- Đăng ký Shift là gì:
- Các loại đăng ký trong điện tử kỹ thuật số
- 1. Nối tiếp vào - Nối tiếp thanh ghi Shift
- 2. Nối tiếp vào - Song song Đăng ký Shift
- 3. Song song trong - Nối tiếp Thanh ghi Shift
- 4. Song song trong - Thanh ghi dịch chuyển song song ra
- 5. Thanh ghi dịch chuyển hai chiều
- 6. Quầy
- Các ứng dụng của thanh ghi Shift
Đăng ký Shift là gì:
Thanh ghi Shift là các mạch logic tuần tự, có khả năng lưu trữ và truyền dữ liệu. Chúng được tạo thành từ Flip Flops được kết nối theo cách sao cho đầu ra của một flip flop có thể đóng vai trò là đầu vào của flip-flop khác, tùy thuộc vào loại thanh ghi shift được tạo.
Thanh ghi dịch chuyển về cơ bản là một loại thanh ghi có khả năng truyền dữ liệu (“shift”). Thanh ghi nói chung là các thiết bị lưu trữ được tạo ra bằng cách kết nối một số flip flops cụ thể với nhau theo chuỗi và lượng dữ liệu (số bit) có thể được lưu trữ bởi thanh ghi luôn tỷ lệ thuận với số lượng flip flops, vì mỗi lần lật flop chỉ có khả năng lưu trữ một bit tại một thời điểm. Khi các flip-flop trong một thanh ghi được kết nối theo cách mà đầu ra của một flip flop trở thành đầu vào của thanh ghi khác, một thanh ghi shift sẽ được tạo ra.
Flip Flops là thiết bị có hoạt động tương tự như hoạt động của chốt. Nó có thể được coi là một bộ rung bistable có thể di chuyển giữa hai trạng thái (0 hoặc 1) và có khả năng lưu trữ dữ liệu theo từng bit. Dữ liệu mới được đọc vào một flip flop với mỗi chu kỳ xung nhịp và dữ liệu trước đó được gửi ở đầu ra.
Thanh ghi dịch chuyển Bao gồm những dép xỏ ngón nào?
Tuy nhiên, điều này phụ thuộc vào loại flip flop, vì mối quan hệ Đầu vào, Đầu ra và chu kỳ đồng hồ giữa các flip flop khác nhau. Có nhiều loại flip flops khác nhau, nhưng loại phổ biến nhất được sử dụng để tạo thanh ghi shift là D (Delay) -flip flops.
Đối với hoạt động của flip flop D khiến chúng trở nên rất mong muốn cho các thanh ghi shift, Bất cứ khi nào có sự thay đổi trên đồng hồ của flip flop D (cạnh lên hoặc xuống, tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của flip flop). Dữ liệu ở đầu ra “Q” sẽ trở thành dữ liệu giống với dữ liệu ở đầu vào “D”. Đầu ra “Q” của flip flop sẽ giữ nguyên giá trị đó cho đến chu kỳ xung nhịp tiếp theo, sau đó nó sẽ lại thay đổi thành giá trị (Cao hoặc thấp, 1 hoặc 0) ở đầu vào.
Bây giờ chúng ta đã biết Sift Registers là gì, chúng ta sẽ tiến hành đi sâu hơn vào các loại flip-flop và ứng dụng của chúng. Nhưng trước đó, để thực tế hơn về nơi sử dụng thanh ghi dịch chuyển, hãy xem thanh ghi dịch chuyển phổ biến 74HC595 mà chúng tôi đã sử dụng với các bộ vi điều khiển khác nhau để giao diện màn hình hoặc chuỗi đèn LED.
- Đăng ký Shift với 74HC595 với Arduino để điều khiển chuỗi đèn LED
- Đăng ký Shift với ESP32 để giao diện Hiển thị 7 đoạn
- Đăng ký Shift với Raspberry Pi để điều khiển nhiều đèn LED
- Đăng ký Shift với PIC để điều khiển chuỗi đèn LED
Các loại đăng ký trong điện tử kỹ thuật số
Thanh ghi dịch chuyển được phân loại thành các loại chủ yếu theo phương thức hoạt động của chúng, nối tiếp hoặc song song.
Có sáu (6) loại thanh ghi dịch chuyển cơ bản được liệt kê bên dưới mặc dù một số trong số chúng có thể được chia nhỏ hơn dựa trên hướng của luồng dữ liệu dịch chuyển sang phải hoặc dịch chuyển sang trái.
1. Serial in - Serial out Shift Register (SISO)
2. Serial In - Thanh ghi dịch chuyển song song (SIPO)
3. Parallel in - Thanh ghi Shift ra song song (PIPO)
4. Song song trong - Nối tiếp Thanh ghi dịch chuyển (PISO)
5. Thanh ghi dịch chuyển hai chiều
6. Quầy
1. Nối tiếp vào - Nối tiếp thanh ghi Shift
Serial in - Serial out shift register là thanh ghi shift truyền dữ liệu theo thứ tự (một bit trên mỗi chu kỳ đồng hồ) và truyền dữ liệu ra ngoài theo cùng một cách, cái này đến cái khác.
Một thanh ghi dịch chuyển 4 bit nối tiếp vào - nối tiếp được trình bày ở trên, thanh ghi này bao gồm 4 flip flops và sự phân tích cách thức hoạt động của nó được giải thích dưới đây;
Khi khởi động, thanh ghi shift đầu tiên bị xóa, buộc đầu ra của tất cả các flip flops bằng 0, dữ liệu đầu vào sau đó được áp dụng cho đầu vào theo thứ tự, từng bit một.
Có hai cách cơ bản để chuyển dữ liệu ra ngoài thông qua thanh ghi dịch chuyển SISO;
- Đọc không phá hủy
- Đọc phá hủy
- Đọc không phá hủy
Các thanh ghi shift dựa trên việc đọc / không phá hủy luôn có chế độ hoạt động đọc / ghi với một dòng phụ được thêm vào để cho phép chuyển đổi giữa các chế độ hoạt động đọc và ghi.
Khi thiết bị ở chế độ hoạt động "ghi", thanh ghi dịch chuyển từng dữ liệu ra một bit tại một thời điểm hoạt động chính xác như phiên bản đọc phá hủy và dữ liệu sẽ bị mất, nhưng khi chế độ hoạt động được chuyển sang "đọc", dữ liệu được chuyển ra ở đầu vào sẽ quay trở lại hệ thống và đóng vai trò là đầu vào cho thanh ghi dịch chuyển. Điều này giúp đảm bảo rằng dữ liệu lưu lại lâu hơn (miễn là nó vẫn ở chế độ đọc)
- Đọc phá hủy
Đối với các bài đọc phá hoại, dữ liệu sẽ bị mất hoàn toàn vì flip flop chỉ chuyển thông tin qua. Giả sử đối với thanh ghi dịch chuyển 4 bit ở trên, chúng tôi muốn gửi từ “1101”. Sau khi xóa thanh ghi shift, đầu ra của tất cả flip flops trở thành 0, vì vậy trong chu kỳ xung nhịp đầu tiên khi chúng ta áp dụng dữ liệu này (1101) tuần tự, đầu ra của flip flops sẽ giống như bảng bên dưới.
Chu kỳ đồng hồ đầu tiên:
FF0 |
FF1 |
FF2 |
FF3 |
1 |
0 |
0 |
0 |
Chu kỳ đồng hồ thứ hai:
FF0 |
FF1 |
FF2 |
FF3 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Chu kỳ đồng hồ thứ ba:
FF0 |
FF1 |
FF2 |
FF3 |
1 |
0 |
1 |
0 |
Chu kỳ đồng hồ thứ tư:
FF0 |
FF1 |
FF2 |
FF3 |
1 |
1 |
0 |
1 |
2. Nối tiếp vào - Song song Đăng ký Shift
Loại thanh ghi dịch chuyển thứ hai chúng ta sẽ xem xét là Thanh ghi dịch chuyển nối tiếp vào - song song còn được gọi là Thanh ghi dịch chuyển SIPO. Các loại thanh ghi dịch chuyển này được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu từ nối tiếp sang song song. Dữ liệu đến lần lượt trong mỗi chu kỳ đồng hồ và có thể được dịch chuyển và thay thế hoặc được đọc ở mỗi đầu ra. Điều này có nghĩa là khi dữ liệu được đọc vào, mỗi bit được đọc sẽ có sẵn đồng thời trên dòng đầu ra tương ứng của chúng (Q0 - Q3 cho thanh ghi dịch chuyển 4 bit được hiển thị bên dưới).
Thanh ghi dịch chuyển đầu ra 4-bit nối tiếp được minh họa trong Hình bên dưới.
Bảng hiển thị cách dữ liệu được chuyển ra khỏi thanh ghi dịch chuyển 4 bit nối tiếp trong –parallel ra ngoài được hiển thị bên dưới, với dữ liệu là 1001.
Thông thoáng |
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 |
Một ví dụ điển hình về thanh ghi dịch chuyển ra song song nối tiếp là thanh ghi dịch chuyển 74HC164, là thanh ghi dịch chuyển 8 bit.
Thiết bị có hai đầu vào dữ liệu nối tiếp (DSA và DSB), tám đầu ra dữ liệu song song (Q0 đến Q7). Dữ liệu được nhập tuần tự thông qua DSA hoặc DSB và một trong hai đầu vào có thể được sử dụng như một kích hoạt HIGH hoạt động để nhập dữ liệu thông qua đầu vào khác. Dữ liệu được chuyển từ các chuyển đổi THẤP đến CAO của đầu vào đồng hồ (CP). A LOW trên đầu vào thiết lập lại chính (MR) xóa thanh ghi và buộc tất cả các đầu ra THẤP, độc lập với các đầu vào khác. Đầu vào bao gồm điốt kẹp. Điều này cho phép sử dụng các điện trở hạn chế dòng điện để giao diện đầu vào với điện áp vượt quá VCC.
3. Song song trong - Nối tiếp Thanh ghi Shift
Trong thanh ghi dịch chuyển song song vào - nối tiếp, dữ liệu được cung cấp song song, ví dụ, hãy xem xét thanh ghi 4 bit được hiển thị bên dưới.
Thanh ghi này có thể được sử dụng để lưu trữ và dịch chuyển một từ 4 bit, với đầu vào điều khiển ghi / dịch chuyển (WS) điều khiển chế độ hoạt động của thanh ghi dịch chuyển. Khi dòng điều khiển WS ở mức thấp (Chế độ ghi), dữ liệu có thể được ghi và đưa vào thông qua D0 đến D3. Để chuyển dữ liệu ra theo thứ tự, dòng điều khiển WS được đưa lên CAO (chế độ Shift), sau đó thanh ghi sẽ chuyển dữ liệu ra trên đầu vào đồng hồ. Song song trong Serial Thanh ghi Shift của chúng tôi còn được gọi là thanh ghi Shift PISO.
Một ví dụ điển hình về thanh ghi dịch chuyển ra nối tiếp vào - song song là thanh ghi dịch chuyển 8 bit 74HC165 mặc dù nó cũng có thể hoạt động như một thanh ghi dịch chuyển đầu ra nối tiếp.
Thiết bị có một đầu vào dữ liệu nối tiếp (DS), tám đầu vào dữ liệu song song (D0 đến D7) và hai đầu ra nối tiếp bổ sung (Q7 và Q7 '). Khi đầu vào tải song song (PL) THẤP, dữ liệu từ D0 đến D7 được tải vào thanh ghi dịch chuyển một cách không đồng bộ. Khi PL là CAO dữ liệu vào thanh ghi tuần tự tại DS. Khi đầu vào cho phép đồng hồ (CE) ở mức THẤP, dữ liệu được chuyển sang các chuyển đổi THẤP đến CAO của đầu vào CP. Mức CAO trên CE sẽ vô hiệu hóa đầu vào CP. Đầu vào có khả năng chịu quá áp đến 15 V. Điều này cho phép thiết bị được sử dụng trong các ứng dụng chuyển đổi mức độ CAO đến mức THẤP.
Sơ đồ chức năng của thanh ghi ca được hiển thị dưới đây;
Sơ đồ thời gian cho hệ thống như trong hình dưới đây;
4. Song song trong - Thanh ghi dịch chuyển song song ra
Đối với thanh ghi dịch chuyển song song vào - song song, dữ liệu đầu ra trên các đầu ra song song xuất hiện đồng thời khi dữ liệu đầu vào được nạp vào. Loại thanh ghi dịch chuyển này còn được gọi là thanh ghi PIPO Shift.
Dữ liệu đầu vào tại mỗi chân đầu vào từ D0 đến D3 được đọc cùng lúc khi thiết bị được điều chỉnh xung nhịp và đồng thời, dữ liệu đọc vào từ mỗi đầu vào được truyền ra ở đầu ra tương ứng (từ Q0 đến Q3).
Thanh ghi dịch chuyển 74HC195 là thanh ghi dịch chuyển đa năng có khả năng làm việc ở hầu hết các chế độ được mô tả bởi tất cả các loại mà chúng ta đã thảo luận cho đến nay, đặc biệt là thanh ghi dịch chuyển song song trong - song song.
5. Thanh ghi dịch chuyển hai chiều
Thanh ghi dịch chuyển có thể thực hiện dịch chuyển dữ liệu sang phải hoặc sang trái, hoặc cả hai tùy thuộc vào loại thanh ghi dịch chuyển và cấu hình của chúng. Trong các phép toán sang phải, dữ liệu nhị phân được chia cho hai. Nếu thao tác này bị đảo ngược, dữ liệu nhị phân sẽ được nhân với hai. Với ứng dụng thích hợp của logic tổ hợp, một thanh ghi dịch nối tiếp có thể được cấu hình để thực hiện cả hai hoạt động.
Hãy xem xét thanh ghi 4-bit trong hình dưới đây. Một vài cổng NAND được cấu hình như cổng OR và được sử dụng để điều khiển hướng dịch chuyển, sang phải hoặc sang trái.
Dòng điều khiển sang trái / ghi được sử dụng để xác định hướng dữ liệu được chuyển đến, sang phải hoặc sang trái.
Thanh ghi dịch chuyển hai hướng 74HC194 là một ví dụ điển hình. Thanh ghi có thể hoạt động ở tất cả các chế độ và biến thể của đầu vào hoặc đầu ra nối tiếp và song song. Sơ đồ chức năng của 74HC194 nêu bật dòng điều khiển, đồng hồ, các chân đầu vào và đầu ra được hiển thị bên dưới.
Sơ đồ thời gian của thiết bị cũng được hiển thị bên dưới. Nó sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn cách dòng điều khiển kiểm soát các hành động của thanh ghi.
6. Quầy
Các bộ đếm, đôi khi được gọi là thanh ghi dịch xoay về cơ bản là các thanh ghi dịch chuyển với đầu ra của chúng được đưa trở lại thiết bị dưới dạng đầu vào theo cách mà nó tạo ra một mẫu cụ thể. Các loại thanh ghi này được gọi là bộ đếm vì mẫu và trình tự mà chúng thể hiện. Loại bộ đếm thanh ghi ca phổ biến nhất là bộ đếm vòng.
Bộ đếm vòng
Bộ đếm vòng về cơ bản là một loại bộ đếm trong đó đầu ra của bit quan trọng nhất được đưa trở lại làm đầu vào cho bit quan trọng nhất. Một bộ đếm vòng 4 bit được minh họa trong sơ đồ dưới đây bằng cách sử dụng D flip flops.
Khi xung đồng hồ được áp dụng, đầu ra của mỗi giai đoạn được chuyển sang giai đoạn tiếp theo và chu kỳ tiếp tục diễn ra. Khi độ rõ ràng được chuyển lên cao, tất cả các dép tông ngoại trừ dép đầu tiên (được đặt thành 1) được đặt lại về 0.
Các ứng dụng của thanh ghi Shift
Thanh ghi Shift được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng, một số trong số đó là;
1. Chuyển đổi song song sang nối tiếp, trong đó chúng được sử dụng để giảm số lượng dây hoặc đường dây cần thiết để giao tiếp giữa hai thiết bị, vì giao tiếp nối tiếp thường chỉ yêu cầu hai dây so với song song phụ thuộc vào số lượng bit được gửi.
2. Mở rộng IO cho vi điều khiển. Trong các thiết bị điện tử hiện đại, các chân IO của vi điều khiển được coi là bất động sản thực sự và một người cần càng nhiều càng tốt cho một số ứng dụng nhất định như bật 100 đèn led hoặc đọc 100 công tắc sậy bằng thứ gì đó như Arduino hoặc vi điều khiển Atmeg328p. Ví dụ, sơ đồ mạch bên dưới minh họa cách một thanh ghi dịch chuyển nối tiếp sang song song có thể được sử dụng để điều khiển 8 đèn LED, chỉ sử dụng ba trong số các chân IO của vi điều khiển.
3. Chúng được sử dụng trong các thanh ghi trạng thái được sử dụng trong các thiết bị tuần tự. Giống như một cỗ máy có bộ nhớ hữu hạn, trạng thái tiếp theo của thiết bị luôn được xác định bằng cách dịch chuyển và chèn một dữ liệu mới vào vị trí trước đó.
4. Một ứng dụng chính khác được tìm thấy trong Chậm trễ thời gian. Thanh ghi dịch chuyển được sử dụng cho độ trễ thời gian trong thiết bị, với thời gian được điều chỉnh bởi đồng hồ, hoặc tăng lên bằng thanh ghi dịch chuyển tầng hoặc giảm bằng cách lấy đầu ra từ một bit có ý nghĩa thấp hơn.
Thời gian trễ thường được tính bằng công thức;
t = N * (1 / fc)
N là số giai đoạn flip flop mà tại đó đầu ra được sử dụng, Fc là tần số của tín hiệu đồng hồ và t là giá trị đang được xác định là khoảng thời gian mà đầu ra sẽ bị trễ.
Khi chọn một thanh ghi shift cho một nhiệm vụ cụ thể vì phạm vi rộng và hãy nhập điều quan trọng để chọn một thanh ghi phù hợp với nhu cầu cụ thể của bạn, xem xét những thứ như, phương thức hoạt động, kích thước bit (số lần lật), phải hoặc trái hoặc hai chiều, v.v.
Một số thanh ghi dịch chuyển phổ biến nhất là;
- 74HC 194 Thanh ghi dịch chuyển đa hướng 4 bit 4 bit
- 74HC 198 Thanh ghi đa năng hai chiều 8 bit
- 74HC595 Thanh ghi dịch chuyển Serial-In-Parallel-Out
- 74HC165 Thanh ghi dịch chuyển song song-vào-nối tiếp-đầu ra
- IC 74291 Thanh ghi dịch chuyển đa năng 4 bit, bộ đếm lên / xuống nhị phân, đồng bộ.
- IC 74395 Thanh ghi dịch chuyển đa năng 4 bit với đầu ra ba trạng thái.
- IC 74498 Thanh ghi dịch chuyển hai chiều 8 bit với đầu vào song song và đầu ra ba trạng thái.
- Thanh ghi dịch chuyển hai chiều 4 bit IC 74671.
- IC 74673 Thanh ghi dịch chuyển ra nối tiếp 16 bit nối tiếp với các thanh ghi lưu trữ đầu ra.
- IC 74674 Thanh ghi dịch chuyển ra nối tiếp 16-bit song song với đầu ra ba trạng thái.
Có một số khác, bạn chỉ cần tìm cái nào phù hợp với ứng dụng của bạn nhất.
Cảm ơn vì đã đọc, cho đến lần sau.