угодно долго (конечно, при наличии напряжения питания). Динамические регистры строят на элементах памяти такого типа, как конденсатор. Практически в таких регистрах используется входная емкость МДП-транзистора. Подобный элемент памяти может хранить информацию лишь в течение некоторого промежутка времени. Поэтому в динамических регистрах записанная информация находится в постоянном движении. В книге рассмотрены только статические регистры.

Важнейшие характеристики регистров - разрядность и быстродействие. Разрядность определяется количеством триггеров для хранения числа. Быстродействие характеризуется максимальной тактовой, частотой, с которой может производиться запись, чтение и сдвиг информации.

Основу регистра хранения составляют одноступенчатые асинхронные RS-триггеры. Каждый триггер служит для хранения одного разряда числа А={ак ... a2ai}, так что количество триггеров в регистре равно N

(рис. 4.34).

Перед записью информации положительным импульсом по шине «Уст. О» все триггеры устанавливаются в нулевое состояние. Число А подводится к триггерам через схемы совпадения, управляемые сигналом С3 «Запись». При сигнале С3=1 информация попадает на входы триггеров и записывается в регистр. При сигнале Сз=0 обеспечивается режим хранения записанной информации.

Информация из регистра может выводиться в прямом и обратном коде через схемы совпадения, управляемые сигналами Cc4i и ССч2- Для считывания информации в требуемом коде на соответствующую шину необходимо подать единичный сигнал. Таким образом, для записи, хранения и считывания одного разряда слова необходим элемент памяти и логические элементы на входе и выходе. Эту элементарную часть схемы регистра будем называть разрядом регистра.

Регистр с такими же свойствами, но с однофазной записью информации, получается при использовании в-качестве элемента памяти одноступенчатого D-триггера или D-триггера с динамическим управлением. Достоинство регистров на D-триггерах состоит в существенном уменьшении числа соединений в узле. Прзи использовании D-триггеров с динамическим управлением повышается устойчивость регистра к помехам, поскольку воздействие помех возможно в течение меньшего интервала времени, чем у регистров на триггерах со статическим управлением (см. § 4.3).

Регистры сдвига предназначены для преобразования информации путем ее сдвига под воздействием тактовых импульсов. Такие регистры представляют совокупность последовательно соединенных триггеров, как правило, двухступенчатой структуры. Число триггеров определяется разрядностью записываемого слова. По направлению сдвига информации различают регистры прямого сдвига (вправо, т. е. в сторону младшего разряда), обратного сдвига (влево, т. е. в сторону старшего разряда) и реверсивные, допускающие сдвиг в обоих направлениях.

. <?£/

ТТ

тт

а)

Г*1

77

Рис. 4.35. Регистр сдвига:

a - функциональная схема; б - условное обозкачение

Наиболее широко распространены регистры сдвига на D-триг-герах со статическим (рис. 4.35) или с динамическим управлением. Такие регистры имеют один информационный вход, вход для тактовых импульсов (импульсов сдвига) и установочный вход. Выходы в регистре могут быть с каждого разряда для считывания информации одновременно со всех разрядов, т. е. параллельным кодом. Также может быть один выход с последнего относительно входа разряда для считывания информации последовательно во времени, т, е. последовательным кодом.

Вход регистра для импульсов сдвига получается объединением С-входов всех триггеров, а установочный вход - R-входов.

Перед записью информации регистр устанавливается в нулевое состояние подачей положительного импульса по шине «Уст О». Записываемая информация должна быть представлена последовательным кодом. Запись осуществляется поразрядно со стороны старшего (рис. 4.35) или младшего разряда (направление сдвига указывается стрелкой на условном обозначении регистра) путем продвижения кодовой комбинации с каждым тактовым импульсом от разряда к разряду. Следовательно, для записи N-разрядного слова Необходимы N импульсов сдвига.

Считывание информации последовательным кодом осуществляется, как и запись, поразрядным сдвигом записанной кодовой комбинации к выходу с каждым тактовым импульсом. Следовательно, для считывания N-

разрядного слова необходимы N импульсов сдвига. Считывание информации параллельным кодом происходит в паузе между последним импульсом сдвига одного цикла записи и первым импульсом сдвига другого цикла записи, т. е. в интервале времени, когда на С-входах триггеров нулевой уровень и они находятся в режиме хранения

Таким образом, с помощью регистра сдвига можно осуществлять преобразование информации из последовательной формы представления в параллельную. Очевидно, если предусмотрена запись информации параллельным кодом, то можно преобразовать информацию из параллельной формы представления в последовательную. Регистры сдвига могут быть построены И на триггерах одноступенчатой структуры. В этом случае в каждом разряде регистра нужно использовать два RS-триггера, которые управляются двумя сдвинутыми во времени тактовыми импульсами. Наличие двух триггеров в одном разряде позволяет поразрядно продвигать информацию в регистре от входа к выходу. Если бы в регистре были применены одноступенчатые триггеры по одному на разряд, то правило работы регистра сдвига было бы нарушено: при первом же импульсе сдвига информация, записавшись в первый разряд, перешла бы во второй, затем в третий и

т. д.

Уст. О

Рис. 4.36. Разряд реверсивного регистра

Реверсивные регистры сдвига объединяют в себе свойства регистров прямого и обратного сдвига. Строятся они по тем же схемотехническим принципам, что и рассмотренные регистры, но с использованием дополнительных логических элементов в межразрядньгх связях. Указанная особенность реверсивного регистра показана ча примере i-ro разряда (рис. 4.36), состоящего из D-триггера с динамическим управлением и логической схемы, на входы которой поааны: Qi-i - сигнал с выхода младшего разряда, Qi+i - сигнал с выхода старшего разряда, V - сигнал, управляющий направлением сдвига: V=l - вправо, V=0 - влево.

Цифровым счетчиком импульсов называют последовательност-ный цифровой узел, который осуществляет счет поступающих на его вход импульсов. Результат счета формируется счетчиком в заданном коде и может храниться требуемое время.

Счетчики строят на T-триггерах и TV-триггерах с применением при необходимости логических элементов в цепях межразрядных связей. Количество триггеров N должно быть таким, чтобы множество внутренних состояний счетчика 2N было не меньше максимального числа импульсов, которое должно быть зафиксировано. С приходом очередного счетного импульса изменяется состояние счетчика, которое в заданном коде отображает результат счета.

Считывание результата параллельным jV-разрядным кодом может быть произведено после каждого счетного импульса. Если количество счетных импульсов не ограничивать, то счетчик будет работать в режиме деления их числа на коэффициент (модуль) счета &;ч, равный 2N. Через каждые 2-v импульсов он будет возвращаться в начальное состояние и снова считать импульсы. Эта операция часто называется пересчетом, а счетчики, ее осуществляющие, пересчетными устройствами, либо делителями, либо счетчиками-делителями.

Если необходимый коэффициент счета не равен 2N, применяют различные способы сокращения числа внутренних состояний счетчика. Для построения счетчика могут применять не только триггеры со счетным входом, но и D-триггеры, и JK-триггеры, двухступенчатой структуры или с динамическим управлением.

Таблица 4.10

Таблица 4-11

Счетчики можно классифицировать по ряду признаков. По направлению счета их делят на суммирующие (с прямым счетом), вычитающие (с обратным счетом) и реверсивные. В суммирующих счетчиках с приходом очередного счетного импульса результат увеличивается на единицу, в вычитающих - уменьшается на единицу. Реверсивными называются счетчики, которые могут работать как в режиме суммирующего счетчика, так и в режиме вычитающего счетчика.

По способу организации переноса различают счетчики с последовательным, параллельным и комбинированным (параллельно-последовательным) переносом.

Конструктивно цифровые счетчики могут быть выполнены в виде совокупности интегральных микросхем-триггеров, определенным образом соединенных, и в виде одной микросхемы повышенного уровня интеграции, содержащей сформированную на единой подложке схему многоразрядного счетчика.

Рассмотрим пример реализации трехразрядного суммирующего в коде 8 - 4 - 2 - 1 счетчика с последовательным переносом.

Порядок смены состояний счетчика задан табл. 4.10. В качестве исходного принято состояние, которое определяется нулевым уровнем на выходах всех триггеров, т. е. Qt=Q2=Q3=0. Как следует из таблицы, с приходом очередного счетного импульса к содержимому счетчика прибавляется единица. При этом увеличивается на единицу номер состояния, являющийся десятичным эквивалентом соответствующего данному состоянию двоичного числа.

Изменение состояния каждого последующего разряда происходит при изменении состояния предыдущего разряда от 1 к 0. Это означает, что всякий-раз, когда данный триггер в счетчике переходит из состояния;! в состояние 0, на его выходе должен формироваться сигнал переноса, опрокидывающий следующий триггер. Если же данный триггер переходит из 0 в 1, то сигнала переноса на его выходе не должно быть.

Из таблицы 4.10 также следует, что триггер первого, самого младшего разряда должен менять свое состояние каждый раз с приходом очередного счетного импульса, а триггер каждого последующего разряда - вдвое реже триггера предыдущего разряда.

Описанные порядок смены состояний счетчика и характер процесса их установления могут быть реализованы, если счетчик будет построен на последовательно соединенных Г-триггерах. Каждый последующий разряд при этом будет переключаться сигналом переноса, формируемым на выходе предыдущего разряда. Счетные импульсы должны быть поданы на вход триггера самого младшего разряда. Счетчики, построенные таким образом, получили название счетчиков с последовательным переносом.

Уст. В

4JTV4

0-t

г)

i-t

Рис. 4.37. Счетчик с последовательным переносом: условное обозначение; в - временные диаграммы

функциональная схема; б

При соединении триггеров необходимо учитывать вид сигнала, которым Г-триггер переключается. Напомним, что триггеры с динамическим управлением опрокидываются при поступлении на прямой Г-вход перепада уровня от 0 к 1, а на инверсный T-вход от 1 к 0. Триггеры двухступенчатой структуры с прямым T-входом изменяют свое состояние с окончанием входного импульса, т. е. после перепада уровня от 1 к 0. Если вход инверсный, то изменение состояния триггера происходит после перепада входного уровня от 0 к 1. Следовательно, если суммирующий счетчик строится на триггерах двухступенчатой структуры с прямым статическим входом или триггерах с инверсным динамическим входом, то следует соединять вход каждого последующего триггера с прямым выходом предыдущего. Формируемый при этом на выходе каждого разряда сигнал переноса в виде перепада уровня от 1 к 0 опрокидывает триггер последующего разряда. Пример трехразрядного счетчика на Г-триггерах двухступенчатой структуры приведен на рис. 4.37. Для установки исходного состояния служит шина «Уст. О», которой объединены R-входы всех триггеров. Нулевое состояние триггеров устанавливается подаваемым по этой шине положительным импульсом напряжения между уровнями 0 и 1. Если R-входы инверсные, установочный импульс должен быть отрицательным между уровнями 1 и 0. На левом поле условного графического обозначения счетчика (рис. 4.37,6) показано, что его входом является Tj-вход первого разряда, а на правом поле указан «вес» каждого разряда.

а