Örneklerle farklı vardiya yazmaç türleri ve uygulamaları

Vardiya Kaydı nedir:

Kaydırma Yazmaçları, verileri depolayabilen ve aktarabilen sıralı mantık devreleridir. Oluşturulan kaydırmalı yazmaçların türüne bağlı olarak, bir flip flopun çıktısının diğer flip-flopun girişi olarak işlev görebileceği şekilde bağlanan Flip Floplardan oluşurlar.

Kaydırma yazmaçları, temelde verileri aktarma ("kaydırma") yeteneğine sahip bir tür yazmaçtır. Yazmaçlar, belirli sayıda flip flopu seri olarak birbirine bağlayarak oluşturulan genel depolama cihazlarıdır ve yazmaç tarafından saklanabilen veri miktarı (bit sayısı), her flip flop sayısıyla her zaman doğru orantılıdır, çünkü her flip flop flop, her seferinde yalnızca bir bit depolayabilir. Bir yazmacıdaki flip-floplar, bir flip flopun çıkışı diğerinin girişi olacak şekilde bağlandığında, bir kaydırma yazmacı oluşturulur.

Flip Floplar, mandala benzer bir işlemi olan cihazlardır. İki durum (0 veya 1) arasında hareket edebilen ve verileri bitler halinde depolayabilen çift dengeli bir vibratör olarak adlandırılabilir. Yeni veriler, her saat döngüsü ve çıktıda gönderilen önceki veriler ile bir flip flop'a okunur.

Vardiya Kayıtları Hangi parmak arası terliklerden oluşur?

Ancak bu, flip floplar arasındaki Giriş, Çıkış ve saat döngüsü ilişkisi değiştiğinden, flip flop türüne bağlıdır. Farklı tipte flip floplar vardır, ancak vardiya yazmaçlarının oluşturulmasında en yaygın olarak kullanılan D (Delay) -flip floplardır.

Kaydırmalı yazmaçlar için onları bu kadar arzu edilir kılan D flip flopların çalışması için, D flip flopun saatinde bir değişiklik olduğunda (flip flopun özelliklerine bağlı olarak yükselen veya düşen kenar). "Q" çıkışındaki veriler, "D" girişindeki verilerle aynı veri haline gelir . Flip flopun “Q” Çıkışı, bir sonraki saat döngüsüne kadar bu değerde kalacak ve daha sonra girişteki değere (Yüksek veya düşük, 1 veya 0) tekrar değişecektir.

Artık Sift Kayıtlarının ne olduğunu bildiğimize göre, flip-flop türlerine ve uygulamalarına daha derin bir dalış yapmaya devam edeceğiz. Ancak ondan önce, vardiya yazmaçlarının nerede kullanıldığına dair daha pratik bir açıklama yapmak için, bir ekran veya LED dizisi arasında arayüz oluşturmak için farklı mikro denetleyicilerle kullandığımız popüler kaydırma yazmacı 74HC595'e bir göz atalım.

• Bir dizi LED'i kontrol etmek için Arduino ile 74HC595 ile Shift Register
• 7 Segment Ekran arayüzüne ESP32 ile Kaydırma Kaydı
• Birden fazla LED'i kontrol etmek için Raspberry Pi ile Vardiya Kaydı
• LED'lerin sırasını kontrol etmek için PIC ile Shift Register

Sayısal Elektronikte Kayıt Türleri

Kaydırma kayıtları, seri veya paralel çalışma modlarına göre büyük ölçüde türlere ayrılır .

Aşağıda listelenen altı (6) temel kaydırma yazmacı türü vardır, ancak bunlardan bazıları veri akışının yönüne göre sağa veya sola kaydırmaya göre daha fazla bölünebilir.

1. Seri giriş - Seri çıkış Vardiya Kaydı (SISO)

2. Seri Giriş - Paralel çıkışlı vardiya Kaydı (SIPO)

3. Paralel giriş - Paralel çıkış Kaydırma Kaydı (PIPO)

4. Paralel giriş - Seri çıkış Kaydırma Kaydı (PISO)

5. Çift Yönlü Kaydırma Kayıtları

6. Sayaçlar

1. Seri giriş - Seri çıkış Vardiya Yazmaçları

Seri giriş - Seri çıkış kaydırma yazmaçları, verileri seri olarak akan (saat döngüsü başına bir bit) ve aynı şekilde, birbiri ardına veri akışı sağlayan kaydırma yazmaçlarıdır.

Basit bir seri giriş - seri Çıkış 4-bit kaydıran yazmaç yukarıda gösterilmiştir, kayıt 4 flip floptan oluşur ve nasıl çalıştığının dökümü aşağıda açıklanmıştır;

Başlangıçta, kaydıran yazmacı ilk önce temizlenir, tüm flip flopların çıkışları sıfıra zorlanır, daha sonra giriş verileri her seferinde bir bit olmak üzere seri olarak girişe uygulanır.

Verileri bir SISO kaydıran yazmaç üzerinden kaydırmanın iki temel yolu vardır;

1. Tahribatsız Okuma
2. Yıkıcı Okuma

• Tahribatsız Okuma

Tahribatsız okuma tabanlı, vardiya yazmaçlarında her zaman okuma / yazma işletim modları arasında geçişe izin vermek için ilave bir satır eklenmiş bir okuma / yazma çalışma modu vardır.

Cihaz "yazma" işletim modundayken, kaydırma yazmacı her bir veriyi tam olarak yıkıcı okuma versiyonu gibi davranarak her seferinde bir bit kaydırır ve bu nedenle veriler kaybolur, ancak işletim modu "okuma" konumuna getirildiğinde veriler girişte dışarı kaydırılanlar sisteme geri döner ve kaydıran yazmacıya girdi olarak hizmet eder. Bu, verilerin daha uzun süre kalmasını sağlamaya yardımcı olur (okuma modunda kaldığı sürece)

• Yıkıcı Okuma

Yıkıcı okumalar için, flip flop bilgiyi sadece kaydırdığından veriler tamamen kaybolur. Yukarıdaki 4 bitlik kaydıran yazmacı varsayarsak, "1101" kelimesini göndermek istiyoruz. Kaydırma yazmacını temizledikten sonra, tüm flip flopların çıkışı 0 olur, bu nedenle ilk saat döngüsü sırasında bu verileri (1101) seri olarak uygularken, flip flopların çıkışları aşağıdaki tabloya benzer.

İlk saat döngüsü:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

İkinci saat döngüsü:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

Üçüncü Saat Döngüsü:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

Dördüncü Saat Döngüsü:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. Seri giriş - Paralel çıkış Kaydırma Kaydı

Dikkate alacağımız ikinci tür kaydırma yazmacı, SIPO Shift Register olarak da bilinen Seri giriş - Paralel çıkışlı kaydırma yazmacıdır. Bu tür vardiya yazmaçları, verilerin seriden paralele dönüştürülmesi için kullanılır. Veriler, saat döngüsü başına birbiri ardına gelir ve kaydırılabilir ve değiştirilebilir veya her çıkışta okunabilir. Bu, veri okunduğunda, okunan her bitin ilgili çıkış satırında eşzamanlı olarak kullanılabilir hale geldiği anlamına gelir (aşağıda gösterilen 4-bit kaydırma yazmacı için Q0 - Q3).

4 bitlik bir seri giriş - Paralel çıkış kaydırma yazmacı aşağıdaki Resimde gösterilmektedir.

Verilerin seri-paralel-çıkış 4 bitlik kaydıran yazmaçtan nasıl kaydırıldığını gösteren bir tablo, veriler 1001 olarak aşağıda gösterilmiştir.

Açık	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

Seri giriş - paralel çıkış kaydıran yazmacı, 8 bitlik bir kaydırma yazmacı olan 74HC164 kaydıran yazmacıdır.

Cihaz, iki seri veri girişi (DSA ve DSB), sekiz paralel veri çıkışı (Q0 - Q7) içerir. Veriler, DSA veya DSB aracılığıyla seri olarak girilir ve her iki giriş, diğer giriş yoluyla veri girişi için etkin bir YÜKSEK etkinleştirme olarak kullanılabilir. Veriler, saat (CP) girişinin DÜŞÜK-YÜKSEK geçişlerinde kaydırılır. Ana sıfırlama girişindeki (MR) DÜŞÜK, kaydı siler ve diğer girişlerden bağımsız olarak tüm çıkışları DÜŞÜK zorlar. Girişler, kelepçe diyotlarını içerir. Bu, girişleri VCC'yi aşan gerilimlere arayüzlemek için akım sınırlayıcı dirençlerin kullanılmasını sağlar.

3. Paralel giriş - Seri çıkış Vardiya Kaydı

Paralel giriş - Seri çıkış kaydıran yazmacıda, veriler paralel olarak sağlanır, örneğin aşağıda gösterilen 4 bitlik yazmacı göz önünde bulundurun.

Bu yazmaç, kaydırma yazmacının çalışma modunu kontrol eden yazma / kaydırma (WS) kontrol girişi ile 4 bitlik bir sözcüğü saklamak ve kaydırmak için kullanılabilir. WS kontrol hattı düşük olduğunda (Yazma Modu), veriler D0'dan D3'e yazılabilir ve zamanlanabilir. Verileri seri olarak dışarı kaydırmak için WS kontrol hattı HIGH (Kaydırma modu) getirilir, daha sonra kayıt, verileri saat girişinde dışarı kaydırır. Seri'deki Paralel, Vardiya Kaydımızın PISO Kaydırma kaydı olarak da adlandırılır.

Paralel giriş - seri çıkış kaydıran yazmaçlara iyi bir örnek 74HC165 8 bitlik kaydırma yazmacıdır, ancak seri giriş - seri çıkış kaydırma yazmacı olarak da çalıştırılabilir.

Cihaz bir seri veri girişine (DS), sekiz paralel veri girişine (D0 - D7) ve iki tamamlayıcı seri çıkışa (Q7 ve Q7 ') sahiptir. Paralel yük girişi (PL) DÜŞÜK olduğunda, D0'dan D7'ye veri eşzamansız olarak kaydıran yazmacıya yüklenir. PL YÜKSEK olduğunda veri, kayda DS'de seri olarak girer. Saat etkinleştirme girişi (CE) DÜŞÜK olduğunda, veri, CP girişinin DÜŞÜK-YÜKSEK geçişlerinde kaydırılır. CE üzerinde YÜKSEK, CP girişini devre dışı bırakır. Girişler, 15 V'a kadar aşırı gerilim toleranslıdır. Bu, cihazın YÜKSEK-DÜŞÜK seviye kaydırma uygulamalarında kullanılmasını sağlar.

Kaydırma yazmacının işlevsel diyagramı aşağıda gösterilmiştir;

Sistemin zamanlama diyagramı aşağıdaki resimde gösterildiği gibidir;

4. Paralel giriş - Paralel çıkış kaydıran yazmacı

Paralel giriş - paralel çıkış kaydıran yazmacı için, paralel çıktılardaki çıktı verileri, giriş verileri içeri beslenirken aynı anda görünür. Bu tür kaydırma yazmacı, PIPO Kaydırma yazmacı olarak da adlandırılır.

D0'dan D3'e kadar olan giriş pinlerinin her birindeki giriş verileri, cihaz saatli olduğunda aynı anda okunur ve aynı zamanda, girişlerin her birinden okunan veriler karşılık gelen çıkışta (Q0'dan) S3'e kadar).

74HC195 kaydırma yazmacı çok amaçlı kaydırma yazmacı olduğunu dışarı paralel kayma kaydına - biz bir paralel olarak bugüne kadar özellikle tartıştık her türlü tarif modların çoğunda çalışma kapasitesine sahiptir.

5. Çift Yönlü Kaydırma Kayıtları

Kaydırma yazmaçları, kaydırma yazmacı türüne ve yapılandırmalarına bağlı olarak sağa veya sola veri kaydırmayı veya her ikisini birden gerçekleştirebilir. Sağ kaydırma işlemlerinde ikili veriler ikiye bölünür. Bu işlem tersine çevrilirse, ikili veriler ikiyle çarpılır. Kombinasyonel mantığın uygun uygulamasıyla, her iki işlemi gerçekleştirmek için bir seri kaydırma yazmacı yapılandırılabilir.

Aşağıdaki görüntüdeki 4 bitlik kaydı düşünün. Birkaç NAND geçidi, VEYA kapıları olarak yapılandırılır ve sağa veya sola kayma yönünü kontrol etmek için kullanılır.

Sol / yazma kontrol çizgisi, verinin sağa veya sola kaydırılacağı yönü belirlemek için kullanılır.

74HC194 Çift yönlü kaydırma yazmacı buna iyi bir örnektir. Kayıt, seri ve paralel giriş veya çıkışın tüm modlarında ve varyasyonlarında çalışabilir. 74HC194'ün kontrol hattı, saat, giriş ve çıkış pinlerini vurgulayan işlevsel şeması aşağıda gösterilmiştir.

Cihazın zamanlama diyagramı da aşağıda gösterilmiştir. Kontrol hattının kasanın eylemlerini nasıl kontrol ettiğini anlamanıza daha iyi yardımcı olacaktır.

6. Sayaçlar

Bazen döndürme kaydırma yazmacı olarak adlandırılan sayaçlar, temelde çıkışları belirli bir model oluşturacak şekilde girdiler olarak aygıta geri beslenen kaydırma yazmaçlarıdır. Bu tür kayıtlar, sergiledikleri model ve sıra nedeniyle sayaç olarak adlandırılır. En popüler vardiya yazmacı sayaçları, halka sayaçlarıdır.

Yüzük Sayacı

Halka sayaçları, temelde, en önemli bitin çıktısının, en az önemli bit için bir girdi olarak geri beslendiği bir sayaç türüdür. Aşağıdaki diyagramda D flip floplar kullanılarak 4 bitlik bir halka sayacı gösterilmektedir.

Saat darbesi uygulandığında, her aşamanın çıkışı bir sonrakine kaydırılır ve döngü devam eder. Temizle yüksek konuma getirildiğinde, birincisi (1'e ayarlanır) dışındaki tüm parmak arası terlikler sıfırlanır.

Shift kayıtlarının uygulamaları

Kaydırma kayıtları, bazıları;

1. Seri haberleşme genellikle paralel ile karşılaştırıldığında sadece iki kablo gerektirdiğinden, iki cihaz arasındaki iletişim için gerekli kabloların veya hatların sayısını azaltmak için kullanıldıkları seri dönüştürmeye paraleldir ve bu, gönderilen bit sayısına bağlıdır.

2. Mikrodenetleyiciler için IO genişletmesi. Günümüz elektroniğinde, mikrodenetleyicilerin IO pinleri gerçek mülkler olarak adlandırılır ve bir Arduino veya Atmeg328p mikrodenetleyici gibi bir şeyle 100 led'i açmak veya 100 dilli anahtarı okumak gibi belirli uygulamalar için mümkün olduğunca çok ihtiyaç duyulur. Örneğin, aşağıdaki devre şeması, mikro denetleyicilerin IO pinlerinden sadece üçünü kullanarak 8 LED'i kontrol etmek için bir seriden paralele kaydırma yazmacının nasıl kullanılabileceğini göstermektedir.

3. Sıralı cihazlarda kullanılan durum kayıtlarında kullanılırlar. Sonlu bellekli bir makine gibi, cihazın bir sonraki durumu her zaman kaydırılarak ve önceki konuma yeni bir veri eklenerek belirlenir.

4. Zaman gecikmelerinde başka bir ana uygulama bulunur. Kaydırma yazmaçları, aygıtlarda zaman gecikmesi için kullanılır, zamanın saat tarafından ayarlanması veya kademeli kaydırma yazmaçları ile arttırılması veya daha düşük önemli bir bitten çıkış alınarak azaltılması.

Zaman gecikmesi genellikle formül kullanılarak hesaplanır;

t = N * (1 / fc)

N, çıkışın alındığı flip flop aşaması sayısıdır, Fc saat sinyalinin frekansıdır ve tespit edilen değer olan t, çıkışın geciktirileceği süredir.

Geniş aralık nedeniyle belirli bir görev için bir vardiya kaydı seçerken ve türü, çalışma modu, bit boyutu (flip flop sayısı), sağ veya sol veya sağ veya sol gibi şeyleri göz önünde bulundurarak, özel ihtiyacınıza uyan birini seçmek önemlidir. çift ​​yönlü vb.

Bazı en popüler değişiklik kayıtlarının vardır;

1. 74HC 194 4-bit çift yönlü evrensel kaydıran yazmaç
2. 74HC 198 8-bit çift yönlü evrensel kaydıran yazmaç
3. 74HC595 Seri-Giriş-Paralel-Çıkışlı kaydıran yazmaç
4. 74HC165 Paralel-Giriş-Seri-Çıkışlı kaydıran yazmaç
5. IC 74291 4-bit evrensel kaydıran yazmaç, ikili yukarı / aşağı sayıcı, senkron.
6. IC 74395 3 durumlu çıkışlara sahip 4 bit evrensel kaydıran yazmaç.
7. IC 74498 8-bit çift yönlü kaydıran yazmaç, paralel girişler ve üç durumlu çıkışlar ile.
8. IC 74671 4-bit çift yönlü kaydıran yazmaç.
9. IC 74673 16 bit seri girişli seri çıkışlı kaydıran yazmaç, çıkış depolama yazmaçları ile.
10. IC 74674 Üç durumlu çıkışlı 16 bit paralel girişli seri çıkışlı kaydıran yazmaç.

Birkaç tane daha var, uygulamanıza en uygun olanı bulmanız yeterli.

Bir dahaki sefere kadar okuduğunuz için teşekkürler.