КОМБИНАЦИОННЫЕ СХЕМЫ. ДЕШИФРАТОРЫ

РЕГИСТРЫ

Регистрами называют функциональные узлы, предназна­ченные для приема, хранения, передачи и преобразования информации. В зависимости от спо­соба записи информации (ко­да числа) различают парал­лельные, последовательные и параллельно - последователь­ные регистры.

Параллельные регистры. В параллельных регистрах запись двоичного числа (слова) осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновремено. Их функция сводится только к приему, хранению и передаче информации (двоичного числа). В связи с этим параллельные регистры часто называют регистрами памяти.

Параллельный N-разрядный регистр состоит из N триггеров, каждый из которых имеет число входов, соответствую­щих количеству источников информации. Если источник цифровой информации один, то каждый триггер имеет один вход. При двух и трех параллельных каналах информации триггер разряда выполняет­ся на два и три входа. Запись цифровой информации того или ино­го канала в регистр осуществляется по цепи управления регистром.

Принцип построения параллельных регистров иллюстрируется их структурной схемой (рис. 3.50) при одном канале четырехразряд­ной цифровой информации. Обозначения на рисунке: Т₁ — триггер младшего разряда; Т₄ — триггер старшего разряда; Э₁ — Э₄ — эле­менты, предназначенные для управления записью информации в регистр; Э₅ — Э₈ — элементы, служащие для управления считыва­нием информации из регистра.

Рис. 3.50. Структурная схема параллельных регистров

Перед записью двоичного числа все триггеры устанавливают в состояние «0» подачей импульса по входу «Установка нуля». Для записи в регистр входной информации подают импульс записи, открывающий входные элементы И. Код входного числа записывается в ре­гистр. Если, например, на входе присутствует код 1011, что соответ­ствует числу 11, то это же число будет записано в регистр. По окончании операции записи информация, записанная в регистр, сохраняет­ся, несмотря на то что входная информация (число) может изменяться. Для считывания информации подают импульс по входу «Считы­вание». На выходные шины регистра передается код числа, записанный в регистр. При этом число, записанное в регистр, сохраняется.

Для получения новой инфор­мации описанные операции повторяются.

Последовательные регистры (регистры сдвига). Последовательные регистры (регистры сдвига) характеризуются записью числа последо­вательным кодом. Регистр состоит из последовательно соединенных двоичных ячеек памяти, состояния которых передаются (сдвигаются) на последующие ячейки под действием тактовых импульсов. Такто­вые импульсы управляют работой регистра. Регистры сдвига могут управляться одной последовательностью тактовых импульсов. В этом случае регистры называют однотактными. При управлении двумя, тремя, четырьмя и т. д. последовательностями тактовых им­пульсов регистры соответственно относят к двух-, трех- и четырехтактным, а в общем случае — к многотактным.

Частота следования тактовых импульсов обычно неизменна.

Однотактные регистры сдвига выполняют по структурной схеме рис. 3.52а, показанной для четырех разрядов Первая ячейка регистра относится к его младшему разряду, а четвертая — к старше­му. При таком расположении разрядов запись числа в регистр про­изводится начиная с его старшего разряда. При обратном расположе­нии разрядов в регистре запись числа должна начинаться с его млад­шего разряда.

Тактовые импульсы подаются на все триггеры ячеек одновремен­но. Их воздействие направлено на переключение триггеров из состояния «1» в состояние «О» с записью единицы в триг­гер следующей ячейки. На рис. 3.52б при­ведены временные диа­граммы, иллюстрирую­щие процесс записи ин­формации в регистр.

Рис. 3.52. Структурная схема последовательных однотактных регистров (а) и их временные диаграммы (б)

В качестве примера взят код 1011, соответ­ствующий числу 11. Пе­ред записью информа­ции регистр устанавли­вают в состояние «0». Для этого в отсутствие сигнала на входе пода­ется серия тактовых им­пульсов с числом им­пульсов, равным коли­честву разрядов в реги­стре. При записи инфор­мации одновременно с поступлением кода чис­ла подаются тактовые импульсы. Тактовыми импульсами осуществ­ляется продвижение ин­формации от младшего разряда регистра к старшему. В результате после четвертого тактового импульса ячейки регистра принимают состояния, соответствующие коду принятого четырехразрядного числа.

Операция считывания информации из последовательного регистра может быть проведена в параллельном или последовательном коде. Для передачи информации в параллельном коде используют выходы разрядов регистра. Таким образом, последовательный регистр поз­воляет осуществить операцию преобразования последовательного кода в параллельный. Считывание информации в последовательном коде реализуется подачей серии тактовых импульсов.

В последовательном регистре записанное число может быть сдвинуто тактовыми импульсами на один или несколько (k) разрядов. Операции сдвига соответствуют умножению числа на 2^k. Например, сдвиг кода 0010 числа 2 на один разряд дает код 0100 (число 4), на два разряда — код 1000 (число 8).

Параллельно-последовательные и реверсивные регистры. В параллельно - последовательных регистрах сочетаются свойства регистров параллельного и последовательного действия. Они позволяют осуще­ствлять запись информации как в последовательном, так и параллель­ном коде, в связи с чем могут быть использованы для преобразования кодов из последовательного в параллельный и обратно. Эти регистры допускают однотактный (рис. 3.55) и многотактный принципы построения.

Рис. 3.55. Структурная схема параллельно-последовательных регистров

Для преобразования последовательного кода в параллельный серией тактовых импульсов в регистр записывается информация (число) последовательного кода. Выходы разрядов регистра при этом представляют ту же информацию в параллельном коде. Для обратного преобразования информация в регистр вводится по входам параллель­ного кода. Посредством серии тактовых импульсов с выхода послед­него разряда регистра информация считывается в последовательном коде.

Реверсивные регистры предназначены для осуществления сдвига кода числа в сторону как старшего, так и младшего разрядов. Регистр содержит связи последовательной передачи информации в направле­нии от младших разрядов к старшим, а также от старших разрядов к младшим. Прямой или обратный сдвиг кода осуществляют управ­ляющим сигналом, вводящим в действие либо прямую, либо обрат­ную связи между разрядами.

КОМБИНАЦИОННЫЕ СХЕМЫ. ДЕШИФРАТОРЫ

При разработке различного рода цифровых управляющих уст­ройств часто необходимо решать задачу, когда управляющее воздей­ствие определяется значениями входных сигналов только в данный момент времени и не зависит от их значений в предыдущие моменты времени. Иными словами, выходной сигнал, характеризующий управ­ляющее воздействие, здесь зависит только от наличия соответствую­щей комбинации сигналов на входах устройства. Такой принцип по­строения используют, в частности, для управления позиционными исполнительными механизмами, осуществления контроля, сигнали­зации и защиты, реализации программного управления последова­тельностью операций по заданному алгоритму и т. д.

Устройства, предназначенные для решения подобных задач, на­зывают комбинационными схемами или автоматами с нулевой памятью.

Принцип проектирования комбинационных схем заключается в следующем. По требуемому алгоритму работы схемы находят управляющее воздействие (функцию) от входных сигналов (переменных). Затем по найденной функции синтезируют логическую схему ее реа­лизации. Задачу нахождения функции связывают с необходимостью построения схемы с минимальным содержанием в ней логических эле­ментов. Для этого функция предварительно проходит стадию миними­зации, т. е. приведения ее к наиболее простому виду. Математичес­ким аппаратом анализа и синтеза комбинационных схем служит алгебра логики. Примером комбинационных схем являются дешифраторы.

Дешифратором называют комбинационную логическую схему, в. которой каждой из комбинаций сигналов на входах соответствует сигнал только на одном из его выходов. Они находят примене­ние в управляющих системах для выдачи управляющих воздействий в те или иные цепи в зависимости от комбинации сигналов на входах. Широко распространены дешифраторы для преобразования кодов, например двоичного или двоично-десятичного в десятичный.

На рис. 3.56 приведена схема дешифратора, предназначенного для перевода показаний двоично-десятичного счетчика (см. рис. 3.47) с модулем счета 10 в десятичную систему счета. Сигнал «1» на соответ­ствующем выходе дешифратора определяет число, записанное в счет­чик. Так, при нулевом показании счетчика сигнал «1» присутствует только на выходе х_о дешифратора (табл. 3.6). При кодах чисел 1, 2, 3, ..., 9, записанных в счетчик, дешифрация характеризуется нали­чием сигнала «1» соответственно только на одном из выходов x₁, х₂, х₃, ..., х₉.

Рис. 3.56. Схема дешифратора для перевода показаний двоично-десятичного счетчика в десятичную систему счета

Таблица 3.6

Значения сигналов а, b, с, d на выходах счетчика и требуемые при этом показания дешифратора могут быть использованы для опреде­ления элементов схемы дешифратора. Так, при нулевом показании счетчика сигнал «1» присутствует на инверсных выходах его тригге­ров (см. табл. 3.6), в связи с чем реализуемая каналом х_о

Аналогично, из табл. 3.6 для канала х₁ имеем

а для канала х₉

Логические функции могут быть реали­зованы с помощью четырехвходовых логических элементов И.