Схема сдвигового регистра. Сдвиговые регистры: принцип работы, типы и применение в цифровых схемах

Что такое сдвиговый регистр и как он работает. Какие бывают типы сдвиговых регистров. Для чего используются сдвиговые регистры в цифровых схемах. Как применять сдвиговые регистры на практике.

Что такое сдвиговый регистр и принцип его работы

Сдвиговый регистр — это последовательное цифровое устройство, состоящее из цепочки триггеров, которое позволяет осуществлять сдвиг битов информации вправо или влево. Принцип работы сдвигового регистра основан на последовательной передаче состояния одного триггера следующему при подаче тактовых импульсов.

Основные компоненты сдвигового регистра:

• Цепочка D-триггеров
• Вход данных
• Тактовый вход
• Выходы триггеров

При подаче тактового импульса происходит следующее:

1. Состояние на входе данных записывается в первый триггер
2. Состояние первого триггера передается во второй
3. Состояние второго триггера передается в третий и т.д.

Таким образом осуществляется сдвиг битов информации по регистру. Количество триггеров определяет разрядность регистра.

Основные типы сдвиговых регистров

Существует несколько основных типов сдвиговых регистров:

1. Последовательный вход — последовательный выход (SISO)

Данные подаются последовательно на вход и снимаются последовательно с выхода. Используется для задержки сигнала.

2. Последовательный вход — параллельный выход (SIPO)

Данные подаются последовательно, а считываются параллельно со всех выходов триггеров. Применяется для преобразования последовательного кода в параллельный.

3. Параллельный вход — последовательный выход (PISO)

Данные загружаются параллельно во все триггеры, а считываются последовательно. Используется для преобразования параллельного кода в последовательный.

4. Параллельный вход — параллельный выход (PIPO)

Данные загружаются и считываются параллельно. По сути является регистром хранения.

Применение сдвиговых регистров в цифровых схемах

Сдвиговые регистры широко используются в цифровых схемах для выполнения различных функций:

• Преобразование последовательного кода в параллельный и обратно
• Задержка цифрового сигнала
• Хранение информации
• Формирование последовательности импульсов
• Умножение и деление двоичных чисел
• Реализация генераторов псевдослучайных чисел
• Построение счетчиков и делителей частоты

Одно из ключевых применений — расширение числа выходов микроконтроллера. С помощью сдвигового регистра можно управлять большим количеством устройств, используя всего несколько линий микроконтроллера.

Популярные микросхемы сдвиговых регистров

Некоторые часто используемые микросхемы сдвиговых регистров:

• 74HC595 — 8-битный SIPO регистр
• 74HC165 — 8-битный PISO регистр
• 74HC164 — 8-битный SISO регистр
• CD4021B — 8-битный PISO регистр
• 74HC299 — 8-битный универсальный регистр

Эти микросхемы позволяют легко реализовать функции сдвиговых регистров в цифровых устройствах.

Как использовать сдвиговый регистр на практике

Рассмотрим практический пример использования сдвигового регистра 74HC595 для управления светодиодами:

1. Подключите микросхему 74HC595 к микроконтроллеру:
   • DS (вход данных) — к цифровому выходу
   • SHCP (тактовый вход) — к цифровому выходу
   • STCP (вход защелки) — к цифровому выходу
2. Подключите светодиоды к выходам Q0-Q7 микросхемы через резисторы
3. Напишите код для передачи данных в регистр:

   
   void shiftOut(uint8_t data) {
     for (int i = 7; i >= 0; i--) {
       digitalWrite(DS_PIN, (data >> i) & 1);
       digitalWrite(SHCP_PIN, HIGH);
       digitalWrite(SHCP_PIN, LOW);
     }
     digitalWrite(STCP_PIN, HIGH);
     digitalWrite(STCP_PIN, LOW);
   }
   

4. Вызывайте функцию shiftOut() для управления светодиодами:

   
   shiftOut(0b10101010); // Включит четные светодиоды
   

Этот пример демонстрирует, как с помощью всего 3 выводов микроконтроллера можно управлять 8 светодиодами, используя сдвиговый регистр.

Преимущества использования сдвиговых регистров

Применение сдвиговых регистров в цифровых схемах дает ряд существенных преимуществ:

• Экономия выводов микроконтроллера
• Упрощение разводки печатной платы
• Снижение нагрузки на выходы микроконтроллера
• Возможность каскадирования для увеличения числа выходов
• Высокая скорость работы
• Низкое энергопотребление

Эти преимущества делают сдвиговые регистры незаменимыми компонентами во многих цифровых устройствах.

Ограничения и особенности работы со сдвиговыми регистрами

При использовании сдвиговых регистров следует учитывать некоторые ограничения и особенности:

• Последовательный ввод данных занимает больше времени, чем параллельный
• Необходимость тактирования для передачи данных
• Ограниченное быстродействие при большом количестве каскадированных регистров
• Чувствительность к помехам в линиях передачи данных и тактирования
• Необходимость учета времени установки и удержания сигналов

Понимание этих особенностей позволяет правильно применять сдвиговые регистры и избегать ошибок в работе схемы.

Заключение

Сдвиговые регистры являются мощным инструментом в арсенале разработчика цифровых устройств. Они позволяют эффективно решать задачи преобразования и передачи данных, расширения возможностей микроконтроллеров и оптимизации цифровых схем. Понимание принципов работы и особенностей применения сдвиговых регистров открывает широкие возможности для создания сложных и функциональных цифровых устройств.

Сдвиговый регистр | Электроника для всех

Иногда требуется ОЧЕНЬ много выходных портов. Особенно если хотим сделать что нибудь на светодиодах. Гирлянду какую-нибудь навороченную. Что делать? Брать под это дело

ATMega128 с ее полусотней выводов? Избыточно — для ламеров. Ставить i²с расширитель портов? Дорого. Для мажоров. Тут на помощь из вековых глубин выплывает старая добрая дискретная логика. На этот раз нас выручит грошовый сдвиговый регистр. Возьму, для примера, 74HC164 он же, для любителей совковых трешевых микросхем в неубиваемом каменном корпусе, наш КM555ИР8.

У него есть 8 выходов и четыре входа. R-сброс, С-тактовый, А1 и А2 вход. На самом деле, внутри они заведены через логический элемент 2И-НЕ и идут на D триггеры. D — это такой тип триггера, который по тактовому импульсу схватывает и отправляет на выход то, что у него на входе. Как видишь, тут они цепью стоят ,передавая бит от одного к другому и нет принципиальной разницы сколько их тут будет, восемь штук или восемь миллиардов. Но чем больше, тем дольше по этой эстафете гнать данные до конца. Поэтому мы смело можем эти регистры соединять последовательно.

Получается вот такая схема:

От МК, как видно, требуется только четыре выхода. Одним (RESET) мы сбрасываем состояние регистра. Из второго (Data) побитно вылазит байтик, а тактовый CLC обеспечивает продвижение битов по регистру. Самих регистров тут три. Они сцеплены паровозом. Когда переполняется первый, то биты из него вылазят во второй, потом в третий. Итого, 24 вывода.
Катоды диодов подключены все вместе через транзистор и как только будет слово мы подаем сигнал Ready и зажигаем всю эту ботву.

Наполнять регистр просто:
1) Поднимаем и держим RESET в 1
2) Выдаем первый (старший) бит на Data.
3) Опускаем в 0 и поднимаем в 1 тактовый выход. На восходящем фронте происходит занос в регистр и сдвиг всей цепочки на один шаг.
4) Повторить со второго пункта пока все биты не выдадим.

А для сброса достаточно уронить Reset в ноль на пару микросекунд.
Все просто 🙂

З.Ы.
Кружок на входе регистра означает, что вход инверсный. Т.е. подал ноль — сработало
Треугольник на входе показывает по какому фронту произойдет срабатывание. Запомнить просто: _/ \_ — это, типа, импульс. А треугольник, как стрелочка, указывает на нужный фронт. ->_/ \_ передний (восходящий фронт) и _/ \_<- задний (нисходящий фронт)

Ну и даташитик напоследок, а еще протеусовская модель, где можно вручную переключателем поперетыкать уровень на входе и потыкать кнопку тактового входа. Правда я там поленился на диоды питание заводить — там по квадратикам логических уровней итак все видно хорошо 🙂

Цифровые схемы — сдвиговые регистры

Мы знаем, что один триггер может хранить один бит информации. Чтобы хранить несколько битов информации, нам нужно несколько триггеров. Группа триггеров, которые используются для хранения (хранения) двоичных данных, называется регистром

.

Если регистр способен сдвигать биты либо вправо, либо влево, это называется регистром сдвига . Регистр сдвига битов «N» содержит триггеры «N». Ниже приведены четыре типа регистров сдвига, основанные на применении входов и доступе к выходам.

• Serial In — сдвиговый регистр Serial Out
• Серийный вход — параллельный выходной регистр сдвига
• Параллельный вход — сдвиговый регистр последовательного выхода
• Параллельный вход — сдвиговый регистр параллельного выхода

Серийный вход — Серийный выход (SISO) Сдвиговый регистр

Сдвиговый регистр, который допускает последовательный ввод и производит последовательный вывод, известен как сдвиговый регистр Serial In — Serial Out (SISO) . Блок-схема 3-битного регистра сдвига SISO показана на следующем рисунке.

Эта блок-схема состоит из трех D-триггеров, которые каскадируются

. Это означает, что выход одного D-триггера подключен как вход следующего D-триггера. Все эти триггеры синхронны друг с другом, поскольку к каждому из них применяется один и тот же тактовый сигнал.

В этом регистре сдвига мы можем посылать биты последовательно со входа самого левого D-триггера. Следовательно, этот вход также называется последовательным входом . При каждом срабатывании положительного фронта тактового сигнала данные перемещаются с одной ступени на другую. Таким образом, мы можем получать биты последовательно с выхода самого правого D-триггера. Следовательно, этот выход также называется последовательным выходом .

пример

Давайте посмотрим, как работает 3-битный регистр сдвига SISO, посылая двоичную информацию «011» из LSB в MSB последовательно на входе.

Предположим, что начальный статус D-триггеров слева направо равен Q2Q1Q0=000. Мы можем понять работу 3-битного регистра сдвига SISO из следующей таблицы.

Нет положительного края часов	Последовательный ввод	Q 2	Q 1	Q 0
0	—	0	0	0
1	1 (LSB),	1	0	0
2	1	1	1	0
3	0 (СЗБ)	0	1	1 (LSB),
4	—	—	0	1
5	—	—	—	0 (СЗБ)

Начальное состояние D-триггеров в отсутствие тактового сигнала: Q2Q1Q0=000. Здесь последовательный вывод исходит из Q0. Таким образом, LSB (1) принимается на 3- ^м положительном фронте тактового сигнала, а MSB (0) принимается на 5- ^м положительном фронте тактового сигнала.

Следовательно, 3-битный сдвиговый регистр SISO требует пяти тактовых импульсов для получения действительного выхода. Аналогично, N-битный сдвиговый регистр SISO требует 2N-1 тактовых импульсов для сдвига «N» битовой информации.

Сдвиговый регистр Serial In — Parallel Out (SIPO)

Сдвиговый регистр, который допускает последовательный ввод и производит параллельный вывод, известен как сдвиговый регистр Serial In — Parallel Out (SIPO) . Блок-схема 3-битного регистра сдвига SIPO показана на следующем рисунке.

Эта схема состоит из трех D-триггеров, которые каскадно. Это означает, что выход одного D-триггера подключен как вход следующего D-триггера. Все эти триггеры синхронны друг с другом, поскольку к каждому из них применяется один и тот же тактовый сигнал.

В этом регистре сдвига мы можем посылать биты последовательно со входа самого левого D-триггера. Следовательно, этот вход также называется последовательным входом . При каждом срабатывании положительного фронта тактового сигнала данные перемещаются с одной ступени на другую. В этом случае мы можем получить доступ к выходам каждого D триггера параллельно. Итак, мы получим параллельные выходы из этого регистра сдвига.

пример

Давайте посмотрим, как работает 3-битный регистр сдвига SIPO, посылая двоичную информацию «011» из LSB в MSB последовательно на входе.

Предположим, что начальный статус D-триггеров слева направо равен Q2Q1Q0=000. Здесь Q2 & Q0 — это MSB и LSB соответственно. Мы можем понять работу 3-битного сдвигового регистра SIPO из следующей таблицы.

Нет положительного края часов	Последовательный ввод	Q 2 (MSB)	Q 1	Q 0 (LSB)
0	—	0	0	0
1	1 (LSB),	1	0	0
2	1	1	1	0
3	0 (СЗБ)	0	1	1

Начальное состояние D-триггеров в отсутствие тактового сигнала: Q2Q1Q0=000. Двоичная информация «011» получается параллельно на выходах D триггеров для третьего положительного фронта тактового сигнала.

Итак, 3-битный сдвиговый регистр SIPO требует три тактовых импульса для получения действительного выхода. Аналогично, N-битный сдвиговый регистр SIPO требует N тактовых импульсов для сдвига «N» битовой информации.

Сдвиговый регистр параллельного входа — последовательного выхода (PISO)

Сдвиговый регистр, который допускает параллельный ввод и производит последовательный выход, известен как сдвиговый регистр Parallel In-Serial Out (PISO) . Блок-схема 3-битного регистра сдвига PISO показана на следующем рисунке.

Эта схема состоит из трех D-триггеров, которые каскадно. Это означает, что выход одного D-триггера подключен как вход следующего D-триггера. Все эти триггеры синхронны друг с другом, поскольку к каждому из них применяется один и тот же тактовый сигнал.

В этом регистре сдвига мы можем применить параллельные входы к каждому D-триггеру, установив Preset Enable в 1. Для каждого срабатывания положительного фронта тактового сигнала данные сдвигаются от одного этапа к следующему. Итак, мы получим последовательный вывод с самого правого D-триггера.

пример

Давайте посмотрим, как работает 3-битный регистр сдвига PISO, применяя двоичную информацию «011» параллельно через предустановленные входы.

Так как предустановленные входные данные применяются до положительного фронта тактового сигнала, начальное состояние D-триггеров от крайнего левого к правому будет Q2Q1Q0=011. Мы можем понять работу 3-битного регистра сдвига PISO из следующей таблицы.

Нет положительного края часов	Q 2	Q 1	Q 0
0	0	1	1 (LSB),
1	—	0	1
2	—	—	0 (LSB)

Здесь последовательный вывод исходит из Q0. Таким образом, LSB (1) принимается до применения положительного фронта тактового сигнала, а MSB (0) принимается на 2- ^ом положительном фронте тактового сигнала.

Следовательно, 3-битный регистр сдвига PISO требует двух тактовых импульсов для получения действительного выхода. Аналогично, N-битный регистр сдвига PISO требует N-1 тактовых импульсов, чтобы сдвигать N-битную информацию.

Регистр сдвига параллельного входа — параллельного выхода (PIPO)

Сдвиговый регистр, который допускает параллельный ввод и производит параллельный вывод, известен как сдвиговый регистр Parallel In — Parallel Out (PIPO) . Блок-схема 3-битного регистра сдвига PIPO показана на следующем рисунке.

Эта схема состоит из трех D-триггеров, которые каскадно. Это означает, что выход одного D-триггера подключен как вход следующего D-триггера. Все эти триггеры синхронны друг с другом, поскольку к каждому из них применяется один и тот же тактовый сигнал.

В этом регистре сдвига мы можем применить параллельные входы к каждому D-триггеру, установив Preset Enable в 1. Мы можем применить параллельные входы через предустановку или сброс. Эти два являются асинхронными входами. Это означает, что триггеры производят соответствующие выходные данные, основываясь на значениях асинхронных входных данных. В этом случае влияние выходов не зависит от тактового перехода. Итак, мы получим параллельные выходы от каждого D-триггера.

пример

Давайте посмотрим, как работает 3-битный регистр сдвига PIPO, применяя двоичную информацию «011» параллельно через предустановленные входы.

Так как предустановленные входные данные применяются до положительного фронта тактового сигнала, начальное состояние D-триггеров от крайнего левого к правому будет Q2Q1Q0=011. Таким образом, двоичная информация «011» получается параллельно на выходах D триггеров перед применением положительного фронта тактового сигнала.

Следовательно, 3-битный регистр сдвига PIPO требует нулевых тактовых импульсов для получения действительного выхода. Аналогично, N-битный регистр сдвига PIPO не требует никакого тактового импульса для сдвига информации «N» битов.

Что такое регистр? Регистр сдвига.

Регистр. Регистр сдвига

Регистр это устройство, выполненное на триггерах для выполнения ряда действий с двоичными числами. Для тех, кто не знает, что такое триггер, рекомендуем познакомиться с простейшим RS-триггером.

Наиболее простая функция регистров — это запоминание числа и его длительное хранение. Эти устройства так и называются – регистры хранения. Вот простейший пример.

На входы D0 – D2 подаётся число, которое необходимо сохранить. Как только на входе С появляется импульс синхронизации, число записывается в триггер, изменяя их состояние. На рисунке показан трёхразрядный регистр хранения. При подаче на входы числа 111₂ оно же появится на прямых выходах триггеров (Q0 — Q2). На инверсных выходах (Q0 — Q2) будет, естественно 000₂. Сигналом R (Reset) или сброс, триггеры устанавливаются в нулевое состояние.

Обычно используются регистры, состоящие из 4, 8, или 16 триггеров. Изображение четырёхразрядного регистра на принципиальных схемах может быть таким.

На рисунке не показаны инверсные выхода триггеров и сигнал R. Регистры всегда обозначаются латинскими буквами RG. Если регистр сдвигающий, то под обозначением рисуется стрелка направленная влево, вправо или двойная.

Сдвигающие регистры или регистры сдвига.

Регистр сдвига это устройство, состоящее из нескольких последовательно соединённых триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Регистры широко используются в вычислительной технике для преобразования кодов. Параллельного в последовательный и наоборот.

Кроме того сдвигающие регистры являются основой (АЛУ) арифметико-логического устройства, так как при сдвиге записанного в регистр двоичного числа на один разряд влево производится умножение числа на два, а при сдвиге числа на один разряд вправо число делится на два. Поэтому наибольшее распространение получили реверсивные или двунаправленные регистры.

Рассмотрим четырёхразрядный регистр сдвига, преобразующий последовательный двоичный код в параллельный. Применение последовательного кода оправдано тем, что по одной линии можно передавать огромные массивы информации. Таким примером может служить универсальная последовательная шина — USB порт любого устройства. Число триггеров в данном регистре может быть любым. Достаточно соединить прямой выход Q3 с D входом следующего триггера и так далее до достижения необходимой разрядности.

Регистр работает следующим образом. Первый информационный бит поступает на вход D0. Одновременно с этим битом приходит тактовый синхроимпульс на вход С. Входы С всех триггеров входящих в регистр, объединены между собой. С приходом первого тактового импульса уровень, находящийся на входе D0 записывается в первый триггер и с выхода Q0 приходит на вход следующего триггера, но записи во второй триггер не происходит, так как синхроимпульс уже закончился.

При поступлении следующего тактового импульса уровень, присутствующий на входе второго триггера запоминается в нём и поступает на вход третьего триггера. Одновременно следующий информационный бит запоминается в первом триггере. После прихода четвёртого тактового импульса в четырёх триггерах регистра будут записаны логические уровни, которые последовательно поступали на вход D0.

Допустим это уровни 0110₂. Тогда это двоичное число можно отобразить, подключив к выходам триггеров светодиоды. Так рассмотренный регистр изображается на принципиальной схеме.

Видно, что на условном изображении присутствует стрелка — указатель того, что это сдвиговый регистр.

Рассмотрим, как работает четырёх разрядный универсальный регистр сдвига К155ИР1 (аналог — SN7495N). Вот его внутреннее устройство.

Регистр содержит четыре D-триггера, которые соединены между собой с помощью дополнительных логических элементов И – ИЛИ, которые позволяют реализовать различные функции. На схеме:

• V2 – вход управления. С его помощью выбирается режим работы регистра.

• Q1 – Q4 выходы триггеров с которых снимается параллельный код.

• V1 – вход для подачи последовательного кода.

• C1, C2 – тактовые синхроимпульсы.

• D1 – D4 – входы для записи параллельного кода.

Алгоритм работы регистра следующий. Если на вход V2 подать низкий потенциал, тактовые импульсы на C1, а на вход V1 подавать информационные биты, то регистр осуществляет сдвиг вправо. После приёма четырёх разрядов на выходах триггеров Q1 – Q4 мы получаем параллельный код. Таким образом осуществляется преобразование последовательного кода в параллельный.

Для обратного преобразования параллельный код записывается по входам D1 – D4, с подачей на вход V2 высокого потенциала и тактовых импульсов на вход С2. Затем подавая на вход V2 низкий потенциал, а тактовые импульсы на вход С1 мы сдвигаем записанный код, а с выхода последнего триггера снимается последовательный код.

По своей структуре это один из самых простых регистров сдвига.

Регистры сдвига в цифровой технике могут послужить основой, на которой собираются узлы с интересными свойствами. Это, например, кольцевые счётчики, которые называются счётчики Джонсона. Такой счётчик имеет количество состояний вдвое большее, чем число составляющих его триггеров. Например, если кольцевой счётчик состоит из трёх триггеров, то он будет иметь шесть устойчивых состояний. На вход счётчика ничего не подаётся кроме синхроимпульсов. В первоначальном состоянии все триггеры «сброшены», то есть на прямых выходах триггеров логические нули, а вот на входе D первого триггера с инверсного выхода третьего триггера находится логическая единица. Начнём подавать тактовые импульсы и процесс пошёл.

На таблице истинности хорошо видно, как изменяется двоичный код при поступлении шести тактовых импульсов.

N	Q2	Q1	Q0
1	0	0	1
2	0	1	1
3	1	1	1
4	1	1	0
5	1	0	0
6	0	0	0

Теперь вы знаете, что такое регистр и как он может использоваться на практике. Основа любого регистра — это триггер. Число триггеров в регистре определяет его разрядность. Те, кто увлекается микроконтроллерами знает, что важнейший элемент любого микроконтроллера, будь то PIC, AVR, STM или MSP, это регистр.

Главная &raquo Цифровая электроника &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Больше чипов 74xx: сдвиговые регистры и декодеры

Благодаря заметке Два способа мультиплексирования светодиодов на примере микроконтроллеров AVR мы с вами знаем, что можно управлять сотней светодиодов, используя всего лишь 11 пинов микроконтроллера. Но что делать, если нужно управлять двумястами или, скажем, тысячью светодиодами? Оказывается, что изученные способы мультиплексирования могут быть улучшены, да так, что используя всего лишь три пина микроконтроллера можно управлять абсолютно любым количеством светодиодов! И в этом нам помогут следующие микросхемы.

Примечание: Если вы пропустили предыдущий пост, посвященный микросхемам 74xx, вот он — Интегральные схемы: чипы стандартной логики 74xx. Впрочем, тот пост был посвящен логическим вентилям, и для понимания представленного далее материала читать его не требуется.

SIPO сдвиговый регистр 74HC595

Сдвиговые регистры — это микросхемы, позволяющие, очень грубо говоря, добавить пинов вашему микроконтроллеру 🙂 Для добавления пинов на запись, используются SIPO сдвиговые регистры. SIPO означает «последовательный вход, параллельный выход». Если же нужно больше пинов на чтение, используются сдвиговые регистры PISO, «параллельный вход, последовательный выход». В данном разделе мы познакомимся с типичным SIPO сдвиговым регистром, 74HC595.

Какой пин 74HC595 для чего предназначен, можно узнать из даташита [PDF]:

Если коротко, то:

• VCC, GND — это питание.
• OE — разрешение вывода. Чтобы вывод был всегда разрешен, можно подключить этот пин напрямую к минусу.
• SRCLR — сброс. Если не используется, то нужно подключить напрямую к плюсу.
• SER, SRCLK — используются для передачи данных. При подаче высокого напряжения на SRCLK происходит считывание одного бита данных с пина SER.
• RCLK — при подаче сюда высокого напряжения происходит одновременный вывод принятых данных на параллельные выходы.
• Qa-Qh — параллельные выходы. Сюда происходит вывод последних восьми полученных бит при подаче высокого напряжения на SRCLK.
• Qh’ — при получении очередного бита информации и смещении значений по параллельным выходам бит Qh на самом деле не отбрасывается, а поступает на этот пин. Подключив его к пину SER другого сдвигового регистра, а также соединив выходы RCLK и SRCLK обоих сдвиговых регистров, можно получить 16-разрядный сдвиговый регистр. Второй сдвиговый регистр в свою очередь можно соединить с третьим и так далее, получив сколь угодно разрядный регистр сдвига.

Надеюсь, идея ясна — мы последовательно передаем на сдвиговый регистр восемь бит информации по одному биту. Затем сдвиговый регистр параллельно выводит полученные биты на восемь пинов. Отсюда и «последовательный вход, параллельный выход».

Пример кода:

const uint8_t hc595_data  = 6; /* SER */
const uint8_t hc595_latch = 7; /* RCLK */
const uint8_t hc595_clock = 8; /* SRCLK */

/* … */

void setup()
{
  pinMode(hc595_data, OUTPUT);
  pinMode(hc595_latch, OUTPUT);
  pinMode(hc595_clock, OUTPUT);

  /* … */
}

/* … */

void loop()
{
  /* … */
  digitalWrite(hc595_latch, LOW);
  shiftOut(hc595_data, hc595_clock, MSBFIRST, hc595_out);
  digitalWrite(hc595_latch, HIGH);
  /* … */
  delay(100);
}

Нам даже не нужно писать никаких циклов. В Arduino уже предусмотрена готовая процедура shiftOut, которая делает все за нас.

В итоге три пина микроконтроллера эффективно превратились в восемь пинов. Если соединить несколько сдвиговых регистров, как это было описано выше, то можно вместо восьми пинов получить сколько угодно. При этом в микроконтроллере все так же будет задействовано только три пина.

Существует чип 74HC164, который предоставляет аналогичную функциональность, и имеет при этом 14 пинов вместо 16-и. Его даташит можно полистать здесь [PDF].

PISO сдвиговый регистр 74HC165

Типичным представителем PISO сдвиговых регистров является 74HC165.

Картинка из даташита [PDF]:

Назначение пинов:

• VCC, GND — питание.
• A-H — входы сдвигового регистра.
• SH — когда на этом пине низкое напряжение, происходит считывание данных с пинов A-H.
• CLK INH — что-то делает только при высоком напряжении на SH. Низкое напряжение означает разрешить использование часов (пин CLK). На практике можно подключить напрямую к земле.
• CLK — когда на SH высокое напряжение и на CLK INH низкое, при подаче на CLK низкого напряжения происходит сдвиг данных.
• Qh — выход сдвигового регистра. Одноименный выход с чертой — это инвертированный выход.
• SER — при очередном сдвиге освободившийся бит принимает значение, поданное на этот пин. Пин может быть задействован при одновременном использовании нескольких сдвиговых регистров. Или можно просто подключить к земле.

Пример кода, считывающего состояние восьми кнопок, используя всего лишь три пина:

const uint8_t hc165_data = A5; /* QH */
const uint8_t hc165_latch = A4; /* SH */
const uint8_t hc165_clock = A3; /* CLK */

/* … */

void setup()
{
  /* … */

  pinMode(hc165_data, INPUT);
  pinMode(hc165_clock, OUTPUT);
  pinMode(hc165_latch, OUTPUT);
}

uint8_t shiftIn165(uint8_t dataPin, uint8_t clockPin, uint8_t bitOrder)
{
  uint8_t value = 0;
  uint8_t i;

  for (i = 0; i < 8; ++i)
  {
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    if (bitOrder == LSBFIRST)
      value |= digitalRead(dataPin) << i;
    else
      value |= digitalRead(dataPin) << (7 — i);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
  }

  return value;
}

void loop()
{
  digitalWrite(hc165_latch, LOW);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(hc165_latch, HIGH);
  delayMicroseconds(5);

  hc595_out = shiftIn165(hc165_data, hc165_clock, MSBFIRST);

  /* … */

  delay(100);
}

Встроенная процедура shiftIn для работы с 74HC165, к сожалению, не годится, так в ней используется обратный порядок подачи сигналов LOW и HIGH на clockPin. Поэтому в приведенном коде используется собственная реализация с правильным порядком.

Декодер / демультиплексор 74HC138

В данном контексте было бы большим упущением не рассказать про демультиплексоры, так как они могут быть использованы для управления светодиодными матрицами, так же, как и сдвиговые регистры. Грубо говоря, демультиплексоры занимаются тем, что декодируют числа из бинарного представления в унарное. Типичным представителем демультиплексоров является 74HC138.

Вот иллюстрация из его даташита [PDF]:

Назначение пинов:

• VCC, GND — питание.
• A, B, C — три бита входа.
• Y0-Y7 — выход. Если на вход подан ноль в бинарном представлении, на Y0 будет подано низкое напряжение, а на все остальные выходы высокое. Если подана единица в бинарном представлении, на Y1 будет низкое напряжение, а на всех остальных выходах высокое, и так далее.
• G1, G2A, G2B — разрешение вывода. Чтобы на выходах Y0-Y7 было что-то осмысленное, на G1 должно быть подано высокое напряжение, а на G2A и G2B — низкое. Иначе на всех выходах Y0-Y7 будет высокое напряжение независимо от входов A, B и C. Пины G2A и G2B можно просто подключить к земле.

Пример кода:

const uint8_t hc138_a = 5;
const uint8_t hc138_b = 4;
const uint8_t hc138_c = 3;
const uint8_t hc138_enable = 9;

/* … */

uint8_t hc138_out = 0;

void setup()
{
  /* … */

  pinMode(hc138_a, OUTPUT);
  pinMode(hc138_b, OUTPUT);
  pinMode(hc138_c, OUTPUT);
  pinMode(hc138_enable, OUTPUT);

  /* … */
}

/* … */

void loop()
{
  /* … */

  digitalWrite(hc138_enable, LOW);
  digitalWrite(hc138_a, hc138_out & (1 << 0));
  digitalWrite(hc138_b, hc138_out & (1 << 1));
  digitalWrite(hc138_c, hc138_out & (1 << 2));
  digitalWrite(hc138_enable, HIGH);
  hc138_out = (hc138_out + 1) & B00000111;

  delay(100);
}

74HC138 может быть использован в бегущей строке. При использовании матричной схемы мультиплексирования светодиодов с его помощью можно выбирать строку светодиодной матрицы.

Существует также чип 74HC154. Он аналогичен по функциональности, но более громоздок и является четырехбитным. Его даташит можно полистать здесь [PDF].

Как несложно догадаться, если есть демультиплексоры, значит бывают и мультиплексоры. Они в каком-то смысле аналогичны PISO сдвиговым регистрам, так как позволяют увеличить количество читающих пинов микроконтроллера. В качестве примеров можно привести чипы 74HC151 и 74HC153. Их даташиты доступны, соответственно, здесь [PDF] и здесь [PDF].

Fun fact! При помощи мультиплексора можно реализовать произвольную логическую функцию, подключив его входы напрямую к питанию или земле в соответствии с таблицей истинности и используя управляющие сигналы, как входные данные.

Полная версия кода

Вы, конечно же, поняли, что приведенные выше отрывки кода являются частью одной программы. Вот ее полный исходный код:

#include <Arduino.h>

const uint8_t hc595_data  = 6; /* SER */
const uint8_t hc595_latch = 7; /* RCLK */
const uint8_t hc595_clock = 8; /* SRCLK */

const uint8_t hc138_a = 5;
const uint8_t hc138_b = 4;
const uint8_t hc138_c = 3;
const uint8_t hc138_enable = 9;

const uint8_t hc165_data = A5; /* QH */
const uint8_t hc165_latch = A4; /* SH */
const uint8_t hc165_clock = A3; /* CLK */

uint8_t hc595_out = 0;
uint8_t hc138_out = 0;

void setup()
{
  pinMode(hc595_data, OUTPUT);
  pinMode(hc595_latch, OUTPUT);
  pinMode(hc595_clock, OUTPUT);

  pinMode(hc138_a, OUTPUT);
  pinMode(hc138_b, OUTPUT);
  pinMode(hc138_c, OUTPUT);
  pinMode(hc138_enable, OUTPUT);

  pinMode(hc165_data, INPUT);
  pinMode(hc165_clock, OUTPUT);
  pinMode(hc165_latch, OUTPUT);
}

uint8_t shiftIn165(uint8_t dataPin, uint8_t clockPin, uint8_t bitOrder)
{
  uint8_t value = 0;
  uint8_t i;

  for (i = 0; i < 8; ++i)
  {
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    if (bitOrder == LSBFIRST)
      value |= digitalRead(dataPin) << i;
    else
      value |= digitalRead(dataPin) << (7 — i);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
  }

  return value;
}

void loop()
{
  digitalWrite(hc165_latch, LOW);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(hc165_latch, HIGH);
  delayMicroseconds(5);

  hc595_out = shiftIn165(hc165_data, hc165_clock, MSBFIRST);

  digitalWrite(hc595_latch, LOW);
  shiftOut(hc595_data, hc595_clock, MSBFIRST, hc595_out);
  digitalWrite(hc595_latch, HIGH);

  digitalWrite(hc138_enable, LOW);
  digitalWrite(hc138_a, hc138_out & (1 << 0));
  digitalWrite(hc138_b, hc138_out & (1 << 1));
  digitalWrite(hc138_c, hc138_out & (1 << 2));
  digitalWrite(hc138_enable, HIGH);
  hc138_out = (hc138_out + 1) & B00000111;

  delay(100);
}

Фотография соответствующего прототипа на макетной плате:

Используемые чипы слева направо — микроконтроллер ATmega328P, SIPO сдвиговый регистр 74HC595, демультиплексор 74HC138, PISO сдвиговый регистр 74HC165. Состояние восьми кнопок считывается через 74HC165. Светодиоды слева, соответствующие нажатым кнопкам, не горят, а отпущенным — горят. Состояние этих светодиодов контролируется через 74HC595. На фото я зажал три правые кнопки карандашом и потому три соответствующих им светодиода не горят. Еще восемь светодиодов справа контролируются демультиплексором 74HC138. Их состояние зависит только от времени, по очереди гаснет один светодиод.

Примечание: Вас могут заинтересовать статьи Как собрать Arduino прямо на макетной плате и Собираем USB-программатор для AVR из ATmega328P и FT232.

Заключение

Еще из интересных чипов стоит упомянуть шинный формирователь 74HC244. Это штука, которая может как бы отрезать одну часть цепи от другой. Если добавить в цепь 74HC04 (логическое НЕ), то при помощи 74HC244 можно будет использовать одни и те же пины для работы с SIPO и PISO сдвиговыми регистрами, плюс один пин для переключения между ними. Итого, если микроконтроллер имеет четыре пина, он может работать с любым количеством кнопок и светодиодов. У самого маленького известного мне микроконтроллера ATtiny13 целых пять свободных пинов, что позволяет обойтись и без 74HC04. Подробности о 74HC244 ищите в даташите [PDF], там все очень просто.

Также заслуживает внимания чип 74HC4051. Эта штука позволяет соединить аналоговый канал с любым из 8 других аналогвых каналов, или разъединить их все. Мне нравится думать о 74HC4051, как о переключателе, управляемом программного. Подробности — в даташите [PDF].

В контексте увеличения числа пинов микроконтроллера стоит также упомянуть чипы MCP23017 / MCP23S17 [PDF] и специализированные чипы для управления светодиодными матрицами вроде MAX7221 [PDF]. Интересны они тем, что предлагая функциональность, аналогичную функциональности сдвиговых регистров и декодеров, могут занимать меньше места на плате. Если же вы хотите увеличить числ ШИМ-пинов, обратите внимание на микросхему TLC5940 (видеообзор, библиотека). Однако обсуждение данных микросхем уже сильно выходит за рамки данного поста. Вы без труда сможете изучить их самостоятельно в качестве домашнего задания.

Итак, теперь вы знаете все необходимое, чтобы делать при помощи светодиодов потрясающие вещи, вроде таких или даже таких. Полную версию исходников к посту вы найдете в этом репозитории на GitHub. Как обычно, буду весьма рад вашим вопросам и дополнениям.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать посты Знакомство с компараторами на примере чипа LM339 и Изучаем работу операционного усилителя на примере NE5532.

Метки: Электроника.

Цифровые регистры — CoderLessons.com

Триггер представляет собой 1-битную ячейку памяти, которая может использоваться для хранения цифровых данных. Чтобы увеличить объем памяти с точки зрения количества бит, мы должны использовать группу триггеров. Такая группа триггеров называется Регистром . N-битный регистр будет состоять из n номеров триггера, и он способен хранить n-битное слово.

Двоичные данные в регистре можно перемещать в регистре с одного триггера на другой. Регистры, которые позволяют такие передачи данных, называются сдвиговыми регистрами . Существует четыре режима работы сдвигового регистра.

• Последовательный вход Последовательный выход
• Последовательный вход параллельный выход
• Параллельный вход Последовательный выход
• Параллельный вход Параллельный выход

Последовательный вход Последовательный выход

Пусть все триггеры изначально находятся в состоянии сброса, т.е. Q ₃ = Q ₂ = Q ₁ = Q ₀ = 0. Если в регистр внесена запись четырехбитового двоичного числа 1 1 1 1, это число должно быть применяется к биту D _с битом LSB, примененным первым. Вход D FF-3, т. Е. D ₃ , подключен к последовательному входу данных D _in . Выход FF-3, т.е. Q ₃ , подключен ко входу следующего триггера, т.е. D ₂ и так далее.

Блок-схема

операция

Перед применением тактового сигнала, пусть Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 0000 и применяет бит LSB числа, которое нужно ввести в D _in . Так что D _в = D ₃ = 1. Применить часы. На первом заднем фронте тактовой частоты устанавливается FF-3, и сохраненное слово в регистре имеет вид Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1000.

Применить следующий бит к D _в . Таким образом, D _in = 1. Как только наступит следующий отрицательный фронт тактовых импульсов, FF-2 установится, и сохраненное слово изменится на Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1100.

Примените следующий сохраняемый бит, т.е. от 1 до D _in . Применить тактовый импульс. Как только третий отрицательный край тактового импульса достигнет значения, будет установлен FF-1 и выходной сигнал будет изменен на Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1110.

Аналогично, с D _in = 1 и с приходом четвертого отрицательного тактового фронта сохраненное слово в регистре равно Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1111.

Таблица правды

Волновые

Последовательный вход Параллельный выход

• При таких типах операций данные вводятся последовательно и выводятся параллельно.

• Данные загружаются по крупицам. Выходы отключены, пока данные загружаются.

• Как только загрузка данных завершится, все триггеры содержат свои необходимые данные, выходы будут включены, чтобы все загруженные данные стали доступны по всем выходным линиям одновременно.

• Для загрузки четырехбитного слова требуется 4 такта. Следовательно, скорость работы в режиме SIPO такая же, как в режиме SISO.

При таких типах операций данные вводятся последовательно и выводятся параллельно.

Данные загружаются по крупицам. Выходы отключены, пока данные загружаются.

Как только загрузка данных завершится, все триггеры содержат свои необходимые данные, выходы будут включены, чтобы все загруженные данные стали доступны по всем выходным линиям одновременно.

Для загрузки четырехбитного слова требуется 4 такта. Следовательно, скорость работы в режиме SIPO такая же, как в режиме SISO.

Блок-схема

Параллельный вход Последовательный выход (PISO)

• Биты данных вводятся параллельно.

• Схема, показанная ниже, представляет собой четырехбитовый параллельный входной регистр последовательного выхода.

• Выход предыдущего триггера соединен со входом следующего через комбинационную схему.

• Двоичное входное слово B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ применяется через одну и ту же комбинационную схему.

• Есть два режима, в которых может работать эта схема, а именно — режим смещения или режим нагрузки.

Биты данных вводятся параллельно.

Схема, показанная ниже, представляет собой четырехбитовый параллельный входной регистр последовательного выхода.

Выход предыдущего триггера соединен со входом следующего через комбинационную схему.

Двоичное входное слово B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ применяется через одну и ту же комбинационную схему.

Есть два режима, в которых может работать эта схема, а именно — режим смещения или режим нагрузки.

Режим загрузки

Когда линия сдвига / полосы загрузки является низкой (0), логические элементы И, 2, 4 и 6 становятся активными, они передают биты B ₁ , B ₂ , B ₃ на соответствующие триггеры. На низком фронте тактовой частоты двоичные входы B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ будут загружены в соответствующие триггеры. Таким образом происходит параллельная загрузка.

Режим сдвига

Когда линия сдвига / полосы нагрузки низкая (1), логические элементы И, 2, 4 и 6 становятся неактивными. Следовательно, параллельная загрузка данных становится невозможной. Но ворота 1,3 и 5 И становятся активными. Поэтому сдвиг данных слева направо по крупицам при применении тактовых импульсов. Таким образом, происходит параллельная операция последовательного вывода.

Блок-схема

Параллельный вход Параллельный выход (PIPO)

В этом режиме 4-битный двоичный вход B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ применяется к входам данных D ₀ , D ₁ , D ₂ , D ₃ соответственно четырех триггеров. Как только отрицательный фронт такта применен, входные двоичные биты будут загружены в триггеры одновременно. Загруженные биты появятся одновременно на выходной стороне. Только тактовый импульс необходим для загрузки всех битов.

Блок-схема

Двунаправленный регистр сдвига

• Если двоичное число сдвигается влево на одну позицию, то это эквивалентно умножению исходного числа на 2. Аналогично, если двоичное число сдвигается вправо на одну позицию, то это эквивалентно делению исходного числа на 2.

• Следовательно, если мы хотим использовать сдвиговый регистр для умножения и деления заданного двоичного числа, то мы должны иметь возможность перемещать данные влево или вправо.

• Такой регистр называется двунаправленным регистром. Четырехбитный двунаправленный регистр сдвига показан на рис.

• Имеется два последовательных входа, а именно последовательный ввод данных правого сдвига DR и последовательный ввод данных левого сдвига DL вместе с входом выбора режима (M).

Если двоичное число сдвигается влево на одну позицию, то это эквивалентно умножению исходного числа на 2. Аналогично, если двоичное число сдвигается вправо на одну позицию, то это эквивалентно делению исходного числа на 2.

Следовательно, если мы хотим использовать сдвиговый регистр для умножения и деления заданного двоичного числа, то мы должны иметь возможность перемещать данные влево или вправо.

Такой регистр называется двунаправленным регистром. Четырехбитный двунаправленный регистр сдвига показан на рис.

Имеется два последовательных входа, а именно последовательный ввод данных правого сдвига DR и последовательный ввод данных левого сдвига DL вместе с входом выбора режима (M).

Блок-схема

операция

SN	Состояние	операция
1	С М = 1 — сдвиг вправо	Если M = 1, то логические элементы AND 1, 3, 5 и 7 включены, тогда как остальные логические элементы AND 2, 4, 6 и 8 будут заблокированы. Данные в D R сдвигаются вправо по битам от FF-3 к FF-0 при применении тактовых импульсов. Таким образом, при M = 1 мы получаем последовательную операцию правого сдвига.
2	С М = 0 — сдвиг влево	Когда регулятор режима М подключен к 0, тогда логические элементы И, 2, 4, 6 и 8 включены, а 1, 3, 5 и 7 отключены. Данные в D L сдвигаются влево по битам от FF-0 до FF-3 при применении тактовых импульсов. Таким образом, при M = 0 мы получаем последовательную операцию правого сдвига.

Если M = 1, то логические элементы AND 1, 3, 5 и 7 включены, тогда как остальные логические элементы AND 2, 4, 6 и 8 будут заблокированы.

Данные в D _R сдвигаются вправо по битам от FF-3 к FF-0 при применении тактовых импульсов. Таким образом, при M = 1 мы получаем последовательную операцию правого сдвига.

Когда регулятор режима М подключен к 0, тогда логические элементы И, 2, 4, 6 и 8 включены, а 1, 3, 5 и 7 отключены.

Данные в D _L сдвигаются влево по битам от FF-0 до FF-3 при применении тактовых импульсов. Таким образом, при M = 0 мы получаем последовательную операцию правого сдвига.

Универсальный регистр сдвига

Сдвиговый регистр, который может сдвигать данные только в одном направлении, называется однонаправленным сдвиговым регистром. Сдвиговый регистр, который может сдвигать данные в обоих направлениях, называется двунаправленным сдвиговым регистром. Применяя ту же логику, сдвиговый регистр, который может сдвигать данные в обоих направлениях, а также загружать их параллельно, известен как универсальный сдвиговый регистр. Сдвиговый регистр способен выполнять следующую операцию —

• Параллельная загрузка
• Сдвиг влево
• Сдвиг вправо

Вход управления режимом подключен к логике 1 для параллельной загрузки, тогда как он подключен к 0 для последовательного переключения. Когда контакт управления режимом подключен к земле, универсальный регистр сдвига действует как двунаправленный регистр. Для последовательной левой операции ввод применяется к последовательному входу, который идет к логическому элементу AND gate-1, показанному на рисунке. Принимая во внимание, что для операции сдвига вправо, последовательный вход применяется к входу D.

Сдвиговые регистры в цифровой логике

Триггеры могут быть использованы для хранения одного бита двоичных данных (1 или 0). Однако для хранения нескольких бит данных нам нужно несколько триггеров. N триггеров должны быть подключены для хранения n бит данных. Регистр — это устройство, которое используется для хранения такой информации. Это группа триггеров, соединенных последовательно, для хранения нескольких бит данных.

Информация, хранящаяся в этих регистрах, может быть передана с помощью сдвиговых регистров . Shift Register — это группа триггеров, используемых для хранения нескольких бит данных. Биты, хранящиеся в таких регистрах, могут быть перемещены внутри регистров и входить / выходить из регистров путем применения тактовых импульсов. N-битный регистр сдвига может быть сформирован путем соединения n триггеров, где каждый триггер хранит один бит данных.
Регистры, которые будут сдвигать биты влево, называются «сдвигами регистров влево».
Регистры, которые сдвигают биты вправо, называются «регистры сдвига вправо».

Сдвиговые регистры в основном 4 типа. Эти:

1. Serial In Serial Out сдвиговый регистр
2. Серийный параллельно выходной сдвиговый регистр
3. Сдвиговый регистр Parallel In Serial Out
4. Параллельно-параллельно-сдвиговый регистр

Серийный входной регистр с последовательным выходом (SISO) —

Сдвиговый регистр, который допускает последовательный ввод (один бит за другим через одну строку данных) и создает последовательный выход, известен как сдвиговый регистр Serial-In Serial-Out. Поскольку имеется только один выход, данные покидают сдвиговый регистр по одному биту за раз в последовательной последовательности, таким образом, имя Serial-In Serial-Out Shift Register.

Приведенная ниже логическая схема показывает сдвиговый регистр последовательного входа в последовательный выход. Схема состоит из четырех D-триггеров, которые соединены последовательно. Все эти триггеры синхронизированы друг с другом, так как один и тот же тактовый сигнал применяется к каждому триггеру.

Вышеприведенная схема является примером сдвига правого регистра, в котором вводятся последовательные данные с левой стороны триггера. Основное использование SISO — это элемент задержки.

Сдвиговый регистр с параллельным выходом (SIPO) —

Сдвиговый регистр, который допускает последовательный ввод (один бит за другим через одну строку данных) и создает параллельный выход, называется сдвиговым регистром с последовательным выходом.

Приведенная ниже логическая схема показывает сдвиговый регистр с последовательным параллельным выходом. Схема состоит из четырех D-триггеров, которые связаны между собой. Сигнал очистки (CLR) в дополнение к тактовому сигналу подключается ко всем 4 триггерам для их СБРОСА. Выход первого триггера соединен со входом следующего триггера и так далее. Все эти триггеры синхронизированы друг с другом, так как один и тот же тактовый сигнал применяется к каждому триггеру.

Вышеприведенная схема является примером сдвига правого регистра, который берет последовательный ввод данных с левой стороны триггера и производит параллельный вывод. Они используются в линиях связи, где требуется демультиплексирование линии данных в несколько параллельных линий, поскольку основное использование регистра SIPO заключается в преобразовании последовательных данных в параллельные данные.

Сдвиговый регистр с параллельным выходом (PISO) —

Сдвиговый регистр, который допускает параллельный ввод (данные передаются отдельно на каждый триггер и одновременно) и генерирует последовательный выход, называется сдвиговым регистром с параллельным вводом-выходом.

Приведенная ниже логическая схема показывает сдвиговый регистр параллельный в последовательный выход. Схема состоит из четырех D-триггеров, которые связаны между собой. Вход синхронизации напрямую подключен ко всем триггерам, но входные данные подключаются индивидуально к каждому триггеру через мультиплексор на входе каждого триггера. Выход предыдущего триггера и параллельный ввод данных подключены к входу MUX, а выход MUX подключен к следующему триггеру. Все эти триггеры синхронизированы друг с другом, так как один и тот же тактовый сигнал применяется к каждому триггеру.

Регистр сдвига Parallel in Serial out (PISO), который мы использовали для преобразования параллельных данных в последовательные.

Регистр сдвига с параллельным входом (PIPO) —

Сдвиговый регистр, который допускает параллельный ввод (данные передаются отдельно на каждый триггер и одновременно), а также создает параллельный вывод, известный как сдвиговый регистр с параллельным выходом.

Логическая схема, приведенная ниже, показывает сдвиговый регистр с параллельным параллельным выходом. Схема состоит из четырех D-триггеров, которые связаны между собой. Сигнал сброса (CLR) и тактовые сигналы подключены ко всем 4 триггерам. В этом типе регистров нет никаких взаимосвязей между отдельными триггерами, так как не требуется последовательное смещение данных. Данные вводятся в качестве входных данных отдельно для каждого триггера, и таким же образом вывод также собирается отдельно для каждого триггера.

Сдвиговый регистр Parallel in Parallel out (PIPO) используется в качестве временного запоминающего устройства и, подобно регистру сдвига SISO, он действует как элемент задержки.

Двунаправленный регистр сдвига —

Если мы сдвигаем двоичное число влево на одну позицию, это эквивалентно умножению числа на 2, а если мы сдвигаем двоичное число вправо на одну позицию, это эквивалентно делению числа на 2. Чтобы выполнить эти операции нам нужен регистр, который может сдвигать данные в любом направлении.

Двунаправленные регистры сдвига — это регистры, которые могут смещать данные вправо или влево в зависимости от выбранного режима. Если выбран режим 1 (высокий), данные будут смещены в правильном направлении, а если выбран режим 0 (низкий), данные будут смещены в левом направлении.

Логическая схема, приведенная ниже, показывает двунаправленный сдвиговый регистр. Схема состоит из четырех D-триггеров, которые связаны между собой. Входные данные подключаются на двух концах цепи и в зависимости от выбранного режима только один, а вентиль находится в активном состоянии.

Счетчик регистра сдвига —

Счетчики сдвиговых регистров — это сдвиговые регистры, в которых выходы подключены обратно к входам для создания определенных последовательностей. Это в основном два типа:

1. Кольцо Счетчик —

   Кольцевой счетчик — это, в основном, счетчик сдвиговых регистров, в котором выход первого триггера соединен со следующим триггером и т. Д., А выход последнего триггера снова возвращается на вход первого триггера, таким образом счетчик именных колец. Шаблон данных в регистре сдвига будет циркулировать, пока применяются тактовые импульсы.

   Приведенная ниже логическая схема показывает счетчик колец. Схема состоит из четырех D-триггеров, которые связаны между собой. Поскольку схема состоит из четырех триггеров, шаблон данных будет повторяться после каждых четырех тактовых импульсов, как показано в таблице истинности ниже:

   Счетчик звонка обычно используется, потому что он самодекодируется. Никакой дополнительной схемы декодирования не требуется, чтобы определить, в каком состоянии находится счетчик.

2. Счетчик Джонсона —
   Счетчик Джонсона — это счетчик регистра сдвига, в котором выход первого триггера соединен со следующим триггером и т. Д., А инвертированный выход последнего триггера снова возвращается на вход первого триггера. Они также известны как счетчики витых колец.

   Приведенная ниже логическая схема показывает счетчик Джонсона. Схема состоит из четырех D-триггеров, которые связаны между собой. N-ступенчатый счетчик Джонсона дает последовательность счетчиков из 2n различных состояний, также известную как счетчик mod-2n. Поскольку схема состоит из четырех триггеров, шаблон данных будет повторяться каждые восемь тактовых импульсов, как показано в таблице истинности ниже:

   Основное преимущество счетчика Джонсона состоит в том, что ему требуется всего n триггеров по сравнению с кольцевым счетчиком для передачи данных для генерации последовательности из 2n состояний.

Приложения сдвиговых регистров —

• Сдвиговые регистры используются для временного хранения данных.
• Сдвиговые регистры также используются для передачи данных и манипулирования данными.
• Сдвиговые регистры с последовательным входом, последовательным выходом и параллельным выходом используются для создания временной задержки для цифровых цепей.
• Сдвиговый регистр с последовательным параллельным выводом используется для преобразования последовательных данных в параллельные данные, поэтому они используются в линиях связи, где требуется демультиплексирование линии данных в несколько параллельных линий.
• Сдвиговый регистр Parallel in Serial out используется для преобразования параллельных данных в последовательные данные.

Ссылка —
Регистры — ee.usyd.edu.au

Рекомендуемые посты:

Сдвиговые регистры в цифровой логике

0.00 (0%) 0 votes