סוגים שונים של רושמי משמרות ויישומיהם עם דוגמאות

מה זה Shift Register:

Shift Registers הם מעגלי לוגיקה עוקבים, המסוגלים לאחסן ולהעביר נתונים. הם מורכבים מכפכפים המחוברים בצורה כזו שהפלט של כפכף אחד יכול לשמש כקלט של הכפכף השני, תלוי בסוג רושמי המשמרות שנוצרים.

רושמי משמרות הם בעצם סוג של רישום שיש להם את היכולת להעביר ("משמרת") נתונים. רישומים הם התקני אחסון באופן כללי אשר נוצרים על ידי חיבור מספר כפכפי אצבע יחד בסדרה וכמות הנתונים (מספר סיביות) אשר ניתן לאחסן על ידי הרישום עומדת תמיד ביחס ישר למספר הכפכפים, שכן כל כפכף flop מסוגל לאחסן רק ביט אחד בכל פעם. כאשר הכפכפים ברישום מחוברים בצורה כזו שהפלט של הכפכף האחד הופך לקלט של השני, נוצר רושם משמרות.

כפכפים הם מכשירים עם פעולה דומה לזו של תפס. אפשר לכנות אותו כוויברטור bistable שיכול לנוע בין שני מצבים (0 או 1) ומסוגל לאחסן נתונים בסיביות. נתונים חדשים נקראים בכפכף עם כל מחזור שעון והנתונים הקודמים שנשלחו בפלט.

רושמי משמרות אילו כפכפי אצבע מורכבים?

אולם זה תלוי בסוג הכפכף, שכן יחסי הקלט, הפלט ומחזור השעון בין הכפכפים משתנים. ישנם סוגים שונים של כפכפים, אך הנפוץ ביותר ביצירת רושמי משמרות הם כפכפי D (עיכוב).

להפעלת הכפכפים ההופכים אותם לכל כך רצויים עבור רושמי משמרות, בכל פעם שיש שינוי בשעון של כפכף (קצה עולה או נופל, בהתאם למפרט הכפכף). הנתונים ביציאה "Q" הופכים לאותם נתונים כמו אלה בקלט "D". פלט "Q" של הכפכף יישאר בערך זה עד למחזור השעון הבא, שם הוא ישתנה שוב לערך (גבוה או נמוך, 1 או 0) בכניסה.

עכשיו, כשאנחנו יודעים מה הם Sift Registers, נמשיך לצלול עמוק יותר לסוגי הכפכף ויישומיהם. אבל לפני כן, כדי לתת חשיפה פרקטית יותר למקומות שבהם משתמשים ברשמי משמרות בואו נסתכל על מרשם המשמרות הפופולרי 74HC595 בו השתמשנו עם מיקרו-בקרים שונים לממשק תצוגה או רצף של נוריות.

• החלף Shift עם 74HC595 עם Arduino כדי לשלוט ברצף של נוריות
• החלף הרשמה עם ESP32 לממשק תצוגה עם 7 קטעים
• החלף Shift עם Raspberry Pi כדי לשלוט במספר נוריות LED
• החלף הרשמה עם PIC כדי לשלוט ברצף של נוריות

סוגי רושמים באלקטרוניקה דיגיטלית

רושמי משמרות מסווגים לסוגים בעיקר לפי אופן הפעולה שלהם , סדרתי או מקביל.

ישנם שישה (6) סוגים בסיסיים של רושמי משמרות המפורטים להלן, אם כי ניתן לחלק את חלקם נוסף בהתבסס על כיוון זרימת הנתונים או להזיז ימינה או להעביר שמאלה.

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

2. Serial In - רישום משמרות מקבילות (SIPO)

3. Parallel in - Register Shift מקביל (PIPO)

4. מקביל - רישום משמרת סידורי (PISO)

5. רישומי משמרות דו כיווניים

6. מונים

1. Serial in - רישומי משמרת סדרתי

Serial in - רושמי משמרת סידוריים הם רושמי משמרות הזורמים בנתונים באופן סדרתי (סיבית אחת לכל מחזור שעון) ומזרים נתונים גם הם באותו אופן, בזה אחר זה.

רישום סידורי פשוט פנימי - סידורי יציאה 4 סיביות מוצג לעיל, הרישום מורכב מ -4 כפכפים ואת פירוט אופן פעולתו מוסבר להלן;

בעת ההפעלה, רישום המשמרת מנוקה תחילה, מה שמאלץ את הפלטים של כל הכפכפים לאפס, ואז נתוני הקלט מוחלים על הקלט באופן סדרתי, ביט בכל פעם.

ישנן שתי דרכים בסיסיות להעברת נתונים דרך מרשם משמרות SISO;

1. קריאה לא הרסנית
2. קריאה הרסנית

• קריאה לא הרסנית

בהתבסס על קריאה שאינה הרסנית, לרשימות המשמרות יש תמיד מצב פעולה של קריאה / כתיבה עם הוספת קו נוסף המאפשר לעבור בין מצבי התפעול לקריאה וכתיבה.

כשהמכשיר נמצא במצב תפעולי "כתוב", רושם המשמרות מעביר כל נתונים קצת כל פעם ומתנהג בדיוק כמו גרסת הקריאה ההרסנית והנתונים אבדו, אך כאשר המצב התפעולי מועבר ל"קריאה ", נתונים שמועברים החוצה בכניסה חוזרים למערכת ומשמשים כקלט לרשם המשמרות. זה עוזר להבטיח שהנתונים יישארו ארוכים יותר (כל עוד הם נשארים במצב קריאה)

• קריאה הרסנית

לקריאות הרסניות, הנתונים אובדים לחלוטין מכיוון שכפכף הכדור פשוט מעביר את המידע. בהנחה שמרשם המשמרות של 4 סיביות למעלה, אנו רוצים לשלוח את המילה "1101". לאחר ניקוי רושם המשמרות, התפוקה של כל הכפכפים הופכת ל 0, כך שבמהלך מחזור השעון הראשון כאשר אנו מיישמים נתונים אלה (1101) באופן סדרתי, תפוקות הכפכפים נראות כמו הטבלה למטה.

מחזור שעון ראשון:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

מחזור שעון שני:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

מחזור שעון שלישי:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

מחזור שעון רביעי:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. סידורי פנימי - רישום משמרות במקביל

הסוג השני של פנקס המשמרות שנשקול הוא פנקס המשמרות הסידורי פנימי המכונה גם SIPO Shift Register. סוגים אלה של רושמי משמרות משמשים להמרת נתונים מסידרתיים למקבילים. הנתונים מגיעים בזה אחר זה במחזור שעון וניתן לשנות ולהחליף אותם או לקרוא אותם בכל פלט. פירוש הדבר שכאשר קוראים את הנתונים, כל קריאת ביט הופכת לזמינה בו זמנית בשורת הפלט המתאימה להם (Q0 - Q3 עבור רישום המשמרת של 4 סיביות המוצג להלן).

4 סיביות פנימה - רישום משמרות במקביל מוצג בתמונה למטה.

להלן מוצגת טבלה המציגה את אופן העברת הנתונים מהסידורי ב - מקביל 4 סיביות המשמרת, עם הנתונים 1001.

ברור	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

דוגמה טובה למאגר המשמרות המקבילי החוצה הוא מקביל משמרת 74HC164, שהוא מאגר משמרות של 8 סיביות.

המכשיר כולל שתי כניסות נתונים סדרתיות (DSA ו- DSB), שמונה יציאות נתונים מקבילות (Q0 עד Q7). נתונים מוזנים באופן סדרתי באמצעות DSA או DSB, וכל קלט יכול לשמש כמאפשר פעיל HIGH להזנת נתונים דרך הקלט האחר. הנתונים מועברים על מעברי LOW-to-HIGH של קלט השעון (CP). LOW על כניסת האיפוס הראשית (MR) מנקה את הרישום ומכריח את כל היציאות LOW, ללא תלות בכניסות אחרות. הכניסות כוללות דיודות מהדק. זה מאפשר שימוש בנגדים להגבלת זרם כדי לממשק כניסות למתח העולה על VCC.

3. Parallel in - רישום משמרת סידורי

במרשם ה- Parallel in - Serial out shift, הנתונים מסופקים במקביל, למשל, קחו בחשבון את הרישום של 4 סיביות המוצג להלן.

ניתן להשתמש במרשם זה כדי לאחסן ולהעביר מילה של 4 סיביות, כאשר קלט הבקרה כתיבה / משמרת (WS) שולט על אופן הפעולה של רושם המשמרות. כאשר קו הבקרה של WS נמוך (מצב כתיבה), ניתן לכתוב ולשעון נתונים באמצעות D0 עד D3. כדי להעביר את הנתונים בצורה סדרתית, קו הבקרה WS מובא ל- HIGH (מצב Shift), ואז הרושם מעביר את הנתונים בכניסה לשעון. המקביל בסדרה Serial Shift שלנו נקרא גם PISO Shift register.

דוגמה טובה למאגר משמרות מקבילי ב - Serial הוא 74HC165 8 סיביות משמרת, למרות שניתן להפעיל אותו גם כמרשם משמרת יציאה טורית.

המכשיר כולל קלט נתונים טורי (DS), שמונה כניסות נתונים מקבילות (D0 עד D7) ושתי יציאות טוריות משלימות (Q7 ו- Q7 '). כאשר קלט העומס המקביל (PL) הוא נמוך הנתונים מ- D0 ל- D7 נטענים לאוגר באופן לא סינכרוני. כאשר PL הוא HIGH, נתונים נכנסים לסדרה באופן סדרתי ב- DS. כאשר קלט הפעלת השעון (CE) הוא LOW נתונים מועברים במעברים LOW-to-HIGH של קלט ה- CP. HIGH ב- CE יבטל את קלט ה- CP. הקלטים סובלים ממתח יתר ל -15 וולט. זה מאפשר להשתמש במכשיר ביישומי הסטה ברמה גבוהה עד נמוכה.

התרשים הפונקציונלי של מרשם המשמרות מוצג להלן;

תרשים התזמון של המערכת הוא כפי שמוצג בתמונה למטה;

4. Parallel in - רישום משמרות במקביל

עבור רישום משמרת מקבילי פנימי - מקביל, נתוני הפלט על פני היציאות המקבילות מופיעים בו זמנית עם הזנת נתוני הקלט. סוג זה של רישום משמרת נקרא גם כ- PIPO Shift register.

נתוני הקלט בכל אחד מסיכות הקלט מ- D0 ל- D3 נקראים באותו זמן כאשר המכשיר נשעון ובאותה עת הנתונים הנקראים מכל אחת מהקלטים מועברים בפלט המתאים (מ- Q0 לרבעון השלישי).

קופת משמרת 74HC195 היא קופת משמרת רב כי הוא מסוגל לעבוד ברוב המצבים המתוארים על ידי כל הסוגים שעסקנו בם עד כה בעיקר בתור מקבילה - במקביל החוצה רגיסטר זזה.

5. רישומי משמרות דו כיווניים

רושמי משמרות יכולים לבצע העברת נתונים ימינה או שמאלה, או שניהם בהתאם לסוג רישום המשמרת ותצורתם. בפעולות משמרת ימנית, הנתונים הבינאריים מחולקים לשניים. אם פעולה זו הפוכה, הנתונים הבינאריים מוכפלים בשניים. בעזרת יישום מתאים של לוגיקה משולבת, ניתן להגדיר רושם משמרות סדרתי לביצוע שתי הפעולות.

שקול את רישום 4 הביטים בתמונה למטה. כמה שערי NAND מוגדרים כשערי OR ומשמשים לשליטה בכיוון ההסטה, ימינה או שמאלה.

קו השליטה שמאלה / כתיבה משמש לקביעת הכיוון אליו מועברים הנתונים, ימינה או שמאלה.

מדריך משמרות דו כיווני 74HC194 הוא דוגמה טובה. המרשם יכול לפעול בכל המצבים והווריאציות של קלט או פלט סדרתי ומקביל. התרשים הפונקציונלי של 74HC194 המדגיש את קו הבקרה, השעון, סיכות הכניסה והפלט מוצג להלן.

תרשים התזמון של המכשיר מוצג גם להלן. זה יעזור לך להבין טוב יותר כיצד קו הבקרה שולט בפעולות הרישום.

6. מונים

מונים, המכונים לעיתים רושם משמרות סיבוב הם בעצם רושמי משמרות עם הפלטים שלהם המוזנים חזרה למכשיר ככניסות באופן שיוצר דפוס מסוים. סוגים אלה של רושמים מכונים מונים בגלל התבנית והרצף שהם מציגים. הסוג הפופולרי ביותר של דלפקי רישומי משמרות הם דלפקי הטבעות.

דלפק צלצולים

מוני טבעת הם בעצם סוג של מונה שבו הפלט של הסיבית המשמעותית ביותר מוחזר כקלט לסיבית הכי פחות משמעותית. מונה טבעת 4 סיביות מודגם בתרשים שלהלן באמצעות כפכפי D.

כאשר דופק השעון מוחל, הפלט של כל שלב מועבר לשלב הבא, והמחזור ממשיך. כאשר ברור ברור הופך גבוה, כל הכפכפים למעט הראשון (שמוגדר ל -1) מאופס לאפס.

יישומים של רושמי Shift

רושמי משמרות משמשים בהרבה יישומים שחלקם;

1. במקביל להמרה טורית, כאשר הם משמשים להפחתת מספר החוטים, או קווים הדרושים לתקשורת בין שני מכשירים, מכיוון שתקשורת טורית דורשת בדרך כלל שני חוטים בלבד לעומת מקבילים, שתלוי במספר הסיביות הנשלחות.

2. הרחבת IO למיקרו-בקרים. באלקטרוניקה המודרנית, סיכות IO של מיקרו-בקרים מכונות אחוזות נדל"ן וצריך כמה שיותר ליישום מסוים כמו להדליק 100 נוריות או לקרוא 100 מתגי קנה עם משהו כמו ארדואינו או מיקרו-בקרת Atmeg328p. לדוגמא, תרשים המעגל שלהלן ממחיש כיצד ניתן להשתמש במאגר משמרות סדרתי עד מקביל לשליטה על 8 נוריות, תוך שימוש רק בשלושה מסיכות IO של מיקרו-בקרים.

3. הם משמשים ברשומות המדינה המשמשות בהתקנים עוקבים. כמו מכונת זיכרון סופית, המצב הבא של המכשיר נקבע תמיד על ידי העברה והכנסת נתונים חדשים למצב הקודם.

4. יישום עיקרי אחד נוסף נמצא בעיכובים בזמן. רושמי משמרות משמשים לעיכוב בזמן בהתקנים, כאשר הזמן מותאם על ידי השעון, או מוגדלים על ידי רושמי משמרות מדורגים או מופחתים על ידי לקיחת הפלט מקטע משמעותי נמוך יותר.

עיכוב הזמן מחושב בדרך כלל באמצעות הנוסחה;

t = N * (1 / fc)

N הוא מספר שלב הכפכף בו לוקחים את הפלט, Fc הוא התדר של אות השעון ו- t שזה הערך שנקבע הוא משך הזמן בו הפלט יתעכב.

בעת בחירת רושם משמרות למשימה מסוימת בגלל הטווח הרחב והקלד חשוב לבחור אחד שתואם את הצורך הספציפי שלך, בהתחשב בדברים כמו אופן הפעולה, גודל הסיביות (מספר כפכפים), ימין או שמאל דו כיווני וכו '.

חלק מרשומות המשמרת הפופולריות ביותר הן;

1. 74HC 194 מרשם משמרות אוניברסלי דו כיווני 4 סיביות
2. 74HC 198 פנקס משמרות אוניברסלי דו כיווני בעל 8 סיביות
3. 74HC595 רישום משמרות סידורי-במקביל
4. 74HC165 מרשם משמרות מקבילי-בסידורי
5. IC 74291 רישום משמרות אוניברסלי בן 4 סיביות, דלפק למעלה / למטה בינארי, סינכרוני.
6. IC 74395 רושם משמרות אוניברסלי עם 4 סיביות עם יציאות תלת-מצביות.
7. IC 74498 רישום משמרות דו כיווני עם 8 סיביות עם כניסות מקבילות ויציאות של שלוש מצבים.
8. IC 74671 פנקס משמרות דו כיווני בעל 4 סיביות.
9. IC 74673 רישום משמרת סדרתי של 16 סיביות עם סדרות פלט לאחסון פלט.
10. IC 74674 רישום משמרות טוראי מקביל 16 סיביות עם יציאות של שלוש מצבים.

יש עוד כמה, אתה רק צריך למצוא איזה מתאים ביותר ליישום שלך.

תודה שקראת, עד הפעם הבאה.