مسجلات الإزاحة
من الضروري أحيانا توقيف المعطيات التي تنتقل في النظام الرقمي من أجل نسخها ، كما يكون من الضروري احيانا إزاحة المعطيات إلى اليمين أو اليسار. ويسمى العنصر الذي يحقق ذلك باسم مسجلات الإزاحة (shift register)،يصمم مسجل الإزاحة من صف من القلابات التي توصل مع بعضها بحيث تزاح المعطيات إما باتجاه اليمين أو اليسار. تستطيع أغلب مسجلات الإزاحة التعامل مع إزاحة المعطيات تسلسليا و تفرعيا ، و يمكن استخدامها للتحويل من تسلسلي إلى تفرعي ومن تفرعي إلى تسلسلي ويبين الشكل التالي الأنواع الأربعة لمسجلات الإزاحة وهي:
Z مسجل بدخل تسلسلي/ خرج تسلسلي
Z مسجل بدخل تسلسلي/ خرج تفرعي
Z مسجل بدخل تفرعي/ خرج تسلسلي
Z مسجل بدخل تفرعي / خرج تفرعي
مسجلات الإزاحة بدخل تسلسلي / خرج تسلسلي
يبين الشكل(1)مسجل إزاحة 4-bit بدخل تسلسلي وخرج تسلسلي مكونا من أربعة قلابات نوعD.تطبق المعطيات التسلسلية على مدخل المعطيات(D)للقلاب رقم 0 وعند الجبهة الصاعدة لنبضة clock فإن المعطيات التسلسلية تزاح خانة واحدة من اليسار إلى اليمين ،ومهما كانت المعطيات الموجودة على مداخل القلابات(2).(3).(4) فإنها تزاح إلى اليمين خلال أول نبضة clock.إن تخزين (4)خانات في هذا المسجل يتطلب (4) نبضات clock. تبين الدارة في الشكل (1) كيفية توصيل القلابات لتشكيل مسجل إزاحة من اليمين إلى اليسار . يمكن تشكيل مسجل إزاحة لعدد أكبر من الخانات بزيادة عدد القلابات التي توصل مع بعضها.
الشكل:(1)دارات مسجلات إزاحة بدخل تسلسلي و خرج تسلسلي
مسجلات إزاحة بدخل تسلسلي/ خرج تفرعي يبين الشكل (2)مخطط لمسجل إزاحة بدخل تسلسلي وخرج تفرعي،وهذه الدارة هي نفس دارة المسجل السابق (دخل تسلسلي_خرج تسلسلي)لكن الخرج هنا يؤخذ من مخارج القلابات كما هو واضح في الشكل . يمكن تصفير كافة مخارج المسجل بواسطة مدخل التصفير الفعال في حالة LOW أما مدخل التبويب((strobe فإنه كمتحكم بتمكين clock...يبين المخطط النبضي تتابع الإزاحة التسلسلية وتحويل المعطيات إلى تفرعية.
الشكل:(2)دارات مسجلات إزاحة بدخل تسلسلي و خرج تفرعي
مسجلات الإزاحة بدخل تفرعي/ خرج تسلسلي يحتاج تصميم مسجل إزاحة 4-bitبدخل تفرعي و خرج تسلسلي إلى بعض البوابات المنطقية الإضافية كما في الشكل (3) فالمعطيات التفرعية يجب أن يتم تحميلها أولا إلى مداخل معطيات القلابات ، ومن أجل تحميل المعطيات يوضع المدخل في حالة LOW . وهذا يمكن بوابات AND المشار إليها بالعلامة (X) وتدخل بذلك كلمة الدخل المكونة من 4-bit إلى مداخل القلابات D0_D3 وعند تطبيق نبضة clock خلال نمط التحميل فإن الكلمة 4-bit word تمسك في القلابات و تظهر على المخارج Q0_Q3 . لإزاحة الكلمة يوضع المدخل في حالة HIGH وبذلك يتم تمكين كافة بوابات AND غير المعلمة بإشارة (X) وتنتقل خانة المعطيات الموجودة في خرج كل قلاب إلى مدخل القلاب الذي يليه إلى اليمين ، ونحتاج هنا إلى أربع نبضات clock لإزاحة الكلمة التفرعية (parallel word) و إخراجها من المخرج التسلسلي.
الشكل:(3)دارة مسجل إزاحة )4-bitدخل تفرعي-خرج تسلسلي(
مسجلات الإزاحة بدخل تفرعي/ خرج تفرعي يحتوي هذا النوع من المسجلات على عدد من المداخل التي من خلالها يتم إدخال البيانات وفي وقت واحد خلال نبضة التحميل load بصفة متوازية .... كما يحتوي هذا النوع من المسجلات على عدد من المخارج التي من خلالها يتم إظهار البيانات المخزنة في المسجل والتي يتم إدخالها عبر المداخل المتوازية ....
بعض الدارات المتكاملة لمسجلات الإزاحة تمت في الفقرات السابقة تغطية المبدأ النظري الأساسي لعمل مسجلات الإزاحة ، وسنتعرف الآن على الدارات المتكاملة ICsلمسجلات الإزاحة التي تحوي بداخلها كافة الدارات المنطقية الضرورية .
الدارة 7491A دا رة مسجل إزاحة 8-bit دخل تسلسلي.. خرج تسلسلي الدارة 7491A هي عبارة عن مسجل إزاحة بدخل تسلسلي و خرج تسلسلي وتتكون من ثمانية قلابات SR موصولة داخليا. لهذه الدارة مدخلا معطيات A,B وهذه المداخل موصولة إلى مداخل NAND كما في الشكل (5) ، وهذا يعني أنه من أجل إزاحة ال(1) الثنائي يجب أن يكون كلا المدخلين على حالة (1) ولإزاحة (0) يكفي أن يكون أحد المدخلين (0). تعمل الدارة على الجبهات الصاعدة لنبضات clock ، وتزاح المعطيات إلى اليمين مع كل جبهة لنبضة clock…
الشكل:(5)الدارة المتكاملة A7491 أما عن عمل أقطاب الدارة فهي مبينة بالجدول التالي :
Ncc No internal connection Vcc جهد التغذية CLK نبضات الclock GND الأرضي 11 مدخل المعطيات B 12 مدخل المعطياتA Q المخرج غير المعكوس Q المخرج المعكوس
الدارة المتكاملة 74164 لمسجل إ زاحة دخل تسلسلي ، خرج تفرعي... هذه الدارة المتكاملة (74164)هي مسجل إزاحة بدخل تسلسلي و خرج تفرعي و للدارة مدخلان تسلسليان Dsa و Dsb موصولان إلى بوابة منطقية ، وكما في الدارة A7491 يعمل أحد هذهالمداخل التسلسلية كمدخل تمكين للمعطيات المراد إزاحتها،فمثلا إذا اعتبرنا أن Dsa هو مدخل المعطيات التسلسلي فإن Dsb يجب أن يكون (1) كي يتم إدخال المعطيات إلى المسجل ، أما إذا وضع على حالة (0) فإنه يمنع المعطيات من الدخول إلى المسجل.. تزاح المعطيات المطبقة على المدخل التسلسلي مع الجبهة الصاعدة لكل نبضة clock و تصل خانة المعطيات التي تم إدخالها إلى المسجل أولا إلى آخر خرج تفرعي (Q7) بعد ثمانية نبضات clock. يستخدم مدخل التصفير الأساسي لتصفير كافة مخارج المسجل وذلك عند وضعه في حالة low ...
الشكل :(6)الدارة المتكاملة 74164+ أرجل الدارة
Dsa مدخل الدخل التسلسلي
Dsbمدخل الدخل التسلسلي
Q0..Q7 المخارج GND مدخل الأرضي VCC مدخل جهد التغذية MR مدخل التصفير الأسا سي CLK مدخل مولد النبضات
◄الدارة المتكاملة 74165 مسجل إزاحة 8-bit بدخل تسلسلي أو تفرعي وخرج تسلسلي..
تعمل هذه الدارة الفريدة (74165) كمسجل إزاحة 8-bit بدخل إما تسلسلي أو تفرعي و خرج تسلسلي. عند استخدام الدارة كمسجل إزاحة بدخل تفرعي تطبق المعطيات على المداخل D0حتىD7 وتحمل إلى المسجل بتطبيق نبضة low على المدخل (PL ) و يجب تطبيق low على مدخل تمكين clock للبدء بإزاحة المعطيات و إخراجها من الخرج التسلسلي Q7، وإذا أردنا عكس الخرج فيمكن ذلك بأخذ الخرج من(Q7) ، و بتمكين نبضات clock تصل النبضات إلى القلابات D الموجودة داخل الدارة المتكاملة. تعمل الدارة إذا كان الدخل تفرعيا _ و الخرج تسلسليا كمسجل تفرعي الدخل تسلسلي الخرج ، أما عندما تكون معطيات الدخل تسلسلية فإنها تطبق على المدخل DS ... يبين المخطط النبضي عينة من معطيات تفرعية و كيفية إزاحتها و إخراجها تسلسليا لحظة تفعيل Clock inhibit و ذلك لحظة تحميل هذه المعطيات بتطبيق نبضة low على (PL )..
الشكل :(7) يظهر الدارة المتكاملة 74165 + المخطط النبضي + البنية الداخلية للدارة + أرجل الدارة
D0...D7 المداخل التفرعية VCC مدخل جهد التغذية PL مدخل سماحية الدخل التفرعي CLK مدخل مولد النبضات Clock inhibit مدخل تمكين clock GND الأرضي DS المدخل التسلسلي
Q _ Q المخرج الغير عاكس- المخرج العاكس
DS المدخل التسلسلي
◄ الدارة المتكاملة 74194 مسجل إزاحة عمومي...
وهي عبارة عن مسجل إزاحة 4-bit عمومي و يمكن أن يكون الدخل في هذه الدارة تسلسليا أو تفرعيا وكذلك يمكن أن يؤخذ الخرج تسلسليا أو تفرعيا . هذا بالإضافة إلى إمكانية الإزاحة بالإتجاهين ..إلى اليمين أو اليسار وفقا لإشارة الدخل المطبقة على مداخل التحكم بلإنتقاء S0..S1. هذا ويمكن تطبيق المعطيات التسلسلية إما على دخل الإزاحة اليميني (Dsr) أو على الإزاحة اليساري (Dsl) ... لمداخل التحكم بالإنتقاء أربع حالات منطقية وهي:
وطبعا يجب تطبيق نبضة clockلإزاحة المعطيات أو تحميلها . عند العمل في النمط التفرعي (S0=S1=high) يتم إدخال المعطيات عبر المداخل D0وحتى D3 وتنتقل هذه المعطيات إلى المخارج Q0..Q3 مع الجبهة الصاعدة لنبضة clock التالية .. يوجد في الدارة 74194 مدخل إرجاع غير متزامن MR وعند تطبيق نبضة low على هذا المدخل تصبح كافة المخارج Q في حالة low . يمكن وصل الخرج Q3 مع المدخل Dsr للحصول على مسجل إزاحة يميني دوار و طبعا يجب أن يكون (S0=high;S1=low) ويمكن أيضا تشكيل مسجل إزاحة يساري دوار بوصل Q0 مع الدخل Dsl ووضع (S0=low;S1=high) ..... الشكل(8) :الدارة 74194
MR مدخل إرجاع غير متزامن Dsr دخل الإزاحة اليميني D0..D3 الدخل التفرعي Dsl دخل الإزاحة اليساري GND الأرضي Vcc جهد التغذية Q0..Q3 المخارج Clk مدخل مولد النبضات S0 ..S1 مداخل التحكم بلإنتقاء
أرجل الدارة 74194 ...
بعض تطبيقات مسجلات الإزاحة...
◄مبدل 16-bit من تسلسلي إلى تفرعي
يمكن ببساطة تشكيل مبدل 16-bit من تسلسلي إلى تفرعي بوصل دارتي مبدل 8-bit من تسلسلي إلى تفرعي مع بعضهما كما في الشكل (9) ويتم ذلك بوصل الخرج Q7 من المسجل الأول إلى أحد المداخل التسلسلية في المسجل الثاني (حيث أن المدخل التسلسلي الغير مستخدم كمدخل معطيات تسلسلية يعمل كمدخل تمكين فعال في حالة high للدخل التسلسلي الأخر) . و في الشكل تم اختيار Dsa كمدخل للمعطيات في المسجل الثاني . عندما تزاح المعطيات خارجة من Q7 للمسجل الأول (أو من مخرج المعطيات ) فإنها تدخل إلى المدخل التسلسلي للمسجل الثاني و تظهر على خرجه Q0 (أو من مخرج المعطيات D8 )... تحتاج خانة معطيات دخل إلى (16) نبضة clock كي تصل إلى Q7 من المسجل الثاني (أو D15 )...
الشكل (9) : المبدل التسلسلي التفرعي 16-BIT
◄مبدل تسلسلي إلى تفرعي مع نقل معطيات متزا من..
يبين الشكل (10) دارة تعمل كمبدل تسلسلي إلى تفرعي و تظهر هذه الدارة الكلمة 8-BIT المحولة إلى الشكل التفرعي على مخارجها فقط بعد أن يكون قد اكتمل إدخال الخانات الثمانية إلى المسجل . تستخدم الدارة المتكاملة 74164 لهذا الغرض ، وهي عبارة عن دارة مسجل إزاحة 8-BIT بدخل تسلسلي و خرج تفرعي ، بالإضافة إلى الدارة المتكاملة 74HCT273 التي تحوي بداخلها ثمانية قلابات نوع D كما يستخدم أيضا عداد مقسم على 8 . تحمل المعطيات التسلسلية مع كل جبهة صاعدة لنبضات clock إلى الدارة 74164 وبعد ثمانية نبضات clock تكون الخانة التسلسلية التي أدخلت قد أزيحت إلى Q7 من الدارة 74164 أما آخر خانة تسلسلية تم إدخالها فتظهر على Q0 لنفس الدارة ... ومع الجبهة الهابطة لثامن نبضة clock ينتقل خرج العداد المقسم على (8) والذي يقدح على الجبهة الهابطة إلى حالة high وعند هذا الأنتقال لخرج العداد فإن المعطيات الموجودة على مداخل قلابات D للدارة المتكاملة 74HCT273 (وهي نفس معطيات خرج الدارة (74164 تظهر على مخارج الدارة 74HCT273.. يمكن اعتبار الدارة المتكاملة 74HCT273 كمسجل تخزين مؤقت يلقي معطياته مرة كل ثماني نبضات clock..
الشكل (10) : المبدل التسلسلي التفرعي. . ◄دارة ربط 8-bit من تفرعي إلى تسلسلي .. يستخدم في هذه الدارة مسجل الإزاحة 74165 (دخله 8-bit تفرعي و خرجه تسلسلي) لاستقبال كلمة ASCII تفرعية و تحويلها إلى كلمة ASCII تسلسلية ويمكن إرسالها إلى جهاز تسلسلي. حيث إن شيفرة ال ASCII هي بطول (7) خانات (على سبيل المثال الشيفرة الثنائية بالأسكي للرمز & هي 0100110) و لذلك فإن كافة الأجهزة التي تتواصل مع بعضها بواسطة شيفرة ال ASCII تستخدم بتا (bit) ثامنا إضافيا لأغراض خاصة . غالبا يوضع البت الأضافي في حالة low .توضع D0 في الشكل (11) في حالة low و تطبق الخانة MSB لشيفرة ال ASCII على المدخل D1 أما الخانة LSB فتطبق على المدخل D7 . الآن و قد أصبحت معطيات ال ASCII مطبقة على المداخل فإن تطبيق نبضة low على المدخلPL يؤدي إلى شحن كلمة ال ASCII والبت الأضافي إلى المسجل . تمكن نبضات clock (CE) من أجل إزاحة المعطيات و طبعا توضع CE على حالة low وبعد ثماني نبضات clock (النبضات من 0 إلى 7) يكون الجهاز التسلسلي قد استقبل المعطيات التسلسلية الثمانية
الشكل :(11) مبدل تفرعي إلى تسلسلي
◄قيادة محرك خطوة باستخدام الدارة المتكاملة 74194 ) مسجل تدوير المعطيات( تستخدم الدارة 74194 لقيادة محرك خطوة ..حيث يحوي محرك الخطوة أربعة ملفات للقسم الثابت (stator) و يجب تغذية هذه الملفات بشكل متعاقب لكي يدور المحرك بزاوية معطاة ، فمثلا لجعل محرك الخطوة يدور باتجاه عقارب الساعة يجب تغذية ملفات الثابت 1-2-3-4 بالتتابع التالي (1000) (0100)،(0001)و (1000) .. يدور المحرك بعكس عقارب الساعة إذا أتت الملفات السابقة بالتتابع التالي : 1000،0100،0010،0001،1000 ... يمكن ببساطة توليد هذه التتابعات بواسطة الدارة المتكاملة 74194 عن طريق التحميل التفرعي للكلمة (1000) إلى المداخل(D3_D0) يمكن تدوير المحرك مع عقارب الساعة بإزاحة الخانات إلى اليمين بوضع S1=low وS0=high . عند وصول نبضة clock تصبح الكلمة (1000) الموجودة على المخارج (0100) ثم (0010)،و(0001) و أخيرا (1000)... تحدد سرعة دوران المحرك بتردد نبضات clock . كما يمكن تحريك المحرك إلى اليسار بوضع S1= high : S0=low .
بالإضافة لهذا الرابط الخارجي(خارج الموسوعة)http://www.eelab.usyd.edu.au/digital_tutorial/part2/register01.html المرجع كتب الرقميات لدار شعاع للنشر .. كتاب digital fundemintals