5) Регистры на основе D-триггеров. Параллельные регистры, последовательные (сдвиговые) регистры. Временная диаграмма работы сдвигового регистра.

Сдвиговый регистр построен на четырех D триггерах с динамической блокировкой входов. Для управления регистром сформированы:

• вход С - вход синхронизации

• вход R - общий сброс регистра.

Регистры на основе D-триггеров

На базе динамических Д-триггеров мы можем собрать регистры.

Единичный Д-триггер это простейшая ячейка памяти, которая способна хранить 1 бит информации. Поэтому есть смысл объединить динамические Д-триггеры в сборки по 4, 8 (столько разрядов и будет, 4-битный регистр и тд.).

Figure 1 – слева-параллельные, справа-последовательные

Параллельные регистры

1. Все Д-триггеры объединены параллельно

2. На все входы подаем информацию

3. Тактовый импульс записывает новую информацию

4. Инф появляется на выходах

5. До появления нового синхроимпульса, новой порции данных старая будет сохраняться

Последовательные (сдвиговые) регистры.

Данные подаются только на 1-ый динамический Д-триггер

Сдвиговый регистр с последовательным входом – это устройство, в котором данные последовательно поступают на вход

Используются для преобразования последовательных данных в параллельный формат.

Figure 2 – Типичный 4х разрядный регистр с последовательным входом

В данном случае используются D – триггеры. Работает регистр следующим образом.

1. В исходном положении импульс сброса (логический 0) подается на вход «Установка в 0», устанавливая выходы Q₀-Q₃ в 0.

2. Далее первый бит данных подается на последовательный вход.

3. При воздействии переднего фронта первого тактового импульса Q₀ принимает значение равное D₁.

4. Затем на последовательный вход подается D₂.

5. При воздействии переднего фронта второго тактового импульса Q₀=D₂ и Q₁=D₁.

6. После четырех тактовых импульсов имеем Q₀=D₄, Q₁=D₃, Q₂=D₃, Q₃=D₁.

Выход данных при этом может быть как последовательным, так и параллельным. В последнем случае сдвиговый регистр работает как последовательно-параллельный преобразователь. Очевидно, для сдвиговых регистров, имеющих большое число разрядов (более восьми), параллельные выходы нецелесообразны из-за большого количества выходов в корпусе ИС. Существуют сдвиговые регистры, имеющие более 1000 разрядов.

Временная диаграмма работы сдвигового регистра.

Пусть на вход последовательного (сдвигового) регистра поступает сигнал, временная диаграмма которого изображена на рисунке.

Сдвиговый регистр с параллельным, входом — это устройство, в котором входные данные поступают одновременно по параллельным информационным каналам. Запись данных в регистр осуществляется следующим образом.

В первый момент времени в первый триггер записывается бит и с каждым тактовым сигналом он сдвигается до тех пор, пока все данные не окажутся на выходе (4 синхроимпульса).

Полезны, когда не хватает ножек МК.

1. Сначала производится сброс содержимого регистра подачей импульса (логического 0) на вход «Установка в 0».

2. Далее D₁—D₄ подаются на входы и импульс (логическая 1) поступает на вход записи. Это приводит к записи информации во все регистры с использованием входов предустановки.

3. После этого при появлении каждого тактового импульса информация сдвигается на один разряд вправо.

4. Выход данных может быть как последовательным, так и параллельным.

Многие сдвиговые регистры, выполненные в виде ИС, имеют параллельный вход и последовательный выход. Эти устройства известны как параллельно-последовательные преобразователи.

На рисунке вместе с логическими уровнями записываются значения бит, которые передаются по соединительной линии или присутствуют на выходах сдвигового регистра.

№ такта	1	2	3	1
Q0	1	0	1	1
Q1	X	1	0	1
Q2	X	X	1	0
Q3	X	X	X	1

Дополнительно:

Идеализированная временная диаграмма работы регистра сдвига, структура которого представлена на рис. 2.7, показана на рис. 2.9. Предполагаем, что начальное состояние регистра следующее: Q0=0, Q1=1, Q2=1, Q3=0.

Рис. 2.9. Временная диаграмма работы регистра сдвига

Работа регистра сдвига в каждом периоде сигнала синхронизации разбивается на две фазы: при высоком и при низком значении синхросигнала:

1. При высоком уровне синхросигнала проводится запись значения выхода ( i – 1 )-го разряда регистра в первую ступень i -го разряда. Вторая ступень каждого разряда сохраняет свое прежнее значение. В этой фазе состояние первой ступени i -го триггера повторяет состояние второй ступени ( i – 1 )-го триггера. Вторые ступени каждого триггера, а следовательно, и выходы регистра в целом, остаются неизменными.

2. При низком уровне синхросигнала значение, записанное в первой ступени каждого триггера, перезаписывается в его вторую ступень. Запись в первую ступень триггера запрещена. В этой фазе состояния первой и второй ступеней каждого триггера становятся одинаковыми.

Поступление сигнала R = 0 вне зависимости от значения сигнала на входе синхронизации С и сигнала на входе D0 устанавливает все разряды регистра в нулевое состояние.

Во многих случаях, однако, желательно иметь возможность сдвигать информацию и влево, и вправо. Регистры, обладающие этой способностью, называются реверсивными сдвиговыми регистрами. Управление сдвигом в таких регистрах осуществляется путем подключения выходов триггеров к соответствующим входам при сдвиге влево или вправо. Направление сдвига регулируется входом «Способ работы». Реверсивные сдвиговые регистры с последовательными и параллельными входами и выходами называют универсальными сдвиговыми регистрами.