Лабораторная работа №12.

Тема: «Ознакомление со сдвиговыми регистрами».

Цель работы: Синтезировать схемы сдвиговых регистров, изучить их работу.

Приборы и устройства: персональный компьютер и программа EWB 5.12.

Основное назначение регистров – хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел. Регистры наряду со счетчиками и запоминающими устройствами являются наиболее распространенными устройствами цифровой техники. При сравнительной простоте регистры обладают большими функциональными возможностями. Они используются в качестве управляющих и запоминающих устройств, генераторов и преобразователей кодов, счетчиков, делителей частоты, узлов временной задержки. Элементами структуры регистров являются синхронные триггеры D- или JK-типа с динамическим или статическим управлением. Одиночный триггер может запоминать (регистрировать) один разряд (бит) двоичной информации. Такой триггер можно считать одноразрядным регистром. Занесение информации в регистр называют операцией ввода или записи. Выдача информации к внешним устройствам характеризует операцию вывода или считывания.

Все регистры в зависимости от функциональных свойств подразделяются на две категории - накопительные (регистры памяти хранения) и сдвигающими регистрами.

Наиболее распространенным классом регистров являются регистры сдвига, которые отличаются большим разнообразием, как в функциональном отношении, так и в отношении схемных решений и характеристик. Регистры сдвига, помимо операций хранения, осуществляют преобразование последовательного двоичного кода в параллельный, а параллельного – в последовательный, выполняют арифметические и логические операции, служат в качестве элементов временной задержки. Своим названием они обязаны характерной для этих устройств операции сдвига. С приходом каждого тактового импульса происходит перезапись (сдвиг) содержимого триггера каждого разряда в соседний разряд без изменения порядка следования единиц и нулей. При сдвиге информации вправо после каждого тактового импульса бит из старшего разряда сдвигается в соседний младший разряд, а при сдвиге влево – наоборот.

С хемы сдвиговых регистров изображены на рис.1. для того, чтобы осуществить сдвиг вправо необходимо подавать сигнал с выхода предыдущего триггера на вход следующего.

а)

Для того чтобы осуществить сдвиг влево, необходимо подавать сигнал с выхода последующего триггера на вход предыдущего.

б)

Рис.1. Сдвиговые регистры: а) со сдвигом слова вправо

б) со сдвигом слова влево

Для того, чтобы рассмотреть работу схем необходимо манипулируя клавишами D и С ввести последовательность двоичных знаков: например 0101, которая соответствует числу 5₁₀. при помощи клавиши С мы продвигаем число по регистру, а при помощи клавиши D мы задаем необходимый разряд числа.

В рассмотренных регистрах данные вводятся последовательно через единственный вход, а выводятся в параллельном виде на выходах разрядов регистра. Такая процедура широко используется для преобразования битов программы, считанной с диска компьютера, в параллельный код для ввода в память. При необходимости с регистра можно вывести информацию в инверсной форме, если воспользоваться инверсными выходами триггеров.

В ведя в схему регистра дополнительную комбинационную логику, можно создать реверсивный регистр с управляемым направлением сдвига. Для этого в разрядные схемы вводятся элементы 2×2 И-ИЛИ-НЕ, которые, выполняя роль мультиплексора, изменяют направление передачи сигнала. Соответствующий субблок показан в развернутом виде на рис.2 а) и в виде схемного компонента MUX на рис.2 б). На основе этих компонентов и D – триггеров собран четырехразрядный сдвигающий регистр, см. рис.3.

Рис.2. Субблок мультиплексора в развернутом виде а)

в виде схемного компонента б)

а)

б)

Рис.3. Четырехразрядный реверсивный сдвигающий регистр (EWB)

При S=1 выполняется сдвиг информации вправо, а при S=0 – влево. Тактовые импульсы задаются ключом С. Ключ 1 задает данные, которые необходимо сдвигать влево. Ключ 2 задает данные, которые необходимо сдвигать вправо.

Если установить ключ 1 в вернее положение, а ключ 2 в нулевое единицы будут двигаться к входу, пока не заполнят все разряды. Если же в этом состоянии включить S=1. то нули будут двигаться от входа, пока не очистят регистр.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схемы на рис.1 и исследовать работу сдвиговых регистров. Сделать сравнительный анализ двух схем.

2. Собрать схему на рис.3, предварительно создав субблок мультиплексора и проанализировать работу схемы.

Контрольные вопросы.

1. Что такое регистр, какие функции он может выполнять?

2. Назовите типы регистров и их возможные применения.

3. Назовите отличия в схемных решениях для построения сдвиговых

регистров вправо и влево.

Содержание отчета.

1. Схемы регистров рис.1,3 по ГОСТ.

2. Схему субблока MUX по ГОСТ.

3. Ответы на контрольные вопросы.