Регистры. Счетчики. Шифраторы. Мультиплексоры

Регистры

Регистром называется цифровое устройство, предназначенное для записи, хранения и (или) сдвига информации, представленной в виде многоразрядного двоичного кода (от английского — Register).

В регистрах выполняются следующие операции:

♦ ввод и вывод информации;

♦  хранение информации;

♦  сдвиг хранимой информации вправо либо влево на определенное число разрядов;

♦  преобразование кода числа из последовательного в параллельный и наоборот.

По способу приема информации регистры подразделяются:

♦  параллельные — информация записывается и считывается только в параллельной форме;

♦  последовательные, которые также называются сдвигающие (сдвиговые) — запись и считывание информации происходит только в последовательной форме;

♦  последовательно-параллельные, такие универсальные регистры можно использовать для преобразования кода из параллельного в последовательный и наоборот.

В отечественных сериях микросхем регистры определяют по буквам ИР — функциональное назначение, например, 555ИР8, К561ИР2. Первая буква И соответствует подгруппе «Схемы арифметических и дискретных устройств». На принципиальных схемах регистры обозначают буквами RG.

Чаще всего регистры строят на основе Dи JK-триггеров.

1. Параллельный регистр

В параллельных регистрах прием и выдача двоичных слов осуществляется по всем разрядам одновременно. Поэтому триггеры, соответствующие разным разрядам не связаны между собой (рис.1).

Подавая на входы RS- триггеров (рис.1, а) парафазные сигналы, в регистр записывается двоичный код.

На рис.1,б параллельный регистр построен на D-триггерах: однотактный регистр с однофазным входом. В таком регистре при уровне логической 1 на С-синхровходе все триггеры устанавливаются в состояния, определяемые действующим на D-входах входными сигналами. Для записи информации необходим только один импульс синхронизации. Дополнительный вход Rначальной установки переводит все триггеры в нулевые состояния одним управляющим импульсом.

На рис.1,в показано условное графическое обозначение четырехразрядного параллельного регистра.

Рис.1

Параллельные регистры могут иметь дополнительно вспомогательные комбинационные схемы, которые расширяют функциональные возможности. Они используются для установки начального состояния, режима приема, хранения либо выдачи информации, реализуют запись с двух направлений и т. д.. В этом случае регистр имеет соответствующие входы.

2. Сдвиговые регистры

В сдвиговом (последовательном) регистре триггеры соединены последовательно, т. е. выходы предыдущего триггера передают информацию на входы последующего. Простейший однофазный сдвиговой регистр на D-триггерах изображен на рис. 2, а и b.

Рис.2

В момент прихода положительного фронта синхронизирующего сигнала состояние каждого предыдущего триггера перепишется в последующий. Пусть триггеры регистра находятся в состоянии: Q0 = 1, Q1 = 0, Q2 = 1, Q3 = 1. Предположим, что на вход поступает нулевая информация. При поступлении синхроимпульсов состояния будут меняться согласно временной диаграмме рис.2,в.

Содержимое регистра будет на каждый импульс синхронизации перемещаться на один разряд вправо. Со входа в первый триггер будет вписываться новое состояние, а состояние последнего триггера как бы выбрасывается.

Сдвиговый регистр позволяет вводить данные в последовательном коде, когда значение следующего двоичного разряда вводимого числа появляется перед импульсом синхронизации и вписывается им в первый разряд регистра. Для ввода N- разрядного двоичного числа потребуется n тактов. Введенный последовательный код мы можем считывать одновременно со всех разрядов регистра. Таким образом можно выполнять преобразование из последовательного кода в параллельный.

Если каждому триггеру добавить специальный установочный вход со специальной синхронизацией, можно записать в регистр данные в параллельном коде. При поступлении сдвигающих импульсов на вход С (рис.2) на выходе последнего регистра будут последовательно появляться