Параллельно-последовательные регистры

Регистры этого типа представляют собой сочетания схем параллельного и последовательного регистров и служат для преобразования кодов числа из одного вида в другой, а также параллельного вывода предварительно сдвинутого кода числа, хранящегося в регистре. Фрагмент параллельно-последовательного регистра, выполненного на универсальных D-триггерах, показан на рис.13.8.

Ввод числа А параллельным кодом (параллельная загрузка регистра) осуществляется по сигналу PL = 1 (parallel load), а вывод информации параллельным кодом – по сигналу Твыв.парал. При равенстве этих сигналов нулю регистр работает как сдвиговый. Использование установочных входов и триггеров для параллельной загрузки делает эту операцию приоритетной по отношению к операции сдвига. Вход может использоваться также для обнуления всех разрядов регистра.

Параллельно-последовательные регистры называются также регистрами хранения и сдвига. Такие регистры имеются в сериях К155, КМ155(ТТЛ), К176 (КМОП), К500 (ЭСЛ) и др. На рис.13.9,а представлена схема четырехразрядного регистра сдвига и хранения К155ИР1, а на рис.13.9,б – его условное обозначение. Каждый разряд регистра образован синхронным двухступенчатым RS-триггером. Благодаря инверторам на входах S эти триггеры работают как синхронные D-триггеры, управляемые положительным перепадом по входу С. Регистр имеет четыре входа параллельной загрузки (D₀,...,D₃) и один последовательный вход данных S₁, a также 4 параллельных выхода (Q₀,...,Q₃) от каждого триггера. Управление режимами работы регистра осуществляется сигналами по входу RE (разрешение параллельной загрузки) и тактовым входам С₁ и С₂. При RE = 1 разрешается работа тактовому входу С₂. В момент прихода на вход С₂ отрицательного перепада на синхровходах триггеров всех четырех разрядов формируется положительный перепад и в триггеры переписывается информация со входов D₁,...,D₄ независимо от значений сигналов на входах S₁ и С₁. Запись информации последовательным кодом осуществляется через вход S₁ при сигнале RE = 0. При этом блокируются входы параллельной загрузки. С приходом отрицательных перепадов на вход С₁ данные последовательно сдвигаются от входа S₁ до выхода Q₃, т.е. в сторону старшего разряда. Для сдвига в сторону младшего разряда (от Q₃ к Q₀) необходимо соединить выход Q₃ с входом D₂, выход Q₂ – с входом D₁, выход Q₁ – с входом D₀ и установить на входе RE напряжение высокого уровня. Входом последовательного кода в этом случае будет являться вход D₃, а сдвиг будет осуществляться отрицательными перепадами по входу С₂.

Использование сдвиговых регистров в качестве счётчиков

На рис. 13.10 показана стандартная схема счётчика на сдвиговом регистре, состоящем из JK-триггеров. Прямой и инверсный выходы триггера каждого разряда используются для управления логической схемой, входящей в цепь обратной связи. Цепь обратной связи формирует информационные сигналы J₀ и К₀, управляющие работой триггера самого младшего разряда Тг₀. Такое построение схемы позволяет использовать ее для генерации двоичных последовательностей или в качестве счётчика.

Цепь обратной связи вырабатывает сигнал либо 0, либо 1, который, поступая на входы J₀ и К₀ (после инвертирования) триггера Тг₀ определяет состояние этого триггера. Например, если n-разрядный сдвиговый регистр находится в состоянии Q_n-1…Q₂Q₁Q₀=0...001, то в зависимости от значения сигнала обратной связи следующим его состоянием будет либо 0…010, либо 0…011.

Кольцевой счётчик

В таком счётчике при поступлении тактовых импульсов С единственная 1 перемешается от разряда к разряду. Он выполнен на сдвиговом регистре, у которого сигнал обратной связи подается с прямого выхода триггера последнего разряда на входы первого (рис.13.17). Работа счётчика начинается с режима "Предустановка", в котором сигналом =0 первый триггер регистра устанавливается в 1, а остальные в 0. Затем при поступлении тактовых импульсов происходит сдвиг информации от разряда к разряду вправо, что и обеспечивает циркуляцию 1 в регистре. Счетная последовательность такого регистра приведена в табл. 13.3, из которой видно, что число рабочих состояний (модуль счета) такого счётчика равно числу его разрядов.

 

Достоинством рассмотренного счётчика является простота его реализации, а недостатком – невозможность осушествления вывода информации в двоичном коде. Кроме того, в n-разрядном счётчике подобного типа из 2ⁿ возможных состояний 2ⁿ-n не используются и являются запрещенными. Если по какой-либо причине счётчик окажется в одном из этих состояний, то без постороннего вмешательства он не сможет перейти к выработке правильной последовательности.

Таблица 13.3
Тактовый импульс	Q0	Q1	Q2	Q3	…	Qn-2	Qn-1
					…
					…
					…
					…
. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .
n-2					…
n-1					…

 

 

Запрещенными состояниями счётчика являются такие, при которых в его разрядах число единиц оказывается более одной, либо во всех разрядах имеются нули. Для обнаружения запрещенных состояний счётчик снабжается дополнительной комбинационной схемой. Например, для трехразрядного кольцевого счётчика запрещенные состояния возникнут в случае, если единицы будут одновременно присутствовать на выходах первого и второго разрядов (Q₀Q₁=1), либо первого и третьего (Q₀Q₂=1), либо второго и третьего (Q₁Q₂=1), либо на выходах всех трех разрядов (Q₀Q₁Q₂=1). Следовательно, сигнал обнаружения лишней 1 должен формироваться на основании булевого выражения

 

F₁=Q₀Q₁+Q₀Q₂+Q₁Q₂+Q₀Q₁Q₂=Q₀Q₁+Q₀Q₂+Q₁Q₂. (13.2)

Для обнаружения нулевого состояния триггеров всех разрядов можно использовать функцию

. (13.3)

Сигналы, сформированные на основании выражений (13.2) и (13.3), могут использоваться не только для обнаружения ошибки в работе счётчика, но и для его предустановки в исходное состояние.

 

Счётчик Джонсона

Счётчик Джонсона отличается от рассмотренного кольцевого счётчика тем, что в нем сигнал обратной связи на входы триггера младшего разряда сдвигового регистра подается не с прямого, а с инверсного выхода триггера старшего разряда. Благодаря этому если в исходном состоянии триггеры всех разрядов регистра установлены в 0, то при поступлении импульсов синхронизации начнётся их постепенное переключение в 1. После того как все триггеры окажутся в единичном состоянии, начнется их поочередное (начиная с триггера младшего разряда) переключение в 0 и т.д. Следовательно, число рабочих состояний такого счётчика равно удвоенному числу его разрядов. Функционирование десятичного счётчика Джонсона осуществляется в соответствии с табл.13.4. Смена состояний такого счётчика происходит в соответствии с кодом Либау-Крейга. Для получения двоично-десятичного кода к выходам счётчика необходимо подключить комбинационную схему – преобразователь кодов.

Таблица 13.4
Тактовый импульс	Q4	Q3	Q2	Q1	Q0

Для десятичного счётчика Джонсона из 2⁵=32 возможных состояний используется только 10, а остальные 22 состояния являются лишними. При попадании счётчика в эти состояния может быть нарушена его нормальная работа, определяемая табл.13.4. Поэтому необходимо предусмотреть дополнительные комбинационные схемы, определяющие сбои в работе счётчика и осуществляющие его установку в рабочее состояние.

14. Одновибраторы

 

 

14_2 Мультивибраторы