Общие сведения

Регистры сдвига применяются для сдвига информации влево или вправо на заданное число разрядов, для преобразования последовательного кода в параллельный и параллельного в последовательный, для хранения информации, в качестве цифровых элементов временной задержки, делителей частоты, кольцевых распределителей импульсов и т. д.

Основным элементом сдвигающих регистров являются синхронные триггеры. На рис.1 приведена упрощенная принципиальная электрическая схема регистра сдвига на тактируемых задним фронтом D - триггерах. В этой схеме выход предыдущего триггера соединен с D - входом последующего, входной последовательный код подается на вход D первого триггера, который в интегральной микросхемеобозначен как вход V. Тактовые импульсы поступают на тактовые входы С всех триггеров, которые в интегральной микросхеме обозначены как вход С. Так как фронтом каждого тактового импульса в каждый триггер запишется сигнал, подаваемый на его вход D, в схеме благодаря указанным связям осуществляется сдвиг информации на один разряд вправо одновременно с записью в первый триггер сигнала со входа V.

Пусть, например, в регистр в последовательном коде вводится двоичная кодовая комбинация 1101. Эта кодовая комбинация поразрядно поступает на вход V интегральной микросхемы, начиная со старшего разряда, исходное полопжение всех триггеров нулевое. Временная диаграмма работы схемы представлена на рис. 2. Первым тактовым импульсом в триггер DDI запишется единица старшего (четвертого) разряда последовательного кода. Вторым тактовым импульсом эта единица запишется в триггер DD2, а в DDI-нуль (третий разряд входного кода). Третьим тактовым импульсом, единица из триггера DD2 перепишется в DD3, а нуль - DDI в DD2,а единица (второй разряд кода) в DDI. После четырех тактовых импульсов, в регистр запишется код 1101, который следует считывать с выходов Q4-Q1. Таким образом последовательный код преобразован в параллельный.

Для преобразования параллельного кода, предварительно занесенного в регистр, в последовательный необходимо считывать его с выхода Q4, сдвигая при этом информацию в регистре вправо.

Предположим что в регистр занесен код 0001, на вход V подается сигнал логического 0 (рис. 3), старший разряд кода - 0 снимается с выхода 04. После каждого тактового импульса информация в регистре сдвигается на один разряд вправо. Следовательно, на выходе Q4 последовательно во времени появится третий, второй и первый разряды кода, занесенного в регистр, то есть параллельный код преобразуется в последовательный.

Сигнал, подаваемый на вход V, появляется на одном из выходов регистра с задержкой на число тактов, равное номеру выхода (см. рис. 3). Это свойство используется для задержки цифровой информации на заданное число тактовых периодов.

Если выход Q4 регистра соединить с его входом V, а в регистр занести код 0001, то получится распределитель импульсов, в котором однажды записанная логическая 1 будет последовательно во времени передаваться из разряда в разряд.

В данной работе исследуются микросхемы К155ИР1 и К155ИР13.

Микросхема К155ИР1 представляет собой четырехразрядный регистр сдвига с последовательным или параллельным вводом и выводом информации.

Принципиальная электрическая схема регистра, условное изображение которого показано на микросхемах DD2 и DD3 рисунка 4, имеет два тактирующих входа С1 и С2, вход выбора режима V2, вход VI для ввода информации в последовательном коде и четырех входов D1-D4 для записи информации в параллельном коде [1].

При V2=0 разрешается режим последовательного ввода информации со сдвигом вправо.

Если V2=l, обеспечивает параллельный ввод информации в D-триггеры со входов D1-D4.

Для преобразования последовательного кода в параллельный со сдвигом информации на один разряд влево необходимо соединить выходы Q4, Q3, Q2 соответственно со входами D3, D2, DI. Входной последовательный код следует подать на вход D4. а регистр перевести в режим параллельного ввода информации (V2=I). Тогда спадом тактирующего сигнала на входе С2 информация из последующего регистра перепишется в предыдущий.

Режим хранения информации обеспечивается снятием тактирующих сигналов со входов синхронизации С1 и С2. При этом разрешается изменение сигналов на входах VI и V2.

Режимы работы интегральной микросхемы прведены в таблице 1.

Микросхема К155ИР13 представляет собой универсальный 8-разрядный регистр сдвига. Микросхема (DD4 на рис. 4) имеет:

- восемь входов D0-D7 для параллельного ввода информации;

- вход синхронизации С для подачи тактовых импульсов;

- вход R установки нулей на выходах микросхемы;

- вход DR для ввода последовательной информации со сдвигом вправо;

- вход DL для ввода последовательной информации со сдвигом влево;

- входы SO и SI управления режимом работы регистра;

- восемь выходов Q1-Q8 для вывода выходной кодовой комбинации.

Режимы работы микросхемы указаны в таблице состояний (таблица 1).

Подачей на вход R сигнала логического О (R=0) осуществляется установка "нуля " на выходах регистра (Q1-Q8).

При R=l режим работы регистра определяется сигналами на входах SO и S1. Если выполняется R=S0=S1 = 1, то фронтом тактирующего импульса на входе С осуществляется ввод в регистр параллельного кода, подаваемого на информационные входы D1-D8. Если R=S0=1 и S1=0, то в регистре осуществляется сдвиг информации на один разряд.

В режим хранения информации регистр переводится при R=l и S0=Sl=0.

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка для исследования режимов работы сдвигающих регистров включает блок управления комплекта К32 и устройство сменное УС 17.

На печатной плате УС 17 (рис.4) размещены микросхемы: исследуемых регистров DD2-DD4, управления режимом работы регистров и блока цифровой индикации DDI, DD5-DD10. Сигналы

X 1-Х 14 поступают на входы микросхем от программатора кодов, а входной сигнал CI - от программатора серии импульсов ПСИ. При Х13=1 разрешается логическая связь между ПСИ и тактирующими входами С регистров DD2 и DD3, а при XI3=0 между ПСИ и входом С2 микросхемы DD2.

С помощью перемычек, вставляемых в гнезда XS1 и XS2 или XS3 и XS4 производится подача на вход VI микросхемы DD3 соответственно сигнала Х2 или сигнала с выхода Q4 микросхемы DD2.

При X14= 1 устанавливается логическая связь между выходами исследуемых микросхем DD2-DD3 и входами дешифратора блока цифровой индикации, а при Х14 =0 - между выходами микросхемы DD4 и входами дешифраторов блока цифровой индикации.

3. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

3.1. Ознакомьтесь со всеми разделами руководства.

3.2. Изучите назначение, принцип действия и режимы работы регистров сдвига.

3.3. Напишите план проведения экспериментальных исследований режимов работы микросхемы К155ИР13.

3.4. Заготовьте требуемые таблицы состояний.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

4.1. Подготовка к работе.

4.1.1. Ознакомьтесь с печатным монтажом устройства сменного УС17.

4.1.2. Вставьте устройство сменное УС17 в разъем блока управления комплекта.

4.1.3. Включите стенд в сеть.

4.1.4. Включите источник питания +5В.

4.1.5. С помощью переключателей 10 2 блока цифровой индикации установите режим вывода двоичной информации.

4.1.6. Отожмите кнопку ВСВ ВНК коммутатора внешних устройств КВУ.

4.2.Исследование режимов работы микросхемы К155ИР1.

Подачей XI4=1 установите логическую связь между выходами микросхемы К155ИР1 и входами дешифратора блока цифровой индикации.

4.2.1. Параллельный ввод информации.

Установите на входе V2 микросхемы DD2 сигнал, обеспечивающий режим параллельного ввода информации. Подайте на информационные входы DD1-DD4 произвольную кодовую комбинацию. Установите на программаторе СИ код количества подаваемых импульсов при сдвиге, равных единице. Импульсом, подаваемым с программатора СИ на вход микросхемы DD2, введите набранный код в регистр. Проконтролируйте правильность записи кода в регистр. Результаты занесите в таблицу отчёта. Повторите опыт несколько раз для различных значений входного кода, все результаты занесите в таблицу. Убедитесь, что при отсутствии сигнала на входе С1 и С2 регистр находится в режиме хранения.

4.2.2. Последовательный ввод информации со сдвигом вправо.

Установите на входе V2 регистра DD2 сигнал, обеспечивающий исследуемый режим работы. Подавая на вход VI сигнал логической 1, а на вход С1 одиночные импульсы от программатора СИ, наблюдайте потактный сдвиг информации в регистре. Повторите опыт, подав на вход VI сигнал логичекого нуля. Повторите опыт, подавая на вход произвольно выбранный последовательный код. По результатам составьте временную диаграмму работы регстра и занесите их в таблицу отчёта.

4.2.3. Последовательное включение регистров в режиме сдвига информации вправо.

С помощью проволочной перемычки установите связь между входом VI микросхемы DD3 и выходом Q4 микросхемы DD2. Установите на входах V2 микросхем DD2-DD3 сигнал, обеспечивающий режим последовательного ввода информации со сдвигом вправо. Подавая на вход VI микросхемы DD2 последовательный 8-разрядный код, а на вход С1 одиночные импульсы от ПСИ наблюдайте сдвиг информации в двух последовательно включенных микросхемах DD2 и DD3. Зарисуйте временные диаграммы работы 8-разрядного регистра.

4.2.4. Последовательный ввод информации со сдвигом влево.Уберите проволочную перемычку между выходами Q4 DD2 и входом VI DD3 и установите ее между входом V1 микросхемы DD3 и выходом Х2 программатора кодов. Сигналом на входе V2 микросхемы DD3 установите режим параллельного ввода информации. Подавая на вход D4 микросхемы DD3 последовательный код, а на вход С! одиночные импульсы от ПСИ. наблюдайте сдвиг информации. Зарисуйте временные диаграммы регистра.

4.3. Исследование режимов работы микросхемы К155ИР13.

Проведите исследования согласно написанного вами и утвержденного преподавателем плана по схеме исследований, проведённых для микросхемы К155ИР1.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЕ

Отчет должен содержать:

5.1. Цель работы.

5.2. Таблицы, построенные по результатам пп. 4.2, 4.3.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Назначение регистров сдвига.

6.2. Принцип работы регистра сдвига.

6.3. Приведите схему 12-разрядного регистра сдвига вправо.

6.4. Приведите схему 12-разрядного универсального регистра сдвига.

6.5. Приведите схему "бегущие огни" с выходом на светодиодные индикаторы

7. ЛИТЕРАТУРА

7.1.Список рекомендуемой литературы:

1. Зельдин Е. А. "Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре". Л.: Энергоатом издат. Ленингр. Отделение. 1986.-272 с. (с. 240-254).

2. Ланцов А. А., Зварыкин Л. Н., Осипов И. Ф. "Цифровые устройства накомплементарных МДП интегральных микросхемах".-М.: Радио и связь, 1983,-272 с. (с.49-56).

3.Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая цифровая
электроника. - М.: Телеком, 2000.

4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб, БХВ, 2000.

5. "Применение интегральных микросхем в электронной технике":

Справочник / Р. В. Данилов, С. А. Ельцов, Ю. П. Иванов и др.; Под. ред. Б. Н. Файзулаев, Б. В. Тарибрина.-М.: Радио и связь, 1986.-386 с. (с. 108/113).

7.2. Список используемой литературы.

Гутников В. С. "Интегральная электроника в измерительных устройствах".-!! Энергия. Ленингр. Отделение, 1980. -248 с.