Из этих циклов обычно используется один цикл «волна нулей и единиц». При нечетном n всегда существует один замкнутый цикл с длиной в два состояния.

Кольцевые счётчики используют в качестве распределителей импульсов для формирования различных многофазных серий сигналов - для управления, например, сдвигающими регистрами на ПЗС, шаговыми двигателями и т.п. Выпускаются ИС на их основе, например десятичный распределитель (К561ИЕ8, 564ИЕ8) и восьмеричный (К561ИЕ9, 564ИЕ9) [24], [46].

2.6. Использование сдвиговых регистров при проектировании специализированных схем

Сдвиговые регистры как многофункциональные узлы цифровых устройств широко используются при проектировании различных специализированных схем.

Пример 2.20. Спроектировать цифровой одновибратор с управляемой длительностью выходного импульса. Длительность выходного импульса τвых должна дискретно изменяться в диапазоне (1 - 8)Т, где Т - период тактовых импульсов. Необходимость использования цифрового одновибратора можно обосновать тем, что существующие ИС одновибраторов типа АГ1, АГ3 и другие выдают выходной импульс, длительность которого τвых определяется внешними компонентами R и C. Это неудобно, если в цифровой системе изменяются (например, с целью повышения быстродействия цифрового блока) частоты тактовых сигналов. В этом случае желательно привязать значение τвых к периоду тактовых сигналов, т.е. к машинному, а не реальному времени.

Поставленную задачу легко решить с использованием универсального регистра. Для формирования длительности τвых можно использовать режим сдвига регистра, а установку в исходное состояние осуществить в режиме параллельной загрузки. Изменение длительности τвых можно обеспечить мультиплексированием цепей, которые изменяют режим работы регистра.

На рис.2.63 приведена схема, в которой используются два универсальных регистра типа К155ИР1 и мультиплексор 8→1 (типа 555КП7 и т.п.).

y

									y
Выход				MS	D D D D D D D								D3
				D								a a a
				0	1	2 3		4	5	6	7	2	1 0
		0		1	2		3
		Q		Q	Q		Q
	RG		DR	V		D			D2
	C C						D D D
	1	2				0	1	2	3
		0		1	2		3
		Q		Q	Q		Q
	RG		DR	V					D1
	C C					D D D D
	1	2				0	1	2	3
1
Вход	С											a a a
												2	1 0

Рис.2.63. Одновибратор с управляемой длительностью выходного импульса

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Кодирование длительности τвых и временные диаграммы работы схемы приведены соответственно в табл.2.24 и на рис.2.64.

Таблица 2.24

Кодирование длительности выходного импульса цифрового одновибратора

Номер	a	a		a
набора	2		1		0	n
0	0	0		0		1
1	0	0		1		2
2	0	1		0		3
3	0	1		1		4
4	1	0		0		5
5	1	0		1		6
6	1	1		0		7

7 1 1 1 8

С

T

Вход

(Выход)

Q0

ИС Q1

D1

Q2

Q3

Q0

Q1

ИС

D2

Q2

Q3

V

Рис.2.64. Временные диаграммы для рис.2.63 при a2a1a0=101

Рассмотрим работу схемы. Выход Q3 ИС D1 соединен со входом DR ИС D2, таким образом реализуется сдвиговый 8-разрядный регистр. Выходы восьми разрядов поданы на входы мультиплексора 8→1, выход y которого подан на входы V (выбор режима) ИС D1 и D2. Входы D0 - D3 этих ИС соединены с уровнем земли («0»). Тактовые входы С1 и С2 соединены в одну цепь.

На вход DR ИС D1 подаётся сигнал с выхода двухвходового элемента ИЛИ, на один вход которого подаётся запускающий сигнал (цепь «Вход»), а на второй - выход Q0 ИС D1. Исходное состояние схемы - все Qi = 0.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

После появления уровня «1» в цепи «Вход» отрицательный перепад на входе С записывает его в разряд Q0 ИС D1, после чего сигнал «Вход» может быть возвращен к уровню «0», так как «1» с выхода Q0 поступает через элемент ИЛИ на вход DR ИС D1. Теперь разряд Q0 ИС D1 выполняет как бы функцию генерации «1», которая с каждым тактом сдвигается к старшим разрядам регистра. При а2а1а0 = 101 на выход MS сигнал выдаётся с выхода Q1 ИС D2. Уровень «1» появится здесь после шестого такта (см. рис.2.64) и переведет ИС D1 и D2 из режима сдвига (V = 0) в режим параллельной загрузки (V = 1). Поэтому седьмой тактовый импульс загрузит в регистры нули, так как все Di = 0. Таким образом, одновибратор возвращается в исходное состояние.

Пример 2.21. Спроектировать 4-разрядный сдвиговый регистр со сдвигом влево (в сторону старших разрядов) на универсальных JK-триггерах, работающий в двух режимах: 1) при V = 1 - в режиме обычного сдвига, 2) при V = 0 - в режиме сдвига с уплотнением (упаковки). Характер этих режимов иллюстрируется на рис.2.65.

ссдвигаРежимуплотнением упаковка( ): Q	DR=0	11010 0 1 0		11100 1 0 0		10111 0 0 0		01111 0 0 0		11110 0 0 0		01111 0 0 0		01111 0 0 0		01111 0 0 0
	10100 1 0 1
0
Q
7
	DR=0
0
Q	1 0 1		0 1 0		1 0 0		0 0 0		0 0 0		0 0 0		0 0 0		0 0 0		0 0 0
сдвига:
Режим	1 0 1		0 1 1		1 1 0		1 0 1		0 1 0		1 0 0		0 0 0		0 0 0		0 0 0
Q	0		1		0		1		1		0		1		0		0
	0		0		1		0		1		1		0		1		0
7
			такта:		такта:		такта:		такта:		такта:		такта:		такта:		такта:
	RG:		1-го		2-го		3-го		4-го		5-го		6-го		7-го		8-го
	Исходное состояние		Состояние RG после		Состояние RG после		Состояние RG после		Состояние RG после		Состояние RG после		Состояние RG после		Состояние RG после		Состояние RG после

Рис.2.65. Иллюстрация режимов сдвига и сдвига с уплотнением

В режиме упаковки единица, поступившая в старший разряд, остается в нем, а остальные единицы в сдвигаемом слове «упаковываются» в массив, занимающий столько смежных старших разрядов, сколько единиц в сдвигаемом слове. Если перед группой разрядов в старшем по отношению к ней разряде «0», то эта группа разрядов работает в обычном режиме сдвига, таким образом, режим работы i-го разряда зависит от состояния всех старших по отношению к нему разрядов.

С учётом сказанного достаточно рассмотреть три разряда регистра (Qi+1, Qi, Qi-1), а его функционирование представить табл.2.25.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Таблица 2.25

Функционирование сдвигового регистра в двух режимах (к примеру 2.21)

		Номер					V				t						t		t			t+1					*			*
		набора								Q i+1					Q i Q i-1					Qi							J i				K i
		0					0				0					0			0	0							0
		1					0				0					0			1	0							1
		2					0				0					1			0	1										1
		3					0				0					1			1	1										0
		4					0				1					0			0	0							0
		5					0				1					0			1	0							1
		6					0				1					1			0	1										0
		7					0				1					1			1	1										0
		8					1				0					0			0	0							0
		9					1				0					0			1	0							1
		10					1				0					1			0	0										1
		11					1				0					1			1	0										0
		12					1				1					0			0	1							0
		13					1				1					0			1	1							1
		14					1				1					1			0	1										1
		15					1				1					1			1	1										0
J *
			Qi																K *								Qi
i																				i
V								1				0								V			1						0
								1				0				Qi+1							1						0												Qi+1
								1				0											0						0
								1				0											1						0
					Qi-1						a																				Q						б
																																i-1
			Рис.2.66. Карты Карно: а - для Ji*; б - для Ki*
Из рис.2.66 следует
																= Qi−1;																							ü
													Ji																										ï
																																							ý (2.45)
K =VQ						+ Q Q								= Q					(V + Q							) = Q								VQ .ï
i				i−1						i+1 i−1							i−1						i+1							i−1						i+1			þ

Qi+1 в выражении (2.45) обозначает конъюнкцию всех старших разрядов по отношению к i-му разряду. Итак, уравнения, определяющие структуру 4-разрядного регистра, будут иметь вид

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

J3 = Q2; ü

(2.46)

K

3

= Q V ,ý

2

þ

(Здесь отсутствующий пятый разряд (с индексом 4) считается установленным в «1»)

J2 = Q1;

ü

(2.47)

K

2

= Q (V + Q ) = Q VQ ;ý

1

3

1

3 þ

J1 = Q0 ;

ü

(2.48)

K = Q (V + Q + Q ) = Q VQ Q ;ý

1

0

3

2

0

3

2

þ

J0 = DR;

ü

(2.49)

ý

K0 = DR(V + Q3 + Q2 + Q1) = DRVQ3Q2Q1.þ

Поясним уравнение (2.49). Известно, что в обычном сдвиговом регистре

Ji = Qi−1, Ki = Qi−1 , поэтому,

например, K0 = DR в случае, когда V = 1 (режим обычного сдвига) или когда разряды Q3,

Q2 или Q1

находятся в состоянии «0», что, как отмечено выше, тоже соответствует обычному режиму сдвига. При

V = Q3 = Q2 = Q1 = 0, K0 = 0 и, следовательно, в разряд Q0 можно либо записать «1» (когда J0

= 1), либо

сохранить значение Q0 (когда J0 = 0).

Схема, построенная по уравнениям (2.46) - (2.49), приведена на рис.2.67.

3

Q

TT

R

&

J

C

&

K

S

2

Q

TT

R

&

J

C

&

K

S

1

1

Q

TT

R

&

J

C

&

K

S

1

0

Q

TT

R

&

J

C

&

K

S

1

1

C

DR

V

Рис.2.67. Регистр, работающий в режиме сдвига при V=1 и в режиме сдвига с уплотнением (упаковки) при V=0

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Для самостоятельного изучения рекомендуются следующие материалы.

1.Регистры-шлюзы [24].

2.Организация обмена параллельными кодами между регистровыми структурами [30].

3.Организация обмена последовательными кодами между регистровыми структурами. Схемы передатчиков и приёмников стандартного последовательного интерфейса.

4.Организация на сдвиговых регистрах ОЗУ с последовательной выборкой.

5.Применение регистров в цифровых фильтрах.

6.Принцип организации контроля БИС с ограниченным числом выводов корпуса методом сквозного сдвигового регистра.

7.Цифровые линии задержки.

8.Генераторы псевдослучайных последовательностей при произвольном числе разрядов сдвигового регистра.

9.Схемы умножения и деления двоичного полинома на двоичный полином. Сигнатурные анализаторы. Шифрование сообщений.

10.Реализация конечных автоматов на сдвиговых регистрах.

11.Буферы данных типа «очередь» или буфер FIFO (first in - first out).

12.Буферы данных типа «магазин» или буфер LIFO (last in - first out).

13.Регистр последовательного приближения.

14.Различные варианты специализированных схем.

15.ОЗУ в качестве сдвигового регистра [7] и т.д. и т.п.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com