Različite vrste registara smjena i njihove primjene s primjerima

Što je Shift Register:

Shift registri su sekvencijalni logički sklopovi, sposobni za pohranu i prijenos podataka. Sastoje se od japanki koje su povezane na takav način da bi izlaz jednog japanke mogao poslužiti kao ulaz drugog japanke, ovisno o vrsti registara pomaka koji se stvaraju.

Shift registri su u osnovi vrsta registra koji imaju mogućnost prijenosa ("shift") podataka. Registri su generički uređaji za pohranu koji se stvaraju povezivanjem određenog broja japanki u seriju, a količina podataka (broj bitova) koje registar može pohraniti uvijek je izravno proporcionalna broju flip flopova, jer svaki flip flop može istovremeno pohraniti samo jedan bit. Kad su flip-flopovi u registru povezani na takav način da izlaz jednog flip-flopa postane ulaz drugog, stvara se registar pomaka.

Japanke su uređaji s postupkom sličnim onom zasuna. Može se nazvati bistabilnim vibratorom koji se može kretati između dva stanja (0 ili 1) i sposoban je pohranjivati ​​podatke u bitove. Novi podaci čitaju se u flip flop sa svakim ciklusom takta i prethodnim podacima poslanim na izlazu.

Smjenski registri koji se sastoje od kojih japanki?

To međutim ovisi o vrsti japanke, jer se odnos ulaznih, izlaznih i taktnih ciklusa između japanki razlikuje. Postoje različite vrste japanki, ali najčešće korištene u stvaranju registara pomaka su D (kašnjenje) japanke.

Za rad D japanki što ih čini toliko poželjnima za registre pomaka, Kad god dođe do promjene sata D japanke (bilo dižući se ili padajući rub, ovisno o specifikacijama japanke). Podaci na izlazu "Q" postaju isti podaci kao i oni na ulazu "D". Izlaz "Q" flip flopa ostat će na toj vrijednosti do sljedećeg ciklusa takta, gdje će se zatim na ulazu promijeniti na vrijednost (Visoka ili niska, 1 ili 0).

Sad kad znamo što su Sift registri, nastavit ćemo dublje zaranjati u vrste flip-flopa i njihove primjene. No prije toga, da bismo dobili praktičniju izloženost tome gdje se koriste registri smjena, pogledajmo popularni registar smjene 74HC595 koji smo koristili s različitim mikrokontrolerima za povezivanje zaslona ili slijeda LED-a.

• Pomaknite registar s 74HC595 s Arduinom za kontrolu slijeda LED-a
• Prebacite registar s ESP32 na sučelje 7-segmentnog zaslona
• Pomaknite registraciju s Raspberry Pi za kontrolu više LED dioda
• Pomaknite registar s PIC-om za kontrolu slijeda LED-a

Vrste registara u digitalnoj elektronici

Registri smjena kategorizirani su u vrste uglavnom prema načinu rada, bilo serijskom ili paralelnom.

Postoji šest (6) osnovnih tipova registara pomaka koji su navedeni u nastavku, iako se neki od njih mogu dalje podijeliti na temelju smjera protoka podataka ili pomicanje udesno ili pomak ulijevo.

1. Serijski ulaz - registar za pomicanje serijskog izlaza (SISO)

2. Serijski ulaz - registar paralelnog pomaka (SIPO)

3. Paralelni ulaz - paralelni izlazni registar pomaka (PIPO)

4. Paralelni ulaz - registar za pomicanje serijskih izlaza (PISO)

5. Dvosmjerni registri smjena

6. Brojači

1. Serijski ulaz - serijski izlazni registri za pomicanje

Serijski ulaz - Registri pomicanja serijskog izlaza su registri pomicanja koji serijski struje podatke (jedan bit po ciklusu takta) i istječuju podatke na isti način, jedan za drugim.

Jednostavan serijski ulazni - serijski izlazni 4-bitni pomični registar prikazan je gore, registar se sastoji od 4 flip flopa, a dolje je objašnjena analiza njegovog rada;

Prilikom pokretanja, registar pomaka se prvo briše, prisiljavajući izlaze svih japanki na nulu, a ulazni podaci se zatim serijski primjenjuju na ulaz, jedan po jedan bit.

Postoje dva osnovna načina premještanja podataka kroz SISO registar smjena;

1. Nerazorno očitavanje
2. Destruktivno očitavanje

• Nerazorno očitavanje

Registri pomaka bez ikakvog razaranja, uvijek imaju način rada čitanja / pisanja s dodatnim retkom koji omogućuje prebacivanje između načina rada čitanja i pisanja.

Kada je uređaj u operativnom načinu "write", registar pomaka pomiče svaki podatak po jedan bit, ponašajući se točno poput verzije destruktivnog očitanja i podaci se time gube, ali kada se operativni način rada prebaci na "read", podaci se koji su pomaknuti na ulazu vraća se u sustav i služe kao ulaz u registar pomaka. To osigurava da podaci ostanu dulje (sve dok ostaju u načinu čitanja)

• Destruktivno očitavanje

Za destruktivna očitavanja, podaci se u potpunosti gube jer flip flop samo prebacuje informacije. Pod pretpostavkom da je gore navedeni 4-bitni pomični registar, želimo poslati riječ "1101". Nakon brisanja registra pomaka, izlaz svih japanki postaje 0, pa tijekom prvog ciklusa takta dok serijski primjenjujemo ove podatke (1101), izlazi japanki izgledaju poput donje tablice.

Prvi ciklus sata:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

Drugi ciklus takta:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

Treći ciklus sata:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

Četvrti ciklus sata:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. Serijski ulaz - paralelni izlazni registar za pomicanje

Druga vrsta registara pomaka koji ćemo razmotriti je serijski ulazni paralelni registar pomaka poznat i kao SIPO registar smjene. Ove vrste registara pomaka koriste se za pretvorbu podataka iz serijskog u paralelni. Podaci dolaze jedan za drugim po taktu i mogu se pomaknuti i zamijeniti ili očitati na svakom izlazu. To znači da kada se podaci čitaju, svaki očitan bit postaje istovremeno dostupan na njihovoj izlaznoj liniji (Q0 - Q3 za 4-bitni registar pomaka prikazan u nastavku).

4-bitni serijski ulaz - paralelni izlazni registar pomaka prikazan je na donjoj slici.

Tablica koja prikazuje kako se podaci premještaju iz serijskog u - paralelni izlazni 4-bitni registar pomaka prikazana je u nastavku, s podacima kao 1001.

Čisto	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

Dobar primjer serijskog ulaznog - paralelnog izlaznog registra pomaka je registar smjene 74HC164, koji je 8-bitni pomični registar.

Uređaj sadrži dva serijska ulaza podataka (DSA i DSB), osam paralelnih izlaza podataka (Q0 do Q7). Podaci se unose serijski putem DSA-a ili DSB-a i bilo koji se ulaz može koristiti kao aktivna HIGH mogućnost za unos podataka preko drugog ulaza. Podaci se pomiču na prijelazima NIZKO-VISOKO na ulazu takta (CP). LOW na glavnom reset ulazu (MR) briše registar i forsira sve izlaze LOW, neovisno o ostalim ulazima. Ulazi uključuju stezne diode. To omogućuje upotrebu otpornika koji ograničavaju struju za povezivanje ulaza na napone veće od VCC.

3. Paralelni ulaz - serijski izlazni registar za pomicanje

U paralelnom ulazu - serijski izlazni registar pomaka, podaci se isporučuju paralelno, na primjer, razmotrite 4-bitni registar prikazan u nastavku.

Ovaj se registar može koristiti za pohranu i pomicanje 4-bitne riječi, s upravljačkim ulazom za upisivanje / pomak (WS) koji kontrolira način rada registra za pomak. Kada je WS kontrolna linija niska (način pisanja), podaci se mogu zapisati i uvrstiti preko D0 do D3. Da bi se podaci serijski pomaknuli, WS kontrolna linija dovodi se HIGH (način pomicanja), registar zatim prebacuje podatke na ulaz sata. Paralela u serijskom našem Shift Registru naziva se i PISO Shift registar.

Dobar primjer paralelnog ulaznog - serijskog izlaznog registra je 8-bitni pomični registar 74HC165, mada se njime može upravljati i kao serijski ulazno - serijski izlazni registar pomaka.

Uređaj sadrži serijski ulaz podataka (DS), osam paralelnih ulaza podataka (D0 do D7) i dva komplementarna serijska izlaza (Q7 i Q7 '). Kada je paralelni ulaz opterećenja (PL) LOW, podaci od D0 do D7 asinhrono se učitavaju u registar pomaka. Kada je PL VISOK, podaci serijski ulaze u registar na DS-u. Kad je ulaz za omogućavanje sata (CE) LOW, podaci se prebacuju na prijelazima LOW-to-HIGH na CP ulazu. HIGH na CE onemogućit će CP ulaz. Ulazi toleriraju prenapon na 15 V. To omogućuje upotrebu uređaja u aplikacijama za pomicanje razine VISOKO-NISKO.

Funkcionalni dijagram registra smjena prikazan je u nastavku;

Vremenski dijagram za sustav prikazan je na donjoj slici;

4. Paralelni ulaz - Paralelni izlazni registar pomaka

Za paralelni paralelni izlazni registar pomaka, izlazni podaci na paralelnim izlazima pojavljuju se istovremeno dok se ulazni podaci unose. Ova vrsta registra pomaka naziva se i PIPO Shift registar.

Ulazni podaci na svakom od ulaznih pinova od D0 do D3 čitaju se istodobno kada je uređaj taktiran, a istodobno se podaci očitani sa svakog ulaza odaju na odgovarajućem izlazu (iz Q0 do Q3).

74HC195 pomak registar je višenamjenski pomak registar da je sposoban za rad u većini od načina opisanih u svim vrstama smo raspravljali do sada osobito kao paralelno u - paralelno se posmični registar.

5. Dvosmjerni registri smjena

Registri pomaka mogli bi izvoditi desni ili lijevi pomak podataka, ili oboje, ovisno o vrsti registra pomaka i njihovoj konfiguraciji. U operacijama desnog pomaka binarni podaci dijele se s dva. Ako je ova operacija obrnuta, binarni se podaci množe s dva. Uz prikladnu primjenu kombinacijske logike, serijski pomični registar može se konfigurirati za izvođenje obje operacije.

Razmotrimo 4-bitni registar na donjoj slici. Nekoliko NAND vrata konfigurirano je kao ILI vrata i koriste se za upravljanje smjerom pomaka, bilo desno ili lijevo.

Kontrolna crta lijevo / pisano koristi se za određivanje smjera u kojem se podaci pomiču, bilo desno ili lijevo.

Dobar je primjer registar dvosmjernog pomaka 74HC194. Registar može raditi u svim načinima i varijacijama serijskog i paralelnog ulaza ili izlaza. Funkcionalni dijagram 74HC194 koji ističe upravljačku liniju, sat, ulazne i izlazne pinove prikazan je u nastavku.

Dijagram vremena uređaja je također prikazan u nastavku. To će vam bolje pomoći da shvatite kako kontrolna linija kontrolira radnje registra.

6. Brojači

Brojači, koji se ponekad nazivaju rotirajućim pomičnim registrom, u osnovi su registri pomicanja čiji se izlazi vraćaju natrag u uređaj kao ulazi na takav način da stvara određeni obrazac. Takve vrste registara nazivaju se brojačima zbog uzorka i slijeda koji pokazuju. Najpopularnija vrsta brojača registara smjene su brojači prstenova.

Pult brojača

Prstenasti brojači su u osnovi vrsta brojača kod kojih se izlaz najznačajnijeg bita vraća natrag kao ulaz u najmanje značajni bit. 4-bitni brojač prstena prikazan je na donjem dijagramu pomoću D japanki.

Kada se primijeni impuls sata, izlaz svake faze prebacuje se na sljedeći, a ciklus nastavlja. Kada je Clear jasno postavljen, sve se japanke, osim one prve (koja se postavi na 1), resetiraju na nulu.

Primjene Shift registara

Shift registri se koriste u velikom broju aplikacija od kojih su neke;

1. Paralelno sa serijskom pretvorbom, gdje se koriste za smanjenje broja žica ili linija potrebnih za komunikaciju između dva uređaja, budući da serijska komunikacija obično zahtijeva samo dvije žice u usporedbi s paralelnom, što ovisi o broju bitova koji se šalju.

2. IO proširenje za mikrokontrolere. U suvremenoj se elektronici IO pinovi mikrokontrolera nazivaju nekretninama i treba što je više moguće za određene primjene, poput uključivanja 100 led dioda ili očitavanja 100 reed prekidača nečim poput Arduina ili Atmeg328p mikrokontrolera. Na primjer, donji shematski prikaz ilustrira kako se serijski prema paralelnom pomičnom registru može koristiti za upravljanje 8 LED-a, koristeći samo tri IO-pina mikrokontrolera.

3. Koriste se u državnim registrima koji se koriste u sekvencijalnim uređajima. Poput stroja s konačnom memorijom, sljedeće stanje uređaja uvijek se određuje pomicanjem i umetanjem novih podataka u prethodni položaj.

4. Još jedna glavna primjena nalazi se u Vremenskim odgodama. Registri pomaka koriste se za vremensko kašnjenje u uređajima, s time da vrijeme podešava sat, ili se povećava kaskadnim registrom pomaka ili smanjuje uzimajući izlaz iz donjeg značajnog bita.

Vremensko kašnjenje obično se izračunava pomoću formule;

t = N * (1 / fc)

N je broj bljeskalice u kojoj se uzima izlaz, Fc je frekvencija takta i t koja je vrijednost koja se određuje količina vremena za koje će izlaz kasniti.

Kada odabirete registar smjene za određeni zadatak zbog širokog raspona i vrste, važno je odabrati onaj koji odgovara vašim potrebama, uzimajući u obzir stvari kao što su način rada, veličina bita (broj japanki), desno ili lijevo ili dvosmjerno itd.

Neki od najpopularnijih registara smjena su;

1. 74HC 194 4-bitni dvosmjerni univerzalni pomični registar
2. 74HC 198 8-bitni dvosmjerni univerzalni pomični registar
3. 74HC595 Serijski-u-paralelni-izlazni registar pomaka
4. 74HC165 Parallel-In-Serial-Out registar pomaka
5. IC 74291 4-bitni univerzalni pomični registar, binarni brojač prema gore / dolje, sinkroni.
6. IC 74395 4-bitni univerzalni pomični registar s izlazima s tri stanja.
7. IC 74498 8-bitni dvosmjerni pomični registar s paralelnim ulazima i izlazima s tri stanja.
8. IC 74671 4-bitni dvosmjerni pomični registar.
9. IC 74673 16-bitni serijski ulazni serijski izlazni pomakni registar s izlaznim registrima za pohranu.
10. IC 74674 16-bitni paralelni ulazni serijski izlazni pomični registar s izlazima s tri stanja.

Postoji još nekoliko njih, samo morate pronaći koja najbolje odgovara vašoj aplikaciji.

Hvala na čitanju, do sljedećeg puta.