхроимпульса логическая «1» , с выхода первого триггера, запишется во второй триггер, и в результате происходит сдвиг первоначально записанной «1» с триггера Т1 в триггер Т2, из триггера Т2 в триггер Т3 и т.д.. Таким образом, производится последовательный сдвиг поступающей на вход регистра информации (в последовательном коде) на один разряд вправо в каждом такте синхроимпульсов.

После поступления m синхроимпульсов регистр оказывается полностью заполненным разрядами числа, вводимого через последовательный ввод «D».

В течение следующих четырех синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным (регистр окажется полностью очищенным только при условии подачи на его вход уровня «0» в режиме вывода записанного числа).

Реверсивные регистры сдвига объединяют в себе свойства регистров прямого и обратного сдвига.

а) б)
в) г)
Рис.4.15. Регистры сдвига и диаграммы работы на D-триггерах (а,б) и на RS-триггере (в,г)

Рис. 4.16. Разряд реверсивного регистра

В стандартные серии цифровых микросхем входит несколько типов сдвиговых регистров, отличающихся возможными режимами работы, режимами записи, чтения и сдвига, а также типом выходных каскадов (2С или 3С).

На Рис. 4.17 представлены микросхемы регистров сдвига.

Рис. 4.17. Сдвиговые регистры

Регистр ИР8 — наиболее простой из регистров сдвига. Он представляет собой 8-разрядную линию задержки, то есть имеет только один информационный вход, на который подается последовательная сдвигаемая информация (точнее, два входа, объединенных по функции 2И), и восемь параллельных выходов.

Сдвиг в сторону выходов со старшими номерами осуществляется по переднему фронту тактового сигнала С. Имеется также вход сброса –R, по нулевому сигналу на котором все выходы регистра сбрасываются в нуль.

На рисунке 4.17 представлен пример увеличения разрядности регистра на примере ИС ИР9.

Регистр ИР24 имеет двунаправленную параллельную шину данных. То есть одни и те же выводы микросхемы используются как для параллельной записи информации в регистр, так и для параллельного чтения информации из регистра. При этом двунаправленные выводы данных имеют повышенную нагрузочную способность. Это позволяет легко сопрягать ИР24 с многоразрядными микросхемами памяти и с двунаправленными буферами.

Регистр ИР24 обеспечивает сдвиг информации в обоих направлениях. Имеются входы расширения DR и DL, а также выходы расширения Q0 и Q7, что позволяет легко наращивать разрядность.

Отличие выходов Q0 и Q7 от нулевого и седьмого разрядов данных состоит в том, что Q0 и Q7 — однонаправленные, то есть в

Рис. 4.17. Соединение регистров ИР9 для увеличения разрядности

любом режиме работы выдают информацию с выходов внутренних триггеров младшего и старшего разрядов.

Тактируется регистр положительным фронтом сигнала С.

Предусмотрен сброс регистра нулевым сигналом на входе –R.

Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.

При единичном сигнале на SR и нулевом сигнале на SL по положительному фронту сигнала С происходит сдвиг информации вправо (в сторону разрядов с большими номерами). Запись в разряд 0 производится при этом со входа расширения DR.

При единичном сигнале на SL и нулевом сигнале на SR по положительному фронту сигнала С происходит сдвиг информации влево (в сторону разрядов с меньшими номерами). Запись в разряд 7 производится при этом со входа расширения DL.

При обоих нулях на входах SR и SL регистр переходит в режим хранения. Во всех этих случаях разряды данных работают как вход или как выход в зависимости от сигналов –EZ.

При обеих единицах на входах SR и SL по положительному фронту С в регистр записывается параллельный код, причем разряды данных переходят в состояние приема независимо от сигналов –EZ.

Таблица истинности регистра ИР24 приведена в табл. 4.8.

Объединяя два регистра ИР24, легко получить 16-разрядный сдвиговый регистр с сохранением всех возможностей одной микросхемы (Рис. 4.18).

Таблица 4.8 Таблица истинности регистра сдвига ИР24
Выходы Функция
С -R SR SL
Х Х Х Сброс
0→1 Сдвиг вправо
0→1 Сдвиг влево
0→1 Параллельная запись
Х Хранение

Рис. 4.18. Объединение регистров ИР24 для увеличения разрядности

Главное применение всех регистров сдвига состоит в преобразовании параллельного кода в последовательный, и наоборот.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 9183 — | 7791 — или читать все.

Ссылка на основную публикацию
Работа в пк пвд
Общая характеристика, назначение и функциональные возможности программного комплекса Эксплуатационная документация на программный комплекс содержит общие сведения о ПК ПВД: его...
Проседает фпс в варфейсе что делать
Одна из самых любимых игр среди начинающих игроков – Warface. Тысячи геймеров каждый день сражаются, чтобы стать одними из лучших....
Процесс терминирован обнаружена попытка эксплуатации уязвимости
Переводы , 26 января 2019 в 9:30 В предыдущем материале мы рассмотрели эксплуатацию уязвимости переполнения буфера стека. В этой статье...
Расписание уроков шаблоны распечатать черно белые картинки
Бланки расписания уроков для распечатки на А4. --> Шаблоны расписания уроков для младших и старших классов, подойдут как для мальчиков,...
Adblock detector