Регистры. Это устройства для передачи, преобразования, записи и хранения двоичных чисел или других кодовых комбинаций

Это устройства для передачи, преобразования, записи и хранения двоичных чисел или других кодовых комбинаций. В зависимости от функционального назначения различают регистры сдвига и регистры памяти. Основные элементы регистра – двоичные ячейки, в качестве которых используются триггеры, обладающие «памятью».

Рассмотрим схему четырехразрядного сдвигающего регистра на IK -триггерах.

Схема и обозначение сдвигающего регистра

С приходом каждого тактового импульса на входы С происходит ступенчатая передача (продвижение) сигналов с прямых и инверсных выходов на информационные входы каждого последующего триггера, от младшего разряда к старшему. Пусть требуется записать в регистр четырехразрядное двоичное число Д = 1101 (Д₁ = 1; Д₂ = 1; Д₃ = 0; Д₄ = = 1). При С = 1 в триггер Т1 вводятся и K ₁ = 0. По окончании синхроимпульса (при переходе от С = 1 к С = 0) на выходе триггера Т1 появляется , . Затем на вход регистра поступает второй разряд числа Д. При поступлении второго тактового импульса триггер Т2 примет информацию с выхода первого триггера ; . По окончании второго тактового импульса: ; ; ; . Таким образом, информация сдвинулась из первого разряда регистра во второй. Так же после третьего тактового импульса: ; ; ; после четвертого: ; ; ;и все число Д = 1101 записано в регистр.

Триггеры − это наиболее распространенные импульсные устройства. Триггером называют электронное устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное под воздействием внешнего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое. Характеристика триггера U _вых(U _вх) (рис. 2.86):

Характеристика триггера

Для перевода из состояния І в состояние ІІ нужно, чтобы Uвх > Uвх2.

В настоящее время большинство триггеров выполняют на основе логических элементов в виде интегральных микросхем (ИМС). Они применяются как переключающие элементы самостоятельно или входят в состав более сложных цифровых устройств: счетчиков, регистров памяти, делителей частоты и др.

Триггер на биполярных транзисторах? это двухкаскадный усилитель с положительной обратной связью через резисторы R1 и RБ2, R2 и RБ1 (рис. 2.87).

Рис. 2.87. Схема триггера на транзисторах

Из-за различия параметров транзисторов ток IK1 одного транзистора больше второго IK2, что уменьшает UK1 = EK - RK1IK1, которое передается на базу VT2. В результате уменьшается IK2, увеличивается UK2 = EK - RK2IK2 и повысится потенциал базы VT1. В результате еще больше станет ток IK1. Любое увеличение тока ведет автоматически к его дальнейшему росту и заканчивается состоянием, когда VT1 открывается, а VT2 закрывается. Для перевода триггера из одного состояния в другое нужно подать на базы открытого VT или закрытого (рис. 2.28).

Рис. 2.88. Управляющие импульсы триггеров

Смена состояний транзисторов происходит при поступлении управляющих импульсов. Как видно из рис. 2.88, триггер производит деление входного сигнала на два.

Триггеры современной электроники представляют ИМС, построенные на основе логических элементов. Триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный, сигналы которых противоположны по уровню. Если на прямом выходе высокий уровень (1), то на инверсном - низкий (0). По способу управления триггеры делятся на асинхронные, в которых переход из одного состояния в другое происходит по мере поступления сигнала на информационный вход, и синхронные, которые имеют дополнительный вход синхронизирующих (тактовых) сигналов, при поступлении которых переключается триггер. В соответствии с этим различают информационные и синхронизирующие входы триггера. Их принято обозначать:

S - установочный вход, на который подается сигнал 1, устанавливающий триггер в состояние I;

R - сбросовый вход, на который подается сигнал 1, переводящий триггер в состояние 0;

D - информационный вход (триггер устанавливается в состояние с уровнем выходного напряжения на выходе Q, соответствующим уровню на входе D);

С - вход синхронизации;

Т - счетный вход, сигнал на этом входе переводит триггер в новое состояние;

I - вход установки IK-триггера в состояние Q = 1;

K - вход установки IK-триггера в состояние Q = 0.

Наибольшее распространение получили RS-, D-, Т- и IK-триггеры.

Асинхронный RS-триггер можно получить на базе двух элементов 2ИЛИ НЕ (или 2И НЕ) (рис. 2.89).

Если в исходном состоянии на выходе триггера был низкий уровень напряжения (Qt = 0, Q t = 1), то подача высокого уровня на R - вход не изменит состояния триггера (R = 1, Qt + 1 = 0), так как верхний элемент 2ИЛИ НЕ уже имеет на своем нижнем входе высокий уровень (). Для перевода триггера в состояние Qt + 1 = 1 надо подать управляющий сигнал на S-вход. Тогда сигнал, попадая на вход верхнего элемента, обеспечит на его выходе, так как на обоих его входах низкий уровень. Сигнал попадает на вход нижнего элемента и удерживает его в состоянии. Таким образом, RS-триггер переключается при поочередной подаче сигналов 1 на S- и R- входы. При S = 0 и R = 0 состояние триггера не меняется, а S = 1 и R = 1? это запрещенное состояние, так как после команды его состояние неопределенно.

S R Qt Qt+1

0 0 0 0

1 0

0 0

1 1

0 1

1 1

0 0

0 0 1 0

1 1 1 неопр

Рис. 2.89. Асинхронный RS-триггер: а структурная схема;

б условное обозначение; в таблица истинности; г временная диaграмма

2.11.3. Регистры

Это устройства для передачи, преобразования, записи и хранения двоичных чисел или других кодовых комбинаций. В зависимости от функционального назначения различают регистры сдвига и регистры памяти. Основные элементы регистра - двоичные ячейки, в качестве которых используются триггеры, обладающие "памятью".

Рассмотрим схему четырехразрядного сдвигающего регистра на IK-триггерах (рис. 2.90).

Рис. 2.90. Схема и обозначение сдвигающего регистра

С приходом каждого тактового импульса на входы С происходит ступенчатая передача (продвижение) сигналов с прямых и инверсных выходов на информационные входы каждого последующего триггера, от младшего разряда к старшему. Пусть требуется записать в регистр четырехразрядное двоичное число Д = 1101 (Д1 = 1; Д2 = 1; Д3 = 0; Д4 = = 1). При С = 1 в триггер Т1 вводятся и K1 = 0. По окончании синхроимпульса (при переходе от С = 1 к С = 0) на выходе триггера Т1 появляется,. Затем на вход регистра поступает второй разряд числа Д. При поступлении второго тактового импульса триггер Т2 примет информацию с выхода первого триггера;. По окончании второго тактового импульса:;;;. Таким образом, информация сдвинулась из первого разряда регистра во второй. Так же после третьего тактового импульса:;;; после четвертого:;;; и все число Д = 1101 записано в регистр.

В рассмотренном последовательном регистре сдвига данные вводятся поразрядно (загрузка четырехбитовой комбинации 1101 осуществляется за пять тактов).