Регистры и их работа

Регистры - это цифровые устройства, осуществляющие функции приема, хранения и передачи информации в виде двоичных числовых последовательностей.
Что такое регистр

По способу записи двоичного кода в регистр и его последующей выдаче, регистры делят на параллельные, последовательные (сдвигающие) и параллельно-последовательные (Комбинированные). Параллельный осуществляют запись параллельным кодом. Последовательный - начинает запись с младшего или старшего разряда, а затем с помощью тактирующих импульсов сдвигает кодовую последовательность. Также, сдвигающие регистры классифицируют на одно- и двунаправленные (реверсивные). Однонаправленные регистры осуществляют сдвиг кода влево или вправо,а двунаправленные - и влево, и вправо. Комбинированные регистры имеют входы и для параллельной, так и для последовательной записи.

Что такое регистр. Основой функциональной единицей построения регистров являются RS-триггеры или Д-триггеры.

простейший параллельный n-разрядный регистр
Параллельный регистр

В этой схеме цифровой код поступает на D-вход триггеров. Запись возможна при наличии логической единицы на вход С. Записанная числовая последовательность снимается с выходов Q. Параллельные регистры используются для хранения цифровых данных в виде параллельного двоичного кода, а также для преобразования прямого в обратный код или наоборот.

Последовательные регистры, кроме хранения, могут преобразовывать последовательный код в параллельный или наоборот. В последовательных регистрах триггеры соединины последовательно смотри рисунок ниже.

Принцип построения последовательного регистраПоследовательный регистр

Внутри сдвигового регистра, как мы видим все триггеры соединены последовательно, то есть выход первого подключен ко входу второго и т.п.

При поступлении тактового импульса код, находящийся в регистре, сдвигается на один разряд. Т.е для нашей схемы, сдвиг кода идет вправо (в направлении младших разрядов).

При подаче следующего тактового импульса на входы синхронизации уровень, на входе второго триггера запоминается в нем и следует на вход третьего триггера. Одновременно следующий бит запоминается в первом триггере и т.д.

Рассмотрим, работу четырёх разрядного универсальный регистра на микросборке К155ИР1 (SN7495N), который может работать как со сдвигом вправо так и влево.

универальный регистр К155ИР1

К155ИР1 несет в себе четыре D-триггера, связанные дополнительно между собой с помощью логических элементов И – ИЛИ, позволяюших расширить базовые функции:

V2 – вход управления через него задается режим работы регистра
Q1 – Q4 выходы с которых снимается параллельный код. V1 – вход для подачи последовательного йифрового кода. C1, C2 – тактовые синхроимпульсы. D1 – D4 – для записи параллельного кода

Алгоритм работы следующий. Если на V2 подать низкий уровень, тактовые импульсы на первый вход синхронизации C1, а на V1 подавать биты информации, то регистр работает со сдвигом вправо и после приёма четырех разрядов на выходах Q1 – Q4 мы получим параллельный код.

Для обратного преобразования данных параллельный код записывается на D1 – D4, на V2 подают высокий уровень, а тактовых импульсы следуют уже на второй вход С2. Затем подавая на V2 низкий уровень, а синхроимпульсы на С1 мы сдвигаем записанный код, а с выхода последнего триггера идет последовательный код.

Условно-графическое обозначение параллельного, сдвигового и реверсивного регистров на схемах рассмотрено ниже:

Условно-графическое обозначение регистров
D1-DN - входы D-триггеров соответствующих разрядов при записи информации в параллельном коде; Q1-QN - прямые выходы Q-триггеров; С - вход тактовых импульсов; R - вход сброса; S0,S1 - входы управления сдвигом вправо или влево; VR - вход последовательного кода при сдвиге вправо, при сдвиге кода влево применяется обозначение VL

Помимо уже перечисленных функций, регистры могут выполнять арифметические и логические операции, временную задержку и даже деление частоты. Сдвиговые регистры в отечественном варианте представлены микросборками: 133ИР1, К155ИР1, КМ155ИР1, 134ИР1

Справочник по регистрам

Применяя универсальный сдвигающий регистр ИР1, можно собрать многоразрядные регистры, для этого выход последнего разряда подсоединяем к входу VR последующего. Пример построения двенадцатиразрядного сдвигающего регистра показан чуть ниже.

двенадцатиразрядный регистр сдвига

Если использовать дополнительно элемент "НЕ", можно сделать делитель частоты. На схеме ниже приведены делители частоты на 2, 3, 4, 5, 6, 7. При этом сигнал на L=0.

Делитель частоты на регистрах

Импульсы следуют на вход синхронизации С1, а выходные импульсы идут с выхода Q старшего разряда, включенные через инвертор ОС со входом VR.

Отечественная микросборка К134ИР2 испоьзуется для хранения восьмиразрядного кода, который записывается последовательно через инверсный вход V. Для считывания кода в прямом виде используют инверсный выход, для считывания в инверсии - прямой. Считывани и запись, осуществляются поразрядно с поступлением фронта каждого последующего тактового импульса на тактовый вход С. Обнуление происходит за счет подачи напряжения логического 0 на вход сброса.

Микросхема 134ИР8, КР134ИР8, 533ИР8, КМ555ИР8, КР1533ИР8 для хранения восьмиразрядных данных и преобразования их из последовательного в параллельный вид. Запись осуществляется через любой из входов VR по тактовому импольсу. Считывание идет с выходов Q1-Q8 или поразрядно с выхода Q8.

533ИР9, К555ИР9, КМ555ИР9, КР1533ИР9 используется для хранения восьмиразрядного кода и преобразования его из параллельного в последовательный. Входная информация, представленная на входах D1 - D8, записывается асинхронно. При этом на инверсном входе L должно быть напряжение логического нуля, а состояния других входов могут быть различными. После записи на выходе Q8 появится сигнал. Для сдвига вправо на С1 или С2 идут тактовые импульсы. Микросхема может принимать информацию и в последовательном виде, для чего задействуется вход VR и один из синхровходов. На свободном синхровходе устанавливается логический ноль, как и на входе L.

Радиолюбительские самоделки на регистрах
Генератор белого шума схема на регистрах

Цифровой генератор белого шума это временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к процессу физических шумов и его называют псевдослучайным процессом. Цифровой последовательностью двоичных символов в цифровых акустических генераторах шума называют псевдослучайной последовательностью, которая представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с псевдослучайной длительностью и интервалами между ними. Генератор шума выполнен на цифровых микросхемах: восьмиразрядный регистр сдвига на микросхеме К561ИР2, сумматор по модулю 2 (DD2.1), тактовый генератор (DD2.3, DD2.4) и цепь запуска (DD2.2), на микросхеме К561ЛП2.

Тахометр автомобильный

Конструкция тахометра использует 8-разрядный сдвиговый регистр 74HC595 с ЖК дисплеем 16х2.