DIGITALTECHNIK 10 SCHIEBEREGISTER

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1 Seite 1 von 11 DIGITALTECHNIK 10 SCHIEBEREGISTER

2 Inhalt Seite 2 von 11 1 SCHIEBEREGISTER D-FLIPFLOP SCHIEBERICHTUNG RECHTS SCHIEBERICHTUNG LINKS TIMINGBEDINGUNGEN SERIELL-EIN/SERIELL-AUS SCHIEBEREGISTER UMSCHALTBARE SCHIEBERICHTUNG SERIELL-EIN/PARALLEL-AUS SCHIEBEREGISTER PARALLEL-EIN/SERIELL-AUS SCHIEBEREGISTER... 11

3 Seite 3 von 11 1 Schieberegister Unter einem Schieberegister versteht man eine kettenförmige Verschaltung von Flipflops. Charakteristisch hierbei ist, dass der Ausgang eines Flipflops mit dem Eingang des unmittelbar nachfolgenden Flipflops verbunden ist. Mit jeder aktiven Taktflanke übernimmt das Flipflop Q1 den am Eingang X anstehenden Wert, während die übrigen jeweils den Ausgangswert des unmittelbar vorhergehenden Flipflops übernehmen. Nach jeder aktiven Taktflanke ist und damit das aus den Signalen X, Q1, Q2,, Qn-1 gebildete Bitmuster um eine Position nach rechts verschoben, womit ein am Eingang X anstehender Wert nach genau n-1 Taktperioden am Ausgang Qn auftritt. 2 D-Flipflop Vorzugsweise werden bei Schieberegistern 1-taktflankengesteuerte D-Flipflops eingesetzt. 2.1 Schieberichtung rechts Schaltung:

4 Zeitablaufdiagramm Seite 4 von 11

5 Seite 5 von Schieberichtung links Schaltung: Zeitablaufdiagramm

6 Seite 6 von 11 3 Timingbedingungen Damit die Funktionalität eines Schieberegisters gewährleistet ist, müssen die Timingbedingungen der eingesetzten Flipflops eingehalten werden. Bei taktflankengesteuerten Flipflops sind das die Setup-Zeit t S und die Haltezeit t H. Berücksichtigt man dabei die Schaltverzögerung t CO der Flipflops, so ergibt sich zu Einhaltung der Haltezeit die Bedingung: t CO > t H Für die Taktzykluszeit ergibt sich die Bedingung: wobei f max die maximal zulässige Clockfrequenz der eingesetzten Flipflops angibt. Timing: Zu bemerken ist, dass diese Bedingungen nur unter der Voraussetzung gelten, dass bei der Taktung keine Clock-Skew-Effekte auftreten. Skew-Effekte treten immer dann auf, wenn auf der Taktleitung Signalverzögerungen auftreten oder die einzelnen Flipflops über verschiedene Takttreiber mit dem Taktsignal versorgt werden. In diesem Fall treten die aktiven Taktflanken an den einzelnen Flipflops nicht mehr gleichzeitig auf und das Schieberegister arbeitet nicht mehr als ein streng synchrones Schaltwerk. Bei den Timingbedingungen lässt sich ein Clock-Skew mit der Skew-Zeit t Skew dadurch berücksichtigen, indem man die Setup-Zeit und Haltezeit der Flipflops um den Wert der Skew-Zeit vergrössert.

7 Seite 7 von 11 Da ein Schieberegister mit einer unidirektionalen Betriebsart eine eindeutige Datenflussrichtung aufweist, ergibt sich eine sehr wirksame und einfache Methode um die fehlerhaften Auswirkungen der Skew-Effekte auszuschalten dadurch, dass Taktversorgung und Datenflussrichtung entgegengerichtet sind. Diese Methode lässt sich natürlich nicht bei Schieberegistern mit einer umschaltbarer Shift-Richtung einsetzen. Anti-Skew-Taktversorgung: Bezüglich des Ein/Ausgangsverhaltens unterscheidet man zwischen drei verschiedenen Betriebsarten: SISO SIPO PISO : Seriell In Seriell Out : Seriell In Parallel Out : Parallel In Seriell Out

8 Seite 8 von 11 4 Seriell-Ein/Seriell-Aus Schieberegister Am Beispiel des Schaltkreises 7494 zeigt die Struktur eines Seriell-Ein/Parallel-Aus Schieberegisters (SISO: serial input serial output) mit dem seriellen Dateneingang DS und dem seriellen Datenausgang Qd. Daneben kann dieses Schieberegister auch von zwei Datenquellen aus parallel gesetzt und durch eine Master Reset (MR) gelöscht werden. Das Laden und Löschen erfolgt taktunabhängig. Schaltungsaufbau: Funktionstabelle:

9 Seite 9 von 11 5 Umschaltbare Schieberichtung Bekannt sind SISO- Schieberegister auch mit umschaltbarer Schieberichtung Schaltung: Einsatzgebiete von SIPO-Schieberegistern sind: Verzögerungsschaltungen Synthese von pseudo Zufallszahlen Verwürfelung von Daten (Scrambler, Spread Spectrum Systeme) Signaturanalyse

10 Seite 10 von 11 6 Seriell-Ein/Parallel-Aus Schieberegister 8-Bit Seriell-Ein/Parallel-Aus Schieberegister 74164

11 Seite 11 von 11 7 Parallel-Ein/Seriell-Aus Schieberegister 8-Bit Parallel-Ein/Seriell-Aus Schieberegister Ein wichtiges Einsatzgebiet für das Parallel-Ein/Seriell-Aus und Seriell-Ein/Parallel-Aus Schieberegister ist der Parallel/Serien- und Serien/Parallel-Wandler einer Bit-seriellen Datenübertragungseinrichtung (z.b. RS 232). Hierbei ist der Parallel/Serien-Wandler der Datensender, der ein paralleles Datenwort Bit-seriell auf die Übertragungsstrecke aussendet. Am Ende der Übertragungsstrecke werden die ankommenden Bits in einem Serien/Parallel-Wandler aufgefangen und stehen dann als paralleles Datenwort (Byte) zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.