Introduction aux registres à décalage

Les registres à décalage, comme les compteurs, sont une forme de logique séquentielle .

La logique séquentielle, contrairement à la logique combinatoire, n'est pas seulement affectée par les entrées présentes, mais aussi par l'historique antérieur.

En d'autres termes, la logique séquentielle se souvient des événements passés.

Les registres à décalage produisent un retard discret d'un signal numérique ou d'une forme d'onde.

Une forme d'onde synchronisée avec une horloge , une onde carrée répétitive, est retardée de « n » heures d'horloge discrètes, où « n » est le nombre d'étages du registre à décalage.

Ainsi, un registre à décalage à quatre étages retarde les « entrées de données » de quatre horloges jusqu'à la « sortie de données ».

Les étages d'un registre à décalage sont des étages à retard , tapez généralement « D » Tongs ou tapez « JK » Tongs.

Autrefois, de très longs registres à décalage (plusieurs centaines d'étages) servaient de mémoire numérique.

Cette application obsolète rappelle les lignes à retard acoustiques au mercure utilisées comme mémoire des premiers ordinateurs.

La transmission de données en série, sur une distance de mètres à kilomètres, utilise des registres à décalage pour convertir les données parallèles en forme série.

Les communications de données série remplacent de nombreux câbles de données parallèles lents par un seul circuit série haute vitesse.

Les données série sur des distances plus courtes de quelques dizaines de centimètres, utilisent des registres à décalage pour entrer et sortir des données des microprocesseurs.

De nombreux périphériques, y compris les convertisseurs analogique-numérique, les convertisseurs numérique-analogique, les pilotes d'affichage et la mémoire, utilisent des registres à décalage pour réduire la quantité de câblage dans les circuits imprimés.

Certains circuits de compteur spécialisés utilisent en fait des registres à décalage pour générer des formes d'onde répétitives.

Des registres à décalage plus longs, avec l'aide de la rétroaction, génèrent des motifs si longs qu'ils ressemblent à du bruit aléatoire, un pseudo-bruit .

Les registres à décalage de base sont classés par structure selon les types suivants :

• Entrée/sortie série
• Entrée parallèle/sortie série
• Entrée/sortie en série
• Entrée/sortie parallèle universelle
• Compteur de sonneries

Ci-dessus, nous montrons un schéma fonctionnel d'un registre à décalage d'entrée/sortie série, qui comporte 4 étapes.

Les données à l'entrée seront retardées de quatre périodes d'horloge de l'entrée à la sortie du registre à décalage.

Les données à « données entrantes », ci-dessus, seront présentes à l'étape A sortie après la première impulsion d'horloge. Après la deuxième étape d'impulsion A les données sont transférées à l'étape B sortie et les « données entrantes » sont transférées vers l'étape A sortir. Après la troisième horloge, étape C est remplacé par l'étape B; stade B est remplacé par l'étape A; et l'étape A est remplacée par « data in ».

Après la quatrième horloge, les données initialement présentes dans « data in » sont au stade D , "sortie".

Les données « premier entré » sont « premier sorti » car elles passent de « données entrantes » à « données sortantes ».

Les données sont chargées dans tous les étages à la fois d'un registre à décalage entrée/sortie parallèle.

Les données sont ensuite déplacées via « data out » par des impulsions d'horloge. Puisqu'un registre à décalage à 4 étages est illustré ci-dessus, quatre impulsions d'horloge sont nécessaires pour décaler toutes les données.

Dans le schéma ci-dessus, étape D les données seront présentes à la « sortie de données » jusqu'à la première impulsion d'horloge ; étape C des données seront présentes à « data out » entre la première horloge et la deuxième impulsion d'horloge ; stade B des données seront présentes entre la deuxième horloge et la troisième horloge ; et l'étape A les données seront présentes entre la troisième et la quatrième horloge.

Après la quatrième impulsion d'horloge et par la suite, des bits successifs de "données entrantes" devraient apparaître à "données sortantes" du registre à décalage après un délai de quatre impulsions d'horloge.

Si quatre commutateurs étaient connectés à D_A par D_D , l'état peut être lu dans un microprocesseur à l'aide d'une seule broche de données et d'une broche d'horloge.

Étant donné que l'ajout de commutateurs supplémentaires ne nécessiterait aucune broche supplémentaire, cette approche semble attrayante pour de nombreuses entrées.

Ci-dessus, quatre bits de données seront décalés de « données entrantes » de quatre impulsions d'horloge et seront disponibles à Q_A via Q_D pour piloter des circuits externes tels que des LED, des lampes, des pilotes de relais et des klaxons. Après la première horloge, les données de "data in" apparaissent à Q_A .

Après la deuxième horloge, l'ancien Q_A les données apparaissent à Q_B; Q_R reçoit les données suivantes de « données entrantes ». Après la troisième horloge, Q_B les données sont à Q_C .

Après la quatrième horloge, Q_C les données sont à Q_D . Cette étape contient les données d'abord présentes dans « data in ». Le registre à décalage doit maintenant contenir quatre bits de données.

Un registre à décalage entrée/sortie parallèle combine la fonction du registre à décalage entrée parallèle et sortie série avec la fonction du registre à décalage entrée série et sortie parallèle pour produire le registre à décalage universel.

Le levier de vitesses « faire n'importe quoi » a un prix :l'augmentation du nombre de broches d'E/S (entrée/sortie) peut réduire le nombre d'étages pouvant être emballés.

Données présentées à D_A par D_D est chargé en parallèle dans les registres.

Ces données à Q_A via Q_D peut être décalé du nombre d'impulsions présentées à l'entrée d'horloge.

Les données décalées sont disponibles à Q_A via Q_D .

L'entrée "mode", qui peut être plus d'une entrée, contrôle le chargement parallèle des données de D_A par D_D , le déplacement des données et le sens du déplacement.

Il existe des registres à décalage qui décalent les données vers la gauche ou la droite.

Si la sortie série d'un registre à décalage est connectée à l'entrée série, les données peuvent être perpétuellement décalées autour de l'anneau tant que des impulsions d'horloge sont présentes.

Si la sortie est inversée avant d'être renvoyée comme indiqué ci-dessus, nous n'avons pas à nous soucier du chargement des données initiales dans le « compteur en anneau ».

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail du registre des quarts