Новости

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ

Работа добавлена:






ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ на http://mirrorref.ru

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ     УНИВЕРСИТЕТ    им. Н.Э.Баумана

Виноградов В.И., Спиридонов С.Б., Шигин А.В.

Лабораторная работа №  5

по курсу "Схемотехника дискретных устройств"

ИССЛЕДОВАНИЕ  РЕГИСТРОВ

Москва 2012 г.

Цель работы: Ознакомлениеcпринципами работы схем регистров. Исследование схем регистров различного назначения, выполненных на интегральных элементах с потенциальным представлением информации.

Продолжительность работы: 1 часть-4 часа,  2 часть – 4 часа.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Регистром называется устройство, предназначенное для приема, кратковременного хранения и выдачи кодов слова, а также выполняющее логические преобразования над кодом слова.

Регистр представляет собой совокупность триггеров и вспомогательных логических схем, количество и схема соединений которых зависит от количества разрядов в коде и набора операций, выполняемых регистром.

Помимо хранения кода слова регистры, в общем случае, обеспечивают выполнение следующих операций:

  • установка регистра в нулевое состояние «сброс»;
  • прием кода слова из другого устройства;
  • передача кода слова в другое устройство;
  • преобразование кода числа: преобразование прямого кода в обратный код и наоборот;
  • преобразование последовательного кода слова в параллельный код и наоборот;
  • сдвиг кода слова вправо или влево на требуемое число разрядов.

Регистры, как правило, строятся на D-триггерах, т.к. эти триггеры позволяют производить запись информации однофазным кодом без предварительного "обнуления" по входуD.

Приём информации в регистр и выдача может осуществляться параллельно и последовательно. В первом случае слово представляется в виде параллельного кода.  При записи и при считывании все разряды кода слова передаются одновременно, каждый разряд по своей кодовой шине.  При последовательной передаче кода слова, все разряды кода слова передаются последовательно во времени один за другим и строго в определенные дискретные моменты времени, совпадающие с управляющими сигналами.

Различают, сдвигающие регистры, в которых возможен сдвиг хранимого кода и регистры без сдвига с приемом информации параллельным кодом.

ПРИНЦИП РАБОТЫ РЕГИСТРОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

Регистр с приёмом информации параллельным кодом.  Эти регистры предназначены для приёма, хранения и выдачи информации кода одногоm-разрядного слова. Приём и выдача информации в регистре осуществляется в параллельном коде.

Такой,m-разрядный, регистр можно представить как совокупность одноразрядных регистров, имеющих общие шины управления.  На рис. 1 представлен фрагмент схемы (3 разряда) регистраc приёмом информации параллельным однофазным кодом.

Рис. 1. Регистр для приёма информации параллельным кодом.

Схема данного регистра имеет выходную логику на элементах Э13, которая позволяет считывать информацию из регистра как в прямом, так и обратном коде в зависимости от значений разрешающего сигнала P2и P1.

Регистр (рис.1.) выполнен наD-триггерах (T1-T3).  Запись информации осуществляется по входам D в соответствии с уравнением D-триггера:

              (1)

Входное словоX=x3x2x1 поступает на входыD триггеров и приТИ=1 записывается в регистр.

Считывание выходного словаУ=y3y2y1 производится через логические элементы 2И-НЕ - с прямых выходовQ3Q2Q1 или с инверсных выходов .  ПриPпр=1,Pобр=0,Y=X т.е. считывание происходит в прямом коде, а приPпр=0,Pобр=1 Y=X, т.е. считывание происходит в обратном коде.

Сдвигающие регистры.  В регистрах этого типа осуществляется сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов.  3а один такт происходит сдвиг на один разряд.  Применяются этиpегистры в основном для преобразования параллельного кода в последовательный и наоборот, а также в арифметических устройствах при выполнении операций над специальными кодами.  Сдвигающие регистры выполняются наD-триггерах.

На рис.2 представлена схема сдвигающего регистра, выполняющего операцию преобразования последовательного кода в параллельный.

Рис. 2.   Сдвигающий регистр.

ЧислоX=x3x2x1в последовательном коде  поступает на входD-триггера Т3 младшим разрядом вперёд.  При поступлении 1-го ТИx1 записывается вT3.  По второму ТИx1 переписывается вT2, а вT3 записываетсяx2 и т.д.

Таким образом, после трёх тактирующих импульсов всё число окажется записанным в регистр и может быть считано в параллельном коде с выходовQ3,Q2,Q1 (Y=X) или .  Процесс считывания организуется точно также как и в схеме на рис. 1.

На рис. 3 изображена схема сдвигающего регистра, выполняющего преобразование параллельного кода в последовательный.

Рис. 3  Сдвигающий регистр для преобразования параллельного кода в последовательный код.

Входное словоX=x3x2x1 приP1=[ТИ]=1 иP2=0 записывается вT3T2T1 точно также как и в схеме на рис. 3.1.  Затем приP2=[ТИ]=1 иP1=0 происходит перезапись информации изT3 вT2, изT2 вT1 и т.д. Из младшего разряда в старший разряд по каждому тактирующему импульсу.  Таким образом, на выходе последнего разрядаQ1 будут последовательно появлятьсяx3,x2,x1, т.е. входное словоX, представленное в параллельном коде будет преобразовано в выходное словоY, представленное последовательным кодом.

В регистрах на схемах 3.1, 3.2, 3.3 количество триггеров в регистре зависит от разрядности преобразуемого машинного слова.  Процесс записи, считывания и преобразования остаётся таким же, как было описано выше.

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ С ПОМОЩЬЮ МАКЕТА УМ-11.  Часть 1.

  1. Для выполнения работы получить у преподавателя вариант входных словX1=x3x2x1, табл.1.                                   Таблица 1.

Вариант 1.

X1=001

X2=010

X3=011

Вариант5.

X1=001

X2=110

X3=100

Вариант2.

X1=100

X2=101

X3=110

Вариант6.

X1=010

X2=101

X3=011

Вариант3.

X1=001

X2=011

X3=101

Вариант7.

X1=010

X2=110

X3=101

Вариант4.

X1=010

X2=100

X3=110

Вариант8.

X1=011

X2=001

X3=101

Замечание.При сборке схем регистров для формирования кода слова и сигналов разрешения используются тумблерные регистры.  При верхнем положении тумблера на верхнем гнезде формируется уровень лог.‘1’, а на нижнем лог.‘0’.  Для индикации информации используются сигнальные лампы.  Зажженная лампа соответствует логической ‘1’, потухшая - логическому‘0’.

2. Запись словаХ=x3x2x1 в регистр параллельным кодом.  Считывание слова из регистра в прямом и обратном кодах.

 Собрать схему, представленную на рис. 4.  В качестве логических элементов использовать элементы №1,2,5,6 на стенде, а в качестве триггеровD-триггеры №5,6,7,8,9,10.

Рис. 4  Схема регистра параллельного занесения на макете УМ-11.

а) записать входное словоXiв регистр параллельным кодом.  Для этого набрать на тумблерном регистре (ТР1-ТР3) входное слово и при подаче одного тактового импульса (ТИ) (нажатием кнопки «пуск») словоXiзапишется в регистр Т13.

б) считать слово из регистра в прямом коде.  Для этого с помощью ТР4сформировать сигналыPпр=1 иPобр=0.  На индикаторных лампах отразится содержимое регистра.

в) результаты занести в табл.2.

г) считать слово из регистра в обратном коде.  Для этого с помощью ТР1 сформироватьPпр=0,aPобр=1.

д) результаты занести в табл.2.

Действия по пунктам 2а-2д проделать для всех слов (X1-X3).

    Таблица 2.

Входное слово Х

Выходное слово У

Прямой код

Обратный код

Х3

Х2

Х1

У3

У2

У1

У3

У2

У1

Х1

Х2

Х3

3.Запись словаХв регистр последовательным кодом. Преобразование последовательного кода в параллельный код.

Собрать схему в соответствии с рис. 5.

Рис. 5   Схема сдвигающего регистра для занесения последовательного кода.

С помощью ТР1 зафиксировать значение младшего разрядах1слова Хi и подать один ТИ (нажатием кнопки «пуск» генератора одиночных импульсов). Разрядх1слова Хi запишется в триггер Т3. Затем аналогично записать разрядых2 их1 слова Хi. После каждого тактового импульса фиксировать в прямом коде состояние триггеров регистра в табл. 3. Проделать аналогичные шаги для остальных заданных преподавателем слов из табл. 3.1.

                          Таблица 3.3.

№ п/п

ТИ

           Состояние регистра

Х1=х3х2х1

Х2=х3х2х1

Х3=х3х2х1

У3

У2

У1

У3

У2

У1

У3

У2

У1

1

2

3

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1. Заданный вариант слова по табл.1.

2. Схема исследуемого регистра для записи слова в параллельном коде и считывания в прямом и обратном кодах с указанием номеров логических элементов триггеров и устройств, на которых собрана схема.

3. Таблица с результатами исследования параллельного регистра.

4. Схема исследуемого сдвигающего регистра с указанием номеров триггеров и устройств, на которых собрана схема.

5. Таблица с результатами исследования сдвигающего регистра.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Определение регистра.

2. Состав регистра.

3. Операции, выполняемые регистрами.

4. Почему регистры преимущественно строятся наD-триггерах.

5. Запись информации в регистр в последовательном коде.

6. Запись информации в регистр параллельным кодом.

7. Считывание информации из регистра в прямом коде.

8. Считывание информации из регистра в обратном коде.

9. Сдвиг информации в регистре.

10. Преобразование информации в регистре в обратный код.

11. Преобразование в регистре параллельного кода слова в последовательный.

12. Преобразование в регистре последовательного кода слова в параллельный.

5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ С ПОМОЩЬЮ

программы анализа электронных схем

ElectronicWorkbench.

 Часть 2.

5.1. Используемые элементы программыEWB.

Рис.6.VoltageSource – источник постоянного напряжения +5 вольт.

С помощью этого источника на вход триггеров и логических элементов подается логическая единица.

Рис.7.  Переключатель (Basic->Switch).

Переключение производится нажатием на клавишу, указанную в скобках над этим элементом.

Рис.8.  Логический элемент "И" (Logicgates->2-InputANDgate).

Рис.9  Логический элемент "ИЛИ" (Logicgates->2-InputORgate).

 Рис.10. Триггер типаD (Digital->DFlip-Flop)

Рис.11.Светоиндикатор  (Indicators->red Prob).

При подаче на этот элемент логической единицы светодиод загорается красным цветом.

Рис.12.  Источник прямоугольных сигналов (Sources->Clock).

Выполняет  функцию синхронизатора, который обеспечивает одновременность подачи сигналов на входы триггеров.

6. Задание на  выполнение  лабораторной работы.

6.1 Составить схему трехразрядного регистра  для занесения слова параллельным  кодом  и возможностью  вывода  в прямом и обратном кодах  и контролем по индикаторам.

Порядок  построения схемы регистра.

6.1.1  Сборка  переключающих схем для управления  считыванием  в

      прямом и обратном кодах :

Рис.13. Элементарный мультиплексор.

Для реализации   схемы переключения прямого кода на обратный на выходе регистра необходимо  три таких соединения.

6.1.2  К  входу  С1 каждого из трёхD-триггеров подключим  источник

прямоугольных импульсов с частотой 10  Гц,  заземлив его  на выходе минусового сигнала:

Рис.14. Промежуточная схем

а регистра.

6.1.3.  Три пятивольтовых источника напряжения  подсоединяются через  переключатели  к входамD1  триггеров каждого разряда.

Для настройки управлением переключателя необходимо назначить клавишу для переключения данного переключателя. Для этого нужно двойным щелчком мыши  кликнуть на изображении переключателя и меню настройки в формеKEY  указать эту клавишу.

6.1.4  Инверсный выход триггера  подключить к входу нижнего логического элемента логического элемента "И". Проделать эту процедуру с каждым триггером и соответствующим соединением.

6.1.5  Пятивольтовый источник напряжения подключить к входу переключателя, выбирающего прямое или инверсное считывание.  Верхний вывод переключателя подключить к верхнему входу верхнего логического элемента "И" каждой схемы.

6.1.6.  Итоговая схема регистра, готовая к проведению проверки работы выглядит следующим образом:

Рис.15. Триггер параллельного занесения с выходными мультиплексорами.

6.2.  Порядок проведения исследования работы регистра параллельного занесения.

При исходном положении ключаK (верхнее положение) индикация подключается к прямым выходам регистра.

    Положение нижних переключателей 1,2,3 определяет код, подаваемый  на вход регистра.

    Включение  1-го и 3-го выключателей (нажатие клавиш 1 и 3) соответствует  заносимому коду  101.

В результате загораются соответствующие светоиндикаторы.

Рис.16. Регистр параллельного заненсения с установленным кодом 101.

При изменении положения переключателяK  на индикаторах

отображается инверсный  код.

Составить  временную диаграмму работы  регистра параллельного занесения.

6.3  Составить схему сдвигающего регистра.

6.3.1.   В основе схемы сдвигающего регистра используется та же

элементная база, что и в п. 3.1.

Рис.17. Сдвигающий регистр на 4 разряда.

Изменяя частоту генератора  синхроимпульсов  в пределах   0.1 до

1 Гц,  с помощью   переключателяS (клавишаS)   можно заносить

последовательный код.

6.4.  Моделирование работы счетчика Джонсона.

  Для получения схемы счетчика Джонсона необходимо соединить

инверсный выход старшего разряда  регистра  с входом младшего.

Изменяя частоту  синхроимпульсов, можно добится  разной скорости изменения состояний.

Рис. 18. Схема счётчика Джонсона.

7.  Задание для самостоятельной работы.

  Собрать схему  реверсивного сдвигающего регистра.  Организовать  управление направлением сдвига  с помощью

переключателя  и обеспечить индикацию  выполнения операций сдвига.

    Собрать схему  универсального регистра, выполняющего операции сдвигов в обе стороны и параллельное занесение.

Рис.19. Универсальный регистр на 3 разряда.

8. Содержание отчета.

1.  Схемы,  моделирующие  работу  регистров по всем пунктам задания.

2.  Временные диаграммы, поясняющие работу регистров.

3.  Проанализировать работу регистров с помощью

программыEWB  "логический анализатор".

                        9.  Контрольные вопросы.

1.  Назначение  различных типов регистров в вычислительных устройствах.

2.   Какие типы  триггеров могут быть использованы  для построения

регистров?

3.   Назначение  синхросигнала в работе регистров.

4.   Какие  дополнительные устройства  необходимы для построения

универсального регистра.

5.    Последовательность  действий, выполняемых на регистрах с целью преобразования параллельного кода  в  последовательный код и обратно.

                               10.  Литература.

1. В.И. Карлащук.  Электронная  лаборатория  наIBMPC.

М., "СОЛОН-Р", 2001.

2. Электротехника и электроника  в экспериментах  и  упражнениях:

Практикум наElectronicsWorkbench:  В 2-х  томах /Под общей

редакцией  Д.И.Панфилова. М.: ДОДЭКА,2000.

3.  Потёмкин И.С.  Функциональные узлы цифровой автоматики. -          М.: Энергоатомиздат, 1988. - 320 с.

4. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я.  Цифровые устройства: Учебное пособие

для втузов. - СПб.: Политехника, 1996. - 885 с.

5. Савельев А.Я. Арифметические и логические основы цифровых автоматов: Учебник. - М.: Высшая школа, 1980.-255 с.

6.  Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000 - 528 с.: ил.

7.http://spb-lta-kafapp.narod.ru/markich.htm

8.  http://www.tstu.ru/education/elib/pdf/2005/chernva.pdf

9.  http://workbench.host.net.kg/

10. http://electronics.bntu.edu.by/?page_id=9

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ на http://mirrorref.ru


1. Исследование дешифратора

2. Выборочное исследование

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА

4. Влагалищное исследование

5. Исследование рынков

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИЙ

8. Социологическое исследование

9. Исследование СМО с отказами

10. Исследование шифратора