Serieel-in, parallel-uit schuifregisters: omzetten van seriele data naar parallelle uitgangen voor efficiënte I/O-uitbreiding

Een serieel-in, parallel-uit (SIPO) schuifregister deelt de kern van het dataverschuivingsmechanisme met zijn serieel-in, serieel-uit tegenhanger, maar blootstelt elke interne trap als een aparte uitgangspin. Dit maakt het een ideale oplossing voor het omzetten van een enkele seriele datalijn in meerdere parallelle uitgangen.

Hoe het werkt

Wanneer vier bits serieel in het apparaat worden ingevoerd, verschuift één klokpuls per bit de data door opeenvolgende trappen. Na de vierde puls verschijnen de vier bits simultaan op de uitgangen Q_A tot Q_D:

Dit eenvoudige mechanisme wordt vaak gevisualiseerd als een serieel-in, serieel-uit register met aftakkingspunten op elke trap.

Serieel-in, parallel-uit vs. serieel-in, serieel-uit

Fabricanten bieden SIPO-apparaten meestal tot een breedte van 8 bits aan, omdat een bredere parallelle uitgang een onpraktisch groot aantal pinnen zou vereisen. Daarentegen kunnen serieel-in, serieel-uit schuifregisters 8 bits overschrijden, tot 64, en worden gebruikt wanneer slechts een enkele seriele lijn nodig is.

Het apparaat wordt gewist door de actief-lage CLR-ingang, die alle interne flipflops reset voordat nieuwe data wordt geladen.

Veelvoorkomende SIPO IC's van Texas Instruments

• SN74ALS164A – 8-bits SIPO schuifregister
• SN74AHC594 – 8-bits SIPO met uitgangsregister
• SN74AHC595 – 8-bits SIPO met uitgangsregister en tri-state uitgangen
• CD4094B – 8-bits latchend schuifregister (3–15 VDC)

De interne architectuur van de 74AHC594 heeft twee afzonderlijke klokken: SRCLK voor het schuifregister en RCLK voor het uitgangsregister. Deze scheiding laat de uitgang stabiel blijven terwijl nieuwe data verschuift, wat cruciaal is bij het aansturen van relais, motoren of andere actuatoren.

Nadat data in het bovenste 8-bits register is verschoven, laadt een stijgende flank op RCLK de data in het uitgangsregister, waardoor de uitgangen onveranderd blijven tijdens daaropvolgende verschuivingen.

De 74AHC595 vervangt de wis-functie van het uitgangsregister door een output enable OE, wat een tri-state buffer biedt die tijdens systeemopstart kan worden losgekoppeld.

Praktische toepassingen

In real-world systemen worden SIPO schuifregisters gebruikt om externe displays, LED-indicatoren of andere parallel-invoer apparaten aan te sturen vanaf een microcontroller met beperkte I/O-pinnen. Bijvoorbeeld kan een alarmsysteem seriele data sturen naar een extern paneel, waar de SIPO de data uitbreidt naar acht LED-uitgangen.

Door slechts vijf draden te gebruiken – klok, seriele data, strobe (of RCLK), voeding en massa – wordt het aantal fysieke verbindingen tussen het hoofdprint en het externe paneel drastisch verminderd, wat de betrouwbaarheid verbetert en kabelbeheer vereenvoudigt.

Voor grotere displays of actuator-arrays kunnen meerdere SIPO-apparaten in cascade worden geschakeld. De Q_H-uitgang van het eerste register voedt de SER-ingang van het volgende, terwijl de SRCLK- en RCLK-pinnen samen worden verbonden.

LED-indicatoren worden vaak gemultiplext met behulp van SIPO-registers, waardoor een enkele seriele invoer veel segmenten of cijfers kan besturen zonder een toegewijde pin per LED.

Kortom, serieel-in, parallel-uit schuifregisters bieden een kosteneffectieve, schaalbare manier om parallelle uitgangen uit te breiden vanuit een seriele datastroom, onmisbaar in embedded systeemontwerp.

Gerelateerde werkbladen

• Schuifregisters Werkblad