Файл: Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных приборах.pdf

14. Регистры сдвига

Регистры сдйига широко применяются в цифровой вычисли­ тельной технике, и в частности для преобразования последова­ тельного кода в параллельный или параллельного в последова­ тельный. Появление импульса на тактовом входе регистра сдвига вызывает перемещение записанной в нем информации на один разряд вправо или влево.

Рис. 29. Схемы регистров сдвига

Для построения регистра сдвига могут быть использованы SR-, D-, Т- или //(-триггеры. На рис. 29, а показан регистрсдвига на тактируемых фронтом //-триггерах. Выход Q преды­ дущего разряда присоединяется ко входу D последующего. Бла­ годаря этому каждый тактовый импульс устанавливает после­ дующий триггер в состояние, в котором до этого находился предыдущий, осуществляя тем самым сдвиг информации на раз­ ряд вправо.

Вход D первого разряда служит для приема в регистр ин­ формации в виде последовательного кода. С каждым тактовым импульсом на этот вход должен подаваться код нового разряда входной информации. Запись параллельного кода информации

61

может быть произведена через нетестируемые установочные входы R0—So триггеров регистра. С выхода Q последнего триг­ гера снимается последовательный выходной код. Код на этом выходе регистра появляется с задержкой относительно входного последовательного кода на число периодов тактовых импульсов, равное числу разрядов регистра.

В случае использования SR- или D-триггеров, построенных по схеме «хозяин — раб», часто применяют двухтактное управ­ ление регистром сдвига (рис. 29,6). При этом первый тактовый импульс производит перепись информации из основных (выход­ ных) триггеров предыдущих разрядов во вспомогательные (входные) последующих, а второй тактовый импульс, начинаю­ щийся через некоторое время после окончания первого пере-

4V

Рис. 30. Реверсивный регистр сдвига

писывает информацию из вспомогательных триггеров в основ­ ные внутри каждого разряда (см. рис. 23, в). Двухтактное управ­ ление обеспечивает более четкую работу регистра за счет раз­

дами соответственно Q и Q предыдущего.

Возможно построение регистров сдвига на основе 7-тригге­ ров. Однако в этом случае в цепи связи между разрядами прихо­ дится вводить так называемые дешифраторы несоответствия [14]. Эти дешифраторы позволяют проходить тактовому импульсу на счетный вход триггера только в том случае, если его состояние отлично от состояния предыдущего триггера (рис. 29,г). Подоб­ ная схема на входе первого триггера сравнивает его состояние с входным последовательным кодом. Логическая функция, реа­ лизуемая этой цепью, описывается соотношением

= ( / Q i + / Q i )

и может быть выполнена на основе схемы логической неравно­ значности.

Иногда строят реверсивные регистры сдвига, которые дол­ жны обеспечивать возможность сдвига информации как вправо, так и влево. Пример подобного регистра приведен на рис. 30. Если сигнал на входе N равен единице, то потенциал на входе D данного триггера определяется выходом Q триггера, стоящего

62

слева от него, если же N = 0, то — выходом триггера, стоящего

15. Кольцевые счетчики

Простейшие кольцевые счетчики — это замкнутые в кольцо регистры сдвига, по которым под воздействием входных импуль­ сов циркулируют одна или несколько кодовых единиц. Счетчик

а)

Ю

при этом имеет максимальный коэффициент пересчета, равный количеству входящих в него триггеров.

Для построения кольцевых счетчиков можно применять все типы регистров сдвига, рассмотренные в предыдущем пара­ графе. При использовании //(-триггеров на вход К данного триггера вместо сигнала Q с выхода предыдущего триггера можно подать постоянный потенциал / (рис. 31, а). Входной им­ пульс в этом случае будет также устанавливать данный триггер в состояние нуль, если предыдущий триггер находится в нуле, или опрокидывать его в единицу, если данный триггер нахо­ дится в нуле, а предыдущий в единице.

Вариант кольцевого счетчика на нетактируемых //(-тригге­ рах показан на рис. 31,6. В счетчиках, показанных на рис. 31, а и б, в исходном состоянии все триггеры находятся в нуле,

63

а один в единице. Приходящий входной импульс k опрокиды­ вает триггер, который был в единице, в состояние нуль. По­ скольку выход Q этого триггера соединен со входом / следую­ щего триггера, то последний при этом устанавливается в состоя­ ние единица.

Работа простейшего кольцевого счетчика, например, на пяти триггерах может быть описана следующей таблицей кодовых

но долго, если не принять специальных мер к их устранению. В качестве меры, препятствующей существо­ ванию лишних единиц, может быть использовано, например, введение в счетчик логической цепи, разрешающей перепись единицы из последнего триггера в первый только при условии, что все остальные триггеры находятся в состоянии нуль. На рис. 31,в показана схема подобного кольцевого счетчика, в ко­ тором устраняются сбои, проявляющиеся как в появлении лиш­ них единиц в кольце, так и в потере единственной необходимой единицы. Здесь выходы всех триггеров соединены со входами ячейки «НЕ — ИЛИ», выход которой в свою очередь присоеди­ нен к управляющему входу первого триггера. До тех пор пока

дут находиться в нуле, на выходе цепи появится потенциал еди­ ница. Следующий тактовый импульс установит в единицу пер­ вый триггер.

Интересно, что в счетчике рис. 31 при количестве тригге­ ров п получаем коэффициент пересчета /г+1. Следовательно, ячейка «НЕ—ИЛИ» как бы заменяет (п+ 1)-й триггер в кольце, и с ее выхода можно снимать потенциал, соответствующий вы­ ходу отсутствующего (п-И)-го триггера, Qn+1.

Счетчик Джонсона. Так часто называют в иностранной ли­ тературе [40, 1] кольцевой счетчик, который также строится на основе замкнутого регистра сдвига, но с одной перекрестной связью.

На рис. 32, а показан пример подобного счетчика построен­ ного на //(-триггерах. Как видно из рисунка, на входы / и К всех триггеров, кроме первого, поданы сигналы с выходов соот­

ветственно Q и Q предыдущего. На входе же / и К первого триггера поданы сигналы с инверсного и прямого выходов по­ следнего (перекрестная связь).

64

5)

к

Рис. 32. Схемы кольцевых счетчиков на основе регистра сдвига с одной перекрестной связью (счетчики Джонсона)

В отличие от рассмотренных выше простейших кольцевых счетчиков счетчик Джонсона имеет коэффициент пересчета, вдвое больший числа составляющих его триггеров. В частности, если счетчик (рис. 32,а) составлен из пяти триггеров (п = 5), то он будет иметь десять устойчивых состояний, описываемых следующими кодовыми комбинациями:

Как видно из таблицы, при счете вначале от первого триг гера до последнего распространяется «волна единиц», а затем «волна нулей». Код, в котором работает счетчик Джонсона, на­ зывают кодом Либау—Крейга [34].

В счетчике Джонсона, как и в других кольцевых счетчиках, также возможны сбои в виде появления лишних волн нулей или единиц. Для их устранения в десятичном счетчике может быть введена, например, двухвходовая ячейка «И» в цепь связи вы­ хода Q5 последнего триггера со входом К первого. На второй вход этой ячейки необходимо подать сигнал с выхода Q4

65

четвертого триггера. В этом случае установка в нуль первого триг­ гера будет разрешена только тогда, когда два последних триг­ гера — четвертый и пятый — находятся в единице. Рассмотрим работу счетчика с такой цепью на конкретном примере. Пред­ положим, что в результате сбоя счетчик установился в запре­ щенное состояние 00100.

В табл. 11 приведены кодовые комбинации, которые будет проходить десятичный счетчик Джонсона в этом случае для

тому, что в данном случае, начиная уже с третьего входного импульса, счетчик будет про­ ходить разрешенные кодовые комбинации.

На основе регистра с одной перекрестной связью может быть построен кольцевой счетчик с любым коэффициентом пересчета. Если нужен четный коэффициент пересчета 2п, то необходимо соединить п триггеров так, как показано на рис. 32, а. Если же нужен нечетный коэффициент пересчета 2п—1, то п — триггеров

предпоследнего триггера). При этом по сравнению с обычным счетчиком Джонсона пропускается одна кодовая комбинация, полностью составленная из единиц. Например, счетчик на 5,

рис. 32, б неприемлема, так как в ней на управляющих входах (/ и К) первого триггера возможно одновременное существова­ ние единиц (что для З^-триггера недопустимо). Однако и с по­ мощью S/U-триггеров можно получить нечетный коэффициент пересчета, если применить схему рис. 32, в, в которой на вход 5

66