أنواع مختلفة من سجلات الورديات وتطبيقاتها مع أمثلة

ما هو سجل التحول:

سجلات التحول هي دوائر منطقية متسلسلة ، قادرة على تخزين ونقل البيانات. إنها مكونة من Flip Flops والتي يتم توصيلها بطريقة تجعل إخراج flip flop يمكن أن يكون بمثابة مدخلات من flip-flop الآخر ، اعتمادًا على نوع سجلات التحول التي يتم إنشاؤها.

سجلات التحول هي في الأساس نوع من السجلات التي لديها القدرة على نقل البيانات ("التحول"). السجلات هي أجهزة تخزين بشكل عام يتم إنشاؤها عن طريق توصيل عدد معين من flip flops معًا في سلسلة وكمية البيانات (عدد البتات) التي يمكن تخزينها بواسطة السجل تتناسب دائمًا بشكل مباشر مع عدد flip flops ، حيث أن كل قلب flop قادر على تخزين بت واحد فقط في كل مرة. عندما يتم توصيل flip-flops في السجل بطريقة تجعل ناتج flip flop مدخلاً للآخر ، يتم إنشاء سجل shift.

Flip Flops هي أجهزة لها عملية مشابهة لعملية المزلاج. يمكن الإشارة إليه على أنه هزاز ثنائي الاستقرار يمكنه التحرك بين حالتين (0 أو 1) وقادر على تخزين البيانات في وحدات بت. تتم قراءة البيانات الجديدة في فليب فلوب مع كل دورة على مدار الساعة والبيانات السابقة المرسلة عند الإخراج.

سجلات التحول تتألف من أي فليب يتخبط؟

ومع ذلك ، يعتمد هذا على نوع التقليب ، حيث تختلف علاقة الإدخال والإخراج ودورة الساعة بين flip flops. هناك أنواع مختلفة من الشبشب ، ولكن الأكثر استخدامًا في إنشاء سجلات التحول هي D (Delay) -flip flops.

من أجل تشغيل D flip flops مما يجعلها مرغوبة جدًا لسجلات التحول ، كلما كان هناك تغيير على مدار الساعة D flip flop (إما ارتفاع أو هبوط الحافة ، اعتمادًا على مواصفات flip flop). تصبح البيانات عند الإخراج "Q" هي نفس البيانات الموجودة في الإدخال "D". سيبقى الناتج "Q" من flip flop عند هذه القيمة حتى دورة الساعة التالية ، حيث سيتغير مرة أخرى إلى القيمة (عالية أو منخفضة ، 1 أو 0) عند الإدخال.

الآن بعد أن عرفنا ماهية Sift Registers ، سنشرع في الغوص بشكل أعمق في أنواع flip-flop وتطبيقاتها. ولكن قبل ذلك ، لإعطاء مزيد من التعريض العملي حول مكان استخدام سجلات التحويل ، دعنا نلقي نظرة على سجل التحول الشهير 74HC595 الذي استخدمناه مع متحكمات مختلفة لواجهة عرض أو تسلسل LEDs.

• التحول سجل مع 74HC595 مع Arduino للتحكم في سلسلة من المصابيح
• تحول التسجيل مع ESP32 لواجهة عرض 7-Segment
• قم بالتسجيل مع Raspberry Pi للتحكم في مصابيح LED متعددة
• التحول سجل مع الموافقة المسبقة عن علم للتحكم في تسلسل المصابيح

أنواع السجلات في الإلكترونيات الرقمية

يتم تصنيف سجلات التحول إلى أنواع بشكل رئيسي من خلال طريقة عملها ، سواء كانت متسلسلة أو متوازية.

هناك ستة (6) أنواع أساسية من سجلات التحول المدرجة أدناه على الرغم من أن بعضها يمكن تقسيمه بشكل أكبر بناءً على اتجاه تدفق البيانات إما التحول إلى اليمين أو التحول إلى اليسار.

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

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

3. الموازي في - سجل التحول الموازي (PIPO)

4. الموازي في - سجل التحول التسلسلي الخارجي (PISO)

5. سجلات التحول ثنائية الاتجاه

6. عدادات

1. المسلسل في - تسلسلي خارج وردية التسجيلات

Serial in - سجلات التحول التسلسلية الخارجة هي سجلات التحول التي تتدفق في البيانات بشكل متسلسل (بت واحد لكل دورة على مدار الساعة) وتدفق البيانات أيضًا بنفس الطريقة ، واحدة تلو الأخرى.

يظهر تسلسلي بسيط - سجل إزاحة 4 بت المسلسل أعلاه ، ويتكون السجل من 4 زحافات وتقسيم كيفية عمله موضح أدناه ؛

عند بدء التشغيل ، يتم مسح سجل الإزاحة أولاً ، مما يجبر مخرجات جميع الوجه المتأرجح على الصفر ، ثم يتم تطبيق بيانات الإدخال على الإدخال التسلسلي ، بتة واحدة في كل مرة.

هناك طريقتان أساسيتان لنقل البيانات من خلال سجل التحول SISO ؛

1. قراءات غير متلفة
2. قراءات مدمرة

• قراءات غير مدمرة

تحتوي سجلات الإزاحة القائمة على القراءة غير المدمرة دائمًا على وضع تشغيل للقراءة / الكتابة مع إضافة سطر إضافي للسماح بالتبديل بين وضعي تشغيل القراءة والكتابة.

عندما يكون الجهاز في وضع التشغيل "الكتابة" ، يقوم سجل الإزاحة بتحويل كل بيانات للخارج بتة واحدة في كل مرة تتصرف تمامًا مثل إصدار القراءة المدمرة وبالتالي تفقد البيانات ، ولكن عندما يتم تبديل وضع التشغيل إلى "قراءة" ، فإن البيانات التي يتم إزاحتها عند المدخلات تعود إلى النظام وتعمل كمدخلات في سجل الإزاحة. يساعد هذا في ضمان بقاء البيانات لفترة أطول (طالما بقيت في وضع القراءة)

• قراءات مدمرة

بالنسبة للقراءات المدمرة ، يتم فقد البيانات تمامًا حيث يقوم التقلّب فقط بتحويل المعلومات من خلالها. بافتراض سجل إزاحة 4 بت أعلاه ، نريد إرسال الكلمة "1101". بعد مسح سجل الإزاحة ، يصبح ناتج جميع flip flops 0 ، لذلك خلال دورة الساعة الأولى عندما نطبق هذه البيانات (1101) بشكل متسلسل ، تبدو مخرجات flip flops مثل الجدول أدناه.

دورة الساعة الأولى:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

دورة الساعة الثانية:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

دورة الساعة الثالثة:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

دورة الساعة الرابعة:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. المسلسل في - سجل التحول الموازي للخارج

النوع الثاني من سجل التحول الذي سننظر فيه هو سجل التحول التسلسلي - الموازي للخارج المعروف أيضًا باسم SIPO Shift Register. تُستخدم هذه الأنواع من سجلات التحول لتحويل البيانات من تسلسلي إلى متوازي. تأتي البيانات واحدة تلو الأخرى لكل دورة على مدار الساعة ويمكن تغييرها واستبدالها أو قراءتها عند كل إخراج. هذا يعني أنه عند قراءة البيانات ، تصبح كل قراءة بتات متاحة في وقت واحد على خط الإخراج الخاص بها (Q0 - Q3 لسجل الإزاحة 4 بت الموضح أدناه).

إدخال تسلسلي مكون من 4 بتات - يتم توضيح سجل التحول الموازي للخارج في الصورة أدناه.

يظهر جدول يوضح كيفية إزاحة البيانات من السجل التسلسلي - بالتوازي خارج سجل إزاحة 4 بت أدناه ، مع البيانات في 1001.

واضح	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

من الأمثلة الجيدة على سجل الإزاحة التسلسلي - الموازي للخارج هو سجل الإزاحة 74HC164 ، وهو سجل إزاحة 8 بت.

يتميز الجهاز بإدخال بيانات تسلسلية (DSA و DSB) ، وثمانية مخرجات بيانات متوازية (Q0 إلى Q7). يتم إدخال البيانات بشكل متسلسل من خلال DSA أو DSB ويمكن استخدام أيٍّ من المدخلات كتمكين عالي نشط لإدخال البيانات من خلال المدخلات الأخرى. يتم إزاحة البيانات على انتقالات LOW-to-HIGH لمدخل الساعة (CP). يقوم LOW على إدخال إعادة الضبط الرئيسي (MR) بمسح السجل ويفرض على جميع المخرجات LOW ، بشكل مستقل عن المدخلات الأخرى. تشمل المدخلات الثنائيات المشبكية. يتيح ذلك استخدام المقاومات المحددة الحالية لمدخلات الواجهة إلى الفولتية الزائدة عن VCC.

3. بالتوازي في - تسلسلي خارج التحول التسجيل

في سجل الإزاحة الموازية للداخل - المسلسل ، يتم توفير البيانات بالتوازي ، على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك سجل 4 بت الموضح أدناه.

يمكن استخدام هذا السجل لتخزين وتحويل كلمة مكونة من 4 بتات ، مع التحكم في إدخال التحكم في الكتابة / التحويل (WS) في طريقة تشغيل سجل الإزاحة. عندما يكون خط التحكم WS منخفضًا (وضع الكتابة) ، يمكن كتابة البيانات وتسجيلها عبر D0 إلى D3. لتحويل البيانات بشكل تسلسلي ، يتم إحضار خط التحكم WS عاليًا (وضع التحول) ، ثم يقوم السجل بتحويل البيانات إلى إدخال الساعة. الموازي في المسلسل يسمى سجل التحول لدينا أيضًا سجل PISO Shift.

من الأمثلة الجيدة على سجل إزاحة الدخل والخرج المتوازي هو سجل الإزاحة 74HC165 8 بت على الرغم من أنه يمكن أيضًا تشغيله كسجل إزاحة تسلسلي داخلي - إخراج تسلسلي.

يتميز الجهاز بإدخال البيانات التسلسلية (DS) ، وثمانية مدخلات بيانات متوازية (D0 إلى D7) ومخرجات تسلسلية تكميلية (Q7 و Q7 '). عندما يكون إدخال الحمل المتوازي (PL) منخفضًا ، يتم تحميل البيانات من D0 إلى D7 في سجل الإزاحة بشكل غير متزامن. عندما يكون PL مرتفعًا ، تدخل البيانات السجل بشكل تسلسلي في DS. عندما يكون إدخال تمكين الساعة (CE) هو LOW ، يتم إزاحة البيانات على التحولات من LOW-to-HIGH لمدخل CP. A HIGH on CE سيعطل إدخال CP. المدخلات تتحمل الجهد الزائد حتى 15 فولت. وهذا يتيح للجهاز أن يستخدم في تطبيقات التحويل من المستوى العالي إلى المنخفض.

يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي لسجل التحول أدناه ؛

مخطط توقيت النظام كما هو موضح في الصورة أدناه ؛

4. الموازي في - سجل التحول الموازي

بالنسبة لسجل الإزاحة المتوازية والمتوازية للخارج ، تظهر بيانات المخرجات عبر المخرجات المتوازية في وقت واحد أثناء تغذية بيانات الإدخال. ويسمى هذا النوع من سجل التحول أيضًا باسم PIPO Shift register.

تتم قراءة بيانات الإدخال في كل من دبابيس الإدخال من D0 إلى D3 في نفس الوقت عندما يتم تسجيل وقت الجهاز وفي نفس الوقت ، يتم تمرير البيانات المقروءة من كل مدخل من المدخلات عند الإخراج المقابل (من Q0 إلى Q3).

يعد سجل التحول 74HC195 عبارة عن سجل تحول متعدد الأغراض قادر على العمل في معظم الأوضاع الموصوفة من قبل جميع الأنواع التي ناقشناها حتى الآن خاصة كمسجل إزاحة متوازي موازي.

5. سجلات التحول ثنائية الاتجاه

يمكن أن تؤدي سجلات Shift إما تحويل البيانات إلى اليمين أو اليسار ، أو كليهما اعتمادًا على نوع سجل الإزاحة وتكوينها. في عمليات الإزاحة الصحيحة ، يتم قسمة البيانات الثنائية على اثنين. إذا تم عكس هذه العملية ، يتم ضرب البيانات الثنائية في اثنين. مع التطبيق المناسب للمنطق التوافقي ، يمكن تكوين سجل التحول التسلسلي لأداء كلتا العمليتين.

ضع في اعتبارك تسجيل 4 بت في الصورة أدناه. تم تكوين اثنين من بوابات NAND كبوابات OR وتستخدم للتحكم في اتجاه التحول ، إما يمينًا أو يسارًا.

يتم استخدام خط التحكم لليسار / الكتابة لتحديد الاتجاه الذي يتم نقل البيانات إليه ، إما يمينًا أو يسارًا.

يعد سجل التحول ثنائي الاتجاه 74HC194 مثالًا جيدًا. يمكن أن يعمل السجل في جميع أوضاع وتغيرات الإدخال أو الإخراج التسلسلي والمتوازي. يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي لـ 74HC194 الذي يبرز خط التحكم والساعة ودبابيس الإدخال والإخراج أدناه.

كما يظهر أدناه مخطط توقيت الجهاز. سيساعدك بشكل أفضل على فهم كيفية تحكم خط التحكم في إجراءات السجل.

6. عدادات

العدادات ، التي تسمى أحيانًا سجل التحول الدوراني ، هي في الأساس سجلات التحول مع إعادة إخراج مخرجاتها إلى الجهاز كمدخلات بطريقة تخلق نمطًا معينًا. يشار إلى هذه الأنواع من السجلات على أنها عدادات بسبب النمط والتسلسل الذي تعرضه. أكثر أنواع عدادات سجل الورديات شيوعًا هي عدادات الحلقة.

عداد الحلقة

عدادات الحلقة هي في الأساس نوع من العدادات يتم فيه إعادة إخراج الجزء الأكثر أهمية كمدخل إلى البت الأقل أهمية. يتم توضيح عداد حلقة 4 بت في الرسم البياني أدناه باستخدام D flip flops.

عندما يتم تطبيق نبضة الساعة ، يتم تحويل إخراج كل مرحلة إلى المرحلة التالية ، وتستمر الدورة. عندما يصبح الصافي مرتفعًا ، يتم إعادة ضبط جميع النتوءات باستثناء الأولى (التي يتم ضبطها على 1) على الصفر.

تطبيقات سجلات الوردية

تُستخدم سجلات Shift في الكثير من التطبيقات ، وبعضها ؛

1. بالتوازي مع التحويل التسلسلي ، حيث يتم استخدامها لتقليل عدد الأسلاك أو الخطوط اللازمة للاتصال بين جهازين ، نظرًا لأن الاتصال التسلسلي يتطلب عمومًا سلكين فقط مقارنةً بالتوازي الذي يعتمد على عدد البتات التي يتم إرسالها.

2. توسيع الإدخال / الإخراج للميكروكونترولر. في الإلكترونيات الحديثة ، يشار إلى دبابيس IO المتحكمات الدقيقة على أنها عقارات ويحتاج المرء قدر الإمكان لتطبيق معين مثل تشغيل 100 مصباح أو قراءة 100 مفتاح من القصب بشيء مثل Arduino أو متحكم Atmeg328p. على سبيل المثال ، يوضح مخطط الدائرة أدناه كيف يمكن استخدام سجل التحول التسلسلي إلى المتوازي للتحكم في 8 مصابيح LED ، باستخدام ثلاثة فقط من دبابيس IO المتحكمات الدقيقة.

3. يتم استخدامها في سجلات الحالة التي تستخدم في الأجهزة المتسلسلة. مثل آلة الذاكرة المحدودة ، يتم دائمًا تحديد الحالة التالية للجهاز عن طريق نقل بيانات جديدة وإدخالها في الموضع السابق.

4. تم العثور على تطبيق رئيسي آخر في تأخير الوقت. تُستخدم سجلات Shift للتأخير الزمني في الأجهزة ، مع ضبط الوقت بواسطة الساعة ، أو زيادته عن طريق تسجيلات التحول المتتالية أو تقليله عن طريق أخذ الإخراج من بت أقل أهمية.

عادة ما يتم حساب التأخير الزمني باستخدام الصيغة ؛

ر = N * (1 / fc)

N هو عدد مراحل التقليب التي يتم عندها أخذ الإخراج ، و Fc هو تردد إشارة الساعة و t وهي القيمة التي يتم تحديدها هي مقدار الوقت الذي سيتأخر فيه الإخراج.

عند اختيار سجل التحول لمهمة معينة بسبب النطاق الواسع والكتابة ، من المهم تحديد واحد يلائم احتياجاتك الخاصة ، مع الأخذ في الاعتبار أشياء مثل ، طريقة التشغيل ، حجم البت (عدد الوجه المتأرجح) ، اليمين أو اليسار ثنائي الاتجاه إلخ.

بعض سجلات الورديات الأكثر شيوعًا هي ؛

1. 74HC 194 سجل إزاحة عالمي ثنائي الاتجاه رباعي بتات
2. 74HC 198 سجل إزاحة عالمي ثنائي الاتجاه 8 بت
3. 74HC595 سجل التحول التسلسلي في الموازي للخارج
4. 74HC165 سجل التحول المتوازي في المسلسل للخارج
5. IC 74291 سجل إزاحة عالمي 4 بت ، عداد ثنائي لأعلى / لأسفل ، متزامن.
6. IC 74395 سجل إزاحة عالمي 4 بت مع مخرجات ثلاثية الحالات.
7. IC 74498 سجل إزاحة ثنائي الاتجاه 8 بت مع مدخلات متوازية ومخرجات ثلاثية الحالات.
8. IC 74671 سجل تحويل ثنائي الاتجاه ذو 4 بت.
9. IC 74673 سجل إزاحة تسلسلي داخلي 16 بت مع سجلات تخزين الإخراج.
10. IC 74674 سجل إزاحة تسلسلي-داخلي 16 بت متوازي مع مخرجات بثلاث حالات.

هناك المزيد ، ما عليك سوى العثور على التطبيق الأكثر ملاءمة لتطبيقك.

شكرا للقراءة ، حتى المرة القادمة.