41852

Ознакомление с устройством и функционированием регистров и регистровой памяти; испытание интегрального универсального регистра сдвига

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Если выводы последнего триггера сдвигающего регистра соединить с входами первого то получится кольцевой регистр сдвига называемый кольцевым счётчиком. Синтез регистра сводится к выбору типа триггеров и логических элементов И НЕ ИЛИ для реализации заданных операций.2 1 х1 х2 хп Т R S 1 Т R S 1 Рассмотрим работу параллельного регистра на RSтриггерах рис.

Русский

2013-10-26

327.33 KB

22 чел.

Лабораторная работа 13

РЕГИСТРЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с устройством и функционированием регистров и регистровой памяти; испытание интегрального универсального регистра сдвига.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Регистр это последовательное устройство,предназначенное для записи, хранения и (или) сдвига информации, которая поступает и хранится в регистре в виде п-разрядных двоичных чисел. В общем случае регистр может выдавать информацию в последовательной или параллельной форме, преобразовывать прямой код числа в обратный (когда единицы заменяются нулями, а нули  единицами), и наоборот, а также выполнять логическое сложение и логическое умножение двоичных чисел.

В зависимости от способа ввода и вывода разрядов числа различают регистры параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.

Регистр, в котором можно осуществить сдвиг числа, называют сдвигающим (сдвиговым), причем сдвиг может быть или в одну сторону (в сторону младшего разряда прямой (правый) сдвиг, или в сторону старшего разряда – обратный (левый) сдвиг, или в обе стороны (реверсивный сдвигающий регистр). В этом смысле последовательный и параллельно-последовательный регистры относят к сдвиговым.

Если выводы последнего триггера сдвигающего регистра соединить с входами первого, то получится кольцевой регистр сдвига, называемый кольцевым счётчиком. Его коэффициент пересчёта  равен числу разрядов п: единица, записанная в один из разрядов, периодически появляется на выходе счётчика после того, как пройдут п сдвигающих синхроимпульсов.

2. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ РЕГИСТР НА RS-ТРИГГЕРАХ

Любой регистр состоит из связанных между собой триггеров с динамическим или статическим управлением и логических элементов, причем количество триггеров равно количеству разрядов в записываемом числе. Синтез регистра сводится к выбору типа триггеров и логических элементов И, НЕ, ИЛИ для реализации заданных операций.

&

х1

х2

Т

R

   "П"

  "Вобр"

   "0"

уп

y1

y2

пр"

хп

S

Рис. 13.2

1

х1

х2

хп

&

&

&

Т

R

S

1

&

&

&

Т

R

S

1

&

&

Рассмотрим работу параллельного регистра на RS-триггерах (рис. 13.2). Ввод (запись) числа осуществляется в два такта. Во избежание ошибочной записи числáх1х2хп в первом такте все триггеры регистра обнуляются. Для этого на шину "0" подается логический 0. Во втором такте по сигналу 1 на шине "П" ("Приём") через конъюнкторы одновременно записывается в соответствующие разряды регистра двоичное число х1х2хп. Вывод (считывание) числа у1у2уп в прямом коде происходит по сигналу 1 на шине  "Впр", а в обратном  по сигналу 1 на шине  "Вобр".

WА

Рис. 13.3

DIN

WE

DCW

1

2

Е

RA

RE

MS

D3

D2

D1

D0

a0

a1

E

DOUТ

RG0

R

C

D

RG1

R

C

D

RG2

R

C

D

RG3

R

C

D

Объединив в одной микросхеме несколько регистров и добавив на входе дешифратор DCW, а на выходе мультиплексор MS, получают регистровую (сверхоперативную) память (рис. 13.3). Входы Di четырёх или восьми регистров, как правило, 4-разрядных, подключают к общей входной шине данных DIN. Вход загрузки требуемого регистра выбирается дешифратором записи DCW на основании поступающего на его вход адреса записи WA, т. е. кода номера загружаемого регистра. Запись данных, присутствующих на шине DIN, происходит в момент поступления сигнала разрешения записи WE.

Выходы регистров мультиплексором MS подключаются к выходной шине DOUT. Номер регистра, с которого происходит чтение, определяется посредством кода адреса чтения RA. Разрешение выдачи данных в шину DOUT происходит  по сигналу RE. Поскольку дешифрация адреса записи и адреса чтения производится двумя независимыми узлами, имеющими автономные адресные входы WA и RA, в регистровую память можно одновременно записывать бинарное число в один из регистров и считывать число из другого.

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ

Запустить среду МS10. Открыть файл 33.4.ms10 или собрать на рабочем поле среды MS10 схему для испытания универсального регистра сдвига (рис. 3.4) и установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Ско

Рис. 13.4

пироватьсхему (рис. 3.4) на страницу отчёта.

Универсальный 4-разрядныйрегистр сдвига 74НС194N_4V (отечественные аналоги-микросхемы К230ИР2, КМ155ИР1, К176ИР3) способен сдвигать информацию и вправо, и влево, возможна как параллельная, так и последовательная запись данных. Регистр имеет параллельные входы (А, В, С, D), параллельные выходы (QA, QB, QC, QD), последовательные входы (SR, SL), цепь прямой очистки регистра по входу и управляющие входы (S0 и S1) – входы задания режима:

S0 = 1, S1 = 1 – запись данных в регистр по входамА, В, С, D;

S0 = 1, S1 = 0 – сдвиг данных влево в направлении от QА к QD;

S0 = 0, S1 = 1 – сдвиг данных вправо в направлении от QD кQА;

S0 = 0, S1 = 0 – входы регистра недоступны (блокировка).

Задание 1. .( для четных вариантов) Составить план исследования параллельного регистра сдвига, заполнив ячейки памяти генератора слова XWG1 на основе правил функционирования регистра 74НС194_4V, отражённых в табл. 13.1.

Т а б л и ц а  13.1

Входы

Выходы

Сброс

Старт

Режим

Послед.вход

Параллельный вход

S0

S1

SR

SL

А

В

C

D

QA

QB

QC

QD

0

х

х

х

х

х

х

х

х

х

0

0

0

0

1

0

х

х

х

х

х

х

х

х

QА0

QВ0

QС0

QD0

1

1

1

х

х

А

В

C

D

А

В

C

D

1

1

0

1

х

х

х

х

х

1

QАп

QВп

QСп

1

1

0

0

x

х

х

х

х

0

QАп

QВп

QСп

1

0

1

х

1

х

х

х

х

QВп

QСп

QDп

1

1

0

1

x

0

х

х

х

х

QВп

QСп

QDп

0

1

х

0

0

х

х

х

х

х

х

QА0

QВ0

QС0

QD0

Примечание. 0 – низкий уровень; 1 – высокий уровень; х – любое состояние; - положительный перепад (с низкого уровня на высокий); QА0, QB0, QС0, QD0 – стационарные уровни А, В, С, D до установки указанных состояний на входах; QАп, QВп, QСп, QDп – соответственно уровниА, В, С, D перед началом прохождения фронта самого последнего тактового импульса.

Запустить программу моделирования параллельного регистра, скопировать в отчёт программу (см. рис. 13,5) и временные диаграммы сигналов на входах и выходах регистра (см. рис. 13.6).

Ввод (запись) и вывод (считывание) информации производится параллельным кодом. Ввод обеспечивается тактовым импульсом, с приходом очередного тактового импульса записанная информация обновляется. Считывание информации происходит в прямом коде в интервале между синхроимпульсами, когда триггеры находятся в режиме хранения.

Руководствуясь схемой соединения генератораXWG1 с регистром (см. рис. 13.4), при записи чисел в ячейки памяти генератора в младший разряд 9-разрядных чисел нужно заносить значение сигнала : логический 0 для очистки регистра или логическая 1  разрешение записи числа, сдвига данных и др.; в следующие два разряда – значения (1 или 0) сигналов S0 и S1, определяющих режим работы регистра; в два следующих  вводить значения сигналов SR и SL, определяющих направление сдвига записанной информации в направлении от QА к QB, QC, а затем к QD после каждого положительного перепада импульса на тактовом входе или наоборот от QD к QА. В старшие разряды нужно занести произвольные (или по указанию преподавателя) значения 4-разрядных чисел DCBA, которые передаются на соответствующие выходы.

В качестве примерана рис. 13.5приведеназапись 9-разрядных кодовых комбинацийв 15 ячеек памяти генератора XWG1, а на рис. 33.6 – реализация программы моделирования параллельного регистра в виде временных диаграмм сигналов (выводимых в окне анализатора XLA1) на его входах и выходах при шаговом (Step) режиме работы генератора XWG1.

Рис. 13.5

На первом шаге (первом такте работы генератора и регистра) при подаче  сигнала = 0 (см. первую строку табл. 13.1 и рис. 13.6), на всех входах и выходах регистра установились нулевые значения. На втором шаге при = 1, SR = 0, SL = 0 (разрешение записи числа в регистр), S0 = 1 и S1 = 1 (запрещение сдвига данных во время синхронной параллельной записи числа в регистр, см. третью строку табл. 13.1) происходит загрузка 4-разрядного двоичного числа DСВА = 0001 в регистр.

При задании направления сдвига данных влево (S0 = 1 и S1 = 0, такт или шаг 3) сигнал 0001 выводится на выходы:  QD = 0, QC= 0, QB = 0 и QA= 1. С приходом очередного тактового импульса (шаги 4, 5 и 6) происходит перезапись (сдвиг) содержимого триггера каждого разряда в соседний разряд (от разрядаА к разряду D) без изменения порядка следования единиц и нулей. По окончании шестого тактового импульса на выходе устанавливается число 1000 (см. рис. 13.6). Если выполнить ещё один шаг при S0 = 1 и S1 = 0, то занесенная в регистр информация будет полностью из него выведена. Если при работе регистра в режиме сдвига влево (см. шаги 3, …, 6 на рис. 13.6) в ячейки памяти генератора внести SL= 1, то сигнал 1 будет формироваться на выходе QA и сдвигаться влево от QA к QD при каждом тактовом импульсе. В результате, после шестого импульса на выходе, ус

Рис. 13.6

тановится сигнал 1111.

Режим блокировки реализуется при подаче на оба управляющих входа сигналов низкого уровня, т. е. S0 = S1 = 0 при = 1 (см. шаг 7 и шаг 11 на рис. 13.6). В режиме блокировки данные в регистре не сдвигаются ни вправо, ни влево, а остаются на своих прежних позициях. При установке сигналов S0 = 0 и S1 = 1 с приходом 8, 9 и 10 тактовых импульсов происходит сдвиг сигнала 1000 вправо и его полный вывод из регистра. Если при работе регистра в режиме сдвига вправо (см. шаги 8, …, 10, на рис. 13,6) в ячейки памяти генератора внести  SR= 1, то сигнал 1 будет формироваться на выходе QD и сдвигаться вправо от QD к QA при каждом тактовом импульсе. И, как следствие, после десятого импульса на выходе установится сигнал 1111.

При установке S0 = S1 = 0 с приходом 11-го импульса происходит блокировка выходов, на следующем шаге выполняется параллельная запись числа DCBA = 1010 в регистр, далее сдвиг данных влево и т. д.

Задание 2. ( для нечетных вариантов) Открыть файл 33.7.ms10 или собрать на рабочем поле среды MS10 схему для испытания последовательного регистра сдвига (рис. 13.7) и установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Скопировать схему (рис. 13.7) в отчёт.

Рис. 13.7

Рис. 13.8

Чтобы микросхема 74HC194N_4Vработала в качестве  последовательного регистра сдвига влево, нужно подать на управляющий вход S0 высокий уровень напряжения, а на вход S1 – низкий уровень, т. е. установитьS0 = 1 и S1 = 0, и подавать в последовательной форме на вход SR данные, например, 1, 0, 1 и 0, которые записываются в разрядАи передаются на выход QA (рис. 13.8).  Регистр последовательно сдвигает влево эти сигналы от QA к QD, на выходе QDони теряются (см. шаги 3, …, 9 на рис. 13.8).

При установке S1 = 0 и S1 = 1 и подаче на вход SL данных в последовательной форме, например, 1, 0, 0 и 1, которые записываются в разряд D (и передаются на выход QD), микросхема работает в режиме последовательного регистра сдвига вправо (без кольцевого перемещения данных): сигналы 1, 0, 0 и 1 сдвигаются по направлению к разрядуА, на выходе QA они теряются (см. шаги 3, …, 9, рис. 13.9).

Составить план исследования последовательного регистра 74НС194_4V, заполнив ячейки памяти генератора XWG1произвольными (или по заданию преподавателя) 4-разрядными кодовыми комбинациями, вводимыми последовательно сперва в регистр А, а затем в регистрD.

Рис.13.9

Запустить программу моделирования последовательного регистра, скопировать в отчёт временные диаграммы сигналов на входах и выходах регистра при сдвиге данных влево (см. рис. 13.8) и вправо (см. рис. 13.9).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

1. Наименование и цель работы.

2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками.

3. Изображения электрических схем для испытания параллельного и последовательного регистров.

4. Копии временных диаграмм, отображающих работу исследуемых регистров.

5. Выводы по работе.

334


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52041. Правила поведінки під час уроків і на перервах. Поведінка в їдальні, в бібліотеці 44.5 KB
  Отже сьогоднi ми з вами почнемо розмову про нашу поведiнку пiд час урокiв розглянемо як вона впливає на наші успiхи у навчаннi навчимося поводити себе в колективi ознайомимося iз правилами культурної поведiнки. Яких би правил поведiнки ви б не хотiли дотримуватися тепер Якi правила на вашу думку необхiдно залишити у сучаснiй школi 2. Групою iз 4 6 чоловiк обговорiть i складiть правила для школярiв сьогоднiшнiх та з далекого майбутнього. 3робiть висновок про те для чого ми складали певнi правила поведінки.
52042. Звязок додавання і віднімання. Складання прикладів на віднімання з прикладів на додавання 171 KB
  Робота з індивідуальним матеріалом. «Учитель» викладає індивідуальний геометричний матеріал, а учень на основі цього складає приклад на додавання і два приклади на віднімання.
52043. Морфологія. Орфографія. Загальна характеристика частин мови 103.5 KB
  Загальна характеристика частин мови МЕТА: поглибити знання про морфологію як розділ науки про мову його зміст і завдання; розвивати вміння і навички розпізнавати вивчені частини мови в реченнях розуміти їх роль у мовленні визначати відомі граматичні ознаки; формувати в учнів навички правильного написання слів вміння визначати орфограми і застосовувати їх в писемному мовленні; формувати уміння узагальнювати набуті знання; розвивати усне і писемне мовлення; розвивати память...
52044. Поема «Мойсей»- одна з вершин творчості Івана Яковича Франка 56 KB
  Поема Мойсей одна з вершин творчості Івана Яковича Франка. Обладнання: портрет Івана Франка виставка книгілюстрації до поеми Мойсей карта мандрів Мойсея тематична стіннівка.Франка Мойсей історією написання ; підготувати розповідь про неї; випустити тематичні стіннівки. 1 група науковці подають матеріал про написання поеми Мойсей; 2 група літературознавці презентують образ Мойсея та інші образи; 3 група літературні критики розповідають про особливості стилю поеми Мойсей; 4 група читці члени редколегії ...
52045. Багатство мови і мовлення: інтонаційне, лексичне, фразеологічне, морфологічне, синтаксичне 87.5 KB
  Плачинда мову Діти а як вам вдалося вдома уявити себе в різних образах Які мовні засоби забезпечують засвідчують багатство образність логічність мовлення Послухаємо. За допомогою яких художніх засобів ви досягли образності мовлення В яких стилях тропи використовуються менше У науковому та офіційноділовому Учні зачитують свої творимініатюри Перевтілення. Отже написавши твориперевтілення ви збагатили своє мовлення за допомогою різних художніх засобів стали на крок ближче до удосконалення свого мовлення.
52046. Урок здоров’я 49 KB
  Навчальна мета: використовуючи набуті знання учнями на уроках біології та фізики показати їх застосуванню в повсякденному житті, систематизувати відомості про здоров’я людини.
52047. День Именинника - сценарии дня рождения 28 KB
  Конкурс для неименинников. Конкурс Парикмахеры Конкурс для всех команд. Конкурс Повара От каждой команды по одному участнику. Конкурс Подарок Пока кулинары готовятся подумаем чего же нам еще не хватает.
52048. Супер-сценарий маскарадного Нового года 25 KB
  Компания из 11 человек:1 Дед Мороз: настоящий костюм урвали у знакомых;2снежная королева: серое вечернее платье на шее колье из горного стекла думаю есть у любой девушки на крайний случай можно сделать самой из мишурыдождик из проволоки сделала каркас высокого воротника купила стальную блестящую ткань 2м. это была моя замораживающая палочка;3царь: из картона и фальги корона скипетр и держава из фальги и сподручных средств накидка из старого покрывала обшитого красной мишурой;4серкетарь царя: можно обычный строгий костюм;5шут...
52049. Маскарад для любимого 23.5 KB
  Костюм горничной: черный комплект белья обшила белым кружевом благо оно продается практически везде. Костюм медсестры: нашить на белое белье красные крестики совсем несложно также как и найти белые чулки. Костюм школьницы: здесь проблем практически не возникло короткая юбочка со складками и подходящая рубашечка в моем гардеробе нашлись очень легко. Костюм чертенка: рожки продаются в большинстве детских отделов а красночерное белье я нашла в своем гардеробе.