Параллельные и последовательные регистры

0

Всем доброго времени суток! В прошлом посте я писал про триггеры, а сегодня практически продолжение этой темы – регистры. Почему продолжение? Потому что регистры (англ. Register) представляют собой несколько триггеров соединённых между собой различными способами.

Вообще регистров бывает два основных вида:

  • параллельный регистр;
  • последовательный регистр или регистр сдвига.

В обозначениях микросхем для регистров выделено суффикс ИР, например, К555ИР9, К555ИР27, К1533ИР35.

Параллельный регистр


Схема параллельного регистра
Схема соединения триггеров в параллельном регистре

В данном типе регистров триггеры соединены параллельно, то есть каждый внутренний триггер имеет свой вход D и свой выход Q, которые не зависят от других триггеров, а также вход С, который называется тактовым входом и для всех входящих в регистр триггеров он является общим. Параллельные регистры бывают двух типов:

  • тактируемые регистры, которые срабатывают по фронту сигнала управления (вход С);
  • стробируемые регистры, которые срабатывают по уровню входного сигнала (вход С);

Наибольшее распространение получили тактируемые параллельные регистры.

Регистры, срабатывающие по фронту сигнала

Данные типы регистров практически ничем не отличаются от D триггеров. Напомню, что на выходе Q устанавливается такой уровень напряжения, который был на входе D, в момент положительного фронта тактового сигнала на входе С. Так как регистр состоит из нескольких D триггеров, то и количество (4,6,8,16) запоминаемых сигналов (бит) у регистра больше.


Тактируемые регистры
Параллельные регистры, срабатывающие по фронту импульса.

Большинство регистров восьмибитные и в основном различаются отсутствием или наличием инверсии сигнала на выходе, входом сброса (R), входом разрешения записи (WE), типом выходов (2C или 3C) и входом EZ. Таблицы истинности тактируемых регистров практически не отличаются от таблицы истинности D триггеров и имеют следующий вид


Таблица истинности регистра с входом разрешения записи WE

Входы Выход
WE C D Q
0 0→1 0 0
0 0→1 1 1
0 0 X Не меняется
0 1 X Не меняется
1 X X Не меняется

Основное применение регистры с тактируемым входом нашли в схемах где необходимо хранить некоторый код в течении необходимого времени, а по фронту импульса на тактовом входе С выдавать на выходы Q.

Регистры, срабатывающие по уровню сигнала

Данные типы регистров являются как бы гибридом между буфером и регистром (ещё такие регистры называют регистры-защёлки, англ. Latch). Принцип работы данных регистров состоит в следующем: когда на стробирующем входе высокий логический уровень, сигнал поступает с входов на выходы регистра, а если на стробирующем входе низкий уровень сигнала, регистр переходит в режим хранения последнего из пропущенных значений входного сигнала. Регистры-защелки не очень распространены из-за своего специфического характера работы, но в некоторых случаях удобнее, регистров срабатывающих по фронту сигнала на тактовом входе. Типичный представитель параллельных регистров срабатывающих по уровню стробирующего сигнала, является микросхема К555ИР22, которая представляет собой восьмиразрядный параллельный регистр, со стробирующим входом С и выходами с тремя состояниями (3С).


Стробируемый регистр
Регистр, срабатывающий по уровню входного стробирующего сигнала К555ИР22.


Таблица истинности стробируемого регистра

Входы Выход
EZ C D Q
0 1 1 1
0 1 0 0
0 0 X Не меняется
1 X X X

Данные типы регистров применяются в схемах, где необходимо запомнить на какое-то время входной сигнал, а всё остальное время транслировать на выход схемы входной сигнал. Данный функционал очень часто необходим, например, при построении устройств сопряжения с портами персонального компьютера. Стробируемый регистр продлевает на некоторое время входной код, а остальное время работает как буфер или повторитель.

Регистр сдвига (последовательный регистр)

Регистр сдвига или сдвиговый регистр (англ. Shift Register), представляет собой схему, в которой внутренние триггеры соединены последовательно. Схема работы сдвигового регистра заключается в следующем: по импульсу тактового сигнала происходит сдвиг на один разряд цифрового кода, который записан на входном выводе. У обычных сдвиговых регистров, сдвиг происходит от младших разрядов к старшим, но есть также и реверсивные сдвиговые регистры, у которых сдвиг идет, наоборот, от старших разрядов к младшим.


Схема последовательного регистра
Схема сдвигового регистра от младших разрядов к старшим.

Большинство регистров сдвига имеют восемь разрядов, различаются режимами работы, режимами записи, чтения и сдвига, а также типом выходного каскада.


Последовательно параллельные регистры
Регистры сдвига

Рассмотрим некоторые типы сдвиговых регистров. Первый из них это микросхема типа К555ИР8, которая представляет собой обычный регистр сдвига от младшего разряда к старшему. Она имеет два информационных входа объединённые по схеме 2И, вход сброса R, по отрицательному импульсу которого все выходы данного регистра устанавливаются в нуль. Сдвиг разрядов происходит по фронту импульса поступающего на тактовый вход регистра С.

Второй тип сдвигового регистра – это микросхема К555ИР9, как видно по изображению данной микросхемы она выполняет действия обратные микросхеме К555ИР8, то есть если ИР8 из последовательного кода преобразует в параллельный, то ИР9 преобразует входящий параллельный код в выходящий последовательный код. Микросхема К555ИР9 реализует следующий режим работы: при низком логическом уровне на входе разрешения записи WR происходит запись входного кода. Для осуществления сдвига необходимо перевести вход WR в высокий логический уровень и на один из тактовых входов С, объединённых по 2ИЛИ, подавать тактовые импульсы. Дополнительный информационный вход DR, позволяет с него записать информацию в младший разряд регистра сдвига.

И наконец, ещё один тип сдвигового регистра, которым является микросхема К555ИР13. Она является как бы объединением двух предыдущих регистров сдвига. Во-первых, данная микросхема имеет восемь параллельных входов и восемь параллельных выходов, причём сдвиг может осуществляться как в сторону увеличения разрядов (вход SR), так и в сторону уменьшения разрядов (вход SL) по фронту сигнала на входе С. При помощи информационных входов DR и DL есть возможность записать сигнал как в младший разряд так и в старший разряд. К555ИР13 является реверсивным регистром, Сдвиг битов от младшего разряда к старшему осуществляется по фронту сигнала на входе С при низком уровне на и высоком на SR входах, а в обратную сторону сдвиг идёт при единице на входе SL и нуле на входе SR. В случае же единичного уровня сигнала на входах SL и SR одновременно, данный регистр превращается в повторитель сигнала, то есть информация с входов микросхемы переносится на её выходы.

Главная сфера использования всех регистров сдвига является преобразование последовательного кода в параллельный код или из параллельного в последовательный, такая необходимость часто возникает, когда необходимо передать информацию на значительные расстояния, а вся обработка происходит параллельным кодом в микропроцессорных системах. Как известно быстрее всего обрабатывается информация в параллельном виде, а передавать на расстояния лучше всего в последовательном коде.

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code