تحقیق در مورد ثباتهای انتقالی

بخشی از مقاله

مقدمه
مدار ترتیبی با پاس ساعت از مدار ترکیبی و تعدادی فلیپ فلاپ ترکیب شده است. مداری که فقط با فلیپ فلاپ ساخته می شود نیز یک مدار ترتیبی میباشد. چون دارای حافظه و پاس ساعت است. عده ای از مدارهای ترتیبی MSI فلیپ فلاپ هستند به شمارنده و ثبات معروف هستند.

ثبات شامل گروهی از سلولهای دو دویی است که اطلاعات را در فلیپ فلاپها نگه داری می کند یک ثبات n بیتی دارای n فلیپ فلاپ است و می تواند n بیت اطلاعات را ذخیره نمایند. یک ثبات ممکن است علاوه بر فلیپ فلاپ دارای تعدادی گیت نیز باشد که وظیفه خاصی را انجام دهد.
شمارنده اصولاً یک ثبات است که با پاس ساعت به حالتهای از پیش تعیین شده می رود.
ثباتها برای طراحی مدارها ترتیبی نیز استفاده می شوند.

در این تحقیق ابتدا به مواردی در مورد ثباتها پرداخته شده است و سپس به یک نوع از آنها که ثبات انتقالی می باشد به طور گسترده تری پرداخته شده است.
در انتها نیز دو آزمایش در مورد ثباتها آورده شده است.

در اینجا لازم است از زحمات استاد گرامی جناب آقای مهندس اژدری کمال تشکر را دارم.
امید است که این تحقیق ناچیز مورد استفاده قرار گیرد.

با تشکر
حامد بوب

ثباتها
انواع مختلفی از ثباتهای تجاری وجود دارد. ساده ترین ثبات فقط از فلیپ فلاپ تشکیل شده است و هیچ گیتی ندارد. این ثبات را با چهار فلیپ فلاپ D نشان می دهند، که دارای یک پالس ساعت ورودی مشترک است برای بدست آوردن اطلاعات ذخیره شده در ثبات می توان از چهار خروجی فلیپ فلاپ ها استفاده نمود.

ورودی پالس سرعت مشترک، در لبه بالا رونده خود همه فلیپ فلاپها را فعال می سازد و داده دو دویی موجود در چهار ورودی به داخل ثبات چهار بیتی منتقل می شود. چهار خروجی را می توان در هر زمانی نمونه برداری کرد و اطلاعات ذخیره شده در ثبات را بدست آورد.
انتقال اطلاعات جدید به داخل ثبات، بار کردن ثبات نامیده می شود.

اگر تمام بیت های ثبات به طور همزمان با یک انتقال پالس ساعت بار شوند گوییم، بار شدن به صورت موازی صورت گرفته است.
ثباتهای کامپیوتر با حروف بزرگ انگلیس دو گاهی عددهایی به دنبال آنها برای نشان دادن کار ثبات مشخص می شوند.
ثباتهای دیگری نیز وجود دارند. از جمله ثباتی که آدرس را برای یک واحد حافظه نگه مي دارد. ثبات آدرس حافظه نام داشته و با MAR مشخص مي شوند. ثباتي براي شمارندگي برنامه (PC) ، ثبات دستورالعمل (IR) ، ثبات پردازنده (R1) و ثباتهاي انتقالي كه بحث مورد نظر ميباشد.
متداولترين راه نمايش يك ثبات استفاده از كادر مستطيل شكل همراه با نام ثبات در داخل آن است.

همانند شكل زير:

ثبات R

ثباتهاي انتقال
ثبات انتقالي: بحث خود را با مثالي آغاز مي كنيم. يك نمونه پر كاربرد از ثبات انتقالي را در هنگام كار با ماشين حسابها مي بيند. با وارد كردن يك رقم روي صفحه كليد، عددها به سمت چپ صفحه نمايشگر انتقال مي يابند. به عبارت ديگر، براي وارد كردن عدد 268 بايد اعمال زير را انجام دهيد. ابتدا عدد 2 را روي صفحه كليد فشار داده رها مي كنيد. سپس عدد 6 را روي صفحه كليد فشار داده رها مي كنيد. كه اين كار سبب مي شود كه رقم 2 يك مكان به سمت چپ

انتقال يابد و عدد 6 مي تواند در منتهي اليه سمت راست قرار گيرد با عدد 26 روي نمايشگر ظاهر مي شود. بالاخره شما عدد 8 را بر روي صفحه كليد فشار داده رها مي كنيد و عدد 268 روي نمايشگر ظاهر مي شود. اين مثال دو ويژگي مهم يك ثبات انتقالي را نشان مي دهد: (1) ثبات انتقال يك حافظ موقت است و بنابراين اعداد را بر روي صفحه نمايشگر نگه مي دارد (حتي اگر دكمه مربوط به عدد را روي صفحه كليد رها كنيد.) (2) با هر بار فشردن يك رقم جديد روي صفحه كليد، ثبات انتقالي، اعداد را به سمت چپ انتقال مي دهد. اين ويژگيهاي انتقالي و حافظه اي سبب مي شود كه ثبات انتقالي در بيشتر سيستم هاي

الكترونيكي رقمي بسيار مورد استفاده قرار گيرد. ثباتهاي انتقال معمولاً براي ذخيره سازي اطلاعات به صورت موقت استفاده مي شوند. شكل (1) نمونه اي از كاربرد ثباتهاي انتقال در يك سيستم رقمي را نشان مي‌دهد. اين سيستم مي تواند سيستم مربوط به يك ماشين حساب باشد. يك ثبات انتقال نيز براي ذخيره موقت داده ها بين واحد پردازش و رمزگشا مورد استفاده قرار مي گيرد. ثباتها انتقال در جاهاي ديگر از يك سيستم رقمي نيز استفاده مي شوند.

يك روش تشريح ويژگيهاي ثبات انتقالي چگونگي بارگذاري داده به ثبات و خواندن داده از واحدهاي ذخيره هاست. چهار دسته از ثباتهاي انتقال را در شكل (2) مي بينيد. هر ابزار ذخيره سازي در شكل 2 يك ثبات هشت بيتي است.

ثباتها به شكل زير دسته بندي مي شوند:
1- ورودي متوالي – خروجي متوالي (شكل 2- الف)
2- ورودي متوالي – خروجي موازي (شكل 2- ب)
3- ورودي موازي – خروجي متوالي (شكل 2-ج)
4- ورودي موازي – خروجي موازي (شكل 2-د)

نمودارهاي شكل (2) ايده اصلي هر نوع ثبات را نشان مي دهد.
توليد كننده ها غالباً از اين تقسيم بنديها استفاده مي كنند.

ثباتهاي انتقال با بار متوالي
مدار نشان داده شده در شكل (3) يك ثبات انتقال با بارگذاري متوالي ناميده مي شود. عبارت«بارگذاري متوالي» از اين واقعيت سرچشمه مي گيرد كه فقط يك بيت داده در يك زمان مي تواند به ثبات وارد شود.
تنها با اضافه كردن يك فليپ فلاپ D ثبات انتقال شكل (3) مي تواند به يك ثبات انتقال 5 بيتي تبديل شود. ثباتهاي انتقال معمولاً در اندازه‌اي 4 ، 5 و هشت بيتي موجودند و مي توانند از تركيب انواع ديگر فليپ فلاپها نيز ساخته شوند. فلیپ فلاپهای J-K و R-S ساعت دار نیز
می توانند برای تشکیل ثباتهای انتقال مورد استفاده قرار گیرند.

ثباتهای انتقال با بارگذاری موازی
ثبات انتقال با بارگذاری متوالی که در بخش قبل بررسی کردیم دو مزیت عمده دارد: این ثبات در یک زمان فقط به یک بیت از اطلاعات اجازه ورود می دهد و با انتقال به سمت راست همه داده های خود را از سمت راست از دست می دهد. شکل 4-الف سیستمی را نشان

می دهد که امکان بارگذاری موازی چهار بیت را به شکل همزمان ایجاد می کند. این ورودیها، ورودیهای داده A ، B ، C و D در شکل 4 هستند. این سیستم می تواند شامل ویژگی چرخشی باشد که داده خروجی را مجدداً به ورودیها اعمال می کند به طوری که داده های خروجی از بین نمی روند. یک نمودار اتصال برای ثبت انتقال چرخشی چهار بیتی با بارگذاری موازی در شکل 4-ب ترسیم شده است. این ثبات انتقال از چهار فلیپ فلاپ J-K استفاده می کند. به خطوط چرخشی که از خروجیهای Q و از D FF بیرون می آیند و به ورودیهای K و J از A FF اعمال می شوند، توجه کنید. این خطوط پسخورد باعث می شوند که داده ای که در حالت عادی با خروج از D FF از بین می رفت در درون ثبات انتقال بچرخد. وقتی ورودی CLR با یک 0 منطقی فعال شود خروجیها را به 0000 پاک می کند. ورودیهای داده بار موازی A ، B ، C و D به ورودیهای پیش نشانی (PS) فلیپ فلاپ ها وصل شده اند تا در هر خروجی (D و C و B و A) عدد 1 قرار گیرد. اگر

کلیدهای متصل به ورودیهای داده بار موازی حتی به شکل موقت به وضعیت 0 بروند، آن خروجی به 1 منطقی پیش نشانی خواهد شد. ساعتی که به ورودیهای CLK فلیپ فلاپ های J-K اعمال پالس می کند باعث می شود که داده به سمت راست انتقال یابد. داده خروجی از D FF مجدداً به A FF بر می گردد.


یک ثبات انتقال عمومی
هنگام مرور در دفترچه های راهنما خواهید دید که تولید کنندگان، ثباتهای انتقال بسیاری به شکل IC تولید می کنند. در این بخش یک IC ثبات انتقال از این نوع بررسی می شود: ثبات انتقال عمومی دوطرفه چهار بیتی 74194.
IC شماره 74192 یک ثبات انتقال قابل تطبیق است و بسیاری از ویژگیهایی را که تا کنون در یک بسته IC دیده ایم، دارا می باشد. یک ثبات IC شماره 79194 امکان انتقال به راست یا چپ را دارا می باشد. این ثبات می تواند به شکل متوالی یا موازی بارگذاری شود. چند ثبات چهار بیتی از نوع IC شماره 79194 می توانند برای تشکیل یک ثبات انتقال هشت بیتی یا بیشتر به هم وصل شوند. این ثبات می تواند برای دوران داده ها مورد استفاده قرار گیرد.
برگه های داده Texas Instruments شامل توضیحات، نمودارها و جدولهای نشان داده شده در شکل 5 است. توضیحات مربوط به ثبات انتقال را در شکل 5-الف برای داشتن یک دیدگاه مطلوب از چگونگی عملکرد این ثبات انتقال مطالعه کنید.
نمودار منطقی ثبات 79194 در شکل 5-ب رسم شده است. چون این ثبات، چهار بیتی است مدار شامل چهار فلیپ فلاپ است. مدارهای دریچه ای زیادی برای تشکیل مشخصه های این ثبات انتقال عمومی لازم است. طرح پایه ها در شکل 5-ج به شما کمک خواهد کرد که نام هر ورودی و خروجی را تشخیص دهید. البته نمودار پایه ها نیز برای استفاده کاربردی از IC شماره 74194 لازم است.
جدول صحت و نمودارهای شکل موج در شکل 5-د و 5-هـ در تشخیص دقیق عملکرد ثبات IC شماره 74194 بسیار مفید واقع میشوند. زیرا مُدهای عملکرد پاک شدن، بارگذاری، انتقال به راست، انتقال به چپ و غیر فعال در این نمودارها به خوبی مشهود می باشد.


استفاده از ثبات انتقال
IC شماره 74194
در این بخش از ثبات انتقال عمومی 74194 به چند روش استفاده می کنیم. شکلهای 6- الف و ب نشان می دهند که از IC شماره 74194 به عنوان ثباتهای بارگذاری متوالی استفاده شده است. یک ثبات انتقال با بارگذاری متوالی در شکل 6- الف نشان داده شده است. یک ثبات انتقال با بارگذاری متوالی در شکل 6- الف نشان داده شده است. این ثبات دقیقاً مانند: ثبات انتقال متوالی شکل 3 عمل می کند. توجه کنید که ورودیهای کنترل مُد باید در موقعیتهای نشان داده شده باشند تا IC شماره 74194 در مُد انتقال به راست عمل کند. انتقال به راست توسط تولیدکنندگان انتقال از به تعریف می شود. ثبات شکل 6 – الف داده ها را به سمت راست انتقال می دهد و داده ها هنگامی که به می رسند از بین می روند.