Лабораторная работа № 3 исследование регистров и цифровых счетчиков

Целью работы является изучение принципов работы регистров и счетчиков,

а также экспериментальное их исследование с помощью программы Electronics

Workbench (EWB).

Общие сведения.

Регистры и счетчики относятся к разряду цифровых устройств и являются

одним из наиболее распространенных элементов вычислительной техники.

Они широко используются для построения устройств ввода, вывода, хранения

информации, а также для выполнения некоторых арифметических и логических

операций.

Регистр.

Устройство называемое регистром служит для хранения чисел в двоичном

коде. С помощью регистров выполняются такие действия над числами, как пере-

дача их из одного устройства в другое, арифметический и логический сдвиг в

сторону младших или старших разрядов, преобразование кода из последователь-

ного в параллельный и наоборот и т.д. Функциональная схема регистра парал-

лельного типа на RS-триггерах приведена на рис.1.3

Рис. 1.3

Информация в регистр записывается при наличии логической единицы

на входе “вход”. Тогда входные сигналы параллельного входа установят в соот-

ветствующее состояние тригерры Т₁ – Т_n. На выходе регистра информация поя-

вится при наличии логической единицы на входе “вывод”. При считывании

информация, записанная в регистре, сохраняется. Перед вводом информации

регистр устанавливается в нулевое состояние при подаче логической единицы

на шину “сброс”.

Регистр сдвига (сдвигающий регистр)

Данный регистр предназначен для выполнения операции сдвига слова

информации, то есть для перемещения всех цифр слова в направлении от стар-

ших к младшим разрядам (сдвиг вправо) или наоборот (сдвиг влево). Схема

сдвигающего регистра на JK-триггерах показана на рис.2.3

Рис. 2.3

Здесь информация, поступившая на вход регистра, по окончании каждого синхронизирующего импульса передается (продвигается) из предыдущего триггера в последующий.

Пусть требуется записать в регистр трехразрядное двоичное число X=CBA = 101,

Т.е.имеющее разряды А= 1, B= 0, C = 1.На вход подается двоичное слово последовательно разряд за разрядом(младшим разрядом-А вперед). По окончании первого синхронизирующего импульса триггер ТT₁ установится в состояние 1(Q₁ = 1), посколькуJK-триггер работает как синхронный двухтактный RS-триггер.Таким образом,по окончании первого синхроимпульса Q₁=A=1.

Затем на информационный вход регистра поступает второй разряд B= 0

слово X. При воздействии второго синхроимпульса триггер ТT₂ воспримет ин-

формацию с выхода первого триггера. По окончании второго синхроимпульса

Q₂ =А= 1, а первый триггер воспримет входную информацию регистра и на его

выходе Q₁ = B = 0. Таким образом, произошел сдвиг информации из первого

разряда регистра во второй; точно также по окончании третьего синхроимпуль-

са Q₃ = A = 1, Q₂ = B =0, Q₁ = C = 1 и все слово будет записано в регистр.

Считывать информацию из регистра сдвига можно либо в последовательном

коде с выхода Q₃, продвигая информацию через все разряды регистра к выходу,

либо в параллельном коде одновременно с выходов трех триггеров.

Если каждый триггер снабдить отдельным кодом, то данные могут вво-

диться параллельно через эти входы.

Цифровой асинхронный счетчик

Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее

счет числа входных импульсов и фиксирующее это число. Обычно счет-

чики строят на основе триггеров, поэтому счет импульсов ведется в двоич-

ной системе счисления. Функциональная схема двоичного четырехразряд-

ного счетчика приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3

Схема состоит из четырех последовательно соединенных Т-триггеров,

выполненных на основе универсальных JK-триггеров. Выходы всех триггеров первона-

чально можно установить в нулевое состояние подавая на короткое время логическую 1

на общий вход сброса . Входные им пульсы поступают на счетный вход левого триггера.

По окончании первого входного импульса левый триггер Т₀ перейдет в состояние 1.

По окончании второго входного импульса триггер Т₀ перейдет в положение 0, а сле-

дующий триггер Т₁ в состояние 1 и т.д. После шестнадцатого входного импульса все

триггеры переходят в состояние 0, и счет повторяется. Единич ные выходы триггеров

отражают число поступивших на вход счетчика импульсов в двоичной системе счисления. Результат двоичного счета получается на выходах с А по D и, поэтому число следует

читать в порядке DCBA.

Общее число возможных состояний (модулей) М счетчика определяют числом триг-

геров n: М = 2ⁿ. В нашем случае М = 16.

Для получения счетчика с другим коэффициентом пересчета (модулем) применяют

обратные связи. На рис. 4.3 изображена схема десятичного счетчика импульсов, то есть

c М = 10. Наличие двух входов сброса у схемы позволяет организовать и получить

разные коэффициенты пересчета и, в частности, М = 10. В нашем случае счетчик автома-

тически сбрасывается в 0 , когда на выходах не появится комбинация 1010. Таким образом

десятый импульс переводит все триггеры в состояние 0, и счет начинается снова. Другие

комбинации обратных связей позволяют построить счетчик с другим модулем пересчета.

Рис. 4.3