LABORATORIUM TECHNIKA CYFROWA ELEKTRONIKA ANALOGOWA I CYFROWA Badanie rejestrów Opracował: Tomasz Miłosławski
Wymagania, znajomość zagadnień: 1. Typy, parametry, zasada działania i tablice stanów przerzutników asynchronicznych i synchronicznych. 2. Klasyfikacja rejestrów schematy. 3. Parametry statyczne i dynamiczne rejestrów. 4. Rejestry liczące. Rejestr liniowy. 5. Zastosowania rejestrów. Literatura: 1. Pieńkos J., Turczyński J. - Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, WKiŁ, Warszawa 1986 2. Kalisz J. - Podstawy elektroniki cyfrowej, WKiŁ, Warszawa 2009 3. Misiurewicz P., Grzybek M. - Półprzewodnikowe układy logiczne TTL, WNT, Warszawa 1979 4. Gajewski P., Turczyński J. - Cyfrowe układy scalone CMOS, WKiŁ, Warszawa 1998 5. Łakomy M., Zabrodzki J. - Cyfrowe układy scalone, PWN, Warszawa 1996 6. Horowitz P., Hill W. - Sztuka elektroniki cz.ii, WKiŁ, Warszawa 1996 7. Rydzewski J. - Pomiary oscyloskopowe, WNT, Warszawa 1999 8. Wykłady. I. Klasyfikacja i opis rejestrów Rejestry spełniają funkcję pomocniczych układów pamięciowych o niewielkiej pojemności. Najczęściej są wykorzystywane jako układy buforowe, pośredniczące pomiędzy urządzeniami o różnej szybkości pracy lub różnym sposobie przedstawiania informacji. Podstawowym elementem pamięciowym rejestru jest przerzutnik. Rejestry dzielimy na: a) asynchroniczne i synchroniczne ze względu na rodzaj zastosowanych przerzutników, b) szeregowe i równoległe ze względu na sposób wprowadzania i wyprowadzania informacji: - szeregowo-szeregowe SISO (Serial Input, Serial Output), - szeregowo-równoległe SIPO (Serial Input, Parallel Output), - równoległo-szeregowe PISO (Parallel Input, Serial Output), - szeregowo-szeregowe PIPO (Parallel Input, Parallel Output). Rejestry szeregowo-równoległe zaliczane są do rejestrów szeregowych i zw. są rejestrami przesuwającymi. 2
Rys.1. Rejestr równoległo-równoległy. Rys.2. Rejestr szeregowo-równoległy. Układ scalony SN74194 jest 4-bitowym, uniwersalnym, dwukierunkowym rejestrem przesuwającym, do którego można wprowadzać dane zarówno szeregowo jak i równolegle. Do równoległego wprowadzania danych służą wejścia A, B, C i D. Układ posiada dwa niezależne wejścia szeregowego wprowadzania danych: - SR - dane szeregowe wprowadzane do rejestru przy przesuwie w prawo (ang. Serial Right). - SL - dane szeregowe wprowadzane do rejestru przy przesuwie w lewo (ang. Serial Left). Wpis danych oraz przesuw wykonywany jest przy narastającym zboczu sygnału zegarowego CLK. Wejścia S0 i S1 służą do wyboru trybu pracy rejestru. Rozkład i opis wyprowadzeń rejestru przedstawiono na rys.3, a w tabeli 1 możliwe konfiguracje sygnałów sterujących dla różnych trybów pracy rejestru. 3
Rys.3. SN74194-4-bitowy dwukierunkowy rejestr przesuwający z wejściem szeregowym i równoległym oraz z wyjściem równoległym. Tabela 1 II. Cel ćwicznia Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i funkcjonowaniem różnych rodzajów rejestrów, ich konfiguracją oraz zbadanie właściwości i zastosowań na przykładzie wykorzystania scalonego, 4-biowego, uniwersalnego rejestru typu 74194. 4
III. Przebieg ćwiczenia Do wykonania ćwiczenia - konfiguracji i właściwości badanego układu wykorzystana jest modułowa platforma edukacyjna (fot.1.) firmy National Instruments typu NI ELVIS (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) wraz ze wspomagającym ją oprogramowaniem. Fot.1. Widok zestawu edukacyjnego NI ELVIS. 1. Skonfigurować rejestr 74194 jako równoległo-równoległy (PIPO). Dokonać wpisu równoległej informacji 4-bitowej przez wejścia A, B, C, D. Odczytać stany na wyjściach QA, QB, QC, QD. Jako sterujący wpisem sygnał, wykorzystać wejście CLK. Zanotować stany wyjść przy zadanej kombinacji na wejściach. podłączonych do nich sygnalizatorów stanów LED. 2. Skonfigurować rejestr 74194 jako równoległo-szeregowy (PISO). Dokonać wpisu równoległej informacji 4-bitowej przez wejścia A, B, C, D wykorzystując wejście CLK jako sygnał sterujący wpisem. Zmienić tryb pracy rejestru, tak aby każde kolejne zbocze narastające sygnału CLK przesuwało wpisaną informację w prawo. Odczytać stan wyjścia QD po każdym zboczu narastającym sygnału CLK. podłączonych do nich sygnalizatorów stanów LED. Na podstawie odczytanych stanów sporządzić przebiegi czasowe obrazujące działanie rejestru. 3. Skonfigurować rejestr 74194 jako szeregowo-równoległy (SIPO). Dla różnych stanów na wejściu SR, odczytać stany na wyjściach QA, QB, QC, QD po każdym zboczu narastającym sygnału CLK. podłączonych do nich sygnalizatorów stanów LED. Na podstawie odczytanych stanów sporządzić przebiegi czasowe obrazujące działanie rejestru. 5
4. Skonfigurować rejestr 74194 jako szeregowo-równoległy (SIPO). Wykonać sprzężenie zwrotne za pomocą 4-wejściowej bramki NAND (7420) z wyjść QA, QB, QC, QD do wejścia SR. Odczytać stany na wyjściach QA, QB, QC, QD oraz na wyjściu bramki sprzęgającej po każdym zboczu narastającym sygnału CLK. podłączonych do nich sygnalizatorów stanów LED. Na podstawie odczytanych stanów sporządzić przebiegi czasowe obrazujące działanie rejestru. Dla każdej badanej konfiguracji rejestru, narysować schemat ideowy układu z uwzględnieniem sygnałów sterujących DI/O i sygnalizatorów stanów wyjść LED na zestawie edukacyjnym NI ELVIS. 6