1术语和定义
| DFF | D-Flipflop |
| GPIO | 通用输入/输出 |
| 的态度 | 并联进并联出 |
| 庇索 | 并联进串出 |
| 桃花心木 | 串并联输出 |
| 的输出 | 串行输入串行输出 |
2引用
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作者:Priyatham Rao Valipe
3介绍
寄存器是由触发器组成的用于存储和传输二进制信息的顺序电路。移位寄存器主要由菊花链结构的D触发器构成。这些触发器每个可以存储一位二进制信息，所有这些信息都由一个共享的输入时钟控制。DFF可以读取和存储时钟每一个上升沿的输入信号的值。DFF的这个属性可以用来构建各种寄存器。不同形式的寄存器，如SISO, SIPO, PISO, PIPO是通过数据加载和检索的方式来区分的。
本应用说明所示的实现由8位移位寄存器组成，该寄存器是用GreenPAK SLG46533 IC[5]设计的。移位寄存器中的比特数对应于当前触发器的数目;在这个设计中使用了八个dff。
4 SISO移位寄存器
SISO是移位寄存器的最基本形式之一。数据按顺序加载和检索。在每个时钟周期，第一个DFF的输出被送入下一个DFF的输入，最终到达最后一个DFF / output。移位寄存器的输出从输入延迟。移位寄存器在每个时钟周期移位或流位数据。
如上图所示，DFF3串行地输入数据位，DFF10串行地输出数据位。所有dff共享同一时钟。nReset设置高，以确保所有DFF都能正常工作。
下图所示的时序图将时钟和输入数据流作为第一波形和第二波形。其余的波形显示了每个DFF的输出是如何连续移动的。如果考虑前8位为10011010的输入位，我们可以清楚地看到，这8位在DFF10输出的第8个上升沿时钟处依次出现
SISO寄存器的主要应用之一是充亚博国际官网平台网址当延迟元件。延迟可以由寄存器的阶数和时钟的频率来控制。在下面的设计中，时钟是1kHz，所以观察到的延迟是7毫秒。
5国家知识产权局移位寄存器
在这种类型的移位寄存器中，数据是串行发送和并行检索的。所有DFF的时钟都是相同的，使用nReset来确保所有DFF都能正常工作。数据按顺序输入DFF3。所有的并行输出都来自于移位寄存器中DFF的输出。每个中间DFF的输出作为输入馈送到下一个DFF。所有8个输入串行位将在8个时钟上升沿后的并行输出可用。
SIPO移位寄存器的时序图如图4所示。它有一个时钟和串行数据输入作为前两个波形，所有其他波形是DFF的输出。可以观察到，在时钟的第8个上升沿之后，整个输入数据位在每个DFF的输出处都是可见的。
串行传输的第一个比特在最后一个DFF的输出处被观察到。国家知识产权局移位寄存器的主要应用是在许多数字应用中进行数据转换。亚博国际官网平台网址当需要更多的GPIO管脚时，有时将SIPO移位寄存器连接到微处理器的输出端。在上述设计中，时钟频率为1 kHz, 8个串行位转换为并行位的时间为8 ms。
输入与输出的对应关系如下:
6 PISO移位寄存器
PISO移位寄存器是与SIPO移位寄存器相反的。输入以并行方式同时呈现，输出以串行方式检索。每个时钟周期取出一个比特。在移位寄存器中需要注意的要点是，在移位寄存器中加载数据并不需要时钟，而卸载数据则需要时钟。
与其他移位寄存器类似，所有DFF的时钟都是相同的，并且为正常操作设置了较高的nReset。IC中提供的2位查找表用作OR门，为DFF提供并行输入，并将一个DFF的输出作为下一个DFF的输入传输。从DFF10的输出中依次检索输出。
这种类型的移位寄存器通常用于从并行到串行的数据转换。所有具有数据的并行位被串行传输到微处理器的单一输入端，这有助于使用更少的微处理器输入管脚。
图6所示的时序图描述了时钟和所有并行输入，突出显示在两条垂直的橙色线之间。最后一个波形是输出的串行数据，它显示了所有并行输入是如何转换成串行位流的。
输入与输出的对应方式如下所示。
7 PIPO移位寄存器
这种移位寄存器与SISO移位寄存器相反。输入数据是并行地给出和检索的。在相同的时钟周期内，输出相对于输入发生变化。类似于PISO移位寄存器，不需要时钟将数据装入触发器，而是需要锁存和转移。因此，PIPO移位寄存器可以用作临时存储设备，尽管在实践中GreenPAK的其他功能通常包含在设计中。每当需要新的数据输出时，上升沿时钟将DFF内容呈现给输出。关于移位寄存器的一个注意事项是，每个dff之间没有连接。类似于其他移位寄存器，相同的时钟和nReset应用于所有的DFF。
PIPO移位寄存器的时序图如图8所示。由于所有的输入和输出都是分别加载和卸载的，因此会产生大量的波形。波形中黄色突出显示的线分隔输入和输出。上面的波形都是输入，下面的波形都是输出。从波形中可以清楚地看到，加载的数据可以用一个时钟脉冲检索。
8 GreenPAK成本优势
GreenPAK SLG46533 IC是一个非常通用的GreenPAK IC。许多应用程序已经用这个IC实现了。表1显示了市亚博国际官网平台网址场上一些可用于移位寄存器应用程序的竞争IC。
集成电路 |
数量 |
价格 |
包/尺寸 |
|---|---|---|---|
TPIC6C596PWR |
1 |
1.10美元 |
TSSOP (16) 5.00 mm × 4.40 mm |
MM74HC595MX |
1 |
0.58美元 |
TSSOP (16) 5.00毫米x 4.40毫米 |
SN74HC595 |
1 |
0.95美元 |
TSSOP (16) 5.00 mm × 4.40 mm |
注1:所有ic价格参考08-05-2020的Digi-Key。
GreenPAK SLG46533 IC的尺寸为2.00 mm x 3.00 mm，成本低于0.50美元。很明显，GreenPAK IC是目前市场上最好的解决方案之一。此外，用户还可以控制GreenPAK中IC的配置，从而增加其价值。
9的结论
移位寄存器是任何数字系统中不可分割的一部分。在本应用笔记中，四种类型的移位寄存器，SISO, SIPO, PISO, PIPO已经配置在GreenPAK SLG46533 IC中。GreenPAK SLG46533集成电路具有PCB面积小、电路数量多、成本低的优点。