РЕГИСТРЫ. СЧЕТЧИКИ

Регистры.Регистры – самые распространенные элементы цифровых устройств. Они оперируют с множеством связанных переменных, составляющих слово. Слово – это двоичный код (чаще 8-разрядный), представляющий собой или данные, или команды (если устройство программируемое). В микроконтроллерах (МК), например, в МК AVR фирмы Atmel, имеются 32 8-разрядных регистра общего назначения (для хранения данных и адресов) и до 128 специальных регистров (для хранения команд и слов инициализации). Регистры называют СОЗУ – супероперативными запоминающими устройствами.

Регистры состоят из разрядных схем, в которых имеются триггеры и логические элементы. Пример параллельного регистра и таблица истинности приведены на рисунке 9.13. Схема регистра приведена на рисунке 9.2.

Типы регистров.Главным классификационным признаком регистров является способ приема и выдачи информации. По этому признаку различают параллельные регистры, последовательные и параллельно-последовательные. В параллельных регистрах прием и выдача информации производится по всем разрядам параллельно. В них хранятся слова, которые могут быть подвергнуты поразрядным логическим преобразованиям.

В последовательных регистрах слова принимаются и выдаются последовательно, разряд за разрядом. Их называют сдвигающими, поскольку они передвигают информацию по разрядной сетке.

Параллельно-последовательные регистры имеют входы-выходы одновременно и последовательные и параллельные. В параллельных регистрах разряды информацией не обмениваются, общими для разрядов являются цепи управления.

Для современной схемотехники характерно построение регистров на D –триггерах, с тактируемым по фронту входом; многие регистры имеют выходы с тремя состояними («0», «1» и z –состоянием – высокого сопротивления, как на рисунке 9.2). Некоторые регистры выполняют функции буферов, то есть имеют повышенную нагрузочную способность.

Примерыотечественных параллельных регистров стандартных серий (155, 1533), срабатывающих по фронту, приведены на рисунке 9.14, где ТМ8 – четырехразрядный регистр, остальные – восьмиразрядные.

Рис. 9.14. Примеры отечественных параллельных регистров

Рассмотрим подробнее регистр К155ИР27. Запись информации осуществляется по переднему фронту синхросигнала (0→1) при отрицательном активном уровне сигнала WE (write enable –разрешение записи, таблица 9.4).

Таблица 9.4. Таблица истинности регистра ИР27

Сдвиговые регистры.Регистры сдвига представляют собой последовательно соединенную цепочку D-триггеров (рисунок 9.15) Основной режим их работы – это сдвиг разрядов кода, записанного в эти триггеры, то есть по тактовому сигналу содержимое каждого предыдущего триггера переписывается в следующий по порядку в цепочке триггер. Код, хранящийся в регистре, с каждым тактом сдвигается на один разряд в сторону старших разрядов. На рисунке 9.15 слева расположены младшие разряды и сдвиг информации осуществляется вправо.

Рис. 9.15. Сдвиговый регистр

Многофункциональные регистры(параллельно- последовательые) обладают свойствами и параллельных, и последовательных регистров. На рисунке 9.16 представлены несколько вариантов универсальных регистров. В таких регистрах вход может быть параллельным, а выход – последовательным (ИР9) или наоборот: вход последовательным, а выход параллельным (ИР8). В регистре ИР13 при различных сочетаниях управляющих сигналов входы и выходы могут быть и параллельными , и последовательными.

В регистре ИР9 запись входного кода в регистр производится по нулевому сигналу на входе WR (активный уровень – нулевой, см. таблицу истинности 2), Сдвиг осуществляется по положительному фронту сигналов на одном из входов С1 и С2, объединенных по функции 2ИЛИ.

Имеется также вход расширения DR, сигнал с которого в режиме сдвига перезаписывается в младший разряд сдвигового регистра

Таблица 3. Таблица истинности сдвигового регистра ИР9

СЧЕТЧИКИ. Счетчики предназначены для подсчета входных импульсов, то есть с приходом каждого нового входного импульса содержимое суммирующего счетчика увеличивается на единицу (или уменьшается на единицу в случае вычитающего счетчика).

Режим счета обеспечивается использованием триггеров, работающих в счетном режиме. Счетчики бывают синхронными и асинхронными.

В асинхронных счетчикахсинхронизирующие входы триггеровсоединяются с выходами соседних триггеров(рисунок 9.17,а). Асинхронным он называется потому, что триггеры с приходом счетного импульса опрокидываются последовательно,а не в соответствии с поступающими счетными импульсами. Если, например, все четыре триггера в счетчике находятся в единице, то очередной входной импульс опрокинет первый триггер, изменение потенциала на его выходе приведет к опрокидыванию второго триггера; выходной сигнал второго триггера в свою очередь опрокинет третий, и уж после этого опрокинется четвертый триггер.

Рис. 9.17. Схема двоичного счетчика К155ИЕ5

Недостатком асинхронных триггеров является задержка в установлении выходного кода после прихода счетного импульса

Для счетчика К155ИЕ5 выход первого триггера и вход второго триггера не соединены, так что есть возможность их соединить и получить четырехразрядный счетчик; или же использовать их по отдельности: одноразрядный и трехразрядный счетчики.

Все триггеры счетчика К155ИЕ5 имеют общую цепь начальной установки триггеров в нуль, которая управляется через вентиль И.

Двоичные синхронные счетчики отличаются от асинхронного тем, что срабатывание триггеров происходит одновременно или почти одновременно. Это достигается благодаря тому, что триггеры синхронного счетчика опрокидываются под воздействием входного импульса, а не сигнала с предыдущего триггера. При этом счетчик должен быть построен так, чтобы каждому импульсу соответствовали срабатывание только определенных триггеров.

Вариантсинхронного счетчикана базе JK - триггеров приведен на рисунке 9.16.. Это счетчик со сквозным переносом. На вход первого триггера подается сигнал разрешения Р, На входы J и K следующих триггеров подаются конъюнкции (И) сигналов разрешения и сигналов с прямых выходов предыдущих триггеров.

Конъюнкции выполняются как в самом триггере (2 и 3 триггеры), так и с помощью внешних цепей (4-й триггер). Триггер срабатывает, если предыдущие триггеры установлены в «1» и есть сигнал разрешения счета.

Счетчики, как и регистры, находят широкое применение в цифровой технике. На счетчиках строят всевозможные делители частоты; счетчики широко применяются в измерительной технике, например, для измерения частоты, длительности импульсов, разности фаз.

В составе микропроцессоров и микроконтроллеров (МК) тоже много счетчиков: счетчик команд микропроцессора (суммирующий счетчик), указатель стека (вычитающий счетчик), многочисленные таймеры-счетчики. На базе программно-аппаратных средств МК легко строятся различные измерительные устройства. Рассмотрим аппаратный вариант измерителя длительности импульсов (рисунок 9.19). Временная диаграмма работы измерителя длительности импульсов приведена на рисунке 9.20. .

Работа схемы начинается по короткому управляющему импульсу «Старт», который сбрасывает счетчик в нуль и переводит всю схему в режим счета, разрешая прохождение сигнала с тактового генератора на на вход +1 счетчика при положительном входном сигнале.

В течение входного сигнала счетчик считает эти импульсы, а по окончании входного сигнала поступление импульсов на вход счетчика прекращается, триггер перебрасывается в исходное состояние и сообщает отрицательным фронтом о готовности выходного кода (сигнал «Готовность»).

Работа схемы возобновится по следующему импульсу «Старт». Выходной код N измерителя связан с длительностью входного сигнала соотношением

t =NТ,

где T – период тактового сигнала. Абсолютная погрешность измерения не превышает ±T.

Дата добавления: 2014-10-10; просмотров: 875; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!