การลงทะเบียนกะประเภทต่างๆและการใช้งานพร้อมตัวอย่าง

Shift Register คืออะไร:

Shift Registers เป็นวงจรลอจิกตามลำดับซึ่งสามารถจัดเก็บและถ่ายโอนข้อมูลได้ พวกเขาประกอบด้วย Flip Flops ซึ่งเชื่อมต่อในลักษณะที่เอาต์พุตของฟลิปฟล็อปหนึ่งสามารถใช้เป็นอินพุตของฟลิปฟล็อปอื่น ๆ ได้ขึ้นอยู่กับประเภทของชิฟต์รีจิสเตอร์ที่สร้างขึ้น

โดยทั่วไปแล้วทะเบียนกะเป็นประเภทของการลงทะเบียนที่มีความสามารถในการถ่ายโอนข้อมูล (“ shift”) รีจิสเตอร์เป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลทั่วไปซึ่งสร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่อฟลิปฟล็อปจำนวนเฉพาะเข้าด้วยกันเป็นชุดและจำนวนข้อมูล (จำนวนบิต) ที่รีจิสเตอร์สามารถจัดเก็บได้นั้นจะแปรผันตรงกับจำนวนฟลิปฟล็อปเสมอเนื่องจากแต่ละฟลิป Flop สามารถจัดเก็บได้ครั้งละหนึ่งบิตเท่านั้น เมื่อฟลิปฟล็อปในรีจิสเตอร์เชื่อมต่อในลักษณะที่เอาต์พุตของฟลิปฟล็อปหนึ่งกลายเป็นอินพุตของอีกอันจะมีการสร้างรีจิสเตอร์กะ

flip flopsเป็นอุปกรณ์ที่มีการดำเนินการคล้ายกับที่ของสลักสามารถเรียกได้ว่าเป็นเครื่องสั่นแบบ bistable ที่สามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างสองสถานะ (0 หรือ 1) และสามารถจัดเก็บข้อมูลเป็นบิตได้ ข้อมูลใหม่จะถูกอ่านลงในฟลิปฟล็อปกับแต่ละรอบนาฬิกาและข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ส่งไปที่เอาต์พุต

Shift Registers ประกอบด้วยรองเท้าแตะแบบใด

อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของฟลิปฟล็อปเนื่องจากความสัมพันธ์ของอินพุทเอาท์พุตและวงจรนาฬิการะหว่างฟลิปฟล็อปแตกต่างกัน รองเท้าแตะมีหลายประเภท แต่ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในการสร้าง shift register คือ D (Delay) -flip flop

สำหรับการทำงานของรองเท้าแตะ D ซึ่งทำให้เป็นที่ต้องการอย่างมากสำหรับการลงทะเบียนกะเมื่อใดก็ตามที่นาฬิกาของรองเท้าแตะ D มีการเปลี่ยนแปลง (ขอบขึ้นหรือลงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของรองเท้าแตะ) ข้อมูลที่เอาต์พุต“ Q”จะกลายเป็นข้อมูลเดียวกับข้อมูลที่อินพุต“ D”เอาต์พุต“ Q”ของฟลิปฟล็อปจะยังคงอยู่ที่ค่านั้นจนถึงรอบนาฬิกาถัดไปจากนั้นจะเปลี่ยนอีกครั้งเป็นค่า (สูงหรือต่ำ 1 หรือ 0) ที่อินพุต

ตอนนี้เรารู้แล้วว่า Sift Registers คืออะไรเราจะดำเนินการเจาะลึกเกี่ยวกับประเภทของฟลิปฟล็อปและแอพพลิเคชั่น แต่ก่อนหน้านั้นเพื่อให้สามารถใช้งานได้จริงมากขึ้นเกี่ยวกับตำแหน่งที่ใช้ shift register ลองมาดู shift register 74HC595 ที่เป็นที่นิยมซึ่งเราใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆเพื่อเชื่อมต่อจอแสดงผลหรือลำดับของ LED

• Shift Register กับ 74HC595 กับ Arduino เพื่อควบคุมลำดับของ LED
• Shift Register กับ ESP32 ไปยังอินเทอร์เฟซ 7-Segment Display
• Shift Register กับ Raspberry Pi เพื่อควบคุม LED หลายดวง
• Shift Register with PIC เพื่อควบคุมลำดับของ LED

ประเภทของการลงทะเบียนใน Digital Electronics

Shift รีจิสเตอร์แบ่งออกเป็นประเภทหลัก ๆ ตามโหมดการทำงานทั้งแบบอนุกรมหรือแบบขนาน

มีการลงทะเบียนกะพื้นฐานหก (6) ประเภทซึ่งแสดงไว้ด้านล่างแม้ว่าบางส่วนสามารถแบ่งออกได้เพิ่มเติมตามทิศทางการไหลของข้อมูลไม่ว่าจะเลื่อนไปทางขวาหรือเลื่อนไปทางซ้าย

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

2. Serial In - Parallel out shift Register (SIPO)

3. ขนานเข้า - ขนานออก Shift Register (PIPO)

4. ขนานเข้า - อนุกรมออก Shift Register (PISO)

5. รีจิสเตอร์กะแบบสองทิศทาง

6. เคาน์เตอร์

1. Serial in - Serial out Shift Registers

Serial in - Serial out shift register คือ shift register ที่สตรีมข้อมูลแบบอนุกรม (หนึ่งบิตต่อรอบสัญญาณนาฬิกา) และสตรีมข้อมูลออกไปในลักษณะเดียวกันทีละรายการ

ง่ายต่อเนื่องใน - อนุกรมออก 4 บิตกะลงทะเบียนเป็นที่ปรากฏข้างต้นลงทะเบียนประกอบด้วย 4 flip flops และรายละเอียดของวิธีการทำงานที่จะมีการอธิบายดังต่อไปนี้

ในการเริ่มต้นการลงทะเบียนกะจะถูกล้างก่อนโดยบังคับให้เอาต์พุตของฟลิปฟล็อปทั้งหมดเป็นศูนย์จากนั้นข้อมูลอินพุตจะถูกนำไปใช้กับอินพุตแบบอนุกรมทีละบิต

มีสองวิธีพื้นฐานในการเปลี่ยนข้อมูลผ่านทะเบียนกะ SISO;

1. การอ่านข้อมูลแบบไม่ทำลาย
2. การอ่านข้อมูลแบบทำลายล้าง

• การอ่านข้อมูลแบบไม่ทำลาย

การอ่านข้อมูลแบบไม่ทำลายตามการลงทะเบียนกะจะมีโหมดการ อ่าน / เขียน อยู่เสมอโดยมีการเพิ่มบรรทัดพิเศษเพื่อให้สามารถสลับระหว่างโหมดการทำงานอ่านและเขียนได้

เมื่ออุปกรณ์อยู่ในโหมดการทำงาน "เขียน" shift register จะเลื่อนข้อมูลแต่ละรายการออกทีละบิตซึ่งทำงานเหมือนกับเวอร์ชันการอ่านข้อมูลแบบทำลายล้างและข้อมูลจะสูญหายไป แต่เมื่อเปลี่ยนโหมดการทำงานเป็น "อ่าน" ข้อมูล ซึ่งถูกเลื่อนออกไปที่อินพุตจะกลับเข้าสู่ระบบและทำหน้าที่เป็นอินพุตไปยังรีจิสเตอร์กะ สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลจะคงอยู่นานขึ้น (ตราบใดที่ยังอยู่ในโหมดอ่าน)

• การอ่านข้อมูลแบบทำลายล้าง

สำหรับการอ่านแบบทำลายข้อมูลจะหายไปอย่างสมบูรณ์เนื่องจากฟลิปฟล็อปเพียงแค่เลื่อนข้อมูล สมมติสำหรับการลงทะเบียนกะ 4 บิตด้านบนเราต้องการส่งคำว่า“ 1101” หลังจากล้างทะเบียนกะผลลัพธ์ของฟลิปฟล็อปทั้งหมดจะกลายเป็น 0 ดังนั้นในระหว่างรอบนาฬิกาแรกขณะที่เราใช้ข้อมูลนี้ (1101) แบบอนุกรมผลลัพธ์ของฟลิปฟล็อปจะมีลักษณะดังตารางด้านล่าง

รอบนาฬิกาแรก:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

รอบนาฬิกาที่สอง:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

รอบนาฬิกาที่สาม:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

รอบนาฬิกาที่สี่:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. Serial in - Parallel out Shift Register

ประเภทที่สองของการเปลี่ยนแปลงลงทะเบียนเราจะได้รับการพิจารณาเป็นอนุกรมใน - กะออกขนานลงทะเบียนยังเป็นที่รู้จักSIPO กะสมัครสมาชิก ประเภทของการลงทะเบียนกะเหล่านี้ใช้สำหรับการแปลงข้อมูลจากอนุกรมเป็นขนาน ข้อมูลมาทีละรายการต่อรอบนาฬิกาและสามารถเปลี่ยนและเปลี่ยนหรืออ่านออกได้ที่เอาต์พุตแต่ละรายการ ซึ่งหมายความว่าเมื่อข้อมูลถูกอ่านการอ่านแต่ละบิตจะพร้อมใช้งานพร้อมกันบนบรรทัดเอาต์พุตตามลำดับ (Q0 - Q3 สำหรับรีจิสเตอร์กะ 4 บิตที่แสดงด้านล่าง)

อนุกรม 4 บิตใน - Parallel out shift register แสดงอยู่ในภาพด้านล่าง

ตารางแสดงวิธีการย้ายข้อมูลออกจากอนุกรมในการลงทะเบียนกะ 4 บิตแบบขนานแสดงอยู่ด้านล่างโดยมีข้อมูลเป็น 1001

ชัดเจน	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

ตัวอย่างที่ดีของ serial in - parallel out shift register คือ 74HC164 shift registerซึ่งเป็น shift 8 บิต

อุปกรณ์มีอินพุตข้อมูลอนุกรมสองช่อง (DSA และ DSB) เอาต์พุตข้อมูลแบบขนานแปดช่อง (Q0 ถึง Q7) ข้อมูลจะถูกป้อนแบบอนุกรมผ่าน DSA หรือ DSB และสามารถใช้อินพุตใดก็ได้เป็นเปิดใช้งาน HIGH สำหรับการป้อนข้อมูลผ่านอินพุตอื่น ข้อมูลจะถูกเลื่อนตามการเปลี่ยนจาก LOW-to-HIGH ของอินพุตนาฬิกา (CP) LOW บนอินพุตรีเซ็ตหลัก (MR) จะล้างรีจิสเตอร์และบังคับให้เอาต์พุตทั้งหมด LOW ไม่ขึ้นกับอินพุตอื่น ๆ อินพุตรวมแคลมป์ไดโอด สิ่งนี้ทำให้สามารถใช้ตัวต้านทาน จำกัด กระแสเพื่อเชื่อมต่ออินพุทกับแรงดันไฟฟ้าที่เกินกว่า VCC

3. ขนานเข้า - อนุกรมออก Shift Register

ในการลงทะเบียนกะขนานเข้า - อนุกรมออกข้อมูลจะถูกจัดส่งแบบขนานเช่นพิจารณาการลงทะเบียน 4 บิตที่แสดงด้านล่าง

รีจิสเตอร์นี้สามารถใช้เพื่อจัดเก็บและเปลี่ยนคำ 4 บิตโดยอินพุตควบคุม write / shift (WS) ควบคุมโหมดการทำงานของ shift register เมื่อสายควบคุม WS อยู่ในระดับต่ำ (โหมดเขียน) ข้อมูลจะถูกเขียนและตอกบัตรผ่าน D0 ถึง D3 ในการเลื่อนข้อมูลออกตามลำดับสายควบคุม WS จะถูกนำมาเป็น HIGH (โหมด Shift) จากนั้นรีจิสเตอร์จะเลื่อนข้อมูลออกตามอินพุตนาฬิกา ขนานในอนุกรมกะของเราสมัครสมาชิกจะเรียกว่าPISO กะลงทะเบียน

ตัวอย่างที่ดีของการลงทะเบียนกะในอนุกรมออกแบบขนานคือการลงทะเบียนกะ 8 บิต 74HC165แม้ว่าจะสามารถใช้งานเป็นทะเบียนกะอนุกรมใน - อนุกรมออกได้

อุปกรณ์นี้มีอินพุตข้อมูลแบบอนุกรม (DS) อินพุตข้อมูลแบบขนานแปดช่อง (D0 ถึง D7) และเอาต์พุตอนุกรมเสริมสองตัว (Q7 และ Q7 ') เมื่ออินพุตโหลดขนาน (PL) ต่ำข้อมูลจาก D0 ถึง D7 จะถูกโหลดลงใน shift register แบบอะซิงโครนัส เมื่อ PL เป็นข้อมูลสูงเข้าสู่รีจิสเตอร์แบบอนุกรมที่ DS เมื่อนาฬิกาเปิดใช้งานอินพุต (CE) เป็นข้อมูล LOW จะถูกเลื่อนในการเปลี่ยนจาก LOW-to-HIGH ของอินพุต CP สูงใน CE จะปิดใช้งานอินพุต CP อินพุตมีความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าเกินได้ถึง 15 V. ทำให้สามารถใช้อุปกรณ์ในแอพพลิเคชั่นเปลี่ยนเกียร์ระดับสูงถึงต่ำได้

แผนภาพการทำงานของทะเบียนกะแสดงไว้ด้านล่าง

แผนภาพเวลาสำหรับระบบดังแสดงในภาพด้านล่าง

4. ขนานเข้า - ขนานออกทะเบียนกะ

สำหรับคู่ขนาน - ขนานออกกะทะเบียนข้อมูลการส่งออกทั่วผลแบบขนานปรากฏพร้อมกันเป็นข้อมูลของท่านจะถูกป้อนในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงการลงทะเบียนนี้จะเรียกว่าเป็น. PIPO กะลงทะเบียน

ข้อมูลอินพุตที่แต่ละพินอินพุตตั้งแต่ D0 ถึง D3 จะถูกอ่านพร้อมกันเมื่ออุปกรณ์ถูกโอเวอร์คล็อกและในเวลาเดียวกันข้อมูลที่อ่านจากอินพุตแต่ละอินพุตจะถูกส่งออกไปที่เอาต์พุตที่เกี่ยวข้อง (จาก Q0 ถึง Q3)

74HC195 กะทะเบียนเป็นทะเบียนกะอเนกประสงค์ที่มีความสามารถในการทำงานในส่วนของโหมดการอธิบายโดยทุกประเภทที่เราได้พูดคุยกันเพื่อให้ห่างไกลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบบคู่ขนาน - ขนานออกจากการลงทะเบียนเปลี่ยนแปลง

5. รีจิสเตอร์กะแบบสองทิศทาง

การลงทะเบียน Shift สามารถดำเนินการเลื่อนข้อมูลไปทางขวาหรือซ้ายหรือทั้งสองอย่างขึ้นอยู่กับประเภทของ shift register และการกำหนดค่า ในการดำเนินการกะทางขวาข้อมูลไบนารีจะถูกหารด้วยสอง หากการดำเนินการนี้กลับรายการข้อมูลไบนารีจะถูกคูณด้วยสอง ด้วยการประยุกต์ใช้ตรรกะเชิงผสมที่เหมาะสมจึงสามารถกำหนดค่าทะเบียนกะอนุกรมเพื่อดำเนินการทั้งสองอย่างได้

พิจารณาการลงทะเบียน 4 บิตในภาพด้านล่าง ประตู NAND สองประตูถูกกำหนดค่าเป็นหรือประตูและใช้เพื่อควบคุมทิศทางของการเลื่อนไม่ว่าจะไปทางขวาหรือทางซ้าย

เส้นควบคุมด้านซ้าย / เขียนใช้เพื่อกำหนดทิศทางที่ข้อมูลจะเลื่อนไปทางขวาหรือซ้าย

74HC194 Bi-direction shift register เป็นตัวอย่างที่ดี รีจิสเตอร์สามารถทำงานได้ในทุกโหมดและรูปแบบของอินพุตหรือเอาต์พุตแบบอนุกรมและแบบขนาน แผนภาพการทำงานของ 74HC194 ที่เน้นสายควบคุมนาฬิกาขาเข้าและขาออกแสดงอยู่ด้านล่าง

แผนภาพเวลาของอุปกรณ์ยังแสดงอยู่ด้านล่าง จะช่วยให้คุณเข้าใจได้ดีขึ้นว่าสายควบคุมควบคุมการทำงานของรีจิสเตอร์อย่างไร

6. เคาน์เตอร์

ตัวนับบางครั้งเรียกว่าการหมุน shift registerโดยทั่วไปแล้ว shift register ที่มีเอาต์พุตที่ป้อนกลับเข้าไปในอุปกรณ์เป็นอินพุตในลักษณะที่สร้างรูปแบบเฉพาะ การลงทะเบียนประเภทนี้เรียกว่าเคาน์เตอร์เนื่องจากรูปแบบและลำดับที่แสดง ที่นิยมมากที่สุดของการเปลี่ยนแปลงเคาน์เตอร์ลงทะเบียนเป็นเคาน์เตอร์แหวน

แหวนเคาน์เตอร์

โดยทั่วไปแล้วตัวนับแหวนเป็นตัวนับชนิดหนึ่งที่เอาต์พุตของบิตที่สำคัญที่สุดจะถูกป้อนกลับเป็นอินพุตไปยังบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด ตัวนับวงแหวน 4 บิตแสดงอยู่ในแผนภาพด้านล่างโดยใช้ D flip flop

เมื่อใช้พัลส์นาฬิกาเอาต์พุตของแต่ละสเตจจะเลื่อนไปที่ขั้นถัดไปและวงจรจะดำเนินต่อไป เมื่อความชัดเจนหันสูงรองเท้าแตะทั้งหมดยกเว้นอันแรก (ซึ่งได้รับการตั้งค่าเป็น 1) จะถูกรีเซ็ตเป็นศูนย์

แอพพลิเคชั่นของ Shift register

การลงทะเบียน Shift ถูกใช้ในหลาย ๆ แอปพลิเคชันซึ่ง ได้แก่

1. การแปลงขนานกับอนุกรมซึ่งใช้เพื่อลดจำนวนสายไฟหรือสายที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องเนื่องจากการสื่อสารแบบอนุกรมโดยทั่วไปต้องใช้สายไฟเพียงสองเส้นเมื่อเทียบกับแบบขนานซึ่งขึ้นอยู่กับจำนวนบิตที่ส่ง

2. การขยายตัว IO สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่หมุด IO ของไมโครคอนโทรลเลอร์เรียกว่าอสังหาริมทรัพย์และสิ่งหนึ่งที่ต้องการมากที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันบางอย่างเช่นการเปิดไฟ LED 100 ดวงหรือการอ่านสวิตช์ 100 กกด้วยบางอย่างเช่น Arduino หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ Atmeg328p ตัวอย่างเช่นแผนภาพวงจรด้านล่างแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ทะเบียนกะแบบอนุกรมถึงขนานเพื่อควบคุม LED 8 ดวงโดยใช้หมุด IO ของไมโครคอนโทรลเลอร์เพียงสามตัว

3. พวกเขาจะใช้ในการลงทะเบียนของรัฐที่ใช้ในอุปกรณ์ตามลำดับเช่นเดียวกับเครื่องหน่วยความจำ จำกัด สถานะถัดไปของอุปกรณ์จะถูกกำหนดโดยการเลื่อนและใส่ข้อมูลใหม่ลงในตำแหน่งก่อนหน้าเสมอ

4. การประยุกต์ใช้หลักอื่น ๆ ที่พบในความล่าช้าเวลาการลงทะเบียน Shift ใช้สำหรับการหน่วงเวลาในอุปกรณ์โดยมีการปรับเวลาตามนาฬิกาหรือเพิ่มขึ้นโดยการลงทะเบียนกะแบบเรียงซ้อนหรือลดลงโดยการรับเอาต์พุตจากบิตที่มีนัยสำคัญต่ำกว่า

โดยปกติการหน่วงเวลาจะคำนวณโดยใช้สูตร

เสื้อ = N * (1 / fc)

N คือจำนวนสเตจฟลิปฟล็อปที่รับเอาท์พุท Fc คือความถี่ของสัญญาณนาฬิกาและ t ซึ่งค่าที่กำหนดคือระยะเวลาที่เอาต์พุตจะล่าช้า

เมื่อเลือกการลงทะเบียนกะสำหรับงานใดงานหนึ่งเนื่องจากช่วงกว้างและพิมพ์สิ่งสำคัญเพื่อเลือกงานที่ตรงกับความต้องการของคุณโดยพิจารณาจากสิ่งต่างๆเช่นโหมดการทำงานขนาดบิต (จำนวนฟลิปฟล็อป) ขวาหรือซ้ายหรือ แบบสองทิศทางเป็นต้น

บางส่วนของส่วนใหญ่ที่ลงทะเบียนเปลี่ยนแปลงที่เป็นที่นิยมคือ

1. 74HC 194 4-bit universal shift register
2. 74HC 198 8 บิตทะเบียนกะสากลสองทิศทาง
3. 74HC595 Serial-In-Parallel-Out shift register
4. 74HC165 Parallel-In-Serial-Out shift register
5. IC 74291 4-bit universal shift register, binary up / down counter, synchronous.
6. IC 74395 4-bit universal shift register พร้อมเอาต์พุตสามสถานะ
7. IC 74498 ทะเบียนกะแบบสองทิศทาง 8 บิตพร้อมอินพุตแบบขนานและเอาต์พุตสามสถานะ
8. IC 74671 ทะเบียนกะแบบสองทิศทาง 4 บิต
9. IC 74673 16-bit serial-in serial-out shift รีจิสเตอร์ที่เก็บข้อมูลเอาต์พุต
10. IC 74674 16-bit parallel-in serial-out shift register พร้อมเอาต์พุตสามสถานะ

ยังมีอีกมากมายคุณต้องหาสิ่งที่เหมาะกับแอปพลิเคชันของคุณมากที่สุด

ขอขอบคุณที่อ่านจนถึงครั้งหน้า