Реферат регистр. ЛР 3 Буслаев И.С. Отчет по лабораторной работе 3 Устройства переработки преобразования информации. Регистр. Регистр сдвига.
 Скачать 444.4 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е.АЛЕКСЕЕВА» Дисциплина «Элементы автоматических устройств» Отчет по лабораторной работе №3 «Устройства переработки преобразования информации. Регистр. Регистр сдвига.» Выполнил: Буслаев И.С Группа 20-ЭСз(Т)-1 Проверил: Мамонов А.М Нижний Новгород 2023г 2 План: 1. Триггер 3 2.Компаратор 7 3.Шифратор, Дешифратор 8 4.Mультиплексор 9 5.Регистр 10 6.Регистр сдвига 12 7.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 3 Устройства переработки и преобразования информации Арифметические, логические, операции сдвига, инверсия, пересылки информации, операции преобразования кода. Эти операции реализуются программно, а физически они выполняются с помощью соответствующих устройств. Основным элементом является триггер. Триггер - это элемент, обладающий двумя устойчивыми состояниями, которые устанавливаются при подаче соответствующей комбинации сигналов на управляющие входы триггера и сохраняющиеся в течение заданного времени после окончания действия этих сигналов. (логическое устройство способное хранить 1 бит данных). Различают их по способу записи информации, по способу синхронизации, по способу организации логических связей. RS триггер (асинхронный триггер). RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние. Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход триггера Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние. Имеет 2 выхода Q (прямой) и Q (инверсный). Триггер может строится на двух элементах: 2и-не; 2или-не. Схема простейшего RS триггера на схемах "2И-НЕ". Входы R и S инверсные(активныйуровень'0') 4 Рассмотрим работу схемы RS триггера: Пусть на входы R и S подаются "1". Если на выходе Q элемента D1 присутствует логический "0", то по логике работы элемента D2 независимо от сигнала на втором входе, на выходе Q появится логическая единица ("1"). Эта единица подтвердит логический ноль ("0") на выходе Q. Если на выходе Q элемента D1 первоначально присутствует логическая единица, то навыходе Q элемента D2 появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q.Подадим на вход S - "0". Согласно таблице истинности элемента D1 на выходе Q появится "1". Это приведѐт к появлению на инверсном выходе Q - "0". Сигнал 0 можно снять с S входа при этом состояние триггера не изменится. То есть мы записали в триггер логическую единицу.Точно так же можно записать в триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. (т.е. ту же операцию произвести со входом R) Таблица истинности RS. R S Q Q Решение 0 0 0 0 Режим хранения информации R=S=0 0 0 1 1 0 1 0 1 Режим установки единицы S=1 0 1 1 1 1 0 0 0 Режим записи нуля R=1 1 0 1 0 1 1 0 R=S=1 запрещенная комбинация 1 1 1 Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, является запрещѐнным так как вводит схему в режим генерации. Аналогично работает RS триггер на элементе 2 ИЛИ-НЕ. Условное графическое обозначение RS триггера: Рис.2RS триггер 5 D триггер: D-триггер (от английского DELAY- задерживать) называют информационным триггером, также триггером задержки. D - триггер бывает только синхронным. Что значит синхронные? Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии сигнала входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С. Он может управляться (переключаться) как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа. Имеет 2 входа: D – информационный вход; C - вход синхронизации (для синхронизирующего импульса). Данный D-триггер реализован на 4 элементах 2И-НЕ. Работает при 0 сигнале на вход C. Состояние триггера определяется предшествующим состоянием входа Q и не изменяется во времени. Когда на вход C поступает 1, триггер переходит в состояние определенное сигналом на входе D. При С=0 изменение входного сигнала не сказывается на состоянии триггера. И только при С=1 триггер принимает состояние, определяемое входным сигналом. Диаграмма работы и таблица состояния: 6 По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющей таблице состояний. Т.е. передача информации с входа D на выход Q осуществляется во время действия синхронизирующего импульса. Схемное обозначение D - триггера: Рис.4 D - триггер 7 Компаратор Компаратор – это устройство, которое предназначено для сравнения двух и более входных сигналов и формирования выходного сигнала в зависимости от результата сравнения. Компараторы могут быть построены на основе операционных усилителей без обратных связей, а также на основе специализированных микросхем. Питание таких компараторов может быть как однополярное, так и двухполярное. В зависимости от этого выходной сигнал компаратора также может быть однополярным или двухполярным. Компараторы могут иметь открытый или закрытый выходы. Открытый выход позволяет подключать к компаратору внешнюю нагрузку или какое-то исполнительное устройство. Кроме этого открытый выход позволяет согласовать по напряжению выходной сигнал компаратора и уровень входного сигнала, следующего за компаратором логического устройства. Компараторы могут иметь стробирующий вход, при наличии сигнала на данном входе компаратор может сравнивать или не сравнивать входные сигналы, а также иметь на входе Z- состояние. Z-состояние реализуется на ключах из полевых транзисторов и моделирует как бы разрыв выходной цепи. Часто с помощью компараторов сравнивают неизвестный сигнал с известным напряжением. Такое напряжение называется опорным (Uоп). Данное напряжение может быть положительным, отрицательным или равным нулю . В случае, когда Uоп=0, данный компаратор называют индикатором нуля, т.к. он реагирует на переход входного сигнала через нуль. Рис.5 Компаратор 8 Шифратор, (называемый так же кодером) - устройство, осуществляющее преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления. Пусть в шифраторе имеется m входов, последовательно пронумерованных десятичными числами (0, 1, 2, 3, ..., m - 1), и n выходов. Подача сигнала на один из входов приводит к появлению на выходах n- разрядного двоичного числа, соответствующего номеру возбужденного входа. Рис.6 Шифратор Шифратор – это устройство, выполняющее операцию преобразования n – разрядного слова в N - разрядное слово. Количество входов – n, количество выходов – N. n(…)→N(…) Дешифратор (или декодер) - устройство, осуществляющие обратное преобразование (обратного преобразования двоичных чисел в небольшие по значению десятичные числа). В дешифраторе использованы все комбинации входящего двоичного кода. Дешифратор n-разрядного двоичного числа имеет 2 n выходов. Он получает на вход закодированный двоичный сигнал и выдает его на один из n своих выходов. Количество комбинаций: N = 2 n Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления). Используется в совокупности с индикаторами. Применяется в телевизорах. Преобразуют двоичные коды в последовательность импульсов 0110 => "1" на 6 выходе 1110 => "1" на 7 и "0" на 6 9 Рис.7 Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется управляющим сигналом. Рис.8. Обобщенная схема мультиплексора Входные логические сигналы Xi поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. На вход управляющей схемы подаются адресные сигналы Ak (от англ. Address). Мультиплексор также может иметь дополнительный управляющий вход E (от англ. Enable), который разрешает или запрещает прохождение входного сигнала на выход Y. Применяется при вводе информации от различных источников данных. Например Мультиплексор можно представить в виде устройства коммутирующего между собой сигнал от камер видеонаблюдения. Основная задача 10 мультиплексора — это деление экрана монитора на ячейки под определенные каналы, то есть, подключив, к примеру, 4 видеокамеры к мультиплексору, вы сможете их Используется в системах автоматики и телемеханики. Обеспечивает подключение датчиков к одному каналу передачи информации. Демультиплексор производит обратную операцию переключения сигнала с одного информационного входа распределения на один из информационных выходов. Шина данных — часть системной шины, предназначенная для передачи данных между компонентами компьютера (контроллера). ШД (шины данных наблюдать на одном мониторе одновременно В компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам (шина адреса) — кому эти данные предназначены. Основной характеристикой шины данных является еѐ ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт. Регистр Регистр - последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. (это устройство для записи и хранения данных). Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, обычно D, число которых соответствует числу разрядов в слове. Могут выполнять операции сдвига, операции преобразования данных из параллельной формы в последующую и наоборот. Операция сдвига (битовый сдвиг) - изменение позиции битов в слове на одну и ту же величину. Рис.9 11 Разрядность регистра определяется количеством триггеров. Регистр хранения на асинхронных RS триггерах: Рис.10. Регистр D – входы состояния, С – синхронизирующий вход, R – вход для обнуления Вход R позволяет установить регистр хранения в нулевое состояние, при этом все триггеры от T1 до T n переходят в 0 состояние. При подаче 1 на вход записи C данные переходят через элементы 2 И-НЕ и устанавливают соответствующие триггеры в 1. Если на входе D любого разряда 0, то состояние соответствующего триггера не изменяется. После снятия 1 с входа C в регистр записывается слово, которое хранится до зануления. С R R S & R S & 12 Регистр сдвига Регистр сдвига это устройство, состоящее из нескольких последовательно соединённых триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Регистры широко используются в вычислительной технике для преобразования кодов. Параллельного в последовательный и наоборот. Кроме того, сдвигающие регистры являются основой (АЛУ) арифметико- логического устройства, так как при сдвиге записанного в регистр двоичного числа на один разряд влево производится умножение числа на два, а при сдвиге числа на один разряд вправо число делится на два. Поэтому наибольшее распространение получили реверсивные или двунаправленные регистры. Рассмотрим четырёхразрядный регистр сдвига, преобразующий последовательный двоичный код в параллельный. Применение последовательного кода оправдано тем, что по одной линии можно передавать огромные массивы информации. Таким примером может служить универсальная последовательная шина - USB порт любого устройства. Число триггеров в данном регистре может быть любым. Достаточно соединить прямой выход Q3 с D входом следующего триггера и так далее до достижения необходимой разрядности. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Овчаренко Н.И. Автоматика энергосистем : учеб.: рек. Мин. обр. РФ/ Н. И. Овчаренко; под ред. А. Ф. Дьякова. ‐ 3‐е изд., испр. ‐ М.: Изд‐во Моск. энергет. ин‐та, 2009. ‐ 476 с. 2. Булкин А.Е. Автоматическое регулирование энергоустановок : учеб. пособие : рек. Мин. обр. РФ/ А. Е. Булкин. ‐ М.: Изд‐во Моск. энергет. ин‐та, 2009. ‐ 508 с. 3. Овчаренко Н.И. Элементы автоматических устройств энергосистем: в 2 кн.: учеб. для вузов / Н. И. Овчаренко. – 3‐е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1995 – 254 с. 4. Шнеерсон, Э.М. Цифровая релейная защита / Э. М. Шнеерсон. ‐ М.: Энергоатомиздат, 2007. ‐ 549 с. 5. Страусс, К. Системы автоматики и коммуникации в сетях электроснабжения: практическое руководство / К. Страусс [пер. с англ.] ‐ М.: Группа ИДТ, 2007. ‐ 250 с. 6. Красногорцев И.Л., Сенигов П.Н. Средства автоматизации и управления. Руководство по выполнению базовых экспериментов. САУ.001 РБЭ (929.2) Челябинск: ИПЦ «Учебная техника», 2009. 163 с. 7. Кузовкин В. А. Электротехника и электроника / В. А. Кузовкин, В. В. Филатов.‐ М.: Издательство Юрайт, 2016.‐ 431с. 8. Федоров Ю.Н. Порядок создания, модернизации и сопровождения АСУТП.‐М.: Инфра‐ Инженерия, 2011.‐576с. |