Сдвиговые регистры

В сдвиговом (последовательном) регистре триггеры соединены последовательно, т. е. выходы предыдущего триг­гера передают информацию на входы последующего. Про­стейший однофазный сдвиговой регистр на D-триггерах изображен на рис. 3.21, а.

Управление осуществляется фронтом синхронизирующего сигнала, который является общим для всех триггеров. Пусть триггеры регистра находятся в состоянии: Q0 = 1, Q1 = 0, Q2 = 1, Q3 = 1. Предположим, что на вход поступает нуле­вая информация. При отсутствии синхроимпульса в регист­ре хранится информация без изменения. В момент положи­тельного фронта синхронизирующего сигнала каждый из триггеров устанавливается в состояние, соответствующее дей­ствовавшему на входе D сигналу:

· по первому тактовому импульсу:

лог. 1 из Q0 в Q1, лог. 0 из Q1 в Q2; лог. 1 из Q2 в Q3;

· по второму тактовому импульсу:

лог. О из Q0 в Q1, лог. 1 из Q1 в Q2; лог. О из Q2 в Q3;

· по третьему тактовому импульсу:

лог. О из Q0 в Q1, лог. О из Q1 в Q2; лог. 1 из Q2 в Q3.

Работу сдвигового регистра можно проиллюстрировать рис. 3.21, в и таблицей 3.9, в которых приведено содер­жимое регистров при выполнении последовательных сдви­гов вправо.

Суть сдвига состоит в том, что логическая переменная (1 либо 0), записанная в i-разряде, передается в соседний справа (i + 1) разряд. В крайний левый разряд заносится число, подаваемое с внешнего входа. Из крайнего правого разряда двоичный код последовательно поступает из реги­стра во внешнюю цепь. В настоящем случае - выход Q3.

Для осуществления сдвига влево необходимо в сдвиго­вом регистре ввести элементы, изменяющие направление передачи информации, т. е. изменить связи между тригге­рами, подключая выход триггера ко входу соседнего слева разряда. На рис. 3.22. показан пример с использованием элементов И-ИЛИ-НЕ, изменяющих направление переда­чи сигнала.

При S = 1 открываются верхние по схеме элементы И, осуществляется передача сигнала в регистр из левого триг­гера в правый. При S = 0 открываются нижние по схеме элементы И, информация сдвигается влево. На рис. 3.22 показан фрагмент схемы регистра из двух триггеров и обозначены связи с последующими триггерами.

В сдвиговых регистрах используются только двухсту­пенчатые триггеры или триггеры с динамическим управ­лением. Это гарантирует сдвиг информации строго на один разряд по каждому импульсу синхронизации. При исполь­зовании других триггеров процесс сдвига становится не­управляемым и за один импульс синхронизации кодовое число может быть сдвинуто на несколько разрядов.

При использовании одного входа и только одного вы­хода двоичное слово вводится в сдвиговый регистр и вы­водится из него в последовательной форме. Такое пред­ставление позволяет уменьшить разрядность шин в циф­ровом устройстве. С другой стороны, при этом замедляет­ся быстродействие. Для осуществления ввода либо выво­да числа в n-разрядном регистре требуется n-синхронизирующих импульсов по числу триггеров.

На рис. 3.21, а у каждого триггера показан самостоятель­ный вывод. Через n тактов в n-разрядный регистр последова­тельно будет записано число, которое может быть затем сня­то в параллельной форме одновременно с выходов триггеров всех разрядов. Так осуществляется преобразование двоично­го кода из последовательной формы в параллельную.

Каждый триггер сдвигового регистра может быть снаб­жен через вспомогательную комбинационную схему вхо­дами начальной установки в любое заданное состояние. Это позволяет осуществить прием числа в параллельной форме. После того как n-разрядное число будет записано в регистр, путем подачи n синхронизирующих импульсов двоичный код в последовательной форме снимается с выхода старшего разряда регистра. Так происходит преобра­зование параллельного кода в последовательный.

Помимо основного предназначения (хранения двоичного кода, преобразования, сдвига и передачи на выход) регист­ры также используются для выполнения и других функ­ций. На их основе строятся такие устройства: линии задер­жки на заданное число тактов, накапливающие сумматоры, формирователи импульсов большей длительности, генерато­ры псевдослучайных последовательностей. Регистры приме­няют в арифметическо-логических устройствах в качестве узлов, выполняющих различные логические операции.