Τι ρεύμα ελέγχει ο καταχωρητής αλλαγής ταχυτήτων; Διαδοχικοί καταχωρητές (shift).

Κανω ΕΓΓΡΑΦΗ. Εγγραφή Shift

Ένας καταχωρητής είναι μια συσκευή κατασκευασμένη από flip-flops για την εκτέλεση μιας σειράς ενεργειών με δυαδικούς αριθμούς. Για όσους δεν γνωρίζουν τι είναι η σκανδάλη, συνιστούμε να εξοικειωθείτε με την απλούστερη σκανδάλη RS.

Η απλούστερη λειτουργία των καταχωρητών είναι να θυμούνται έναν αριθμό και να τον αποθηκεύουν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτές οι συσκευές ονομάζονται καταχωρητές αποθήκευσης. Εδώ είναι ένα απλό παράδειγμα.

Ο αριθμός που πρέπει να αποθηκευτεί παρέχεται στις εισόδους D0 - D2. Μόλις εμφανιστεί ένας παλμός συγχρονισμού στην είσοδο C, ο αριθμός γράφεται στη σκανδάλη, αλλάζοντας την κατάστασή τους. Το σχήμα δείχνει έναν καταχωρητή αναμονής τριών bit. Όταν ο αριθμός 111 2 παρέχεται στις εισόδους, θα εμφανίζεται επίσης στις άμεσες εξόδους των σκανδαλών ( Q0 - Ε2). Σε αντίστροφες εξόδους ( Q0 - Ε2) φυσικά θα είναι 000 2 . Σήμα R ( Επαναφορά) ή επαναφορά, οι σαγιονάρες τίθενται στη μηδενική κατάσταση.

Συνήθως χρησιμοποιούνται καταχωρητές που αποτελούνται από 4, 8 ή 16 flip-flops. Εικόνα μιας εγγραφής τεσσάρων bit ενεργοποιημένη διαγράμματα κυκλώματοςμπορεί να είναι έτσι.

Το σχήμα δεν δείχνει τις αντίστροφες εξόδους των σκανδαλών και του σήματος R. Οι καταχωρητές ορίζονται πάντα με λατινικά γράμματα RG. Εάν ο καταχωρητής μετατοπίζεται, τότε ένα βέλος που κατευθύνεται προς τα αριστερά, δεξιά ή διπλό σχεδιάζεται κάτω από την ονομασία.

Καταχωρητές Shift ή καταχωρητές Shift.

Ένας καταχωρητής μετατόπισης είναι μια συσκευή που αποτελείται από πολλά flip-flops συνδεδεμένα σε σειρά, ο αριθμός των οποίων καθορίζει τη χωρητικότητα του καταχωρητή. Τα μητρώα χρησιμοποιούνται ευρέως σε τεχνολογία υπολογιστώνγια μετατροπή κωδικών. Παράλληλα με το σίριαλ και το αντίστροφο.

Επιπλέον, οι καταχωρητές μετατόπισης αποτελούν τη βάση ( ALU) μιας αριθμητικής-λογικής συσκευής, αφού όταν ένας δυαδικός αριθμός γραμμένος σε έναν καταχωρητή μετατοπίζεται ένα ψηφίο προς τα αριστερά, ο αριθμός πολλαπλασιάζεται επί δύο και όταν ένας αριθμός μετατοπίζεται ένα ψηφίο προς τα δεξιά, ο αριθμός διαιρείται με δύο . Ως εκ τούτου, το πιο διαδεδομένο αναστρεπτόςή αμφίδρομοςμητρώα.

Σκεφτείτε έναν καταχωρητή μετατόπισης τεσσάρων bit που μετατρέπει τον σειριακό δυαδικό κώδικα σε παράλληλο δυαδικό κώδικα. Η χρήση του σειριακού κώδικα δικαιολογείται από το γεγονός ότι τεράστιες ποσότητες πληροφοριών μπορούν να μεταδοθούν σε μία γραμμή. Ένα παράδειγμα θα ήταν το καθολικό σειριακό λεωφορείο - θύρα USBοποιαδήποτε συσκευή. Αριθμός ενεργειών σε αυτό το μητρώοθα μπορούσε να είναι οτιδήποτε. Αρκεί να συνδέσετε την άμεση έξοδο Ε3Με ρεεισαγωγή της επόμενης σκανδάλης και ούτω καθεξής μέχρι να επιτευχθεί η απαιτούμενη χωρητικότητα.

Το μητρώο λειτουργεί ως εξής. Το πρώτο bit πληροφοριών φτάνει στην είσοδο D0. Ταυτόχρονα με αυτό το bit, ένας παλμός ρολογιού φτάνει στην είσοδο ΜΕ. Εισροές ΜΕΌλοι οι ενεργοποιητές που περιλαμβάνονται στο μητρώο συνδυάζονται μεταξύ τους. Με την άφιξη του πρώτου παλμού ρολογιού, το επίπεδο στην είσοδο D0γραμμένο στην πρώτη σκανδάλη και από την έξοδο Q0έρχεται στην είσοδο της επόμενης σκανδάλης, αλλά η εγγραφή στη δεύτερη σκανδάλη δεν συμβαίνει, αφού ο παλμός του ρολογιού έχει ήδη τελειώσει.

Όταν φτάσει ο επόμενος παλμός ρολογιού, το επίπεδο που υπάρχει στην είσοδο του δεύτερου flip-flop αποθηκεύεται σε αυτό και πηγαίνει στην είσοδο του τρίτου flip-flop. Ταυτόχρονα, το επόμενο bit πληροφοριών αποθηκεύεται στο πρώτο flip-flop. Μετά την άφιξη του τέταρτου παλμού ρολογιού, τα λογικά επίπεδα που ελήφθησαν διαδοχικά στην είσοδο θα καταγραφούν στα τέσσερα flip-flops του καταχωρητή D0.

Ας υποθέσουμε ότι πρόκειται για επίπεδα 0110 2. Αυτός ο δυαδικός αριθμός μπορεί στη συνέχεια να εμφανιστεί συνδέοντας LED στις εξόδους των flip-flops. Έτσι απεικονίζεται το εξεταζόμενο μητρώο σε ένα σχηματικό διάγραμμα.

Μπορεί να φανεί ότι υπάρχει ένα βέλος στη συμβατική εικόνα - μια ένδειξη ότι πρόκειται για έναν καταχωρητή μετατόπισης.

Ας δούμε πώς λειτουργεί ένας καθολικός καταχωρητής μετατόπισης τεσσάρων bit. K155IR1(αναλογικό - SN7495N). Εδώ είναι η εσωτερική του δομή.

Ο καταχωρητής περιέχει τέσσερα D-flip-flops, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας πρόσθετα λογικά στοιχεία AND - OR, τα οποία επιτρέπουν την υλοποίηση διαφόρων λειτουργιών. Στο διάγραμμα:

V2 - είσοδος ελέγχου. Χρησιμοποιείται για την επιλογή του τρόπου λειτουργίας του μητρώου.

Q1 - Q4 έξοδοι σκανδαλισμών από τους οποίους αφαιρείται ο παράλληλος κωδικός.

V1 - είσοδος για την παροχή σειριακού κωδικού.

C1, C2 - παλμοί ρολογιού.

D1 - D4 - είσοδοι για εγγραφή παράλληλου κώδικα.

Ο αλγόριθμος λειτουργίας καταχωρητή έχει ως εξής. Εάν εφαρμόζεται χαμηλό δυναμικό στην είσοδο V2, εφαρμόζονται παλμοί ρολογιού στο C1 και bits πληροφοριών εφαρμόζονται στην είσοδο V1, τότε ο καταχωρητής μετατοπίζεται προς τα δεξιά. Αφού λάβουμε τέσσερα bit στις εξόδους των flip-flops Q1 - Q4, λαμβάνουμε έναν παράλληλο κωδικό. Με αυτόν τον τρόπο, ο σειριακός κωδικός μετατρέπεται σε παράλληλο.

Για αντίστροφη μετατροπήΟ παράλληλος κώδικας γράφεται στις εισόδους D1 - D4, με υψηλό δυναμικό που εφαρμόζεται στην είσοδο V2 και παλμούς ρολογιού στην είσοδο C2. Στη συνέχεια, εφαρμόζοντας χαμηλό δυναμικό στην είσοδο V2 και παλμούς ρολογιού στην είσοδο C1, μετατοπίζουμε τον εγγεγραμμένο κωδικό και ο σειριακός κωδικός αφαιρείται από την έξοδο της τελευταίας σκανδάλης.

Όσον αφορά τη δομή του, αυτός είναι ένας από τους απλούστερους καταχωρητές μετατόπισης.

Οι καταχωρητές μετατόπισης στην ψηφιακή τεχνολογία μπορούν να χρησιμεύσουν ως βάση πάνω στην οποία συναρμολογούνται συγκροτήματα με ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Αυτοί είναι, για παράδειγμα, μετρητές δακτυλίου, οι οποίοι ονομάζονται μετρητές Johnson. Ένας τέτοιος μετρητής έχει έναν αριθμό καταστάσεων δύο φορές μεγαλύτερο από τον αριθμό των σαγιονάρων που το αποτελούν. Για παράδειγμα, εάν ένας μετρητής δακτυλίου αποτελείται από τρία flip-flops, τότε θα έχει έξι σταθερές καταστάσεις. Δεν παρέχεται τίποτα στην είσοδο του μετρητή εκτός από παλμούς ρολογιού. ΣΕ αρχική κατάστασηόλα τα flip-flops είναι "reset", δηλαδή οι άμεσες έξοδοι των flip-flops έχουν λογικά μηδενικά, αλλά η είσοδος ρεη πρώτη σκανδάλη από την αντίστροφη έξοδο της τρίτης σκανδάλης είναι μια λογική μονάδα. Ας αρχίσουμε να στέλνουμε παλμούς ρολογιού και η διαδικασία ξεκινά.

Ο πίνακας αλήθειας δείχνει ξεκάθαρα πώς αλλάζει ο δυαδικός κώδικας όταν φτάνουν έξι παλμοί ρολογιού.

Τώρα ξέρετε τι είναι το μητρώο και πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην πράξη. Η βάση οποιουδήποτε μητρώου είναι ένα έναυσμα. Ο αριθμός των flip-flops σε έναν καταχωρητή καθορίζει τη χωρητικότητά του. Όσοι ενδιαφέρονται για μικροελεγκτές γνωρίζουν ότι το πιο σημαντικό στοιχείο κάθε μικροελεγκτή, είτε είναι PIC, AVR, STM ή MSP, είναι ο καταχωρητής.

1. Πίνακας περιεχομένων

2. Εισαγωγή …………………………………………………………………………………… 2

3. Ανασκόπηση λογοτεχνικών πηγών ……………………………………… 3

3.1. Γενικές πληροφορίεςσχετικά με τα μητρώα………………………………… 3

3.2. Γενικές πληροφορίες σχετικά με τους ερεθισμούς…………………………………… 6

3.3. Μητρώα βάρδιας……………………………………….. 12

3.4. Καθολικά μητρώα…………………………………….. 20

4. Ανάπτυξη κυκλώματος καταχωρητή βάρδιας ……………………………………… 24

4.1. Αρχικά στοιχεία ……………………………………………………… 24

4.2. Διαδικασία για την ανάπτυξη μητρώου βάρδιων………………………………… 24

4.3. Ανάπτυξη μητρώου τεσσάρων φάσεων βάρδιας……………………… 25

5. Συμπέρασμα……………………………………………………………. 27

6. Κατάλογος αναφορών ……………………………………. 28

2. Εισαγωγή

Μητρώα– οι πιο συνηθισμένοι κόμβοι ψηφιακές συσκευές. Λειτουργούν με βάση τις πολλές σχετικές μεταβλητές που συνθέτουν μια λέξη. Ένας αριθμός λειτουργιών εκτελούνται σε λέξεις: λήψη, έκδοση, αποθήκευση, μετατόπιση στο πλέγμα bit, λογικές πράξεις κατά bit.

Οι καταχωρητές Shift (διαδοχικοί) χρησιμοποιούνται για μετατόπιση n-αριθμοί bit προς μία κατεύθυνση. Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετατόπιση μη αριθμητικών πληροφοριών.

Οι καταχωρητές Shift χρησιμοποιούνται ως συσκευές αποθήκευσης, ως μετατροπείς σειριακού κώδικα σε παράλληλο, ως συσκευές καθυστέρησης και μετρητές παλμών (ωστόσο, η χρήση καταχωρητών μετατόπισης ως μετρητές είναι αρκετά αντιοικονομική).

3. Ανασκόπηση βιβλιογραφικών πηγών

3.1. Γενικές πληροφορίες για τα μητρώα

Οι καταχωρητές αποτελούνται από κυκλώματα bit που περιέχουν flip-flops και, τις περισσότερες φορές, επίσης λογικά στοιχεία. Λειτουργούν ως ενιαία μονάδα.

Ανάλογα με τον αριθμό των μεταβλητών γραμμών μεταφοράς, οι καταχωρητές χωρίζονται σε μονοφασικές και παραφασικές, και σύμφωνα με το σύστημα συγχρονισμού σε μονοκύκλου, ώθησης-έλξης και πολλαπλών κύκλων. Ωστόσο, το κύριο χαρακτηριστικό ταξινόμησης είναι η μέθοδος λήψης και έκδοσης δεδομένων. Σε αυτή τη βάση διακρίνουν παράλληλη (στατική)μητρώα, διαδοχική (μετατόπιση)Και παράλληλο-σειριακό .

Σε παράλληλους καταχωρητές, οι λέξεις λαμβάνονται και εξάγονται σε όλα τα bit ταυτόχρονα. Αποθηκεύουν λέξεις που μπορούν να υποβληθούν σε bitwise λογικούς μετασχηματισμούς.

Στους διαδοχικούς καταχωρητές, λαμβάνονται λέξεις και εξάγονται ψηφίο προς ψηφίο. Ονομάζονται μετατόπιση, καθώς τα σήματα χρονισμού κατά την εισαγωγή και την έξοδο λέξεων τις μετακινούν στο πλέγμα bit. Ένας καταχωρητής μετατόπισης μπορεί να είναι μη αναστρέψιμος (με μονοκατευθυντικές μετατοπίσεις) ή αναστρέψιμος (με δυνατότητα μετατόπισης και προς τις δύο κατευθύνσεις).

Οι σειριακά παράλληλοι καταχωρητές έχουν εισόδους και εξόδους τόσο σειριακού όσο και παράλληλου τύπου. Υπάρχουν επιλογές με σειριακή είσοδο και παράλληλη έξοδο (SIPO, Serial Input – Parallel Output), παράλληλη είσοδος και σειριακή έξοδο (PISO, Parallel Input – Serial Output), καθώς και επιλογές με δυνατότητα οποιουδήποτε συνδυασμού μεθόδων λήψης και έκδοσης λόγια.

Στους παράλληλους (στατικούς) καταχωρητές, τα κυκλώματα bit δεν επικοινωνούν μεταξύ τους. Κοινά για τα bit είναι συνήθως κυκλώματα ρολογιού, κυκλώματα επαναφοράς/ρύθμισης, άδειας εξόδου ή λήψης, δηλαδή κυκλώματα ελέγχου. Ένα παράδειγμα κυκλώματος ενός στατικού καταχωρητή χτισμένου σε flip-flops τύπου D με άμεσες δυναμικές εισόδους, με εισόδους επαναφοράς R και εξόδους τρίτης κατάστασης που ελέγχονται από το σήμα EZ, φαίνεται στο Φιγούρα 1 .

Εικόνα 1.Διάγραμμα ενός στατικού καταχωρητή (α) και η συμβατική γραφική ονομασία του (β)

Ο σύγχρονος σχεδιασμός κυκλωμάτων χαρακτηρίζεται από την κατασκευή καταχωρητών σε flip-flops τύπου D, κυρίως με δυναμικός έλεγχος. Πολλοί έχουν εξόδους με τρίτη κατάσταση. Ορισμένοι καταχωρητές ταξινομούνται ως καταχωρητές buffer, δηλαδή είναι σχεδιασμένοι να λειτουργούν με μεγάλα χωρητικά ή/και ενεργά φορτία χαμηλής αντίστασης. Αυτό εξασφαλίζει τη λειτουργία τους απευθείας στον αυτοκινητόδρομο (χωρίς πρόσθετα κυκλώματα διασύνδεσης).

Οι στατικοί καταχωρητές χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μπλοκ μνήμης καταχωρητών—αρχείων εγγραφής.

Κύριες λειτουργίες των μητρώων:

1) Αποθήκευση πληροφοριών,

2) Λήψη πληροφοριών,

3) Παροχή πληροφοριών,

4) Μετατόπιση πληροφοριών,

5) Μετατροπή κώδικα,

6) Ορίζοντας τον επιθυμητό αριθμό σε μηδέν ή ένα,

7) Λογικές πράξεις κατά bitwise: διαχωρισμός, σύνδεσμος, modulo προσθήκης 2.

3.2. Κατανόηση των ερεθισμάτων

Ενεργοποιητές -μια μεγάλη κατηγορία ηλεκτρικών συσκευών που επιτρέπουν σε κάποιον να παραμένει σε μία από τις δύο (ή περισσότερες) σταθερές καταστάσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα και να τις εναλλάσσει υπό την επίδραση εξωτερικών σημάτων (λόγω της διαδικασίας αναγέννησης ( διαδικασία μετάβασης V ηλεκτρικό κύκλωμα, που καλύπτεται από το PIC)).

Μια σκανδάλη είναι μια παλμική λογική συσκευή με μνήμη (στοιχείο μνήμης - μάνδαλο).

Υπάρχουν περισσότεροι από δώδεκα διαφορετικοί ενσωματωμένοι ενεργοποιητές. Η ταξινόμηση τους βασίζεται σε:

Λειτουργικό σημάδι

Μια μέθοδος για την εγγραφή πληροφοριών σε μια σκανδάλη.

Με βάση τα λειτουργικά τους χαρακτηριστικά, υπάρχουν οι σκανδάλες T, οι σκανδάλες JK, οι σκανδάλες RS, οι σκανδάλες D, οι συνδυασμένες σκανδάλες (TV, DV, E, R) κ.λπ.

Με βάση τη μέθοδο καταγραφής (λήψης) πληροφοριών διακρίνονται:

8) Ασύγχρονοι ενεργοποιητές:

α) με εσωτερική καθυστέρηση.

β) ελέγχεται από το επίπεδο παλμού εισόδου.

9) Σύγχρονες ενεργοποιήσεις (χρονολογημένες):

α) με εσωτερική καθυστέρηση.

β) ελέγχεται από το επίπεδο του παλμού χρονισμού:

Δράση ενός κύκλου (μονό στάδιο).

Πολλαπλή δράση.

Οι πληροφορίες εγγράφονται σε χρονισμένους ενεργοποιητές μόνο όταν εφαρμόζεται ένας παλμός ρολογιού ενεργοποίησης. Τέτοιες σκανδάλες χωρίζονται σε ελεγχόμενης στάθμης (απαιτείται ένα συγκεκριμένο επίπεδο σήματος για τη λειτουργία) και σε ελεγχόμενη από την άκρη (δεν εξαρτώνται από το επίπεδο σήματος, η παρουσία του είναι σημαντική) του παλμού χρονισμού. Οι παλμοί ρολογιού μερικές φορές ονομάζονται επίσης σήματα συγχρονισμού, εκτελεστικών ή εντολών (συνήθως υποδηλώνονται στα διαγράμματα με το γράμμα C - Clock).

Έλεγχος του κατώτερου επιπέδου του παλμού χρονισμού:

Οι χρονισμένες σκανδάλες με εσωτερική καθυστέρηση (ενεργοποιούνται όταν τελειώνει το σήμα) είναι, κατά κανόνα, μονού άκρου. Μετά από πολλαπλούς κύκλους ενεργοποιείται η φωτιά n-νόγκο παρόρμηση.

Η σκανδάλη RS έχει δύο εισόδους πληροφοριών: S (Ρύθμιση) και R (Επαναφορά). Δεν επιτρέπεται η ταυτόχρονη εφαρμογή σημάτων S και R. Επί Σχήμα 2δείχνει μια σύγχρονη σκανδάλη RS που ενεργοποιείται από την άκρη του σήματος χρονισμού.

Σχήμα 2.Σύγχρονη σκανδάλη RS

Εκτός από τις εισόδους, η απλούστερη σκανδάλη RS έχει επίσης δύο εξόδους. Οι έξοδοι δείχνουν QΚαι

Εικόνα 3. -σκανδάλη: η συμβατική γραφική του ονομασία και ένα κύκλωμα με δύο λογικά στοιχεία ΚΑΙ-ΟΧΙ

Ένας καταχωρητής μετατόπισης flip-flop είναι ένα σύνολο από flip-flop με ορισμένες συνδέσεις μεταξύ τους, στις οποίες λειτουργούν ως μια ενιαία συσκευή. Οι διαδοχικοί καταχωρητές (shift) είναι μια αλυσίδα κυκλωμάτων bit που συνδέονται με κυκλώματα μεταφοράς.

Σε καταχωρητές ενός κύκλου με μετατόπιση ενός bit προς τα δεξιά (Εικόνα 7), η λέξη μετατοπίζεται όταν λαμβάνεται ένα σήμα συγχρονισμού. Η είσοδος και η έξοδος είναι σειριακές (DSR - Data Serial Right). Το Σχήμα 8 δείχνει το κύκλωμα ενός καταχωρητή με μετατόπιση προς τα αριστερά (είσοδος δεδομένων DSL - Δεδομένα σειριακά αριστερά) και το σχήμα 9 απεικονίζει την αρχή κατασκευής ενός αντίστροφου καταχωρητή, στον οποίο υπάρχουν συνδέσεις μεταξύ flip-flops και με τα δύο γειτονικά bit. αλλά τα αντίστοιχα σήματα επιτρέπουν τη λειτουργία μόνο μιας από αυτές τις συνδέσεις (οι εντολές «αριστερά» και «δεξιά» δεν δίνονται ταυτόχρονα).

Εικόνα 7. Κύκλωμα καταχωρητή δεξιάς μετατόπισης

Εικόνα 8. Κύκλωμα καταχωρητή αριστερής μετατόπισης

Εικόνα 9. Κύκλωμα αντιστροφής καταχωρητή

Σύμφωνα με τις απαιτήσεις συγχρονισμού, σε καταχωρητές μετατόπισης που δεν έχουν λογικά στοιχεία σε συνδέσεις μεταξύ bit, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν flip-flops ελεγχόμενου επιπέδου ενός σταδίου, καθώς ορισμένα flip-flop μπορούν να αλλάζουν επανειλημμένα κατά τη διάρκεια της δράσης του επιπέδου ενεργοποίησης του σήμα ρολογιού, το οποίο είναι απαράδεκτο. Σε αυτά τα σχήματα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σκανδάλες με δυναμικό έλεγχο (δύο σταδίων).

Η εμφάνιση λογικών στοιχείων και, επιπλέον, λογικών κυκλωμάτων βάθους μη μονάδας σε συνδέσεις inter-bit απλοποιεί την εκπλήρωση των συνθηκών λειτουργίας των καταχωρητών και διευρύνει το φάσμα των τύπων flip-flops που είναι κατάλληλα για αυτά τα κυκλώματα.

Οι καταχωρητές μετατόπισης πολλαπλών κύκλων ελέγχονται από διάφορες ακολουθίες ρολογιού. Από αυτά, τα πιο διάσημα είναι τα push-pull με κύριους και πρόσθετους καταχωρητές, κατασκευασμένα σε απλές σκανδάλες ενός σταδίου που ελέγχονται από ένα επίπεδο. Στο ρολόι C1, τα περιεχόμενα του κύριου καταχωρητή ξαναγράφονται στον πρόσθετο καταχωρητή και στο ρολόι C2 επιστρέφουν στον κύριο καταχωρητή, αλλά σε γειτονικά bit, που αντιστοιχεί σε μετατόπιση λέξεων. Όσον αφορά το κόστος και τις επιδόσεις του εξοπλισμού, αυτή η επιλογή είναι κοντά σε έναν καταχωρητή ενός κύκλου με σαγιονάρες δύο σταδίων.

Ο καταχωρητής shift περιέχει ένα σύνολο από flip-flop με ορισμένες συνδέσεις μεταξύ τους και η οργάνωση αυτών των συνδέσεων είναι τέτοια ώστε όταν εφαρμόζεται ένας παλμός ρολογιού, κοινός σε όλα τα flip-flop, η κατάσταση εξόδου κάθε flip-flop μετατοπίζεται σε η γειτονική. Ανάλογα με την οργάνωση των συνδέσεων, αυτή η μετατόπιση μπορεί να συμβεί προς τα αριστερά ή προς τα δεξιά:

Μετατόπιση αριστερά

Μετατόπιση δεξιά

Η εισαγωγή πληροφοριών στο μητρώο μπορεί να γίνει διαφορετικοί τρόποιΩστόσο, χρησιμοποιείται συχνότερα παράλληλη ή σειριακή είσοδος, στην οποία ένας δυαδικός αριθμός εισάγεται είτε ταυτόχρονα σε όλα τα bit του καταχωρητή, είτε διαδοχικά με την πάροδο του χρόνου σε μεμονωμένα bit. Στους μετρητές παλμών, χρησιμοποιούνται καταχωρητές μετατόπισης με διαδοχική είσοδο και έξοδο πληροφοριών και με μετατόπιση προς τα δεξιά. Το Σχήμα 10 α δείχνει ένα διάγραμμα ενός καταχωρητή μετατόπισης τεσσάρων bit που δημιουργήθηκε σε flip-flops RS. Σε αυτό το κύκλωμα, κάθε έξοδος Q του flip-flop συνδέεται με την είσοδο S του επόμενου ψηφίου και κάθε έξοδος συνδέεται με την είσοδο R. Οι είσοδοι ρολογιού όλων των flip-flop συνδέονται μεταξύ τους και το σήμα συγχρονισμού είναι λαμβάνεται από έναν κοινό παλμό μέσω της πύλης NAND (DD7). Η κατάσταση της πρώτης σκανδάλης καθορίζεται από τα σήματα εισόδου στις εισόδους X1, X2 του λογικού στοιχείου AND-NOT (DD5). Οι τρέχουσες πληροφορίες παρέχονται στην είσοδο X1 και ένα σήμα που επιτρέπει τη μετάδοσή τους στην είσοδο X2. Η λογική πύλη NOT used (DD6) χρησιμοποιείται για την αναστροφή σήμα εισόδου, παρέχεται στην είσοδο S.

Το σχήμα 10 b δείχνει τα διαγράμματα χρονισμού των σημάτων εξόδου των σκανδαλών και την κατάσταση των καταχωρητών κατά την εγγραφή ενός μόνο σήματος στο πρώτο ψηφίο. Εάν, κατά την άφιξη του πρώτου παλμού ρολογιού, τα σήματα X1 = X2 = 1 ρυθμιστούν στις εισόδους X1 και X2, τα οποία στη συνέχεια αφαιρούνται με την άφιξη του δεύτερου παλμού ρολογιού, τότε ως αποτέλεσμα, το σήμα Q1 = 1 θα Με την άφιξη του δεύτερου παλμού ρολογιού, η πρώτη σκανδάλη θα καταγραφεί το σήμα Q1 = 0 και το σήμα Q2 = 1 εμφανίζεται στην έξοδο της δεύτερης σκανδάλης, η οποία ήταν προηγουμένως στην έξοδο του το δεύτερο έναυσμα. Όταν φθάνουν οι επόμενοι παλμοί ρολογιού, ένα μόνο σήμα μετακινείται διαδοχικά στο τρίτο και το τέταρτο flip-flop, μετά το οποίο όλα τα flip-flops τίθενται στη μηδενική κατάσταση.

Σχήμα 10. Σχηματική εικόνα ενός καταχωρητή μετατόπισης τεσσάρων φάσεων, διαγράμματα χρονισμού των σημάτων και καταστάσεων του καταχωρητή κατά την εγγραφή ενός μόνο σήματος στο πρώτο ψηφίο

Οι καταχωρητές Shift μπορούν επίσης να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας D flip-flops ή JK flip-flops. Όλα τα μητρώα βάρδιας έχουν τις ακόλουθες διατάξεις:

• 1) είναι απαραίτητο να προρυθμίσετε την αρχική κατάσταση και να εισαγάγετε μια μονάδα στην πρώτη σκανδάλη
• 2) για έναν καταχωρητή n flip-flops, μετά την άφιξη n παλμών ρολογιού εισόδου, εξέρχεται η αρχικά εισαγόμενη μονάδα, με αποτέλεσμα οι άμεσες έξοδοι όλων των καταχωρητών να βρίσκονται στη μηδενική κατάσταση.

Τα ολοκληρωμένα τσιπ καταχωρητή μετατόπισης είναι αναστρέψιμα, δηλαδή εκτελούν μετατόπιση προς οποιαδήποτε κατεύθυνση: αριστερά ή δεξιά. Η κατεύθυνση της μετατόπισης καθορίζεται από την τιμή του σήματος ελέγχου.

Εικόνα 11. Υλοποίηση καταχωρητή μετατόπισης σε σαγιονάρες RS μονής άκρης

Ο καταχωρητής σειριακής μετατόπισης έχει δύο μειονεκτήματα: επιτρέπει την εισαγωγή μόνο ενός bit πληροφοριών σε κάθε παλμό ρολογιού και, επιπλέον, κάθε φορά που οι πληροφορίες στον καταχωρητή μετατοπίζονται προς τα δεξιά, χάνεται το δεξιότερο bit πληροφοριών. Το σχήμα 12 δείχνει ένα σύστημα που επιτρέπει την ταυτόχρονη παράλληλη φόρτωση 4 bit πληροφοριών.

Εικόνα 12. Δομικό σχήμαΠαράλληλος καταχωρητής 4 bit

Οι είσοδοι 1, 2, 3, 4 σε αυτήν τη συσκευή είναι είσοδοι πληροφοριών. Αυτό το σύστημα μπορεί να εξοπλιστεί με ένα άλλο χρήσιμο χαρακτηριστικό - τη δυνατότητα κυκλικής κίνησης των πληροφοριών, όταν τα δεδομένα από την έξοδο της συσκευής επιστρέφουν στην είσοδο της και δεν χάνονται.

Εικόνα 13. Λογικό διάγραμμα ενός καταχωρητή παράλληλου δακτυλίου τεσσάρων bit

Το κύκλωμα ενός καταχωρητή μετατόπισης παράλληλου δακτυλίου 4-bit φαίνεται στο Σχήμα 13. Σε αυτόν τον καταχωρητή μετατόπισης χρησιμοποιούνται τέσσερις σαγιονάρες JK. Χάρη στην αλυσίδα ανατροφοδότησηοι πληροφορίες που εισάγονται στον καταχωρητή, οι οποίες συνήθως χάνονται στην έξοδο του τέταρτου flip-flop, θα κυκλοφορήσουν μέσω του καταχωρητή shift. Το σήμα για την εκκαθάριση του καταχωρητή (ορίστε τις εξόδους του στην κατάσταση 0000) είναι το λογικό επίπεδο 0 στην είσοδο CLR. Οι είσοδοι παράλληλης φόρτωσης δεδομένων 1, 2, 3 και 4 συνδέονται σε εισόδους προκαθορισμένης ενεργοποίησης (PS), επιτρέποντας τη ρύθμιση της λογικής 1 σε οποιαδήποτε έξοδο (1, 2, 3, 4). Εάν εφαρμοστεί ένα λογικό 0 σε μία από αυτές τις εισόδους έστω και για λίγο, τότε θα οριστεί ένα λογικό 1 στην αντίστοιχη έξοδο. Η εφαρμογή παλμών ρολογιού στις εισόδους C όλων των flip-flop JK οδηγεί σε μετατόπιση των πληροφοριών του καταχωρητή στο σωστά. Από την τέταρτη σκανδάλη, τα δεδομένα μεταφέρονται στην πρώτη σκανδάλη (κυκλική κίνηση πληροφοριών).

Η αρχή λειτουργίας ενός καταχωρητή παράλληλης μετατόπισης περιγράφεται στον Πίνακα 1. Όταν η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη, μπορεί να οριστεί οποιοσδήποτε δυαδικός συνδυασμός στις εξόδους καταχωρητή, όπως, για παράδειγμα, στη σειρά 1 του πίνακα. Η εφαρμογή μιας λογικής 0 στις εισόδους των flip-flops CLR ξεκινά την εκκαθάριση του καταχωρητή (γραμμή 2). Στη συνέχεια (γραμμή 3) ο δυαδικός συνδυασμός 0100 φορτώνεται στον καταχωρητή. Διαδοχικοί παλμοί ρολογιού προκαλούν τη μετατόπιση των καταχωρημένων πληροφοριών προς τα δεξιά (γραμμές 4 - 8). Στις γραμμές 5 και 6: αυτό από το δεξιότερο flip-flop (το τέταρτο) μεταφέρεται στο πιο αριστερό flip-flop (το πρώτο). Σε αυτή την περίπτωση, μπορούμε να μιλήσουμε για την κυκλική κίνηση μιας μονάδας στο μητρώο. Στη συνέχεια (γραμμή 9), η εκκαθάριση του καταχωρητή ξεκινά ξανά χρησιμοποιώντας την είσοδο CLR. Φορτώνεται ο νέος δυαδικός συνδυασμός 0110 (γραμμή 10). Η εφαρμογή 5 παλμών ρολογιού (γραμμές 11-15) έχει ως αποτέλεσμα μια κυκλική μετατόπιση πληροφοριών 5 θέσεις προς τα δεξιά. Χρειάζονται 4 παλμοί ρολογιού για να επιστρέψουν τα δεδομένα στην αρχική τους κατάσταση.

Εάν σπάσουμε τον βρόχο ανατροφοδότησης στον καταχωρητή μετατόπισης στο Σχήμα 13, θα λάβουμε έναν κανονικό παράλληλο καταχωρητή μετατόπισης: η δυνατότητα κυκλικής κίνησης των πληροφοριών θα αποκλειστεί.

Εικόνα 14. Καταχωρητής μετατόπισης τριών κύκλων σε flip-flops RS

Οι καταχωρητές Shift ή οι καταχωρητές shift είναι, όπως έχει ήδη σημειωθεί, μια διαδοχικά συνδεδεμένη αλυσίδα από flip-flops. Ο κύριος τρόπος λειτουργίας τους είναι μια μετατόπιση bits του κώδικα που είναι γραμμένο σε αυτούς τους ερεθισμούς, δηλαδή, με βάση ένα σήμα ρολογιού, τα περιεχόμενα κάθε προηγούμενης σκανδάλης ξαναγράφονται στην επόμενη σκανδάλη με τη σειρά στην αλυσίδα. Ο κωδικός που είναι αποθηκευμένος στον καταχωρητή μετατοπίζεται κατά ένα ψηφίο προς τα υψηλότερα ψηφία ή προς τα χαμηλότερα ψηφία με κάθε κύκλο ρολογιού, γεγονός που δίνει το όνομα σε καταχωρητές αυτού του τύπου.

Συχνά υπάρχει σύγχυση σχετικά με το όνομα της κατεύθυνσης μετατόπισης στους καταχωρητές μετατόπισης. Υπάρχουν δύο τύποι μετατόπισης: δεξιά (ο κύριος τρόπος λειτουργίας που έχουν όλοι οι καταχωρητές μετατόπισης) και αριστερά (μόνο ορισμένοι καταχωρητές αναστρέψιμης μετατόπισης έχουν αυτόν τον τρόπο λειτουργίας). Αυτά τα ονόματα αντικατοπτρίζουν την εσωτερική δομή των καταχωρητών μετατόπισης ( ρύζι. 8.14) και επανεγγραφή σημάτων διαδοχικά κατά μήκος μιας αλυσίδας σκανδαλισμών. Στην περίπτωση αυτή, τα flip-flops, φυσικά, αριθμούνται από αριστερά προς τα δεξιά, για παράδειγμα, από 0 έως 7 (ή από 1 έως 8) για καταχωρητές 8 bit. Ως αποτέλεσμα, η μετατόπιση πληροφοριών από έναν καταχωρητή προς τα δεξιά είναι μια μετατόπιση προς δυαδικά ψηφία με υψηλότερους αριθμούς και η μετατόπιση πληροφοριών από καταχωρητή προς τα αριστερά είναι μια μετατόπιση προς μπιτ με χαμηλότερους αριθμούς.

Ωστόσο, όπως γνωρίζετε, σε οποιονδήποτε δυαδικό αριθμό τα πιο σημαντικά bit βρίσκονται στα αριστερά και τα λιγότερο σημαντικά bit βρίσκονται στα δεξιά. Επομένως, η μετατόπιση ενός δυαδικού αριθμού προς τα δεξιά θα είναι μια μετατόπιση προς τα bit χαμηλής τάξης και η μετατόπιση προς τα αριστερά θα είναι μια μετατόπιση προς τα bit υψηλής τάξης. Αυτή είναι μια αντίφαση, όχι η κακόβουλη πρόθεση κάποιου, απλώς συνέβη ιστορικά και ο προγραμματιστής ψηφιακού εξοπλισμού πρέπει να το θυμάται αυτό.

Ρύζι. 8.14.Μετατόπιση κατεύθυνσης σε καταχωρητές μετατόπισης

Η τυπική σειρά ψηφιακών μικροκυκλωμάτων περιλαμβάνει διάφορους τύπους καταχωρητών μετατόπισης, που διαφέρουν ως προς τους πιθανούς τρόπους λειτουργίας, τους τρόπους εγγραφής, ανάγνωσης και μετατόπισης, καθώς και τον τύπο των σταδίων εξόδου (2C ή 3C). Οι περισσότεροι καταχωρητές μετατόπισης έχουν οκτώ bit. Επί ρύζι. 8.15Τέσσερις τύποι τσιπ καταχωρητών μετατόπισης παρουσιάζονται ως παραδείγματα.

Ο καταχωρητής IR8 είναι ο απλούστερος από τους καταχωρητές μετατόπισης. Είναι μια γραμμή καθυστέρησης 8 bit, δηλαδή έχει μόνο μία είσοδο πληροφοριών, στην οποία παρέχονται σειριακές μετατοπισμένες πληροφορίες (ακριβέστερα, δύο είσοδοι συνδυασμένες χρησιμοποιώντας τη λειτουργία 2I) και οκτώ παράλληλες εξόδους. Η μετατόπιση προς εξόδους με μεγαλύτερους αριθμούς πραγματοποιείται κατά μήκος της ανερχόμενης ακμής του σήματος ρολογιού C. Υπάρχει επίσης μια είσοδος επαναφοράς –R, σε ένα σήμα μηδέν στο οποίο όλες οι έξοδοι καταχωρητή μηδενίζονται.

Ρύζι. 8.15.Μητρώα Shift

Ο καταχωρητής IR9 εκτελεί την αντίστροφη λειτουργία του καταχωρητή IR8. Εάν το IR8 μετατρέπει σειριακές πληροφορίες εισόδου σε παράλληλες εξόδου, τότε ο καταχωρητής IR9 μετατρέπει τις παράλληλες πληροφορίες εισόδου σε σειριακές πληροφορίες εξόδου. Ωστόσο, η ουσία της αλλαγής δεν αλλάζει, απλώς στο IR9 όλες οι εσωτερικές σκανδάλες έχουν παράλληλες εισόδους και μόνο μία, η τελευταία σκανδάλη, έχει έξοδο (άμεση και αντίστροφη). Ο κωδικός εισόδου γράφεται στον καταχωρητή με βάση ένα μηδενικό σήμα στην είσοδο -WR. Η μετατόπιση πραγματοποιείται κατά μήκος της θετικής ακμής σε μία από τις δύο εισόδους ρολογιού C1 και C2, σε συνδυασμό με τη συνάρτηση 2OR. Υπάρχει επίσης μια είσοδος επέκτασης DR, το σήμα από το οποίο στη λειτουργία μετατόπισης επανεγγράφεται στο bit χαμηλής τάξης του καταχωρητή μετατόπισης.

Ρύζι. 8.16.Σύνδεση καταχωρητών IR8 για αύξηση της χωρητικότητας bit

Όπως όλοι οι άλλοι καταχωρητές μετατόπισης, οι IR8 και IR9 επιτρέπουν τη διαδοχή, δηλαδή τη συμπερίληψη αρμών για την αύξηση της χωρητικότητας των bit.

Ο καταχωρητής IR13 συνδυάζει τις δυνατότητες των καταχωρητών IR8 και IR9. Διαθέτει και οκτώ εισόδους για παράλληλη εγγραφή και αντίστοιχες οκτώ εξόδους παράλληλων πληροφοριών. Η μετατόπιση πραγματοποιείται κατά μήκος της θετικής ακμής του σήματος ρολογιού C και η μετατόπιση είναι δυνατή τόσο προς τα bit υψηλής τάξης (προς τα δεξιά) όσο και προς τα δυαδικά ψηφία χαμηλής τάξης (προς τα αριστερά).

Ο καταχωρητής IR24 παρέχει μετατόπιση πληροφοριών και προς τις δύο κατευθύνσεις. Υπάρχουν είσοδοι επέκτασης DR και DL, καθώς και έξοδοι επέκτασης Q0 και Q7, που σας επιτρέπουν να αυξήσετε εύκολα τη χωρητικότητα bit.

Η κύρια χρήση όλων των καταχωρητών μετατόπισης είναι η μετατροπή του παράλληλου κώδικα σε σειριακό κωδικό και αντίστροφα. Αυτός ο μετασχηματισμός χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις (σε δίκτυα πληροφοριών), κατά την εγγραφή πληροφοριών σε μαγνητικά μέσα, κατά την εργασία με οθόνες τηλεόρασης και βιντεοκάμερες, καθώς και σε πολλές άλλες περιπτώσεις.

Για παράδειγμα στο ρύζι. 8.19απεικονίζεται απλούστερο σχήμαμετάδοση ψηφιακών πληροφοριών σε σειριακό κώδικα σε δύο γραμμές: πληροφορίες και συγχρονισμός. Μια τέτοια μετάδοση σάς επιτρέπει να μειώσετε τον αριθμό των καλωδίων σύνδεσης, καθώς και να απλοποιήσετε την προστασία των μεταδιδόμενων δεδομένων από εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, αν και με το κόστος της μείωσης της ταχύτητας μετάδοσης.

Ρύζι. 8.19.Σειριακή μετάδοση πληροφοριών με χρήση καταχωρητών βάρδιας

Στο άκρο εκπομπής (αριστερά στο σχήμα), χρησιμοποιώντας τον καταχωρητή μετατόπισης IR9, ο παράλληλος κωδικός εισόδου 8-bit μετατρέπεται σε μια ακολουθία bit δεδομένων που ακολουθούν τη συχνότητα του σήματος ρολογιού. Στο άκρο λήψης (δεξιά στο σχήμα), χρησιμοποιώντας τον καταχωρητή μετατόπισης IR8, αυτή η ακολουθία bit δεδομένων μετατρέπεται και πάλι σε παράλληλο κώδικα. Και οι δύο καταχωρητές χρονίζονται από το ίδιο σήμα ρολογιού, το οποίο μεταδίδεται μέσω της γραμμής επικοινωνίας παράλληλα με την ακολουθία δεδομένων. Για να αυξηθεί η αξιοπιστία της μετάδοσης, το σήμα πληροφοριών καθυστερεί επιπλέον σε σχέση με την άκρη του σήματος ρολογιού χρησιμοποιώντας μια αλυσίδα δύο μετατροπέων.

Το πρώτο bit της σειριακής εισόδου (από την είσοδο 7 του καταχωρητή IR9) αρχίζει να μεταδίδεται με την έναρξη του σήματος εγγραφής - Rec. Τα ακόλουθα bit μεταδίδονται με κάθε επόμενο θετικό άκρο του σήματος ρολογιού C. Το σήμα από την είσοδο 0 μεταδίδεται τελευταίο. Τα bit του σειριακού κωδικού εγγράφονται στον καταχωρητή IR8 με την ίδια σειρά που ήταν στον καταχωρητή IR9. Στο τέλος της μεταφοράς, το πρώτο μεταδιδόμενο σήμα δεδομένων θα βρίσκεται στο bit 7 του διαύλου δεδομένων του καταχωρητή IR8 και το τελευταίο μεταδιδόμενο σήμα δεδομένων θα είναι στο bit 0.

Η επόμενη εφαρμογή των καταχωρητών βάρδιας είναι η οργάνωση όλων των ειδών γραμμών καθυστέρησης, ειδικά εκείνων με σημαντικό αριθμό σταδίων. Χρησιμοποιώντας καταχωρητές μετατόπισης, μπορείτε να καθυστερήσετε οποιοδήποτε σήμα εισόδου κατά έναν ακέραιο αριθμό κύκλων ρολογιού. Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η διάρκεια του σήματος εισόδου (και οποιοδήποτε από τα στοιχεία του) θα μεταδοθεί επίσης κατά μήκος της γραμμής καθυστέρησης με ακρίβεια ενός κύκλου ρολογιού. Τέτοιες γραμμές καθυστέρησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύγκριση αρκετών διαδοχικών κύκλων ρολογιού ενός σήματος εισόδου, για την εκτέλεση αριθμητικών πράξεων σε αρκετούς κύκλους ρολογιού ενός σήματος εισόδου και για άλλους παρόμοιους σκοπούς. Η λειτουργία μιας γραμμής καθυστέρησης σε έναν καταχωρητή μετατόπισης απεικονίζεται ρύζι. 8.20.

Ρύζι. 8.20.Γραμμή καθυστέρησης εισόδου στον καταχωρητή βάρδιας

Οι καταχωρητές μετατόπισης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία παλμών δεδομένης διάρκειας και η διάρκεια του παλμού μπορεί να καθοριστεί από τον κωδικό ελέγχου, δηλαδή μπορεί να ελεγχθεί από λογισμικό. Επί ρύζι. 8.21Εμφανίζεται ένα πιθανό διάγραμμα ενός τέτοιου προγράμματος οδήγησης.

Ρύζι. 8.21.Διαμορφωτής παλμών με διάρκεια που καθορίζεται από τον κωδικό ελέγχου

Στην αρχική κατάσταση (πριν από την άφιξη του θετικού άκρου του σήματος εισόδου), η σκανδάλη μηδενίζεται, όλες οι έξοδοι του καταχωρητή μετατόπισης είναι μηδενικές και η αντίστροφη έξοδος του πολυπλέκτη είναι μία. Ο πολυπλέκτης παρέχεται με έναν κωδικό ελέγχου που καθορίζει τη διάρκεια του σήματος εξόδου. Όταν φτάσει ένα θετικό άκρο του σήματος εισόδου, το flip-flop ρίχνεται στο ένα (αρχίζει το σήμα εξόδου) και αυτό το ένα σήμα αρχίζει να μετατοπίζεται διαδοχικά από τον καταχωρητή μετατόπισης σε κάθε άκρο του σήματος ρολογιού.

Έστω ο κωδικός ελέγχου ίσος με 5. Στη συνέχεια, τη στιγμή που εμφανίζεται μια μονάδα στην έξοδο 5 του καταχωρητή shift, θα μεταδοθεί στην έξοδο του πολυπλέκτη KP7 με αντιστροφή. Σε αυτήν την περίπτωση, ένα σήμα μηδέν στην είσοδο –R της σκανδάλης θα μηδενίσει τη σκανδάλη, δηλαδή θα τελειώσει το σήμα εξόδου.

Έτσι, η διάρκεια του σήματος εξόδου θα καθοριστεί από τον κωδικό ελέγχου. Το σφάλμα στη ρύθμιση αυτής της διάρκειας είναι ίσο με μία περίοδο του σήματος ρολογιού και εξαρτάται από τη χρονική μετατόπιση μεταξύ της άκρης του σήματος εισόδου και της άκρης του πλησιέστερου παλμού ρολογιού. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια του σήματος εξόδου, τόσο μικρότερο είναι το σχετικό σφάλμα στη ρύθμιση της ακρίβειάς του. Για παράδειγμα, με τον κωδικό ελέγχου 0, η διάρκεια του σήματος εξόδου μπορεί να είναι από 0 έως Τ, όπου T είναι η περίοδος του σήματος ρολογιού. Και με τον κωδικό ελέγχου 7, η διάρκεια του σήματος εξόδου θα είναι από 7T έως 8T. Σε αυτή την περίπτωση, δεν λαμβάνουμε υπόψη τις καθυστερήσεις του flip-flop, του καταχωρητή shift και του πολυπλέκτη.

Οι καταχωρητές Shift μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον πολλαπλασιασμό και τη διαίρεση δυαδικών αριθμών με 2n, όπου το n είναι ένας ακέραιος αριθμός μεγαλύτερος από το μηδέν. Η μετατόπιση ενός δυαδικού αριθμού προς τα δεξιά (προς τα λιγότερο σημαντικά bit) με ένα bit ισοδυναμεί με διαίρεση με το 2. Η μετατόπιση ενός δυαδικού αριθμού προς τα αριστερά (προς τα πιο σημαντικά bit) με ένα bit ισοδυναμεί με πολλαπλασιασμό με το 2. για να πολλαπλασιάσει και να διαιρέσει έναν καταχωρητή shift τον δυαδικό κώδικα, χρειάζεται απλώς να γράψετε αυτόν τον κωδικό στον καταχωρητή και να τον μετακινήσετε τον απαιτούμενο αριθμό φορών προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά. Ο καταχωρητής IR13 είναι πιο βολικός για αυτό. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο τα μηδενικά να μετακινηθούν στα κενά bit, δηλαδή να παρέχονται μηδενικά σήματα στις εισόδους επέκτασης του καταχωρητή DR και DL.

Τέλος, η τελευταία εφαρμογή ενός καταχωρητή μετατόπισης που θα εξετάσουμε είναι ως γεννήτρια τυχαίων σημάτων ή ως γεννήτρια τυχαίας ακολουθίας κώδικα. Αυστηρά μιλώντας, οι ακολουθίες δεν θα είναι εντελώς τυχαίες, αλλά οιονεί τυχαίες, δηλαδή θα επαναλαμβάνονται περιοδικά, αλλά αυτή η περίοδος είναι αρκετά μεγάλη. Οι τυχαίες ακολουθίες σημάτων και κωδικών χρησιμοποιούνται ευρέως σε εξοπλισμό δοκιμών, γεννήτριες θορύβου και συσκευές λογικών παιχνιδιών.

Ο στόχος είναι το σήμα ή ο κωδικός εξόδου να αλλάξει την κατάστασή του τυχαία (ή σχεδόν τυχαία). Το σήμα πρέπει να αλλάζει τυχαία από το 0 στο 1 και από το 1 στο 0 και ο κωδικός πρέπει να παίρνει τυχαία τιμές από 0 έως (2 N–1), όπου N είναι ο αριθμός των bit του κώδικα (για παράδειγμα, από 0 έως 255 για έναν κωδικό 8-bit ). Οι ψευδοτυχαίες ακολουθίες έχουν το πλεονέκτημα έναντι των πραγματικά τυχαίων ότι είναι προβλέψιμες και περιοδικές, αλλά αυτό είναι και το μειονέκτημά τους.

Η δομή μιας οιονεί τυχαίας γεννήτριας ακολουθιών που χρησιμοποιεί έναν καταχωρητή μετατόπισης είναι πολύ απλή ( ρύζι. 8.22). Είναι ένας καταχωρητής μετατόπισης με παράλληλες εξόδους (για παράδειγμα, IR8), πολλά (τουλάχιστον δύο) σήματα εξόδου των οποίων συνδυάζονται χρησιμοποιώντας ένα στοιχείο Exclusive OR, από την έξοδο του οποίου παρέχεται το σήμα στην είσοδο καταχωρητή, κλείνοντας το κύκλωμα σε ένα δαχτυλίδι. Το κύκλωμα χρονίζεται από ένα σήμα με συχνότητα f T .

Ρύζι. 8.22.Δομή μιας γεννήτριας ψευδοτυχαίων ακολουθιών

Η επιλογή αριθμών bit για συνδέσεις ανάδρασης δεν είναι εύκολη δουλειά, αλλά υπάρχουν πίνακες αναφοράς που τους δείχνουν. Σε κάθε περίπτωση, ένα από τα σημεία σύνδεσης είναι η έξοδος υψηλής τάξης.

Είναι πιο κερδοφόρο να λαμβάνετε έναν αριθμό bit που δεν είναι πολλαπλάσιο του 8, για παράδειγμα, 7, 15 ή 31. Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιούνται μόνο δύο έξοδοι για ανάδραση, δηλαδή, ένα στοιχείο Αποκλειστικό OR δύο εισόδων είναι επαρκής.

Η περίοδος της ακολουθίας εξόδου της γεννήτριας είναι (2 N -1) κύκλοι ρολογιού, όπου N είναι ο αριθμός των bit του καταχωρητή μετατόπισης. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, κάθε μία από τις πιθανές τιμές του κωδικού εξόδου (εκτός από μία) εμφανίζεται μία φορά. Ο αριθμός των μονάδων στο σήμα εξόδου είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των μηδενικών ανά μονάδα.

Ο κωδικός εξόδου 000...0 είναι μια κατάσταση απενεργοποιημένης λειτουργίας επειδή απενεργοποιεί τη γεννήτρια, αναπαράγοντας τον εαυτό της ξανά και ξανά. Αλλά ταυτόχρονα, ένας τέτοιος μηδενικός κωδικός μπορεί να ληφθεί μόνο από τον εαυτό του, επομένως αρκεί να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει όταν το κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο.

Οι συχνότητες στο φάσμα του σήματος εξόδου θα ακολουθούν ένα διάστημα (f T /2 N –1) και το περίβλημα του φάσματος θα είναι σχεδόν σταθερό έως τη συχνότητα 0,25f T, δηλαδή, ο θόρυβος μέχρι αυτή τη συχνότητα μπορεί θεωρείται λευκό (εμφανίζεται πτώση 3 dB σε συχνότητα 0,45 f T).

Μια τέτοια γεννήτρια χρησιμοποιούσε η διάσημη εταιρεία Hewlett-Packard στη γεννήτρια θορύβου της.