ΣΧΟΛΗ ΑΣΠΑΙΤΕ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΟΛΙΣΘΗΤΕΣ 1) Το παρακάτω κύκλωμα του σχήματος 1 είναι ένας καταχωρητής-ολισθητής που εκτελεί τις παρακάτω λειτουργίες: α) Σειριακή είσοδο, μέσω του ακροδέκτη Serial Input και σειριακή έξοδο μέσω της εξόδου Q 0. β) Παράλληλη είσοδο μέσω των ακροδεκτών Parallel Input και παράλληλη έξοδο μέσω των εξόδων Q 3, Q 2, Q 1, Q 0. γ) Σειριακή είσοδο μέσω του ακροδέκτη Serial Input και παράλληλη έξοδο μέσω των εξόδων Q 3, Q 2, Q 1, Q 0. δ) Παράλληλη είσοδο μέσω των ακροδεκτών Parallel Input και σειριακή έξοδο μέσω της εξόδου Q 0. ε) Δεξιά ολίσθηση των περιεχομένων του καταχωρητή όταν ο ακροδέκτης Shift / Load είναι στο λογικό μηδέν. στ) Παράλληλη φόρτωση των δεδομένων στον καταχωρητή μέσω των ακροδεκτών Parallel Input όταν ο ακροδέκτης Shift / Load είναι στο λογικό ένα. Για να μπορέσουν να γίνουν οι παραπάνω λειτουργίες πρέπει να έχουμε μετάβαση στον παλμό του ρολογιού από το μηδέν στο ένα. Οι δύο πύλες AND και η μία πύλη OR που συνδέονται στην είσοδο κάθε Flip- Flop αποτελούν στην πραγματικότητα ένα πολυπλέκτη δύο-σε-ένα δηλαδή δύο εισόδων, μίας εξόδου και μίας γραμμής επιλογής (Shift / Load). 2) Το παρακάτω κύκλωμα του σχήματος 2 είναι ένας καταχωρητής-ολισθητής που εκτελεί τις παρακάτω λειτουργίες: α) Σειριακή είσοδο μέσω των ακροδεκτών Serial Input και σειριακή έξοδο μέσω των εξόδων Α 0 και Α 3. β) Παράλληλη είσοδο μέσω των ακροδεκτών Parallel Inputs και παράλληλη έξοδο μέσω των εξόδων Α 3, Α 2, Α 1, Α 0. γ) Σειριακή είσοδο μέσω των ακροδεκτών Serial Input και παράλληλη έξοδο μέσω των εξόδων Α 3, Α 2, Α 1, Α 0. δ) Παράλληλη είσοδο μέσω των ακροδεκτών Parallel Inputs και σειριακή έξοδο μέσω των εξόδων Α 0 και Α 3. ε) Δεξιά ολίσθηση των περιεχομένων του καταχωρητή όταν ο ακροδέκτης S 1 είναι στο λογικό μηδέν και ο ακροδέκτης S 0 στο λογικό ένα. στ) Αριστερή ολίσθηση των περιεχομένων του καταχωρητή όταν ο ακροδέκτης S 1 είναι στο λογικό ένα και ο στο λογικό μηδέν. ζ) Παράλληλη φόρτωση των δεδομένων στον καταχωρητή μέσω των ακροδεκτών Parallel Inputs όταν οι ακροδέκτες S 1 και S 0 είναι στο λογικό ένα. 1
η) Συγκράτηση (Hold) των δεδομένων που έχουν αποθηκευτεί στον καταχωρητή όταν οι ακροδέκτες S 1 και S 0 είναι στο λογικό μηδέν. Για να μπορέσουν να γίνουν οι παραπάνω λειτουργίες πρέπει να έχουμε μετάβαση στον παλμό του ρολογιού από το μηδέν στο ένα. Σχήμα 1. Κύκλωμα καταχωρητή-ολισθητή Σχήμα 2. Κύκλωμα καταχωρητή-ολισθητή 2
Σχήμα 3. Πίνακας λειτουργίας του καταχωρητή-ολισθητή 74194 Σχήμα 4. Διάγραμμα χρονισμού του καταχωρητή-ολισθητή 74194 3
Σχήμα 5. Συνοπτικός πίνακας λειτουργίας του καταχωρητή-ολισθητή 74194 Σχήμα 6. Λογικό κύκλωμα του καταχωρητή-ολισθητή 74194 Σχήμα 7. Διάταξη ακροδεκτών του καταχωρητή-ολισθητή 74194 4
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1) Πραγματοποιήστε το παρακάτω κύκλωμα του σχήματος 8 και με τη βοήθεια των διακοπτών επαληθεύστε όλους τους τρόπους λειτουργίας του ολοκληρωμένου κυκλώματος 74194, καταχωρητή-ολισθητή, σύμφωνα με τον πίνακα του σχήματος 3 και το διάγραμμα χρονισμού του σχήματος 4 που αναφέρονται στο θεωρητικό μέρος της άσκησης. Σχήμα 8. Κύκλωμα για την πειραματική επαλήθευση της λειτουργίας του καταχωρητή-ολισθητή 74194 2) Το παρακάτω κύκλωμα του σχήματος 9 αποτελείται από δύο ολοκληρωμένα κυκλώματα 74194. 5
Το πρώτο κύκλωμα λειτουργεί σαν καταχωρητής παράλληλης εισόδου και παράλληλης εξόδου ενώ το δεύτερο σαν σειριακής εισόδου και παράλληλης εξόδου. Με αυτό τον τρόπο μια διαθέσιμη σε παράλληλη έξοδο πληροφορία, μπορεί να μεταφερθεί σειριακά και στη συνέχεια να βρίσκεται ξανά διαθέσιμη σε μία παράλληλη έξοδο. Η διάταξη με τη γραμμή επιστροφής έχει τη δυνατότητα ανακύκλωσης της πληροφορίας που βρίσκεται αποθηκευμένη στο δεύτερο κύκλωμα. Όταν η γραμμή ελέγχου γίνει ένα και οι δύο καταχωρητές παίρνουν την κατάσταση S 1 =S 0 =1 δηλαδή παράλληλη φόρτωση. Έτσι η πληροφορία που υ- πάρχει στην παράλληλη είσοδο ABCD του πρώτου καταχωρητή, με την πρώτη θετική ακμή του ρολογιού εμφανίζεται στην έξοδό του, ενώ οι έξοδοι του δεύτερου καταχωρητή οδηγούνται στην κατάσταση 0000 αφού έχουμε γειώσει τις γραμμές ABCD των παράλληλων εισόδων του. Εάν αλλάξουμε την τιμή της γραμμής ελέγχου από ένα σε μηδέν η παράλληλη είσοδος του πρώτου καταχωρητή απενεργοποιείται και ταυτόχρονα ενεργοποιούνται οι είσοδοι δεξιάς ολίσθησης και των δύο καταχωρητών. Έτσι μετά από τέσσερις παλμούς του ρολογιού φορτώνεται σειριακά στο δεύτερο καταχωρητή η πληροφορία που υπάρχει στην έξοδο του πρώτου κυκλώματος. Η γραμμή επιστροφής με την έναρξη της ολίσθησης φορτώνει μέσω της εισόδου SR του πρώτου καταχωρητή το bit που αδειάζει κάθε φορά από το δεύτερο καταχωρητή. Έτσι με το τέλος της μετάδοσης η πληροφορία βρίσκεται ξανά αποθηκευμένη και διαθέσιμη στον πρώτο καταχωρητή. Πραγματοποιήστε το κύκλωμα του σχήματος 9 και με βάση όσα αναφέρονται παραπάνω επαληθεύστε τη λειτουργία του κυκλώματος. 3) Σχεδιάστε, υλοποιείστε και επαληθεύστε τη λειτουργία του κυκλώματος ε- νός 8-bit καταχωρητή-ολισθητή με τη βοήθεια δύο ολοκληρωμένων κυκλωμάτων 74194. 6