Einführung in die Schieberegister

Schieberegister sind wie Zähler eine Form der sequentiellen Logik .

Im Gegensatz zur kombinatorischen Logik wird die sequentielle Logik nicht nur von den gegenwärtigen Eingaben beeinflusst, sondern auch von der Vorgeschichte.

Mit anderen Worten, die sequentielle Logik erinnert sich an vergangene Ereignisse.

Schieberegister erzeugen eine diskrete Verzögerung eines digitalen Signals oder einer Wellenform.

Eine mit einer Uhr synchronisierte Wellenform , eine sich wiederholende Rechteckwelle, wird um „n“ . verzögert diskrete Uhrzeiten, wobei „n“ ist die Anzahl der Schieberegisterstufen.

Somit verzögert ein vierstufiges Schieberegister „Dateneingang“ um vier Takte bis „Datenausgang“.

Die Stufen in einem Schieberegister sind Verzögerungsstufen , geben Sie normalerweise "D" ein Flip-Flops oder "JK" eingeben Flip-Flops.

Früher dienten sehr lange (mehrere hundert Stufen) Schieberegister als digitaler Speicher.

Diese veraltete Anwendung erinnert an die akustischen Quecksilberverzögerungsleitungen, die als frühe Computerspeicher verwendet wurden.

Die serielle Datenübertragung über eine Entfernung von Metern bis Kilometer verwendet Schieberegister, um parallele Daten in serielle Form umzuwandeln.

Serielle Datenkommunikation ersetzt viele langsame parallele Datenleitungen durch eine einzelne serielle Hochgeschwindigkeitsschaltung.

Serielle Daten über kürzere Distanzen von mehreren zehn Zentimetern verwenden Schieberegister, um Daten in und aus Mikroprozessoren zu übertragen.

Zahlreiche Peripheriegeräte, einschließlich Analog-Digital-Umsetzer, Digital-Analog-Umsetzer, Anzeigetreiber und Speicher, verwenden Schieberegister, um den Verdrahtungsaufwand in Leiterplatten zu reduzieren.

Einige spezialisierte Zählerschaltungen verwenden tatsächlich Schieberegister, um sich wiederholende Wellenformen zu erzeugen.

Längere Schieberegister erzeugen mit Hilfe von Feedback so lange Muster, dass sie wie zufälliges Rauschen aussehen, Pseudo-Rauschen .

Basisschieberegister werden nach ihrer Struktur nach den folgenden Typen klassifiziert:

• Seriell-in/Seriell-out
• Parallel-in/serial-out
• Seriell-in/parallel-out
• Universeller Parallel-In/Parallel-Out
• Ringzähler

Oben zeigen wir ein Blockschaltbild eines Serial-In/Serial-Out-Schieberegisters, das 4 Stufen lang ist.

Daten am Eingang werden vom Eingang zum Ausgang des Schieberegisters um vier Taktperioden verzögert.

Die Daten unter „Daten in“ oben werden in der Phase A . angezeigt Ausgabe nach dem ersten Taktimpuls. Nach der zweiten Pulsphase A Daten werden an Stufe B übertragen Ausgabe und "Daten ein" wird an Stufe A übertragen Ausgang. Nach der dritten Uhr, Etappe C wird ersetzt durch Stufe B; Stufe B wird ersetzt durch Stufe A; und Stufe A wird durch „Daten in“ ersetzt.

Nach dem vierten Takt befinden sich die ursprünglich bei „Daten ein“ vorhandenen Daten im Stadium D , „Ausgabe“.

Die „First In“-Daten sind „First Out“, da sie von „Data In“ zu „Data Out“ verschoben werden.

Daten werden gleichzeitig in alle Stufen eines Parallel-In/Serial-Out-Schieberegisters geladen.

Die Daten werden dann über "data out" taktweise herausgeschoben. Da oben ein 4-Stufen-Schieberegister gezeigt ist, sind vier Taktimpulse erforderlich, um alle Daten herauszuschieben.

Im obigen Diagramm, Stufe D Daten werden am „Datenausgang“ bis zum ersten Takt anliegen; Stufe C Daten werden beim "Datenausgang" zwischen dem ersten Takt und dem zweiten Taktimpuls vorhanden sein; Stufe B Daten werden zwischen dem zweiten Takt und dem dritten Takt vorhanden sein; und Stufe A Daten werden zwischen der dritten und der vierten Uhr vorhanden sein.

Nach dem vierten Taktimpuls und danach sollten nach einer Verzögerung von vier Taktimpulsen aufeinanderfolgende Bits von „Dateneingang“ am „Datenausgang“ des Schieberegisters erscheinen.

Wenn vier Schalter an D_A angeschlossen wären bis D_D , konnte der Status mit nur einem Daten-Pin und einem Takt-Pin in einen Mikroprozessor eingelesen werden.

Da das Hinzufügen weiterer Schalter keine zusätzlichen Pins erfordern würde, sieht dieser Ansatz für viele Eingänge attraktiv aus.

Oben werden vier Datenbits von „data in“ um vier Taktimpulse hineingeschoben und stehen bei Q_A . zur Verfügung bis Q_D zum Ansteuern externer Schaltungen wie LEDs, Lampen, Relaistreiber und Hörner. Nach dem ersten Takt erscheinen die Daten bei „data in“ bei Q_A .

Nach der zweiten Uhr, The old Q_A Daten erscheinen bei Q_B; Q_A empfängt die nächsten Daten von „data in“. Nach dem dritten Takt, Q_B Daten sind bei Q_C .

Nach dem vierten Takt, Q_C Daten sind bei Q_D . Diese Stufe enthält die Daten, die zuerst bei „data in“ vorhanden sind. Das Schieberegister sollte jetzt vier Datenbits enthalten.

Ein Parallel-In/Parallel-Out-Schieberegister kombiniert die Funktion des Parallel-In-Seriell-Out-Schieberegisters mit der Funktion des Serial-In-Parallel-Out-Schieberegisters, um das universelle Schieberegister zu erhalten.

Der „Alles tun“-Schalthebel hat seinen Preis – die erhöhte Anzahl von I/O (Input/Output)-Pins kann die Anzahl der paketierbaren Stufen reduzieren.

Daten präsentiert bei D_A bis D_D wird parallel in die Register geladen.

Diese Daten bei Q_A bis Q_D kann um die Anzahl der Impulse am Takteingang verschoben werden.

Die verschobenen Daten sind bei Q_A . verfügbar bis Q_D .

Der „mode“-Eingang, der mehr als ein Eingang sein kann, steuert das parallele Laden von Daten von D_A bis D_D , Datenverschiebung und Verschiebungsrichtung.

Es gibt Schieberegister, die Daten entweder nach links oder rechts verschieben.

Wenn der serielle Ausgang eines Schieberegisters mit dem seriellen Eingang verbunden ist, können Daten ständig im Ring verschoben werden, solange Taktimpulse vorhanden sind.

Wenn der Ausgang vor der Rückführung invertiert wird, wie oben gezeigt, müssen wir uns nicht um das Laden der Anfangsdaten in den „Ringzähler“ kümmern.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Schichtregister-Arbeitsblatt