Лабораторна робота №7.

Тема: Регістри.

Мета: Ознайомитися з роботою регістрів.

Завдання.

Використовуючи пакет Electronics Workbench спроектувати схеми, згідно з таблицею 7.1, на основі елементів і проаналізувати роботи регістрів. Скласти звіт про виконання лабораторної роботи. В звіті привести схеми регістрів, часові діаграми роботи регістрів.

Короткі теоретичні відомості.

Регістром називається пристрій, що здійснює прийом, зберігання перетворення і видачу чисел в двійковому коді. Інформація в регістрі зберігається у вигляді числа. Він включає окремі тригери, кількість яких відповідає числу розрядів двійкового коду і логічні елементи.

Регістри виконують ряд мікрооперацій над словами:

1. Прийом слова в регістр в прямому і зворотному коді, дані зберігаються в регістрі поки не з'явиться команда на їх зміну.

2. Видача слова з регістра в прямому і зворотному коді.

3. Виконання порозрядних логічних операцій над декількома словами.

4. Зрушення коду управо або вліво на необхідне число розрядів, перетворення паралельного коду в послідовний і навпаки.

За способом запису і прочитування коду числа в регістрі слід розрізняти паралельні і послідовні регістри:

Паралельний регістр.

У паралельних регістрах операції запису і зчитування інформації здійснюються у всіх розрядах одночасно. Схема трьохрозрядного регістра на D-тригерах, побудованого в пакеті Electronics Workbench, приведена на рис. 7.1. Інформація поступає у вигляді паралельного коду, тобто все розряду одночасно по n (n=3) дротах. Таким чином інформація в паралельному регістрі зберігається в паралельному коді, тому паралельний регістр називають регістром пам'яті. Інформація, що прочитується з виходів тригерів, проілюстрована на часовій діаграмі (див. рис. 7.2).

Рис. 7.1. Схема паралельного регістра

Рис. 7.2. Діаграма роботи паралельного регістра

Послідовний регістр.

У послідовних регістрах запис коду числа починається з першого розряду шляхом послідовного просування інформації за допомогою тактових імпульсів. Схема трьохрозрядного послідовного регістра, виконаного на D-тригерах, приведена на рис. 7.3. Тимчасова діаграма, що ілюструє роботу регістра показана на рис4. Записуване число поступає по одному входу у вигляді послідовного коду, тобто значення розрядів передаються послідовно тому як ми прочитуємо багато розрядне число, наприклад: “тисяча триста сорок два” - 1342. У загальному вигляді: n-розрядний регістр запам'ятовує n-розрядне число за n-тактових імпульсів. Послідовний код, що поступив на вхід, перетвориться в регістрі в паралельний код: число може бути лічено з виходів тригерів. З надходженням кожного тактового імпульсу записана інформація зрушується в регістрі (рух від входу до виходу), тому послідовний регістр називають регістром зрушення.

Рис. 7.3. Схема послідовного регістра

 

Рис. 7.4. Діаграма роботи послідовного регістра

Зрушення інформації на один розряд рівнозначне множенню коду на 2. Наприклад, записано число 101 (у десятковому коді 5), зрушуємо його на один розряд вліво і одержуємо 1010 (десятковому коді 10). Інформація, записана в послідовному регістрі, може бути лічена з виходу його старшого розряду у вигляді послідовного коду: якщо після запису в регістр числа знов подати тактові імпульси, число порозрядний прочитуватиметься на виході старшого розряду і звідти може бути передано до інших прочитуючих ланцюгів.

Для зберігання і обробки інформації в Мікро-ЕОМ широко використовуються здвигаючі регістри. Здвигаючі регістри звичайно реалізуються на СИС-пристроях, виконаних із застосуванням RS-, JK- або D - тригерів, і відмінності між ними пов'язані головним чином з методом обробки вхідних і вихідних даних.

Регістри на базі мікросхем.

Регістр К155ИР15 (74173) є бібліотечний компонент EWB і може бути прикладом пристрію зберігання з трьома вихідними станами. Як видно з малюнку К155ИР15 – чотирьохрозрядний регістр. Він має виходи 1Q…4Q з третім Z-станом (при сигналі 1 на виводах G2, G1), а його входи 1D…4D мають логічні елементи дозволу запису шляхом подавання логічного нуля на входи M, N. Регістр використовується як чотирьохрозрядне джерело коду, яке обслуговує шину даних цифрової системи.

Завантаження інформації в регістр виконується синхронно з додатним перепадом тактового імпульсу, якщо на входах M, N присутня напруга низького рівня. Якщо на одному з входів присутня напруга виського рівня, після приходу додатнього тактового перепаду в регістрі повинні залишитися данні які присутні на даний момент. Вхід збросу CLR має високий активний рівень. Якщо на входи G2, G1 подається напруга низького активного рівня, дані які знаходяться в регістрі, відображаються на виходах 1Q…4Q, присутність хоча б однієї напруги високого рівня на входах G2, G1 викликає Z-стан для вихідних ліній. При цьому дані з регістру в шину даних систем не проходять, виходи регістру не впливають на роботу інших аналогічних виходів, які під’єднані до првідників шини.

Регістр К155ИР15 потребує струм 72 мА і має тактову частоту до 25 МГц.

Рис. 7.5. Регістр на базі мікросхеми 74173

Таблиця 7.1

Варіанти завдань

Номер варіанта	Завдання
1, 8, 15, 22	Змодулювати регістр 74173 по схемі з малюнку. При моделюванні необхідно вибрати за допомогою генератора слова двійкові комбінації, які дозволяють перевірити усі режими його роботи.
2, 9, 16, 23	Зібрати схему регістра на базі мікросхеми 74164. Проаналізувати її аналогічно попередній.
3, 10, 17, 24	Змодулювати регістр 74173 по схемі з малюнку. Прослідкувати роботу схеми і стан вихідних індекаторів при значенні сигналів на входах G1 і G2 які дорівнюють 0.
4, 11, 18, 25	Зібрати схему регістра на базі мікросхеми 74164. Складіть таблицю стану.
5, 12, 19, 26	Зібрати схему послідовного 4-охрозрядного регістра.
6, 13, 20, 27	Зібрати схему паралельного 4-охрозрядного регістра.
7, 14, 21, 28	Зібрати схему комбінованого 4-охрозрядного регістра.

Контрольні питання.

1. Що з себе представляє регістр.

2. Які функції він виконує.

3. Назвіть типи регістрів та їх можливості.

4. Які мікро операції виконують регістри?

5. Принцип дії паралельного регістра.

6. Принцип дії послідовного регістра.

7. Принцип дії комбінованого регістра.

Використана література.

1.Файл справки Electronics workbench 5.12

2.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – M. Высш. шк., 1988.

3.Д. Жарников. Радиолюбитель. Ваш компьютер, № 12, 1999.

4.http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb_kg/index.htm