Цель работы: экспериментальное исследование работы цифровых регистров различных типов.
Подготовка к лабораторной работе
1. По конспекту лекций изучить работу наиболее распространенных типов регистров:
2. Изучить принципиальную схему лабораторного стенда LESO2 и определить какая часть исследуемой схемы реализована аппаратно, а какая будет реализована с помощью среды автоматизированного проектирования Quartus II.
3. Разработать четыре принципиальные схемы исследования параллельных и последовательных регистров к пунктам
Задание к работе
1.Исследовать параллельный регистр-защёлку
Соединить четыре D триггера, работающих по потенциалу
(триггер защёлка, в Quartus он называется "latch"), параллельно. Входы триггеров подключить к переключателям
Подавая на входы регистра комбинации логических уровней, приведенных в таблице 1, с помощью ключей
Таблица 1. Сигналы на входах и выходах регистра-защёлки
D0 | D1 | D2 | D3 | C | Q0(t) | Q1(t) | Q2(t) | Q3(t) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 1 | 0 | 1 | 0 | ||||
0 | 1 | 0 | 1 | 1 | ||||
0 | 1 | 0 | 1 | 0 | ||||
0 | 1 | 1 | 1 | 0 | ||||
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
0 | 1 | 1 | 1 | 0 | ||||
1 | 1 | 0 | 1 | 0 | ||||
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||||
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||||
1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||
0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
2.Исследовать параллельный регистр
Заменить в схеме регистра триггеры, работающие по потенциалу на D триггеры, работающие по фронту. В системе проектирования Quartus II это элемент памяти dff. Сконфигурировать ПЛИС в лабораторном стенде в соответствии с новой схемой.
Подавая на входы регистра комбинации логических уровней, приведенных в таблице 1, с помощью ключей
3. Исследовать работу последовательно-параллельного регистра
Увеличить количество триггеров в схеме регистра до восьми. Выходы триггеров подключить к светодиодам
При помощи переключателя S5 ввести в регистр число, соответствующее номеру бригады + 224 (например для бригады №1 код будет равен 111000012). Каждый бит должен сопровождаться импульсом на входе синхронизации C. Для этого при помощи переключателя S1 нужно последовательно подать логическую 1, а затем логический 0. Следующий бит на входе D0 следует устанавливать только после завершения формирования импулься синхронизации CLK.
После каждого импульса записать данные на выходе последовательного регистра в таблицу 3. Обратите внимание по какому фронту происходит изменение выходного состояния регистра. Пример заполнения таблицы 3:
D0 | C | Q0(t) | Q1(t) | Q2(t) | Q3(t) | Q4(t) | Q5(t) | Q6(t) | Q7(t) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | _|-|_ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | _|-|_ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1 | _|-|_ | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1 | _|-|_ | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | _|-|_ | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | _|-|_ | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1 | _|-|_ | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
1 | _|-|_ | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
Повторить выполненные действия с реальной микросхемой 1533ИР8. В среде автоматизированного проектирования Quartus II этой микросхеме соответствует примитив 74164.
4. Исследовать работу параллельно-последовательного регистра
Исследование параллельно-последовательного регистра начнем сразу с реальной микросхемы, подобной 555ИР1. Создайте на этой микросхеме 8-разрядный регистр. В среде автоматизированного проектирования Quartus II микросхеме 555ИР1 соответствует примитив 7495. Вместо двух 4-разрядных микросхем 555ИР1 можно применить 8-разрядный регистр 74198 или 74166.
Сконфигурируйте ПЛИС в соответствии с созданной вами схемой. Для индикации переданного кода следует использовать схему, исследованную нами в предыдущем пункте (последовательно-параллельный регистр с подключенными к его выходам восемью светодиодами)
Обратите внимание, что в исследуемой схеме появился дополнительный управляющий вход MODE. Этот вход переключает регистр либо в режим параллельной записи (MODE=1), либо в режим последовательного сдвига. Не забывайте, что при параллельной записи в регистр передаваемого вами кода тоже требуется импульс записи!
Содержание отчета
- Цель работы;
- Схема исследования регистра-защелки;
- Таблица логических уровней на входах и выходах регистра-защелки (по результатам эксперимента);
- Временные диаграммы работы параллельного регистра-защелки (Обратите внимание на форму синхроимпульсов);
- Схема исследования параллельного регистра;
- Таблица логических уровней на входах и выходах параллельного регистра на D—триггерах (по результатам эксперимента);
- Временные диаграммы работы параллельного регистра на D—триггерах (Обратите внимание на форму синхроимпульсов);
- Схема исследования последовательно-параллельного регистра;
- Таблица логических уровней на входах и выходах последовательно-параллельного регистра;
- Временные диаграммы работы последовательно-параллельного регистра (Обратите внимание на положение фронтов синхроимпульсов);
- Схема исследования параллельно-последовательного регистра;
- Таблица логических уровней на входах и выходах параллельно-последовательного регистра;
- Временные диаграммы работы параллельно-последовательного регистра (по результатам эксперимента);
- Выводы по каждому заданию.
Контрольные вопросы
- Назначение регистров?
- По каким признакам классифицируются регистры?
- Чем определяется разрядность регистров?
- Назначение параллельного регистра?
- Объяснить принцип работы параллельного регистра.
- Объяснить принцип работы последовательного регистра.
- Объяснить принцип работы последовательно-параллельного регистра.
- Зачем применяются последовательно-параллельные регистры?
- Объяснить принцип работы параллельно-последовательного регистра?
- Зачем применяются параллельно-последовательные регистры?
- Внутреннее устройство универсальных последовательных регистров?