Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.

Сдвиговые регистры

Регистры сдвига либо сдвиговые регистры (англ. shift register) представляют собой, как ранее говорилось, поочередно соединенную цепочку триггеров. Основной режим их работы - это сдвиг разрядов кода, записанного в эти триггеры, Другими словами по тактовому сигналу содержимое каждого предшествующего триггера переписывается в последующий по порядку в цепочке триггер. Код, лежащий в регистре Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL., с каждым тактом двигается на один разряд в сторону старших разрядов либо в сторону младших разрядов, что и отдало заглавие регистрам данного типа.

В связи с заглавием направления сдвига в сдвиговых регистрах нередко появляется неурядица. Сдвиг бывает 2-ух видов: на право (основной режим, который есть у всех сдвиговых регистров Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.) и на лево (этот режим есть только у неких, реверсивных сдвиговых регистров). Наименования эти отражают внутреннюю структуру регистров сдвига (рис. 8.14) и перезапись сигналов поочередно по цепочке триггеров. При всем этом триггеры, полностью естественно, нумеруются слева вправо, к примеру, от 0 до 7 (либо от 1 до 8) для 8-разрядных регистров. В итоге сдвиг Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. инфы регистром на право представляет собой сдвиг в сторону разрядов, имеющих огромные номера, а сдвиг инфы регистром на лево - это сдвиг в сторону разрядов, имеющих наименьшие номера.

Но, как понятно, в любом двоичном числе слева размещены старшие разряды, а справа - младшие разряды. Потому сдвиг двоичного числа на право Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. будет сдвигом в сторону младших разрядов, а сдвиг на лево - сдвигом в сторону старших разрядов. Это противоречие, не чей-то злой умысел, просто так исторически сложилось, и об этом нужно держать в голове разработчику цифровой аппаратуры.

Рис. 8.14. Направление сдвига в сдвиговых регистрах

В стандартные серии цифровых микросхем заходит несколько типов Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. сдвиговых регистров, отличающихся вероятными режимами работы, режимами записи, чтения и сдвига, также типом выходных каскадов (2С либо 3С). Большая часть регистров сдвига имеет восемь разрядов. На рис. 8.15 представлены для примера четыре типа микросхем регистров сдвига.

Регистр ИР8 - более обычной из регистров сдвига. Он представляет собой 8-разрядную линию задержки, другими Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. словами имеет только один информационный вход, на который подается поочередная сдвигаемая информация (поточнее, два входа, объединенных по функции 2И), и восемь параллельных выходов. Сдвиг в сторону выходов со старшими номерами осуществляется по фронтальному фронту тактового сигнала С. Имеется также вход сброса –R, по нулевому сигналу на котором все Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. выходы регистра сбрасываются в нуль. Таблица истинности регистра ИР8 приведена в табл. 8.5.

Рис. 8.15. Сдвиговые регистры

Таблица 8.5. Таблица истинности регистра сдвига ИР8

Входы

Выходы

-R C D1 D2 Q0 Q1 Q7

X X X 0 0 0

X X Не изменяются

Х Х Не изменяются

Q0 Q6

Х 0 Q0 Q6

Х 0 0 Q0 Q6

Регистр ИР9 делает функцию, оборотную регистру ИР8. Если Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. ИР8 конвертирует входную поочередную информацию в выходную параллельную, то регистр ИР9 конвертирует входную параллельную информацию в выходную поочередную. Но сущность сдвига не изменяется, просто в ИР9 все внутренние триггеры имеют выведенные параллельные входы, и только один, последний триггер имеет выход (при этом как прямой, так и инверсный). Запись входного Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. кода в регистр делается по нулевому сигналу на входе -WR. Сдвиг осуществляется по положительному фронту на одном из 2-ух тактовых входов С1 и С2, объединенных по функции 2Либо. Имеется также вход расширения DR, сигнал с которого в режиме сдвига перезаписывается в младший разряд сдвигового регистра. Таблица Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. истинности регистра ИР9 приведена в табл. 8.6.

Таблица 8.6. Таблица истинности регистра сдвига ИР9

Входы

Функция

-WR

C1 C2

X X Параллельная запись

Х

Хранение

Х 1

Хранение

Сдвиг

Сдвиг

Рис. 8.16. Соединение регистров ИР8 для роста разрядности

Как и все другие сдвиговые регистры, ИР8 и ИР9 допускают каскадирование, другими словами совместное включение для роста разрядности. На рис. 8.16 показано объединение 3-х ИР8, а на рис 8.17 - совместное Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. включение 3-х ИР9. В обоих случаях в итоге объединения выходит 24-разрядный сдвиговый регистр. При всем этом повышение разрядности не приводит к повышению задержки сдвига, потому что тактовые входы всех применяемых регистров соединяются воединыжды параллельно. В случае регистров ИР8 входной поочередный код преобразуется в 24-разрядный выходной параллельный Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. код. В случае регистров ИР9 входной 24-разрядный параллельный код преобразуется в выходной поочередный код.

Рис. 8.17. Соединение регистров ИР9 для роста разрядности

Регистр ИР13 соединяет внутри себя способности регистров ИР8 и ИР9. Он имеет как восемь входов для параллельной записи, так и надлежащие им восемь выходов параллельной инфы. Сдвиг осуществляется по положительному фронту тактового Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. сигнала С, при этом сдвиг вероятен как в сторону старших разрядов (на право), так и в сторону младших разрядов (на лево). Для наращивания разрядности у регистра ИР13 имеются поочередные информационные входы DR и DL, сигналы с которых вдвигаются, соответственно, в младший и в старший разряды. Предусмотрен сброс Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. всех выходов регистра в нуль по нулевому сигналу на входе –R.

Таблица 8.7. Таблица истинности регистра ИР13

Входы Функция

C -R SR SL

X 0 X X Сброс

Сдвиг на право

Сдвиг на лево

Хранение

Параллельная запись

Режим работы регистра ИР13 определяется 2-мя управляющими входами SR и SL. При единице на входе SR и нуле на входе Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. SL по фронту сигнала С происходит сдвиг в сторону старших разрядов. При нуле на входе SR и единице на входе SL по фронту сигнала С происходит сдвиг в сторону младших разрядов. При обоих единичных сигналах на входах SR и SL по фронту сигнала С происходит параллельная загрузка инфы в регистр. Таблица истинности Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. регистра ИР13 приведена в табл. 8.7.

Отметим, что регистр ИР13 применяется приметно пореже, чем более обыкновенные регистры ИР8 и ИР9, потому что задач, в каких могли быть необходимы все способности ИР13, не так много, а управление работой ИР13 - достаточно сложное.

В конце концов, последний сдвиговый регистр, который мы разглядим Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. подробнее, это регистр ИР24. По своим способностям он близок к ИР13, но его главной особенностью является двунаправленная параллельная шина данных. Другими словами одни и те же выводы микросхемы употребляются как для параллельной записи инфы в регистр, так и для параллельного чтения инфы из регистра. При всем этом двунаправленные выводы Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. данных имеют завышенную нагрузочную способность. Это позволяет просто сопрягать ИР24 с многоразрядными микросхемами памяти и с двунаправленными буферами. Потому применяется данный регистр почаще, чем ИР13.

Регистр ИР24 обеспечивает сдвиг инфы в обоих направлениях. Имеются входы расширения DR и DL, также выходы расширения Q0 и Q7, что позволяет Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. просто увеличивать разрядность. Отличие выходов Q0 и Q7 от нулевого и седьмого разрядов данных заключается в том, что Q0 и Q7 - однонаправленные, другими словами в любом режиме работы выдают информацию с выходов внутренних триггеров младшего и старшего разрядов. Тактируется регистр положительным фронтом сигнала С. Предусмотрен сброс регистра нулевым сигналом на входе Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. –R.

Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.

При единичном сигнале на SR и нулевом сигнале на SL по положительному фронту сигнала С происходит сдвиг инфы на право (в сторону разрядов с большенными номерами). Запись в разряд 0 делается при всем этом со входа расширения Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. DR.

При единичном сигнале на SL и нулевом сигнале на SR по положительному фронту сигнала С происходит сдвиг инфы на лево (в сторону разрядов с наименьшими номерами). Запись в разряд 7 делается при всем этом со входа расширения DL.

При обоих нулях на входах SR и SL регистр перебегает в Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. режим хранения. Во всех этих случаях разряды данных работают как вход либо как выход зависимо от сигналов –EZ.

Таблица 8.8. Таблица истинности регистра ИР24

Входы Функция

-R C SR SL

Х Х Х Сброс

Сдвиг на право

Сдвиг на лево

Параллельная запись

Х 0 0 Хранение

При обеих единицах на входах SR и SL по положительному фронту С в регистр записывается Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. параллельный код, при этом разряды данных перебегают в состояние приема независимо от сигналов –EZ. Таблица истинности регистра ИР24 приведена в табл. 8.8.

Рис. 8.18. Объединение регистров ИР24 для роста разрядности

Объединяя два регистра ИР24, просто получить 16-разрядный сдвиговый регистр с сохранением всех способностей одной микросхемы (рис. 8.18). Точно так же Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. можно соединять воединыжды и большее количество микросхем.

Главное применение всех регистров сдвига состоит в преобразовании параллельного кода в поочередный, и напротив. Такое преобразование употребляется, к примеру, при передаче инфы на огромные расстояния (в информационных сетях), при записи инфы на магнитные носители, при работе с телевизионными мониторами и с камерами, также Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. в почти всех других случаях.

Для примера на рис. 8.19 показана простая схема передачи цифровой инфы в поочередном коде по двум линиям: информационной и синхронизующей. Такая передача позволяет уменьшить количество соединительных проводов, также упростить защиту передаваемых данных от деяния наружных электрических помех, правда, ценой понижения скорости передачи.

Рис. 8.19. Поочередная передача инфы при Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. помощи регистров сдвига

На передающем конце (слева на рисунке) при помощи сдвигового регистра ИР9 входной параллельный 8-разрядный код преобразуется в последовательность разрядов данных, последующих с частотой тактового сигнала. На приемном конце (справа на рисунке) при помощи сдвигового регистра ИР8 эта последовательность разрядов данных опять преобразуется в параллельный Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. код. Оба регистра тактируются одним и этим же тактовым сигналом, который передается по полосы связи наряду с последовательностью данных. Для роста надежности передачи информационный сигнал дополнительно задерживается относительно фронта тактового сигнала при помощи цепочки из 2-ух инверторов.

1-ый бит поочередного входа (со входа 7 регистра ИР9) начинает передаваться с началом сигнала записи -Зап Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.. Последующие разряды передаются с каждым последующим положительным фронтом тактового сигнала С. Последним передается сигнал со входа 0. В регистр ИР8 разряды поочередного кода записываются в том же самом порядке, в каком они были в регистре ИР9. По окончании передачи 1-ый переданный сигнал данных окажется в разряде 7 шины данных регистра ИР Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.8, а последний переданный сигнал данных - в разряде 0.

Последующее применение сдвиговых регистров состоит в организации различных линий задержек, в особенности имеющих существенное количество каскадов. При помощи сдвиговых регистров можно обеспечить задержку хоть какого входного сигнала на целое число тактов. Правда, нужно учесть, что продолжительность входного сигнала (и хоть какого Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. его элемента) будет также передаваться по полосы задержки с точностью до 1-го такта. Такие полосы задержки могут применяться для сопоставления нескольких следующих тактов входного сигнала, для выполнения арифметических операций с несколькими тактами входного сигнала и для других схожих целей. Работа полосы задержки на регистре сдвига иллюстрируется рис Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.. 8.20.

Рис. 8.20. Линия задержки входного сигнала на регистре сдвига

Сдвиговые регистры могут также употребляться для формирования импульсов данной продолжительности, при этом продолжительность импульса может задаваться управляющим кодом, другими словами быть программно управляемой. На рис. 8.21 приведена вероятная схема такового формирователя.

Рис. 8.21. Формирователь импульсов с продолжительностью, задаваемой управляющим кодом

В начальном состоянии (до прихода положительного фронта Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. входного сигнала) триггер сброшен в нуль, на всех выходах регистра сдвига - нули, на инверсном выходе мультиплексора - единица. На мультиплексор подан управляющий код, определяющий продолжительность выходного сигнала. При поступлении положительного фронта входного сигнала триггер перекидывается в единицу (начинается выходной сигнал), и этот единичный сигнал начинает поочередно смещаться регистром сдвига по каждому Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. фронту тактового сигнала.

Пусть управляющий код равен 5. Тогда тогда, когда на выходе 5 сдвигового регистра появится единица, она будет передана на выход мультиплексора КП7 с инверсией. При всем этом нулевой сигнал на входе –R триггера скинет триггер в нуль, другими словами выходной сигнал завершится.

Таким макаром, продолжительность Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. выходного сигнала будет определяться управляющим кодом. Погрешность установки этой продолжительности равна одному периоду тактового сигнала и находится в зависимости от временного сдвига меж фронтом входного сигнала и фронтом наиблежайшего к нему тактового импульса. Чем больше продолжительность выходного сигнала, тем меньше относительная погрешность установки его точности. К примеру, при управляющем Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. коде 0 продолжительность выходного сигнала может быть от 0 до Т, где Т - период тактового сигнала. А при управляющем коде 7 продолжительность выходного сигнала будет от 7Т до 8Т. При всем этом мы не учитываем задержек триггера, сдвигового регистра и мультиплексора.

Сдвиговые регистры могут также употребляться для умножения и деления двоичных чисел на Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. 2n, где n - целое число, большее нуля. Сдвиг двоичного числа на право (в сторону младших разрядов) на один разряд равносилен делению на 2. Сдвиг двоичного числа на лево (в сторону старших разрядов) на один разряд равносилен умножению на 2. Для того чтоб сдвиговый регистр множил и разделял двоичный код, нужно всего только записать Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. этот код в регистр и двинуть его необходимое количество раз на право либо на лево. Более комфортен для этого регистр ИР13. При всем этом нужно, чтоб в освободившиеся разряды вдвигались нули, другими словами на входы расширения DR и DL регистра нужно подать нулевые сигналы.

В конце концов Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL., последнее применение сдвигового регистра, которое мы разглядим, - это генератор случайной последовательности сигналов либо случайной последовательности кодов. Строго говоря, последовательности будут не на сто процентов случайные, а квазислучайные, другими словами будут временами повторяться, но период этот достаточно большой. Случайные последовательности сигналов и кодов обширно используются в тестирующей аппаратуре, в генераторах шума, в Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. логических игровых устройствах.

Задачка заключается в том, чтоб выходной сигнал либо код менял свое состояние случаем (либо практически случаем). Сигнал должен случаем переключаться из 0 в 1 и из 1 в 0, а код должен случаем принимать значения из спектра от 0 до (2N–1), где N - число разрядов кода (к примеру, от 0 до 255 при Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. 8-разрядном коде). Псевдослучайные последовательности имеют то преимущество перед поистине случайными, что они - прогнозируемые и повторяющиеся, но в этом же и их недочет.

Структура генератора квазислучайной последовательности на сдвиговом регистре очень ординарна (рис. 8.22). Она представляет собой регистр сдвига с параллельными выходами (к примеру, ИР8), несколько (минимум два Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL.) выходных сигналов которого объединены при помощи элемента Исключающее Либо, с выхода которого сигнал подается на вход регистра, замыкая схему в кольцо. Схема тактируется сигналом с частотой fT.

Рис. 8.22. Структура генератора псевдослучайной последовательности

Таблица 8.9. Точки подключения оборотной связи

7 8 15 16 24 31

Выходы 6,5 7,6,4,2 14,13 15,13,12,10 23,22,21,16 30,17

Выбор номеров разрядов для подключения оборотной связи представляет собой непростую задачку, но есть справочные таблицы Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL., в каких они приведены. В любом случае одна из точек подключения - выход старшего разряда. В табл. 8.9 приведены точки подключения оборотной связи для регистров сдвига с различным количеством разрядов N (номера разрядов числятся от нуля).

Из таблицы видно, что прибыльнее брать число разрядов не кратное 8, к примеру, 7, 15 либо Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. 31. В данном случае для оборотной связи употребляются всего только два выхода, другими словами довольно 1-го двухвходового элемента Исключающее Либо.

Период выходной последовательности генератора составляет (2N-1) тактов, где N - количество разрядов регистра сдвига. За этот период времени каждое из вероятных значений выходного кода (не считая 1-го) встречается один раз. Количество единиц Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. в выходном сигнале больше количества нулей на единицу.

Выходной код 000 0 представляет собой нелегальное состояние, потому что он перекрывает работу генератора, воспроизводя сам себя опять и опять. Но в то же время получиться таковой нулевой код может только сам из себя, потому довольно обеспечить, чтоб его не было при включении Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. питания схемы.

Частоты в диапазоне выходного сигнала будут следовать с интервалом (fT/2N–1), а огибающая диапазона будет фактически неизменной до частоты 0,25fT, другими словами шум до этой частоты можно считать белоснежным (спад в 3 дБ происходит на частоте 0,45 fT ).

Рис. 8.23. 31-разрядный генератор псевдослучайной последовательности на регистрах сдвига

На рис. 8.23 показана практическая схема генератора Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. псевдослучайной последовательности на 31-разрядном сдвиговом регистре. Оборотная связь осуществляется с выходов 30 и 17 регистра через двухвходовой элемент Исключающее Либо с инвертором. Из-за внедрения инвертора нелегальным состоянием генератора является код 1111...1 (а не код 000...0), который в этом случае исключается до боли просто - исходным сбросом регистров в нуль при Режим работы микросхемы определяется сигналами на управляющих входах SR и SL. включении питания по сигналу -Сброс. Генератор выдает квазислучайную последовательность 31-разрядных кодов со всех выходов регистра, также квазислучайную последовательность нулей и единиц на любом из выходов регистра. Таковой генератор использовала популярная компания Hewlett–Packard в собственном генераторе шума.


rezka-podbor-oborudovaniya.html
rezkoe-izmenenie-golosa-stavshego-gluhim-i-grubim-vorovatost-i-truslivost.html
reznik-ya-l-sotvorenie-broni-stranica-17.html