Berbagai jenis register shift dan aplikasinya dengan contoh

Apa itu Shift Register:

Shift Register adalah rangkaian logik berurutan, yang mampu menyimpan dan memindahkan data. Mereka terdiri dari Flip Flops yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga output dari satu flip flop dapat berfungsi sebagai input dari flip-flop yang lain, bergantung pada jenis register shift yang dibuat.

Shift register pada dasarnya adalah jenis register yang memiliki kemampuan untuk memindahkan (“shift”) data. Register adalah peranti penyimpanan secara umum yang dibuat dengan menghubungkan sejumlah flip flop tertentu secara bersiri dan jumlah data (jumlah bit) yang dapat disimpan oleh register selalu berkadar langsung dengan jumlah flip flop, kerana setiap flip flop hanya mampu menyimpan satu bit pada satu masa. Apabila flip-flop dalam register dihubungkan sedemikian rupa sehingga output dari satu flip flop, menjadi input yang lain, register shift dibuat.

Flip Flops adalah peranti dengan operasi yang serupa dengan kait. Ia boleh disebut sebagai penggetar bistable yang dapat bergerak di antara dua keadaan (0 atau 1) dan mampu menyimpan data dalam bit. Data baru dibaca ke flip flop dengan setiap pusingan jam dan data sebelumnya dihantar pada output.

Shift Register Terdiri daripada flip-flop mana?

Ini bergantung pada jenis flip flop, kerana hubungan Input, Output, dan cycle cycle antara flip flop berbeza-beza. Terdapat pelbagai jenis flip flop, tetapi yang paling sering digunakan dalam pembuatan register shift adalah flop flop D (Delay).

Untuk pengoperasian flip flop D yang menjadikannya sangat diinginkan untuk register shift, Setiap kali ada perubahan pada jam flip flop (entah naik atau turun, bergantung pada spesifikasi flip flop). Data pada output "Q" menjadi data yang sama dengan yang ada pada input "D". Output "Q" dari flip flop akan tetap pada nilai tersebut sehingga kitaran jam seterusnya, di mana ia kemudian akan berubah lagi menjadi nilai (Tinggi atau rendah, 1 atau 0) pada input.

Sekarang setelah kita mengetahui apa itu Sift Registers, kita akan terus menyelidiki jenis flip-flop dan aplikasinya. Tetapi sebelum itu, untuk memberi pendedahan yang lebih praktikal di mana register shift digunakan, mari kita lihat register shift 74HC595 yang popular yang telah kita gunakan dengan mikrokontroler yang berlainan untuk menghubungkan paparan atau urutan LED.

• Shift Register dengan 74HC595 dengan Arduino untuk mengawal urutan LED
• Shift Register dengan ESP32 ke antara muka Paparan 7-Segmen
• Shift Register dengan Raspberry Pi untuk mengawal banyak LED
• Shift Register dengan PIC untuk mengawal urutan LED

Jenis Daftar dalam Elektronik Digital

Daftar pergeseran dikategorikan ke dalam jenis terutamanya mengikut cara operasi mereka, baik bersiri atau selari.

Terdapat enam (6) jenis register geser asas yang disenaraikan di bawah ini walaupun ada di antaranya dapat dibahagikan lagi berdasarkan arah aliran data sama ada pergeseran ke kanan atau ke kiri.

1. Serial in - Serial out Shift Register (SISO)

2. Serial In - Daftar peralihan keluar selari (SIPO)

3. Parallel in - Parallel out Shift Register (PIPO)

4. Parallel in - Serial out Shift Register (PISO)

5. Daftar Anjakan Bidirectional

6. Pembilang

1. Serial in - Daftar Shift keluar bersiri

Serial in - Register shift keluar bersiri adalah register shift yang mengalirkan data secara bersiri (satu bit per kitaran jam) dan mengalirkan data juga dengan cara yang sama, satu demi satu.

Daftar peralihan bersiri ringkas - siri Out 4-bit ditunjukkan di atas, daftar terdiri daripada 4 sandal dan perincian cara kerjanya dijelaskan di bawah;

Pada permulaan, register peralihan pertama kali dihapus, memaksa output semua flip flop ke sifar, data input kemudian diterapkan pada input secara bersiri, satu bit pada satu masa.

Terdapat dua cara asas untuk memindahkan data melalui daftar pergeseran SISO;

1. Pembacaan Tidak merosakkan
2. Pembacaan yang merosakkan

• Pembacaan Tidak merosakkan

Pembacaan yang tidak merosakkan, register shift selalu mempunyai mod operasi membaca / menulis dengan garis tambahan ditambahkan untuk membolehkan pertukaran antara mod operasi baca dan tulis.

Apabila peranti berada dalam mod operasi "tulis", daftar pergeseran memindahkan setiap data keluar sedikit demi sedikit berkelakuan sama seperti versi pembacaan yang merosakkan dan data akan hilang, tetapi ketika mod operasi beralih ke "baca", data yang dialihkan keluar pada input masuk kembali ke dalam sistem dan berfungsi sebagai input ke shift shift. Ini membantu memastikan data kekal lebih lama (asalkan tetap dalam mod baca)

• Pembacaan yang merosakkan

Untuk pembacaan yang merosakkan, data hilang sepenuhnya kerana flip flop hanya mengalihkan maklumat. Dengan andaian untuk daftar shift 4-bit di atas, kami ingin menghantar perkataan "1101". Setelah membersihkan daftar shift, output semua flip flop menjadi 0, jadi semasa kitaran jam pertama ketika kami menerapkan data ini (1101) secara bersiri, output dari flip flop seperti jadual di bawah.

Kitaran jam pertama:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

Kitaran jam kedua:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

Kitaran Jam Ketiga:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

Kitaran Jam Keempat:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. Serial in - Shift Register selari keluar

Jenis shift shift kedua yang akan kami pertimbangkan adalah register shift Serial in - Parallel out yang juga dikenali sebagai Register Shift SIPO. Jenis pergeseran jenis ini digunakan untuk penukaran data dari siri ke selari. Data datang satu demi satu per kitaran jam dan boleh diganti dan diganti atau dibaca pada setiap output. Ini bermaksud apabila data dibaca, setiap bit yang dibaca tersedia secara serentak pada baris output masing-masing (Q0 - Q3 untuk daftar peralihan 4-bit ditunjukkan di bawah).

Satu siri 4-bit dalam - Daftar peralihan keluar selari digambarkan dalam Gambar di bawah.

Jadual yang menunjukkan bagaimana data dialihkan keluar dari siri dalam - daftar peralihan keluar 4 bit ditunjukkan di bawah, dengan data sebagai 1001.

Jelas	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

Contoh yang baik dari siri shift in - parallel out shift adalah register shift 74HC164, yang merupakan register shift 8-bit.

Peranti ini mempunyai dua input data bersiri (DSA dan DSB), lapan output data selari (Q0 hingga Q7). Data dimasukkan secara bersiri melalui DSA atau DSB dan salah satu input boleh digunakan sebagai TINGGI aktif untuk kemasukan data melalui input lain. Data dialihkan pada peralihan RENDAH-ke-TINGGI input jam (CP). LOW pada input reset master (MR) membersihkan register dan memaksa semua output RENDAH, tanpa bergantung pada input lain. Input merangkumi diod pengapit. Ini membolehkan penggunaan perintang penghad semasa untuk memasukkan input ke voltan melebihi VCC.

3. Selari dalam - Daftar Pergeseran Serial keluar

Dalam register shift Parallel in - Serial, data dibekalkan secara selari, misalnya, pertimbangkan register 4-bit yang ditunjukkan di bawah.

Daftar ini dapat digunakan untuk menyimpan dan menggeser kata 4-bit, dengan input kawalan tulis / pergeseran (WS) yang mengawal modus operasi dari daftar shift. Apabila garis kawalan WS rendah (Mode Tulis), data dapat ditulis dan dicatat melalui D0 hingga D3. Untuk mengalihkan data secara bersiri, garis kawalan WS dibawa HIGH (Shift mode), register kemudian mengalihkan data keluar pada input jam. Parallel in Serial Shift Register kami juga disebut PISO Shift register.

Contoh yang baik dari daftar peralihan keluar bersiri selari ialah daftar peralihan 8-bit 74HC165 walaupun ia juga boleh dikendalikan sebagai daftar peralihan keluar bersiri bersiri.

Peranti ini mempunyai input data bersiri (DS), lapan input data selari (D0 hingga D7) dan dua output bersiri pelengkap (Q7 dan Q7 '). Apabila input beban selari (PL) RENDAH data dari D0 ke D7 dimuat ke dalam shift shift secara tidak segerak. Apabila PL TINGGI data memasuki daftar secara bersiri di DS. Apabila input input jam (CE) data RENDAH dialihkan pada peralihan LOW-to-HIGH input CP. TINGGI pada CE akan mematikan input CP. Input bertoleransi voltan tinggi hingga 15 V. Ini membolehkan peranti digunakan dalam aplikasi peralihan tahap HINGGA ke RENDAH.

Gambarajah fungsi shift shift ditunjukkan di bawah;

Gambarajah masa untuk sistem adalah seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah;

4. Parallel in - Daftar peralihan keluar selari

Untuk register peralihan keluar selari - selari, data keluaran melintasi output selari muncul serentak ketika data input dimasukkan. Jenis pergeseran jenis ini juga disebut sebagai register Shift PIPO.

Data input pada setiap pin input dari D0 hingga D3 dibaca pada masa yang sama ketika peranti dicatat jam dan pada masa yang sama, data yang dibaca dari setiap input dikeluarkan pada output yang sesuai (dari Q0 hingga Q3).

The 74HC195 daftar anjak adalah satu daftar anjakan pelbagai guna yang mampu bekerja dalam kebanyakan mod digambarkan oleh semua jenis yang kita telah dibincangkan setakat ini terutama sebagai selari dalam - selari keluar daftar syif.

5. Daftar Anjakan Bidirectional

Shift register dapat melakukan shift data kanan atau kiri, atau keduanya bergantung pada jenis shift shift dan konfigurasi mereka. Dalam operasi pergeseran kanan, data binari dibahagi dua. Sekiranya operasi ini dibalikkan, data binari akan didarabkan dengan dua. Dengan penerapan logik gabungan yang sesuai, daftar pergeseran siri dapat dikonfigurasi untuk melakukan kedua operasi tersebut.

Pertimbangkan daftar 4-bit dalam gambar di bawah. Beberapa gerbang NAND dikonfigurasikan sebagai gerbang OR dan digunakan untuk mengawal arah pergeseran, sama ada kanan atau kiri.

Garis kawalan kiri / tulis digunakan untuk menentukan arah ke mana data dialihkan, baik ke kanan atau ke kiri.

Daftar peralihan dua arah 74HC194 adalah contoh yang baik. Daftar boleh beroperasi dalam semua mod dan variasi input atau output bersiri dan selari. Gambar rajah fungsional 74HC194 yang menonjolkan garis kawalan, jam, pin input dan output ditunjukkan di bawah.

Gambarajah masa peranti juga ditunjukkan di bawah. Ini akan lebih membantu anda memahami bagaimana garis kawalan mengawal tindakan daftar.

6. Pembilang

Kaunter, yang kadang-kadang disebut rotate shift register pada dasarnya adalah register shift dengan outputnya dimasukkan kembali ke dalam peranti sebagai input sedemikian rupa sehingga menghasilkan corak tertentu. Daftar jenis ini disebut sebagai pembilang kerana corak dan urutan yang mereka tunjukkan. Jenis kaunter daftar peralihan yang paling popular adalah pembilang cincin.

Kaunter Cincin

Pembilang cincin pada dasarnya adalah sejenis pembilang di mana output bit yang paling signifikan diumpankan sebagai input ke bit yang paling tidak signifikan. Pembilang cincin 4-bit digambarkan dalam rajah di bawah menggunakan flip flop D.

Apabila nadi jam diterapkan, output setiap tahap dialihkan ke tahap berikutnya, dan kitaran terus berjalan. Apabila jelas dihidupkan tinggi, semua sandal kecuali yang pertama (yang ditetapkan ke 1) diset semula ke nol.

Aplikasi daftar Shift

Daftar pergeseran digunakan dalam banyak aplikasi antaranya adalah;

1. Selari dengan penukaran bersiri, di mana ia digunakan untuk mengurangkan bilangan wayar, atau garis yang diperlukan untuk komunikasi antara dua peranti, kerana komunikasi bersiri umumnya memerlukan hanya dua wayar berbanding selari yang bergantung pada jumlah bit yang dikirim.

2. Pengembangan IO untuk mikrokontroler. Dalam elektronik moden, pin IO mikrokontroler disebut sebagai harta tanah dan seseorang memerlukan seberapa banyak yang mungkin untuk aplikasi tertentu seperti menghidupkan 100 led atau membaca 100 suis buluh dengan sesuatu seperti Arduino atau mikrokontroler Atmeg328p. Sebagai contoh, rajah litar di bawah menggambarkan bagaimana register peralihan bersiri ke selari dapat digunakan untuk mengawal 8 LED, dengan hanya menggunakan tiga pin IO mikrokontroler.

3. Mereka digunakan dalam daftar negara yang digunakan dalam peranti berurutan. Seperti mesin memori terhingga, keadaan peranti seterusnya selalu ditentukan dengan menukar dan memasukkan data baru ke kedudukan sebelumnya.

4. Satu aplikasi utama lain terdapat dalam kelewatan Masa. Daftar pergeseran digunakan untuk penundaan waktu pada peranti, dengan waktu disesuaikan dengan jam, atau ditingkatkan dengan register peralihan lata atau dikurangkan dengan mengambil output dari bit signifikan yang lebih rendah.

Kelewatan masa biasanya dikira menggunakan formula;

t = N * (1 / fc)

N adalah bilangan tahap flip flop di mana output diambil, Fc adalah frekuensi isyarat jam dan t yang merupakan nilai yang ditentukan adalah jumlah masa di mana output akan ditunda.

Semasa memilih shift shift untuk tugas tertentu kerana rentang yang luas dan ketik penting untuk memilih yang sesuai dengan keperluan tertentu anda, dengan mempertimbangkan perkara seperti, modus operasi, ukuran bit (bilangan sandal), kanan atau kiri atau dua arah dll.

Beberapa daftar shift yang paling popular adalah;

1. 74HC 194 4-bit register shift universal universal
2. 74HC 198 8-bit register shift universal universal
3. Daftar peralihan Serial-In-Parallel-Out 74HC595
4. Daftar peralihan 74HC165 Parallel-In-Serial-Out
5. IC 74291 4-bit universal shift register, kaunter atas / bawah binari, segerak.
6. Daftar peralihan universal 4-bit IC 74395 dengan output tiga keadaan.
7. IC 74498 8-bit register shift arah dengan input selari dan output tiga keadaan.
8. IC peralihan pertukaran arah dua arah IC 74671.
9. IC 74673 16-bit serial-out serial-out shift register dengan output output register.
10. IC 74674 16-bit parallel-in serial-out shift register dengan output tiga keadaan.

Terdapat beberapa lagi, anda hanya perlu mencari yang paling sesuai dengan aplikasi anda.

Terima kasih kerana membaca, sehingga lain kali.