Különböző típusú műszakregiszterek és alkalmazásai példákkal

Mi az a Shift Register:

A Shift Regiszterek egymást követő logikai áramkörök, amelyek képesek adatok tárolására és továbbítására. Papucsokból állnak, amelyek úgy vannak összekapcsolva, hogy az egyik flip flop kimenete a másik flip-flop bemeneteként szolgálhat, a létrehozott shift regiszterek típusától függően.

A műszakregiszterek alapvetően egyfajta regiszterek, amelyek képesek adatokat („shift”) továbbítani. A nyilvántartások általában tárolóeszközök, amelyeket egy bizonyos számú papucs soros összekapcsolásával hoznak létre, és a regiszter által tárolható adatmennyiség (bitek száma) mindig egyenesen arányos a papucsok számával, mivel minden egyes papucs A flop egyszerre csak egy bitet képes tárolni. Ha a regiszterben található papucsok úgy vannak összekapcsolva, hogy az egyik flip flop kimenete a másik bemenetévé válik, akkor egy shift regiszter jön létre.

Flip papucsok vannak eszközök egy hasonló műveletet, hogy egy retesz. Nevezhető bistabilis vibrátornak, amely két állapot (0 vagy 1) között mozoghat, és képes bitekben tárolni az adatokat. Az új adatokat egy flip-flopba olvassák be minden óraütemezéssel és a kimenetre küldött előző adatokkal.

Shift regiszterek Melyik papucsot tartalmazza?

Ez azonban a flip flop fajtájától függ, mivel a flip flopok közötti Input, Output és clock ciklus viszonya változó. Különböző típusú papucsok léteznek, de a váltóregiszterek létrehozásakor a D (késleltetés) papucsok a leggyakrabban használtak.

A D papucsok működéséhez, amely annyira kívánatos a váltási regiszterek számára, Amikor a D flip flop órája változik (emelkedő vagy csökkenő szél, a flip flop specifikációjától függően). A „Q” kimeneten szereplő adatok ugyanazok az adatok lesznek, mint a „D” bemenetnél . A flip-flop „Q” kimenete ezen az értéken marad a következő óraciklusig, ahol ezután ismét a bemenet értékére vált (Magas vagy Alacsony, 1 vagy 0).

Most, hogy tudjuk, mi a Sift Registry, folytatjuk a mélyebb elmélyülést a flip-flop típusaiban és azok alkalmazásában. De előtte, hogy gyakoribb képet kapjunk a váltási regiszterek használatáról, vessünk egy pillantást a népszerű 74HC595 váltóregiszterre, amelyet különböző mikrovezérlőkkel használtunk egy kijelző vagy LED-ek összekapcsolására.

• Shift Regisztráljon 74HC595-vel az Arduino-nál a LED-ek sorozatának vezérléséhez
• Shift Regisztráljon az ESP32-nél a 7 szegmenses kijelző interfészéhez
• Shift Regisztráljon a Raspberry Pi-vel több LED vezérléséhez
• Shift Regisztráljon a PIC segítségével a LED-ek sorrendjének vezérléséhez

A digitális elektronika nyilvántartási típusai

A váltási regisztereket főként típusaik szerint osztályozzák , akár soros, akár párhuzamosan.

Hat (6) az alap típusú shift regisztert amelyek az alább felsorolt, bár néhány közülük is tovább lehet osztani alapján adatfolyam irányát valamelyik SHIFT jobbra vagy balra léptető.

1. Soros be - Soros kimeneti nyilvántartás (SISO)

2. Soros be - párhuzamos kimeneti műszak regisztráció (SIPO)

3. Párhuzamos be - Párhuzamos kimeneti váltó regisztráció (PIPO)

4. Párhuzamos be - Soros kimeneti váltó regisztráció (PISO)

5. Kétirányú műszak regiszterek

6. Pultok

1. Soros be - Soros kimeneti regiszterek

Soros bemenet - Soros kimeneti regiszterek olyan váltóregiszterek, amelyek sorba továbbítják az adatokat (órajelenként egy bitet), és az adatokat ugyanúgy továbbítják egymás után.

Egy egyszerű soros soros kimeneti 4 bites váltó regiszter látható fent, a regiszter 4 papucsból áll, és a működésének lebontását az alábbiakban ismertetjük;

Indításkor először törlik a shift regisztert, az összes papucs kimenetét nullára kényszerítve, majd a bemeneti adatokat soronként, egyenként, bitenként alkalmazzák a bemenetre.

Vannak két alapvető módja a változó adatokat ki egy SISO léptető regiszter;

1. Roncsolásmentes kiolvasás
2. Romboló felolvasás

• Nem roncsoló kiolvasás

A roncsolásmentes kiolvasáson alapuló műszakregiszterek mindig írási / olvasási üzemmóddal rendelkeznek, egy extra sor hozzáadásával lehetővé teszi a váltást az olvasási és írási üzemmódok között.

Amikor az eszköz „írási” üzemmódban van, a shift regiszter minden adatot egyenként bocsát ki, pontosan úgy viselkedve, mint a destruktív kiolvasási verzió, és így az adatok elvesznek, de amikor a működési módot „olvasásra” kapcsolják, amelyek a bemenetnél eltolódnak, visszamennek a rendszerbe és bemenetként szolgálnak a eltolási regiszterhez. Ez segít abban, hogy az adatok hosszabb ideig maradjanak (amíg olvasási módban maradnak)

• Romboló felolvasás

A romboló leolvasások esetében az adatok teljesen elvesznek, mivel a flip flop csak áthelyezi az információkat. Feltételezve, hogy a fenti 4 bites váltási regiszter a „1101” szót akarjuk elküldeni. A váltóregiszter törlése után az összes papucs kimenete 0 lesz, így az első óraciklus során, amikor ezeket az adatokat (1101) sorozatosan alkalmazzuk, a papucsok kimenetei úgy néznek ki, mint az alábbi táblázat.

Első óraciklus:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

Második óra ciklus:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

Harmadik óra ciklus:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

Negyedik óraciklus:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. Soros be - Párhuzamos kimeneti váltó regisztráció

A második típusú műszakregiszter, amelyet figyelembe fogunk venni, a Serial in - Parallel out műszakregiszter, más néven SIPO Shift Register. Az ilyen típusú eltolásregiszterek az adatok sorosról párhuzamosra történő átalakítására szolgálnak. Az adatok órajelciklusonként egymás után érkeznek, és eltolhatók vagy cserélhetők, vagy minden kimenetnél leolvashatók. Ez azt jelenti, hogy amikor az adatokat beolvassák, akkor minden beolvasott bit egyidejűleg elérhetővé válik a megfelelő kimeneti vonalon (Q0 - Q3 az alább látható 4 bites eltolási regiszterhez).

4 bites soros bemenet - párhuzamos kimeneti váltó regiszter az alábbi képen látható.

Az alábbi táblázat azt mutatja, hogy az adatok hogyan kerülnek a soros bemenetből a párhuzamosan kimenő 4 bites eltolás regiszterbe, az adatok 1001-ben.

Egyértelmű	FF0	FF1	FF2	FF3
1001	0	0	0	0
	1	0	0	0
	0	1	0	0
	0	0	1	0
	1	0	0	1

A soros be - párhuzamos kimeneti regiszter jó példája a 74HC164 váltóregiszter, amely egy 8 bites eltolásregiszter.

A készülék két soros adatbemenettel (DSA és DSB), nyolc párhuzamos adatkimenettel (Q0-Q7) rendelkezik. Az adatokat sorosan kell bevinni a DSA-n vagy a DSB-n keresztül, és bármelyik bemenet felhasználható aktív HIGH engedélyezésként az adatok beviteléhez a másik bemeneten keresztül. Az adatok az óra (CP) bemenet LOW-HIGH átmenetein vannak eltolva. A LOW a master reset bemeneten (MR) törli a regisztert és minden kimenetet LOW-ra kényszerít, függetlenül a többi bemenettől. A bemenetek bilincsdiódákat tartalmaznak. Ez lehetővé teszi az áramkorlátozó ellenállások használatát a VCC-t meghaladó feszültségű bemenetek összekapcsolására.

3. Párhuzamos be - Soros kimeneti regisztráció

A Parallel in - Serial out shift regiszterben az adatok párhuzamosan kerülnek átadásra, például vegyük figyelembe az alább látható 4 bites regisztert.

Ez a regiszter egy 4 bites szó tárolására és eltolására használható, az írás / eltolás (WS) vezérlő bemenet vezérli a váltási regiszter működési módját. Ha a WS vezérlővonal alacsony (Írási mód), az adatokat D0-tól D3-ig lehet beírni és ütemezni. Az adatok sorozatos eltolásához a WS vezérlővonal HIGH (Shift mód), a regiszter pedig eltolja az adatokat az óra bemenetén. A Párhuzamos a sorozatban váltásregiszterünket PISO-váltásregiszternek is nevezzük.

Jó példa a párhuzamos soros kimeneti váltóregiszterre a 74HC165 8 bites váltóregiszter, bár soros soros kimeneti váltóregiszterként is működtethető.

A készülék soros adatbevitellel (DS), nyolc párhuzamos adatbemenettel (D0-D7) és két kiegészítő soros kimenettel (Q7 és Q7 ') rendelkezik. Ha a párhuzamos terhelésbemenet (PL) LOW (alacsony), akkor a D0-tól D7-ig terjedő adatokat aszinkron módon töltjük be a shift regiszterbe. Ha PL értéke HIGH, akkor az adatok sorosan kerülnek a nyilvántartásba a DS-nél. Ha az órajel engedélyező bemenet (CE) LOW, az adatok eltolódnak a CP bemenet LOW-HIGH átmenetein. A HIGH on CE letiltja a CP bevitelt. A bemenetek túlfeszültséget tolerálnak 15 V-ig. Ez lehetővé teszi az eszköz HIGH-LOW szinteltolásos alkalmazásokban történő alkalmazását.

Az eltolásregiszter funkcionális diagramja az alábbiakban látható;

A rendszer időzítési diagramja az alábbi képen látható;

4. Párhuzamos be - Parallel out shift regiszter

Párhuzamos - párhuzamos kimeneti regiszter esetén a párhuzamos kimenetek kimeneti adatai egyidejűleg jelennek meg a bemeneti adatok betáplálásakor. Ezt a típusú eltolásregisztert PIPO Shift regiszternek is nevezik.

A bemeneti adatokat a D0-tól D3-ig terjedő bemeneti csapok mindegyikén egyszerre olvassák be, amikor az eszközt ütemezik, és ugyanakkor az egyes bemenetekről beolvasott adatokat a megfelelő kimeneten adják át (Q0 Q3-ig).

A 74HC195 eltolási regiszter egy többcélú eltolási regiszter, amely képes az összes általunk eddig tárgyalt típus által leírt módok többségében működni, különösen párhuzamos in-párhuzamos kimeneti regiszterként.

5. Kétirányú műszak regiszterek

A shift regiszterek hajthatnak végre jobb vagy bal adatátvitelt, vagy mindkettőt, a shift regiszter típusától és konfigurációjától függően. A jobb oldali eltolás műveleteiben a bináris adatokat kettővel osztják. Ha ezt a műveletet megfordítják, akkor a bináris adatokat megszorozzuk kettővel. A kombinációs logika megfelelő alkalmazásával soros váltásregiszter konfigurálható mindkét művelet végrehajtására.

Vegye figyelembe az alábbi képen látható 4 bites regisztert. Néhány NAND kapu OR kapuként van konfigurálva, és a jobb vagy bal irányú elmozdulás irányának vezérlésére szolgál.

A bal / író vezérlősorral meg lehet határozni az adatok elmozdulásának irányát, akár jobbra, akár balra.

Jó példa a 74HC194 kétirányú eltolás regiszter. A regiszter a soros és párhuzamos bemenet vagy kimenet minden módjában és változatában működhet. Az alábbiakban bemutatjuk a 74HC194 funkcionális diagramját, amely kiemeli a vezérlővonalat, az órát, a bemeneti és kimeneti csapokat.

A készülék időzítési diagramja az alábbiakban is látható. Jobban segít megérteni, hogyan vezérli a vezérlővonal a regiszter műveleteit.

6. Pultok

A számlálók, amelyeket néha rotációs shift regiszternek neveznek, alapvetően shift regiszterek, amelyek kimeneteit visszajuttatják az eszközbe bemenetként oly módon, hogy az egy adott mintát hoz létre. Az ilyen típusú regisztereket számlálóknak nevezik a megjelenített minta és szekvencia miatt. A műszakszámlálók legnépszerűbb típusai a gyűrűszámlálók.

Ring Counter

A gyűrűszámlálók alapvetően egy olyan számlálótípusok, amelyekben a legjelentősebb bit kimenete visszacsatolásra kerül a legkevésbé jelentős bit bemeneteként. A 4 bites gyűrűszámlálót az alábbi ábra szemlélteti D papucsokkal.

Az óraimpulzus alkalmazásakor az egyes fokozatok kimenete átkerül a következőre, és a ciklus folytatódik. Ha a tiszta értéket magasra fordítják, az első paplan kivételével (amely 1-re áll) az összes nullát nullázzák.

A Shift regiszterek alkalmazásai

A shift regisztereket sok alkalmazásban használják, amelyek közül néhányat használunk;

1. A soros átalakítással párhuzamosan, ahol a két eszköz közötti kommunikációhoz szükséges vezetékek vagy vezetékek számának csökkentésére szolgálnak, mivel a soros kommunikációhoz általában csak két vezetékre van szükség a párhuzamoshoz képest, amely az elküldött bitek számától függ.

2. IO bővítés mikrokontrollerekhez. A modern elektronikában a mikrokontrollerek IO csapjait ingatlannak nevezik, és az embernek a lehető legtöbbre van szüksége bizonyos alkalmazásokhoz, például 100 led bekapcsolásához vagy 100 nádkapcsoló leolvasásához valami Arduino vagy az Atmeg328p mikrokontrollerrel. Például az alábbi kapcsolási rajz azt szemlélteti, hogy egy soros-párhuzamos eltolás-regiszter hogyan használható 8 LED vezérléséhez, a mikrovezérlőknek csak három IO-érintkezőjével.

3. Olyan állapotregiszterekben használják őket, amelyeket szekvenciális eszközökben használnak. A véges memóriagéphez hasonlóan a készülék következő állapotát is mindig úgy határozzuk meg, hogy áthelyezünk és új adatokat helyezünk az előző pozícióba.

4. Egy másik fő alkalmazás található az Időkésések részben. A shift regisztereket az eszközök késleltetésére használják, az időt az óra állítja be, vagy növeli a lépcsőzetes shift regiszterek vagy csökkentik azáltal, hogy a kimenetet egy alacsonyabb szignifikáns bitről veszik át.

Az időkésleltetést általában a képlet segítségével számoljuk;

t = N * (1 / fc)

N a flip flop szakaszának száma, amelynél a kimenetet felveszik, Fc az órajel frekvenciája, t pedig a meghatározandó érték az az időtartam, amelyre a kimenet késik.

Amikor a váltási regisztert választja egy adott feladathoz, a széles tartomány miatt, és írja be, hogy fontos kiválasztani azt, amelyik megfelel az adott igénynek, figyelembe véve például a működési módot, a bitméretet (papucsok száma), jobbra vagy balra vagy kétirányú stb.

A legnépszerűbb műszakregiszterek közül néhány;

1. 74HC 194 4 bites kétirányú univerzális váltóregiszter
2. 74HC 198 8 bites kétirányú univerzális váltóregiszter
3. 74HC595 Soros-párhuzamos-kimeneti váltó regiszter
4. 74HC165 Párhuzamos-soros-kimeneti váltó regiszter
5. IC 74291 4 bites univerzális váltóregiszter, bináris fel / le számláló, szinkron.
6. IC 74395 4 bites univerzális váltóregiszter háromállapotú kimenetekkel.
7. IC 74498 8 bites kétirányú eltolás regiszter párhuzamos bemenetekkel és háromállapotú kimenetekkel.
8. IC 74671 4 bites kétirányú eltolás regiszter.
9. IC 74673 16 bites soros bemenet soros kimeneti váltó regiszter kimeneti tároló regiszterekkel.
10. IC 74674 16 bites párhuzamos soros kimeneti váltó regiszter háromállapotú kimenetekkel.

Még több van, csak meg kell találni, melyik illik legjobban az alkalmazásához.

Köszönöm, hogy elolvastad, legközelebb.