Sổ đăng ký kỹ thuật số

Flip-flop là một ô nhớ 1 bit có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số. Để tăng dung lượng lưu trữ về số lượng bit, chúng ta phải sử dụng một nhóm flip-flop. Một nhóm flip-flop như vậy được gọi làRegister. Cácn-bit register sẽ bao gồm n số flip-flop và nó có khả năng lưu trữ n-bit từ.

Dữ liệu nhị phân trong một thanh ghi có thể được di chuyển trong thanh ghi từ flip-flop này sang flip-flop khác. Các thanh ghi cho phép truyền dữ liệu như vậy được gọi làshift registers. Có bốn chế độ hoạt động của một thanh ghi dịch chuyển.

• Đầu vào nối tiếp Đầu ra nối tiếp
• Đầu vào nối tiếp Đầu ra song song
• Đầu vào song song Đầu ra nối tiếp
• Đầu vào song song Đầu ra song song

Đầu vào nối tiếp Đầu ra nối tiếp

Để tất cả các flip-flop ban đầu ở điều kiện đặt lại tức là Q ₃ = Q ₂ = Q ₁ = Q ₀ = 0. Nếu một mục nhập của số nhị phân 4 bit 1 1 1 1 được thực hiện vào thanh ghi, số này sẽ là áp dụng choD_inbit với bit LSB được áp dụng đầu tiên. Đầu vào D của FF-3 tức là D ₃ được kết nối với đầu vào dữ liệu nối tiếpD_in. Đầu ra của FF-3 tức là Q ₃ được kết nối với đầu vào của flip-flop tiếp theo tức là D ₂ , v.v.

Sơ đồ khối

Hoạt động

Trước khi áp dụng tín hiệu đồng hồ, hãy đặt Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 0000 và áp dụng bit LSB của số được nhập vào D _trong . Vậy D _in = D ₃ = 1. Áp dụng đồng hồ. Ở cạnh rơi đầu tiên của đồng hồ, FF-3 được thiết lập, và từ được lưu trữ trong thanh ghi là Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1000.

Áp dụng bit tiếp theo cho D _trong . Vì vậy, D _in = 1. Ngay sau khi cạnh âm tiếp theo của đồng hồ chạm vào, FF-2 sẽ thiết lập và từ được lưu trữ thay đổi thành Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1100.

Áp dụng bit tiếp theo được lưu trữ tức là 1 đến D _trong . Áp dụng xung đồng hồ. Ngay sau khi cạnh xung nhịp âm thứ ba chạm vào, FF-1 sẽ được thiết lập và đầu ra sẽ được sửa đổi thành Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1110.

Tương tự với D _in = 1 và với cạnh xung nhịp âm thứ tư đến, từ được lưu trữ trong thanh ghi là Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀ = 1111.

Bảng sự thật

Dạng sóng

Đầu vào nối tiếp Đầu ra song song

• Trong các kiểu hoạt động như vậy, dữ liệu được nhập theo thứ tự và lấy ra theo kiểu song song.

• Dữ liệu được tải từng chút một. Các đầu ra bị vô hiệu hóa miễn là dữ liệu đang tải.

• Ngay sau khi quá trình tải dữ liệu hoàn tất, tất cả các flip-flop chứa dữ liệu cần thiết của chúng, các đầu ra được kích hoạt để tất cả dữ liệu được tải có sẵn trên tất cả các dòng đầu ra cùng một lúc.

• Cần 4 chu kỳ đồng hồ để tải một từ bốn bit. Do đó tốc độ hoạt động của chế độ SIPO giống như tốc độ của chế độ SISO.

Sơ đồ khối

Đầu ra nối tiếp đầu vào song song (PISO)

• Các bit dữ liệu được nhập theo kiểu song song.

• Mạch hiển thị bên dưới là một thanh ghi đầu ra nối tiếp đầu vào song song bốn bit.

• Đầu ra của Flip Flop trước được kết nối với đầu vào của Flip Flop tiếp theo thông qua một mạch tổ hợp.

• Từ đầu vào nhị phân B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ được áp dụng mặc dù cùng một mạch tổ hợp.

• Có hai chế độ mà mạch này có thể hoạt động là - chế độ thay đổi hoặc chế độ tải.

Chế độ tải

Khi dòng shift / load bar ở mức thấp (0), cổng AND 2, 4 và 6 trở nên hoạt động, chúng sẽ chuyển các bit B ₁ , B ₂ , B ₃ tới các flip-flops tương ứng. Ở mức thấp nhất của xung nhịp, đầu vào nhị phân B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ sẽ được tải vào các flip-flops tương ứng. Do đó quá trình tải song song diễn ra.

Chế độ thay đổi

Khi dòng thanh chuyển / tải ở mức thấp (1), cổng AND 2, 4 và 6 trở nên không hoạt động. Do đó, việc tải song song dữ liệu trở nên không thể. Nhưng cổng AND 1,3 và 5 trở nên hoạt động. Do đó, sự dịch chuyển dữ liệu từ trái sang phải từng bit trên ứng dụng của xung đồng hồ. Vì vậy, song song trong hoạt động nối tiếp ra diễn ra.

Sơ đồ khối

Đầu vào song song Đầu ra song song (PIPO)

Trong chế độ này, đầu vào nhị phân 4 bit B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ được áp dụng cho các đầu vào dữ liệu D ₀ , D ₁ , D ₂ , D ₃ tương ứng của bốn flip-flop. Ngay sau khi một cạnh xung nhịp âm được áp dụng, các bit nhị phân đầu vào sẽ được tải đồng thời vào các flip-flop. Các bit được tải sẽ xuất hiện đồng thời ở phía đầu ra. Chỉ xung đồng hồ là cần thiết để tải tất cả các bit.

Sơ đồ khối

Đăng ký dịch chuyển hai chiều

• Nếu một số nhị phân được dịch sang trái một vị trí thì nó tương đương với việc nhân số ban đầu với 2. Tương tự như vậy nếu một số nhị phân được dịch sang phải một vị trí thì nó tương đương với việc chia số ban đầu cho 2.

• Do đó, nếu chúng ta muốn sử dụng thanh ghi shift để nhân và chia số nhị phân đã cho, thì chúng ta có thể di chuyển dữ liệu theo hướng trái hoặc phải.

• Thanh ghi như vậy được gọi là thanh ghi hai chiều. Một thanh ghi dịch chuyển hai hướng bốn bit được hiển thị trong hình.

• Có hai đầu vào nối tiếp là đầu vào dữ liệu dịch sang phải nối tiếp DR và ​​đầu vào dữ liệu dịch chuyển trái nối tiếp DL cùng với đầu vào chọn chế độ (M).

Sơ đồ khối

Hoạt động

SN	Tình trạng	Hoạt động
1	With M = 1 − Shift right operation	Nếu M = 1, thì các cổng AND 1, 3, 5 và 7 được bật trong khi các cổng AND còn lại 2, 4, 6 và 8 sẽ bị vô hiệu hóa. Dữ liệu tại D R được chuyển sang phải từng bit từ FF-3 đến FF-0 trên ứng dụng của xung đồng hồ. Như vậy với M = 1 chúng ta nhận được phép toán dịch phải nối tiếp.
2	With M = 0 − Shift left operation	Khi điều khiển chế độ M được kết nối với 0 thì các cổng AND 2, 4, 6 và 8 được bật trong khi 1, 3, 5 và 7 bị tắt. Dữ liệu tại D L được chuyển sang trái từng bit từ FF-0 sang FF-3 trên ứng dụng của xung đồng hồ. Do đó với M = 0 chúng ta nhận được phép toán dịch phải nối tiếp.

Đăng ký dịch chuyển đa năng

Thanh ghi dịch chuyển có thể chuyển dữ liệu chỉ theo một hướng được gọi là thanh ghi dịch chuyển một hướng. Thanh ghi dịch chuyển có thể thay đổi dữ liệu theo cả hai hướng được gọi là thanh ghi dịch chuyển hai hướng. Áp dụng cùng một logic, một thanh ghi dịch chuyển có thể dịch chuyển dữ liệu theo cả hai hướng cũng như tải nó song song, được gọi là thanh ghi dịch chuyển chung. Thanh ghi ca có thể thực hiện thao tác sau:

• Tải song song
• Dịch chuyển trái
• Dịch chuyển bên phải

Đầu vào điều khiển chế độ được kết nối với logic 1 cho hoạt động tải song song trong khi nó được kết nối với 0 để chuyển dịch nối tiếp. Với chân điều khiển chế độ được kết nối với đất, thanh ghi dịch chuyển đa năng hoạt động như một thanh ghi hai chiều. Đối với hoạt động bên trái nối tiếp, đầu vào được áp dụng cho đầu vào nối tiếp đi đến cổng AND-1 được thể hiện trong hình. Trong khi đối với thao tác shift bên phải, đầu vào nối tiếp được áp dụng cho đầu vào D.

Sơ đồ khối