Schieberegister:Serial-In, Parallel-Out (SIPO)-Konvertierung

Ein Seriell-In-Parallel-Out-Schieberegister ähnelt dem Seriell-In-Seriell-Out-Schieberegister darin, dass es Daten in interne Speicherelemente schiebt und Daten am Seriell-Out-, Daten-Out-Pin ausschiebt.

Es unterscheidet sich dadurch, dass es alle internen Stufen als Ausgänge zur Verfügung stellt. Daher wandelt ein Seriell-In-Parallel-Out-Schieberegister Daten vom seriellen Format in das parallele Format um.

Ein Beispiel für die Verwendung von Schieberegistern mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang

Wenn beim Dateneingang vier Datenbits um vier Taktimpulse über eine einzelne Leitung eingeschoben werden, stehen die Daten gleichzeitig an den vier Ausgängen Q_A . zur Verfügung nach Q_D nach dem vierten Taktimpuls.

Die praktische Anwendung des Seriell-In-, Parallel-Out-Schieberegisters besteht darin, Daten vom seriellen Format auf einem einzelnen Draht in das parallele Format auf mehreren Drähten umzuwandeln.

Lassen Sie uns vier LEDs (Leuchtdioden) mit den vier Ausgängen (Q_A Q_B Q_C Q_D ).

Die obigen Details des Seriell-In-Parallel-Out-Schieberegisters sind ziemlich einfach. Es sieht aus wie ein Serial-In-, Serial-Out-Schieberegister mit Abgriffen, die jedem Stufenausgang hinzugefügt werden.

Seriendaten verschieben sich bei SI (Serieller Eingang). Nach einer Anzahl von Takten gleich der Anzahl von Stufen erscheint das erste Datenbit in SO (Q_D ) in der obigen Abbildung.

Im Allgemeinen gibt es keinen SO-Pin. Die letzte Stufe (Q_D oben) dient als SO und wird zum nächsten Paket kaskadiert, falls es existiert.

Serial-in, Parallel-out vs. Serial-in, Serial-out Schieberegister

Wenn ein Seriell-In, Parallel-Out-Schieberegister einem Seriell-In, Seriell-Out-Schieberegister so ähnlich ist, warum machen sich die Hersteller dann die Mühe, beide Typen anzubieten?

Warum nicht einfach das Serial-In-Parallel-Out-Schieberegister anbieten?

Die Antwort ist, dass sie eigentlich nur das Serial-In-Parallel-Out-Schieberegister anbieten, solange es nicht mehr als 8 Bit hat.

Beachten Sie, dass Schieberegister mit seriellem Eingang und seriellem Ausgang in einer Länge von mehr als 8 Bit von 18 bis 64 Bit erhältlich sind.

Es ist nicht praktikabel, ein 64-Bit-Schieberegister mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang anzubieten, das so viele Ausgangspins erfordert. Siehe Wellenformen unten für das obige Schieberegister.

Das Schieberegister wurde vor allen Daten durch CLR’ . gelöscht , ein aktives Low-Signal, das alle Flip-Flops vom Typ D innerhalb des Schieberegisters löscht.

Beachten Sie die seriellen Daten 1011 Muster präsentiert bei der SI Eingang. Diese Daten werden mit der Uhr synchronisiert CLK .

Dies wäre der Fall, wenn es von etwas wie einem anderen Schieberegister hineingeschoben wird, zum Beispiel einem Parallel-In-Seriell-Out-Schieberegister (hier nicht gezeigt).

An der ersten Uhr um t1 , die Daten 1 bei SI ist verschoben von D zu Q der ersten Schieberegisterstufe. Nach t2 dieses erste Datenbit ist bei Q_B .

Nach t3 es ist bei Q_C . Nach t4 es ist bei Q_D . Vier Taktimpulse haben das erste Datenbit bis zur letzten Stufe verschoben Q_D .

Das zweite Datenbit a 0 ist bei Q_C nach der 4. Uhr. Das dritte Datenbit a 1 ist bei Q_B . Das vierte Datenbit eine weitere 1 ist bei Q_A .

Somit ist das serielle Dateneingabemuster 1011 ist enthalten in (Q_D Q_C Q_B Q_A ). Es ist jetzt an den vier Ausgängen verfügbar.

Es wird an den vier Ausgängen ab Takt t₄ . verfügbar sein bis kurz vor t₅ .

Diese parallelen Daten müssen zwischen diesen beiden Zeiten verwendet oder gespeichert werden, oder sie gehen aufgrund des Verschiebens des Q_D . verloren Stufe auf folgenden Uhren t₅ bis t₈ wie oben gezeigt.

Geräte mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang

Werfen wir einen genaueren Blick auf die Schieberegister mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang, die als integrierte Schaltungen mit freundlicher Genehmigung von Texas Instruments erhältlich sind.

Für vollständige Gerätedatenblätter folgen Sie den Links.

• SN74ALS164A Seriell-in/Parallel-out 8-Bit-Schieberegister
• SN74AHC594 Seriell-in/Parallel-out 8-Bit-Schieberegister mit Ausgangsregister
• SN74AHC595 Seriell-in/Parallel-out 8-Bit-Schieberegister mit Ausgangsregister
• CD4094 Seriell-in/Parallel-out 8-Bit-Schieberegister mit Ausgangsregister

Der 74ALS164A ist fast identisch mit unserem vorherigen Diagramm mit Ausnahme der beiden seriellen Eingänge A und B .

Der nicht verwendete Eingang sollte hoch gezogen werden, um den anderen Eingang zu aktivieren. Wir zeigen nicht alle oben genannten Stufen.

Alle Ausgänge werden jedoch auf dem ANSI-Symbol unten zusammen mit den Pin-Nummern angezeigt.

Der CLK Eingabe in den Steuerabschnitt des obigen ANSI-Symbols hat zwei interne Funktionen C1 , Kontrolle über alles mit dem Präfix 1 .

Dies wäre das Einstempeln von Daten um 1D . Die zweite Funktion, der Pfeil nach dem Schrägstrich (/) ist das Verschieben von Daten innerhalb des Schieberegisters nach rechts (nach unten).

Die acht Ausgänge stehen rechts von den acht Registern unterhalb der Steuersektion zur Verfügung. Die erste Stufe ist breiter als die anderen, um das A&B unterzubringen Eingabe.

Das obige interne Logikdiagramm wurde aus dem Datenblatt von TI (Texas Instruments) für den 74AHC594 übernommen. Die FFs vom Typ „D“ in der oberen Reihe umfassen ein Schieberegister mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang.

Dieser Abschnitt funktioniert wie die zuvor beschriebenen Geräte. Die Ausgänge (Q_A ’ Q_B ’ zu Q_H ’ ) der Schieberegisterhälfte des Gerätes speisen die FFs vom Typ „D“ in der unteren Hälfte parallel. Q_H ’ (Pin 9) wird auf ein beliebiges optionales kaskadiertes Gerätepaket verschoben.

Eine einzelne positive Taktflanke an RCLK überträgt die Daten von D zu Q der unteren FFs. Alle 8-Bit übertragen parallel zum Ausgangsregister (eine Sammlung von Speicherelementen).

Der Zweck des Ausgaberegisters besteht darin, eine konstante Datenausgabe aufrechtzuerhalten, während neue Daten in den oberen Schieberegisterabschnitt geschoben werden.

Dies ist erforderlich, wenn die Ausgänge Relais, Ventile, Motoren, Magnetspulen, Hupen oder Summer ansteuern. Diese Funktion ist beim Ansteuern von LEDs möglicherweise nicht erforderlich, solange das Flackern beim Schalten kein Problem darstellt.

Beachten Sie, dass der 74AHC594 separate Takte für das Schieberegister hat (SRCLK ) und das Ausgaberegister ( RCLK ). Außerdem kann der Shifter durch SRCLR gelöscht werden und das Ausgaberegister von RCLR .

Es ist wünschenswert, die Ausgänge beim Einschalten in einen bekannten Zustand zu versetzen, insbesondere wenn Relais, Motoren usw. angesteuert werden. Die folgenden Wellenformen veranschaulichen das Verschieben und Zwischenspeichern von Daten.

Die obigen Wellenformen zeigen das Verschieben von 4 Datenbits in die ersten vier Stufen von 74AHC594, dann die parallele Übertragung zum Ausgangsregister.

Tatsächlich ist der 74AHC594 ein 8-Bit-Schieberegister, und es würde 8 Takte dauern, um 8-Bit-Daten einzuschieben, was der normale Betriebsmodus wäre.

Die von uns gezeigten 4-Bits sparen jedoch Platz und veranschaulichen die Operation angemessen.

Wir löschen das Schieberegister einen halben Takt vor t₀ mit SRCLR’=0 . SRCLR’ muss vor dem Schalten wieder hoch losgelassen werden.

Kurz vor t₀ das Ausgaberegister wird gelöscht durch RCLR’=0 . Auch sie wird veröffentlicht ( RCLR’=1 ).

Seriendaten 1011 wird am SI-Pin zwischen den Takten t₀ . präsentiert und t₄ . Es wird um die Takte t₁ . verschoben t₂ t₃ t₄ Erscheinen in internen Schichtstufen Q_A ’ Q_B ’ Q_C ’ Q_D ’ .

Diese Daten sind in diesen Phasen zwischen t₄ . vorhanden und t₅ . Nach t₅ die gewünschten Daten (1011 ) wird auf diesen internen Schaltstufen nicht verfügbar sein.

Zwischen t₄ und t₅ wir wenden ein positives RCLK an Datenübertragung 1011 Ausgänge registrieren Q_A Q_B Q_C Q_D .

Diese Daten werden hier als weitere Daten eingefroren (0 s) Verschiebungen während des folgenden SRCLK s (t₅ bis t₈ ). Hier werden sich die Daten bis zu einem anderen RCLK nicht ändern angewendet wird.

Der 74AHC595 ist identisch mit dem ‘594, außer dass der RCLR’ wird ersetzt durch ein OE’ Aktivieren eines Tri-State-Puffers am Ausgang jedes der acht Ausgangsregisterbits.

Obwohl das Ausgangsregister nicht gelöscht werden kann, können die Ausgänge durch OE’=1 . getrennt werden .

Dies würde es externen Pull-Up- oder Pull-Down-Widerständen ermöglichen, jedes Relais, Magnetventil oder Ventiltreiber während eines Systemstarts in einen bekannten Zustand zu bringen.

Sobald das System hochgefahren ist und beispielsweise ein Mikroprozessor Daten in den '595 verschoben und zwischengespeichert hat, könnte die Ausgangsfreigabe aktiviert werden (OE'=0 ), um die Relais, Magnetspulen und Ventile mit gültigen Daten anzusteuern, jedoch nicht vorher.

Oben sind die vorgeschlagenen ANSI-Symbole für diese Geräte aufgeführt. C3 taktet Daten in den seriellen Eingang (externer SER ) wie durch die 3 . angezeigt Präfix 2,3D .

Der Pfeil nach C3/ zeigt das Verschieben nach rechts (unten) des Schieberegisters an, die 8-Stufen links vom '595-Symbol unter dem Steuerbereich.

Die 2 Präfix 2,3D und 2D zeigt an, dass diese Phasen durch R2 zurückgesetzt werden können (externe SRCLR’ ).

Die 1 Präfix 1,4D auf der ‘594 zeigt an, dass R1 (externer RCLR’ ) kann das Ausgangsregister, das sich rechts neben dem Schieberegisterabschnitt befindet, zurücksetzen.

Die ‘595 , die ein DE hat bei externer OE’ kann das Ausgangsregister nicht zurücksetzen. Aber die DE aktiviert Tristate-Ausgangspuffer (invertiertes Dreieck).

Das nach rechts zeigende Dreieck der beiden ‘594 und‘595 zeigt interne Pufferung an. Sowohl die ‘594 und‘595 Ausgaberegister werden von C4 getaktet, wie durch 4 angezeigt von 1,4D und 4D bzw.

Der CD4094B ist ein 3 bis 15 V_DC fähige Latch-Schieberegister-Alternative zu den vorherigen 74AHC594-Geräten.

UHR , C 1, verschiebt Daten bei SERIAL IN wie durch die 1 impliziert Präfix 1D .

Es ist auch die Uhr des rechten Schieberegisters (linke Hälfte des Symbolkörpers), wie durch den /(Pfeil nach rechts) von C1 . angezeigt /(Pfeil) bei der UHR Eingabe.

STROBE , C2 ist der Takt für das 8-Bit-Ausgangsregister rechts vom Symbolkörper. Die 2 von 2D zeigt an, dass C2 ist der Takt für das Ausgangsregister.

Das invertierte Dreieck im Ausgangs-Latch zeigt an, dass der Ausgang tristatisiert ist und durch EN3 . aktiviert wird .

Die 3 vor dem umgekehrten Dreieck und der 3 von EN3 werden oft weggelassen, da jede Aktivierung (DE ) soll die Tristate-Ausgänge steuern. Q_S und Q_S ’ sind nicht verriegelte Ausgänge der Schieberegisterstufe.

Q_S könnte zu SERIAL IN kaskadiert werden eines nachfolgenden Geräts.

Praktische Anwendungen

Eine reale Anwendung des Serial-In-Parallel-Out-Schieberegisters besteht darin, Daten von einem Mikroprozessor an eine Fernanzeigetafel auszugeben.

Oder ein anderes entferntes Ausgabegerät, das Daten im seriellen Format akzeptiert.

Die Abbildung „Alarm mit Fernbedienungstastenfeld“ wird hier aus dem Abschnitt Parallel-In, Seriell-Out mit dem Zusatz der Fernanzeige wiederholt.

So können wir beispielsweise den Status der an der Hauptalarmbox angeschlossenen Alarmschleifen anzeigen.

Wenn der Alarm ein offenes Fenster erkennt, kann er serielle Daten an die Fernanzeige senden, um uns dies mitzuteilen.

Sowohl die Tastatur als auch das Display würden sich wahrscheinlich in demselben entfernten Gehäuse befinden, getrennt von der Hauptalarmbox. Wir werden uns in diesem Abschnitt jedoch nur das Anzeigefeld ansehen.

Wenn sich das Display auf derselben Platine wie der Alarm befinden würde, könnten wir einfach acht Drähte zu den acht LEDs zusammen mit zwei Drähten für Strom und Masse führen.

Diese acht Drähte sind auf lange Sicht zu einem Remote-Panel viel weniger wünschenswert. Mit Schieberegistern müssen wir nur fünf Drähte laufen lassen – Takt, serielle Daten, ein Strobe, Strom und Masse.

Wenn das Panel nur wenige Zentimeter von der Hauptplatine entfernt wäre, kann es dennoch wünschenswert sein, die Anzahl der Drähte in einem Verbindungskabel zu reduzieren, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.

Außerdem verbrauchen wir manchmal die meisten verfügbaren Pins eines Mikroprozessors und müssen serielle Techniken verwenden, um die Anzahl der Ausgänge zu erweitern.

Einige Ausgabegeräte integrierter Schaltungen, wie z. B. Digital-Analog-Umsetzer, enthalten Schieberegister mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang, um Daten von Mikroprozessoren zu empfangen.

Die hier veranschaulichten Techniken sind auf diese Teile anwendbar.

Wir haben uns für das Schieberegister 74AHC594 mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang mit Ausgangsregister entschieden; allerdings ist ein zusätzlicher Pin erforderlich, RCLK , um die eingeschobenen Daten parallel auf die Ausgangspins zu laden.

Dieser zusätzliche Pin verhindert, dass sich die Ausgänge während der Datenverschiebung ändern. Dies ist für LEDs kein großes Problem. Es wäre jedoch ein Problem, wenn Relais, Ventile, Motoren usw. angesteuert werden.

Der innerhalb des Mikroprozessors ausgeführte Code würde mit 8 Bits an auszugebenden Daten beginnen. Ein Bit würde am Pin „Serial data out“ ausgegeben, wodurch SER . angesteuert wird der Fernbedienung 74AHC594.

Als Nächstes erzeugt der Mikroprozessor einen Übergang von niedrig nach hoch im „Shift Clock“-Modus und steuert SRCLK . an des '595 Schieberegisters.

Dieser positive Takt verschiebt das Datenbit bei SER von „D“ nach „Q“ der ersten Schieberegisterstufe.

Dies hat keinen Einfluss auf das Q_A LED zu diesem Zeitpunkt wegen des internen 8-Bit-Ausgangsregisters zwischen dem Schieberegister und den Ausgangspins (Q_A zu Q_H ).

Schließlich wird "Shift Clock" vom Mikroprozessor auf Low zurückgezogen. Damit ist das Verschieben eines Bits in den '595 abgeschlossen.

Das obige Verfahren wird noch sieben Mal wiederholt, um das Verschieben von 8-Bit-Daten vom Mikroprozessor in das Schieberegister 74AHC594 mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang abzuschließen.

Um die 8-Bit-Daten innerhalb des internen '595-Schieberegisters an den Ausgang zu übertragen, muss der Mikroprozessor einen Low-High-Übergang auf RCLK . erzeugen , der Takt des Ausgangsregisters.

Dadurch werden neue Daten auf die LEDs angewendet. Der RCLK muss in Erwartung der nächsten 8-Bit-Datenübertragung zurückgezogen werden.

Die am Ausgang des '595 anliegenden Daten bleiben erhalten, bis der Vorgang in den obigen beiden Absätzen für neue 8-Bit-Daten wiederholt wird.

Insbesondere können neue Daten in das interne Schieberegister '595 geschoben werden, ohne die LEDs zu beeinflussen. Die LEDs werden nur mit der Anwendung des RCLK mit neuen Daten aktualisiert steigende Flanke.

Was ist, wenn wir mehr als acht LEDs ansteuern müssen? Kaskadieren Sie einfach einen weiteren 74AHC594 SER an das Q_H anstecken ’ des vorhandenen Schalthebels.

Parallel zum SRCLK und RCLK Stifte. Der Mikroprozessor müsste 16-Bit-Daten mit 16-Takten übertragen, bevor er einen RCLK generating erzeugen kann Fütterung beider Geräte.

Die diskreten LED-Anzeigen, die wir zeigen, könnten 7-Segment-LEDs sein. Es gibt jedoch LSI-Geräte (Large Scale Integration), die mehrere 7-Segment-Ziffern ansteuern können.

Dieses Gerät akzeptiert Daten von einem Mikroprozessor in einem seriellen Format und steuert mehr LED-Segmente an, als es Pins hat, indem es die LEDs multiplext.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Schichtregister Arbeitsblatt