Laboratorium Podstaw Elektroniki i Miernictwa
Badanie rejestrów przesuwających
Rok: Kierunek:	data wykonania ćwiczenia:	data oddania sprawozdania:	Wykonał:

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

• badanie rejestrów przesuwających i ich właściwości

• badanie liczników kołowych

Teoria

Rejestr jest rozumiany jako pamięć lub jako miejsce przechowywania informacji. Rejestr przesuwający jest pamięcią w której informacja jest przenoszona lub przesuwana na określoną pozycję w czasie, w odpowiedzi na polecenie zegarowe lub impuls przesuwający.

Element przechowujący informację w rejestrze przesuwnym jest przerzutnikiem bistabilnym, a sam rejestr przesuwny jest kombinacja kaskadową przerzutników bistabilnych. Działanie rejestru przesuwnego jest oparte na właściwościach przerzutnika R-S lub przerzutnika J-K (J lub K = 1). Jeśli wyjścia
i
w łańcuchu przerzutnika są połączone do wejść przerzutnika J-K (
do J i
do K), jako następnego przerzutnika, sygnał przesuwający przesunie informacje do następnego przerzutnika. Następne impulsy przesuwające mogą przesuwać informacje do innych punktów rejestru. Układ obwodu rejestru przesuwnego umożliwia przesuwanie informacji w każdym kierunku, w lewo lub w prawo, dlatego też rejestry przesuwne są nazywane rejestrami przesuwającymi w prawo lub przesuwającymi w lewo.

Dowolny bit informacji jest przesuwany z danej pozycji przy każdym impulsie przesuwnym dlatego też informacja na danym punkcie N jest opóźniona w czasie dla N impulsów przesuwnych. W tym przypadku rejestr przesuwny może być traktowany jako opóźnienie. Informacja typu szeregowego może być wprowadzona do pierwszej pozycji rejestru jak 1 bit w czasie, przesuwana i zapamiętana w rejestrze. Informacja na wszystkich poziomach może być odczytywana równocześnie w postaci równoległej. Ten typ rejestru jest nazywany szeregowo-równoległym konwerterem informacji. W przypadku, gdy informacja jest wprowadzana jednocześnie do rejestru w sposób równoległy, a dane z rejestru są odczytywane od ostatniej pozycji bit po bicie przez przesunięcie, to taka forma rejestru nazywana jest równoległo-szeregowym konwerterem danych.

W przypadku, kiedy wyjście ostatniej pozycji rejestru przesuwnego jest połączone z wejściem rejestru przesuwnego, informacje w rejestrze przesuwnym cyrkulują dookoła rejestru.

Cyrkulacyjny rejestr przesuwny, w którym tylko jeden poziom (etap) jest w stanie innym od wszystkich innych poziomów może być wykorzystany jako licznik kołowy. Wynika to z faktu, że wyjątkowość pozycji tego stanu (pozycji) wewnątrz koła jest wyznaczana przez i pomiar liczby impulsów przesuwnych które są liczone. Taki licznik ma korzyść tego typu, że może być automatycznie dekodowanym.

Kiedy wyjście rejestru przesuwnego jest połączone z wejściem w sposób odwrotny (
z K i
z J), to taki licznika nazywany jest licznikiem Johnson,a.

Wyposażenie stanowiska ćwiczeniowego

• oscyloskop (sprzężenie dc)

• zasilacz prądu stałego +5 V

• generator fali prostokątnej, 50 s +5 v, 10 kHz, 1kHz

• 5x 680 Ohm

• 5x diody LED

• układ 7400 (NAND) i 7476 (przerzutnik J-K)

• układ 7496 (5-cio bitowy prawo-przesuwny rejestr przesuwny)

Przebieg ćwiczenia

Rejestr przesuwny

Układ przedstawiony na Rys. 1 jest układem 6-cio bitowego rejestru przesuwnego. Wszystkie przełączniki, CLR(clear) i PR (parallel information) przełączyć na zasilanie +5 V, natomiast informacja szeregowa (serial info) ustawić na 0. Zrealizować układ według poniższego schematu.

Rys.1. 6-cio bitowy rejestr prawo-przesuwny

- ustawić generator fali prostokątnej na pojedynczy impuls

- „wyczyścić” informację z rejestru przesuwnego poprzez połączenie przełącznika CLR (clear) z masą układu (zero) i następnie przełączyć przełącznik do pozycji zasilanie +5 V.

1. wprowadzanie informacji - równoległa (wejście) - szeregowa (wyjście)

• ustawić „1”-ki na pinach 2 i 7 I-go układu 7476 przez podłączenie wejść PR z przełącznikiem ustawionym na pozycję zero, a następnie przełączyć wejścia PR na zasilanie +5 V. Odczytać napięcia na wyjściach Q rejestru przesuwnego. Powinniśmy otrzymać następujące wartości:

Tabela 0

Układ I		Układ II		Układ III
Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11
~ +5 V	~ +5 V	0	0	0	0

• włączyć generator impulsowy. Po każdym zadanym impulsie odczytywać wartości napięciowe na wyjściach Q układów, i zapisać do Tabeli 1 poniżej

Tabela 1

Impuls przesuwający	Układ I		Układ II		Układ III
		Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11
0	~ +5 V	~ +5 V	0	0	0	0
1
2
3
4
5
6

• powtórzyć poprzednie czynności z tym wyjątkiem, że najpierw „wyczyścić” (clear) rejestr przesuwny i ustawić „1” na pinie 15 (I i II układ). Otrzymane wartości wpisać do poniższej tabeli 2.

Tabela 2

Impuls przesuwający	Układ I		Układ II		Układ III
		Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11
0	~ +5 V	0	~ +5 V	0	0	0
1
2
3
4
5
6

2. wprowadzanie informacji - szeregowa (wejście) - równoległa (wyjście)

• „wyczyścić” (clear) rejestr przesuwny. W tej części ćwiczenia informacja szeregowa będzie ustawiana do rejestru przesuwnego przez wejścia serial info

• ustawić przełącznik informacyjny (serial info) na wskazaną wartość (patrz Tabela 3) i zastosować pojedynczy impuls przesuwający

• kontynuować powyższe czynności, przez wprowadzanie informacji do rejestru przesuwnego do czasu aż cała informacja zostanie ustawiona na rejestrze przesuwnym

Tabela 3

Informacja szeregowa	Impuls przesuwający	Układ I		Układ II		Układ III
				Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11	Pin 15	Pin 11
-	0	0	0	0	0	0	0
+5	1
0	2
+5	3
0	4
+5	5
+5	6

Scalony rejestr przesuwny (7496)

Układ 7496 jest 5-cio bitowym rejestrem prawo-przesuwnym. Zawiera on 5 przerzutników master-slave typu R-S. Posiada on wejście (DS.) dla wprowadzania informacji szeregowej, wejście informacji równoległej (PE i P₄-P₀), wyjście danych szeregowych (Q₄-Q₀). Wszystkie bity są „czyszczone” jednocześnie przez wejście
. Indywidualne bity mogą być ustawiane poprzez i wejscia PN bramkowane przez wejście master PE(preset enable). Na schemacie poniżej przedstawiono schemat układu 7496.

1. podstawowe działania

Zrealizować układ przedstawiony na Rys. 2

Rys. 2 5-cio bitowy rejestr prawo-przesuwny

• ustawić wejście DS (szeregowe wejście danych) na wartość zero

• ustawić PE (wejście kontrolne) na wartość zero

• „wyczyścić” wszystkie bity przez połączenie wejścia
  (clear) z zerem układu i ponownie z zasilaniem +5 V (wszystkie diody powinny być wyłączone)

• ustawić P₀,P₁,P₂,P₃,P₄ i P₅ na zasilanie +5 V. Ustawić PE na zasilanie +5 V (wszystkie diody powinny świecic)

• ustawić P₀,P₁,P₂,P₃,P₄ oraz PE na zero (ground). Ustawić
  na zero i później na zasilanie +5 V. Ustawić P₀, i P₁ na zasilanie +5 V oraz PE początkowo na zasilanie +5 V po czym na zero. Diody L₀ i L₁ powinny świecić, pozostałe diody nie.

• ustawić generator na działanie impulsowe. Generować impulsy i obserwować diody (L- świeci; D- nie swieci), a wyniki obserwacji zapisać w Tabeli 4.

Tabela 4.

Impuls przesuwajacy	L0	L1	L2	L3	L4
0	L	L	D	D	D
1
2
3
4
5

2. cyrkulacyjny rejestr przesuwny - tablica prawdy

- odłączyć przewód AB (patrz Rys.2) łączący pin 9 układu 7496 z przełącznikiem DS.

• połączyć pin 9 (DS) układu 7496 z pinem 10 (Q4). Takie połączenie tworzy cyrkulacyjny rejestr przesuwny (Rys. 3).

• wyzerować (clear) rejestr przesuwny

• ustawic „1” na Q₀ i Q₁

• generować impulsy z generatora dołączonego do układu, obserwować diody, a wyniki obserwacji zanotować do tabeli 5.

Rys. 3 Cyrkulacyjny rejestr przesuwny

Tabela 5

Impuls przesuwajacy	L0	L1	L2	L3	L4
0	L	L	D	D	D
1
2
3
4
5
6
7

3. cyrkulacyjny rejestr przesuwny -przebiegi czasowe

Zgodnie z Rys. 3 połączyć oscyloskop z układem 7496 oraz generatorem impulsów ustawionym na pojedynczy impuls. Połączyć wejście External Trigger z oscyloskopu do wejścia
(pin 15). Użyć w ustawieniach Trigger oscyloskopu zbocze narastające oraz opcję Auto. Wyzerować rejestr przesuwny i ustawić
i
.

Ustawić generator impulsowy (clock) na częstotliwość 10 kHz , przebieg prostokątny. Obserwować przebiegi na wyjściach
, wyniki obserwacji zanotować poniżej.

Rys. 4 Przebiegi cyrkulacyjnego rejestru przesuwnego

Licznik Johnson'a

Połączyć układ według schematu przedstawionego na Rys.5

Rys. 5 Licznik Johnson'a.

1. działanie licznika dla impulsu pojedynczego

• wyzerować licznik

• ustawić generator impulsów na jeden impuls na sekundę , po czym obserwować „postęp” danych na liczniku

• przełączyć generator impulsów do działania na pojedynczym impulsie

• wyzerować licznik

• uzupełnić poniższą tabelę 5 dla zastosowanych impulsów. Poprzez obserwację diod LED określić stan poziomów Q.

Tabela 5

Liczba impulsów
0	D	D	D	D	D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

2. przebiegi

• wyzerowac licznik

• ustawic generator impulsów na częstotliwośc 10 kHz, impulsy prostokątne

• EXT Trigger oscyloskopu ustawic na zbocze narastające

• naszkicować przebiegi z wyjść
  

Rys. 6 Przebiegi czasowe licznika Johnson'a

Rezultaty

Tam, gdzie wymagane są wartości logiczne poziomów „1” i „0” uzupełnij tabele. Dla pomiarów napięciowych używac logiki dodatniej, tzn. „1”>2.5 V, „0”<0.5 V. Diody LED L=1, D=0.

1. Uzupełnić Tabelę 6 zgodnie z danymi otrzymanymi w Tabeli 0. Zastosować następujące odpowiedniki dla numerów bitów:

Bit 1 - przerzutnik 1A, wyjście Q, pin 15

Bit 2 - przerzutnik 1B, wyjście Q, pin 11

Bit 3 - przerzutnik 2A, wyjście Q, pin 15

Bit 4 - przerzutnik 2B, wyjście Q, pin 11

Bit 5 - przerzutnik 3A, wyjście Q, pin 15

Bit 6 - przerzutnik 3B, wyjście Q, pin 11

Tabela 6. Wejście równoległe do 6-cio bitowego rejestru przesuwnego

Numer bitu	6	5	4	3	2	1
Poziom logiczny

2. Uzupełnić tabelę 7 dla wyjścia szeregowego, Q (pin 11) układu 3 (bit 6) w oparciu o dane z Tabeli 1.

Tabela 7. Wyjście szeregowe 6-cio bitowego rejestru przesuwnego

Impuls przesuwny	0	1	2	3	4	5
Poziom logiczny

3. Uzupełnić Tabelę 8 dla wejścia równoległego 6-cio bitowego rejestru przesuwnego w oparciu o Tabelę 2, impuls przesuwny 0.

Tabela 8. Wejście równoległe 6-bitowego rejestru przesuwnego

Numer bitu	6	5	4	3	2	1
Poziom logiczny

4. Uzupełnić Tabelę 9 dla wyjścia szeregowego Q (pin 11) układu 3 (bit 6) o dane z Tabeli 3.

Tabela 9. Wyjście szeregowe 6-cio bitowego rejestru przesuwnego

Impuls przesuwny	0	1	2	3	4	5
Poziom logiczny

5. Uzupełnić Tabelę 10 dla wejścia szeregowego rejestru przesuwnego w oparciu o dane z Tabeli 4.

Tabela 10. Szeregowe wejście 6-cio bitowego rejestru przesuwnego

Impuls przesuwny	1	2	3	4	5	6
Poziom logiczny

6. Uzupełnić Tabelę 11 dla wyjścia równoległego rejestru przesuwnego w oparciu o dane z Tabeli 5. (po impulsie 6).

Tabela 11. Wyjście równoległe 6-cio bitowego rejestru przesuwnego

Numer bitu	6	5	4	3	2	1
Poziom logiczny

7. Uzupełnić Tabelę 12 dla scalonego rejestru przesuwnego (7496) w oparciu o tabele prawdy i otrzymane przebiegi czasowe

Tabela 12.

impuls
0
1
2
3
4

Dyskusja

Porównać Tabelę 6 z 7; Tabelę 8 z 9; Tabelę 10 z 11 i skomentować możliwość rejestru przesuwnego do:

• przenoszenia danych

• konwersji danych binarnych z postaci równoległej do szeregowej

• konwersji danych binarnych z postaci szeregowej do równoległej

---