Schieberegister und digitale Zähler: Typen & Anwendungen

Travel Log: Grundlagen der digitalen Schaltung

Eine digitale Schaltung (http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_digital) ist eine sequentielle Schaltung (d. h. die Werte der Ausgänge hängen von deren Eingängen und vorherigen Werten ab). Sie besteht aus einer Reihe von Bistabilen (http://es.wikipedia.org/wiki/Bistable), in der Regel vom Typ D, die in Kaskade verbunden sind (Abb. 1) und synchron mit demselben Taktsignal arbeiten.

Arten von Schieberegistern

Je nach Art der Ein- und Ausgänge werden Schieberegister wie folgt klassifiziert:

• Serie-Serie: Nur der Eingang des ersten Flip-Flops und der Ausgang des letzten sind von außen zugänglich. Sie werden als digitale Verzögerungsleitungen (Delay-Lines) und für Synchronisationsaufgaben verwendet.
• Parallel-Serie: Eingänge ermöglichen den Zugriff auf alle Flip-Flops, aber nur der Ausgang des letzten ist zugänglich. In der Regel gibt es auch einen seriellen Eingang, der nur den Inhalt des ersten Flip-Flops ändert, ähnlich wie bei der vorherigen Gruppenfunktion.
• Serie-Parallel: Zugriff auf alle Ausgänge der Flip-Flops, aber nur auf den ersten Eingang. Dies und der vorherige Typ dienen dazu, serielle Daten in parallele Daten und umgekehrt zu konvertieren, beispielsweise für serielle RS232-Verbindungen.
• Parallel-Parallel: Sowohl Zu- als auch Abgänge sind zugänglich. Sie werden für arithmetische Berechnungen verwendet.

Anwendungen von Schieberegistern

Zusätzlich zur Serie-Parallel-Umsetzung und Parallel-Seriell-Umsetzung haben Schieberegister weitere typische Anwendungen:

• Pseudozufallsgenerator: Er wird mit einem Schieberegister gebaut, wobei eine Kombination mehrerer Ausgänge (in der Regel über ein Exklusiv-Oder/XOR) zum Eingang rückgekoppelt wird.
• Serieller Multiplizierer: Die Multiplikation wird durch Addition und Verschiebung durchgeführt. Ein Beispiel ist der Baustein 74LS384.
• Register der sukzessiven Approximation: Wird für A/D-Wandler zur Berechnung der Bits verwendet, beginnend mit dem wichtigsten Bit (MSB). Mit einem DAC-Wandler werden die Teilergebnisse mit dem analogen Eingang verglichen, um das nächste Bit zu erzeugen.
• Verzögerung: Es kann benutzt werden, um ein Bit um eine ganze Anzahl von Takten zu verzögern (bestehend aus einer Reihe von Flip-Flops in Kaskade, so viele, wie wir Taktzyklen Verzögerung für das Bit wünschen).

Aufbau von Schieberegistern

Sie können Schieberegister wie folgt aufbauen (falls diese nicht direkt verfügbar sind und andere kombinatorische sowie sequentielle Schaltungen benötigt werden):

Synchroner Aufbau

Bei dieser Art von Flip-Flops wird das externe Taktsignal (Clock) an alle Flip-Flops angeschlossen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich alle Bistabilen gleichzeitig entwickeln und es daher keine zeitliche Verzögerung oder Transienten gibt.

Asynchroner Zähler

Bei diesem Tempo verbindet sich das Taktsignal nur mit dem ersten Flip-Flop, während die anderen Eingänge mit dem Ausgang des vorangegangenen Bistabilen verbunden sind.

Erweiterung von Zählern

Dies besteht darin, so viele Bistabile in Kaskade zu schalten, wie die Anzahl der Bits, die der Zähler haben soll. Dabei wird das externe Taktsignal zum ersten von drei (3) Flip-Flops geführt und der Ausgang jedes Bistabilen mit dem Takteingang des nächsten verbunden.

Zeitlicher Ablauf und Frequenzteilung

In einem digitalen Zähler wird die Verzögerung für den Binärausgang gebildet, wenn jedes Flip-Flop zu einem bestimmten Takt aktiviert wird; dies ist eigentlich eine Frequenzteilung.

Die Digitaluhr arbeitet mit Zählern, Frequenzteilern und Akkumulatoren.

Die Speichereinheit und RAM

Datensätze eines digitalen Computers werden in operative Typen oder Lagerung klassifiziert. Eine operative Schaltung ist in der Lage, binäre Informationen in ihren Flip-Flops und kombinatorischen Toren zu speichern und zudem die Datenverarbeitung durchzuführen.

Random Access Memory (RAM)

Das Random Access Memory ist der Speicher, aus dem der Prozessor Anweisungen erhält und in dem er Ergebnisse speichert. Es ist der Arbeitsbereich für den Großteil einer Computer-Software.