24204

Исследование регистров, хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Наиболее простыми регистрами являются регистры памяти. Схема включения регистра 74173. На отечественных схемах символом регистра служат буквы RG . Работу регистра сдвига рассмотрим на примере регистра 74195 К155ИР12 схема включения которого показана на рис.

Русский

2015-01-20

90.5 KB

34 чел.

Лабораторная работа № 13

Исследование регистров

   Цель работы: Исследовать различные типы регистров. Закрепить теоретические знания об  устройстве и принципах  работы  регистров. 

   Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench. 

   Работа выполняется студентами за два часа аудиторных занятий.

Краткие теоретические сведения.

   Основное назначение регистров - хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел. 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. Запись информации в регистр не требует его предварительного обнуления.

   Все регистры в зависимости от функциональных свойств подразделяются на две категории - накопительные (регистры памяти, хранения) и сдвигающие.  В свою очередь, сдвигающие регистры делятся по способу ввода и вывода информации на параллельные, последовательные и комбинированные (параллельно - последовательные и последовательно - параллельные), по направлению передачи (сдвига) информации - на однонаправленные и реверсивные.

   Наиболее простыми регистрами являются регистры памяти. Их назначение - хранение двоичной информации небольшого объема в течение короткого промежутка времени. Эти регистры представляют собой набор синхронных триггеров, каждый из которых хранит один разряд двоичного числа. Ввод (запись) и вывод (считывание) информации производится параллельным кодом. Ввод обеспечивается тактовым импульсом, с приходом очередного тактового импульса записанная информация  обновляется. Считывание производится в прямом или в обратном коде (в последнем случае с инверсных  выходов).

   Регистры хранения представляют собой наборы триггеров с независимыми информационными входами и обычно общим тактовым входом. В таком качестве используются синхронные триггеры, составленные из микросхем, содержащих в одном корпусе несколько самостоятельных триггеров, например К155ТМ8 (74175), К155ТМ9 (74179) и другие, которые можно рассматривать как 4 - 6-разрядные регистры памяти. Наращивание разрядности регистров памяти достигается добавлением нужного числа триггеров, тактовые входы которых подсоединяют к шине синхронизации.

 

Рис. 13.1. Схема включения регистра 74173.

   Регистр К155ИР15 может служить примером  устройства хранения с тремя выходными состояниями. Схема его включения приведена на рис. 1. Как видно из рис.1, К155И15 - четырехразрядный регистр. Он имеет выходы 1Q…4Q с третьим  Z - состоянием (при сигнале 1 на выводах G2, G1), а его выходы 1D…4D снабжены логическими элементами разрешения записи путем подачи логического 0 на входы M, N. Используется регистр как четырехразрядный источник кода, способный обслуживать непосредственно шину данных цифровой системы.

   Загрузка информации в регистр производится синхронно с положительным перепадом тактового импульса, если на входах  M, N присутствуют напряжения низкого уровня. Если на одном из этих входов напряжение высокого уровня, после прихода положительного тактового перепада в регистре должны остаться прежние данные. Вход сброса CLR имеет высокий активный уровень. Если на входы G2, G1 подано напряжение активного низкого уровня, данные, содержащиеся в регистре, отображаются на выходах 1Q…4Q, присутствие хотя бы одного напряжения высокого уровня на входах разрешения G2 и G1 вызывает Z - состояние (размыкание) для выходных линий.

   Режимы работы генератора в схеме на рис. 1 и некоторые кодовые комбинации показаны на рис.2.

Рис. 13.2.  Лицевая панель генератора слова с установкой режимов  для работы в схеме на рис. 1.

   

  Регистры сдвига, помимо операции хранения, осуществляют преобразование последовательного двоичного кода в параллельный, а параллельного - в последовательный, выполняют арифметические и логические операции, служат в качестве элементов временной задержки. 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 более старшего разряда сдвигается  в младший, а при сдвиге влево - наоборот.

   На отечественных схемах символом регистра служат буквы RG . Для регистров сдвига указывается так же направление сдвига: >- вправо, <-  влево; <->- реверсивный (двунаправленный).

   Работу регистра сдвига рассмотрим на примере регистра 74195 (К155ИР12), схема включения которого показана на рис.3. ИМС 74195 - быстродействующий регистр  для выполнения операций сдвига, счета, накопления и взаимного параллельно - последовательного преобразования цифровых слов. Через вход LD/SH загружаются  параллельные данные, и производится их сдвиг вправо. Если на этом входе присутствует напряжение высокого уровня, через входы первого триггера J и K в регистр  вводятся последовательные данные. Вход  J имеет высокий активный уровень, вход K- низкий; если эти входы соединить, получим простой D- вход. Данные сдвигаются в направлении от  QA к QB, QC, а затем к QD после каждого положительного перепада на тактовом входе CLK.

   Если на входе  LD/SH присутствует напряжение низкого (активного) уровня, все четыре триггера регистра запускаются одним тактовым перепадом (от низкого уровня к высокому). Тогда данные от параллельных входов AD передаются на соответствующие выходы QAQD. Сдвиг данных влево обеспечивается в схеме, где каждый выход Qn соединен внешней перемычкой со входом Dni, т.е. схема включения на рис. 3 соответствует только режиму приема и хранения данных.

Рис. 13.3.    Схема включения регистра 74195 в режиме записи.

Рис. 13.4.   Схема включения регистра 74195 в режиме сдвига.

Рис. 13.5.   Лицевая панель генератора слова с режимами работы в схеме рис.  4.

   Схема включения ИМС в режиме сдвига показана на рис. 4, режимы работы генератора слова - на рис. 5. Для режима сдвига напряжение на входе LD/SH надо зафиксировать на высоком уровне. Из-за  того, что все операции в регистре ИР12 строго синхронны и запускается он фронтом импульса, логические уровни на входах J, K, LD/SH можно произвольно изменять до прихода фронта запуска. Низким уровнем на входе CLR  всем выходным сигналам присваивается низкий уровень.

   Напряжение низкого уровня на входе CLR означает также запрет на действие тактового импульса CLK, для правильного сброса данных надо выбрать момент, когда на входе CLK присутствует напряжение низкого уровня.

Задание на подготовку к работе.

  1.  Изучить работу сдвигающих регистров.
  2.  Изучить работу накопительных регистров.
  3.  Изучить порядок выполнения работы и подготовить необходимые схемы и таблицы.

Контрольные вопросы.

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

Назовите типы регистров и их возможные применения.

Изобразите схему регистра для хранения одного разряда двоичной информации.

     4.   В каких регистрах запись информации осуществляется параллельным кодом?

     5.   Поясните работу сдвигающего регистра

Порядок выполнения работы.

1. Исследование регистров в режиме хранения двоичной информации.

 Соберите схему, изображенную на рис. 1.

 Установите на генераторе слова режим, показанный на рис. 2, и получите на индикаторе     число 8.

 Выбирайте с помощью генератора слова двоичные комбинации, которые позволяют проверить все режимы работы регистра.

 Составьте таблицу состояния, напоминающую таблицу истинности и объясните работу исследуемого регистра.

2. Исследование регистра в режиме записи двоичной информации.

 Соберите схему, изображенную на рис. 3.

 Установите на генераторе слова такой режим, чтобы в регистре было записано число 2.

  Результат записи контролируйте по индикатору в схеме на рис. 3.

  Поясните какие напряжения необходимо подать на входы LD/SH, чтобы все триггера     регистра запускались одним тактовым перепадом (от низкого уровня к высокому).

3. Исследование регистра в режиме сдвига двоичной информации.

  Соберите схему, изображенную на рис. 4.

  Исследуйте следующие режимы сдвига:

а) сдвиг и установка по первому каскаду (jk=11);

б) сдвиг и сброс по первому каскаду (jk=00);

в) сдвиг и переключение первого каскада (jk=10);

г) сдвиг и хранение в первом каскаде (jk=01), CLR=1, LD/SH=1.

д) с помощью осциллографа просмотрите и зарисуйте сигналы на входе и выходе регистра и поясните его работу.

Содержание отчета.

1. Наименование и цель лабораторной работы.

2. Наименование каждого пункта  работы, схемы, результаты расчетов и измерений.

3. Выводы по результатам исследований     

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11631. Измерение сопротивления проводника мостиком Уитстона 59.5 KB
  Цель работы: Определение неизвестных сопротивлений проводников катушек при помощи мостика Уитстона. Схема установки: Rx – неизвестное сопротивление R – магазин сопротивлений ADC – реохорд r1 сопротивление участка AD r2 – сопротивление участка DC Г – гальвано
11632. Исследование гальванометра магнитоэлектрической системы 40 KB
  Цель работы: Экспериментальное измерение основных характеристик гальванометра магнитоэлектрической системы. Схема установки: e Г гальванометр с неизвестным внутренним сопротивлением Rg Rm – магазин сопротивлений R потенциометр e ЭДС источника ток
11633. ОТРАВЛЯЮЩИЕ И АОХВ ОБЩЕЯДОВИТОГО ДЕЙСТВИЯ. КЛИННИКА, ДИАГНОСТИКА, ЛЕЧЕНИЕ 181.5 KB
  Отравляющими и высокотоксичными веществами (ОВТВ) общеядовитого действия принято называть вещества, способные в результате взаимодействия с различными биохимическими структурами организма вызывать острое нарушение энергетического обмена. Объединяет эти различные по своей клинической природе вещества то, что они вмешиваются в процессы энергообмена на различных уровнях
11634. Изучение законов фотоэффекта 287 KB
  Цель работы: Является изучение основных закономерностей фотоэффекта и экспериментальная проверка закона Столетова для фотоэффекта. Схема установки и расчётная формула: Приборы и материалы: 1 лампа накаливания 2 амперметр 3 вольтметр 4 автот...
11635. Маятник Максвелла, определения момента инерции при падении маятника 51.5 KB
  Цель работы: определить момент инерции маятника Максвелла путем определения времени падения маятника фиксируемое с помощью миллисекундомера. Схема устройства...
11636. Определение удельного сопротивления резистивного провода 38.5 KB
  Цель работы: измерение сопротивления техническим методом и определение удельного сопротивления резистивного проводника. Описание установки: 1. резистивный провод метрическая шкала подвижной кронштейн измерительная часть прибора ...
11637. ОТРАВЛЯЮЩИЕ И АОХВ УДУШАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ. КЛИННИКА, ДИАГНОСТИКА, ЛЕЧЕНИЕ 114.5 KB
  Пульмонотоксичностью обладают очень многие химические вещества. Имея большую площадь поверхности (около 70 м2), лёгкие постоянно подвергаются воздействию ксенобиотиков, содержащихся во вдыхаемом воздухе. В подавляющем большинстве случаев, когда концентрации веществ малы, такие воздействия никак не проявляют себя
11638. Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы 1.29 MB
  Цель работы: Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы. Схема установки и расчётная формула: Приборы и материалы: nл показатель преломления среды; nср показатель преломления материала линзы; R1 R2 радиусы кривизны соответственно I II п
11639. Определение длины световой волны методом колец Ньютона 517 KB
  Целью работы является знакомство с интерференцией волн и определение длины световой волны методом колец Ньютона. Схема установки: Приборы и принадлежности: 1 Линза и стеклянная плоскопараллельная пластинка находящаяся в общей оправе 2 Транс...