Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

Регистр предназначен для хранения двоичного числа (слова). Поэтому основу его составляют запоминающие элементы – триггеры. В каждом из них должна храниться цифра разряда числа. Кроме хранения регистр может осуществлять сдвиг принятого слова, преобразование двоичного кода из прямого в обратный (когда единицы заменяются нулями, а нули единицами) и наоборот, логические сложение и умножение.

В зависимости от способа ввода и вывода разряда числа различают регистры параллельные, последовательные и параллельнопоследовательные. В параллельном регистре ввод и вывод слова осуществляется в параллельной форме – одновременно всех разрядов, в последовательном разряды числа вводятся и выводятся последовательно, в параллельно-последовательном регистре ввод числа осуществляется в параллельной форме, а вывод – в последовательной, или наоборот.

3.9.1 Параллельный регистр

Параллельный регистр может быть на RS-триггерах (рис.

3.94).

Рис. 3.94

При однофазном способе ввода информации, принцип действия регистра можно разбить на несколько последовательных этапов. Рассмотрим однофазный прием числа х1х2, когда информация вводится только по одному входу каждого триггера (разряда). В нашем случае по S-входу. Перед приемом числа все триггеры регистра обнуляются по сигналу 1 на шине «О». На втором этапе по

116

сигналу 1 на шине «П» (при этом на «О» - 0) двоичное число х1х2 всеми разрядами одновременно (параллельно) через конъюнкторы записывается в разряды триггера Т1 и Т2. Выдача числа в прямом коде осуществляется по сигналу 1 на «Впр» и 0 на «Вобр»; в обратном

– по сигналу 0 на «Впр» и 1 на «Вобр».

При парафазном способе ввода числа информация одновременно подается на обо входа триггеров (разрядов) в прямом (х1 и х2 на S-входы) и обратном ( x1 и x 2 на R-входы) кодах. Такая запись числа осуществляется в один такт и производится намного быстрее.

3.9.2Последовательный регистр

Впоследовательных регистрах число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Разряды (триггеры) такого регистра соединены последовательно. Каждый разряд выдает информацию в следующий и одновременно принимает новую информацию из предыдущего. Для этого каждый разряд должен иметь два запоминающих элемента. Поэтому, в качестве разрядов последовательного регистра могут применяться двухступенчатые D- и JKтриггеры с динамическими С-входами. При последовательном соединении разрядов, по фронту тактового импульса во входную ступень разряда будет заноситься информация, а по спаду импульса она будет переписываться в выходную ступень разряда.

Структурная схема последовательного двухразрядного регистра приведена на рис. 3.95.

Рис. 3.95

Для ввода в регистр, к примеру, двоичного числа 012 необходимы два импульса сдвига. В начале младший разряд числа 1 подается на вход х (при этом на входах старшего разряда регистра Т2

117

J=1 и K=0) и с приходом первого импульса сдвига записывается в разряд Т2 (Q2=1, Q2 =0). После этого на х-вход подается старший

разряд числа 0 и с приходом второго импульса сдвига одновременно (с учетом перепадов потенциала в импульсе) 1 перезаписывается в разряд регистра Т1, а 0 записывается в разряд Т2.

Для выдачи в последовательной форме записанного числа надо на входы старшего разряда регистра подать х=0, а на шину импульсов сдвига – необходимое количество импульсов в зависимости от разрядности регистра. Первый импульс выдвинет из младшего разряда регистра младший разряд числа, на его место передвинется второй разряд числа и т.д. – все число сдвинется вдоль регистра на один разряд.

Одновременно с входов в старший разряд регистра будет записан 0. После необходимого количества импульсов сдвига число будет полностью выведено из регистра, в разряды которого окажутся записанными нули.

Регистр, в котором можно осуществить сдвиг числа называется сдвиговым.

На рис. 3.96 изображены сдвиговые регистры на D-триггерах со сдвигом числа (слова) вправо (а) и влево (б).

Рис. 3.96

Схема реверсивного сдвигового регистра изображена на рис. 3.97. При V=1 верхний ряд конъюнкторов заблокирован и в регистр сдвиговыми импульсами могут вдвигаться разряды слова слева на право с входа D1. При V=0 блокируется нижний ряд конъюнкторов и слово может вдвигаться с входа D2 справа на лево.

118

Параллельно-последовательные регистры используются для преобразования параллельной формы кода в последовательную и наоборот.

3.10 Цифровые устройства на логических элементах

Для выполнения более сложных операций используются цифровые устройства, в которых структуры простых логических схем (элементов) соединяются определенным образом.

3.10.1 Дешифраторы

Дешифраторы широко используются в цифровой технике, например, для выбора того или иного функционального узла (устройства) в зависимости от кода адреса узла, поступающего на вход дешифратора.

Принцип действия рассмотрим на примере линейного (матричного, одноступенчатого) дешифратора (рис. 3.98), в котором каждый конъюнктор получает информацию о всех n-разрядах кода, поэтому число его входов равно n (в данном случае – трем).

Рис. 3.98

Легко заметить, что возбуждается тот выход дешифратора (yn=1), номер (адрес) которого в двоичном коде установлен на входах. Так, выход y1=1 (возбуждается) с появлением на входах когда х1=1, х2=х3=0 (0012=110).

119

Условное графическое изображение дешифратора с четырьмя адресными входами (на которые поступают разряды входного кода с весами 8, 4, 2, 1), с 16 выходами и с входом разрешения V, логическая 1 на котором блокирует дешифратор, приведено на рис. 3.99.

Рис. 3.99

3.10.2 Шифраторы

Шифраторы решают задачу, обратную дешифратору: на входах устанавливается код, соответствующий десятичному номеру входа, на котором появилась логическая 1.

Принципиальная схема шифратора изображена на рис. 3.100.

Рис. 3.100

Например, при возбуждении входа №3 (появляется 1) на выходе шифратора имеем код 0112=310.

Условное графическое изображение шифратора приведено на рис. 3.101.

120