Thanh ghi dịch chuyển là một loại mạch logic tuần tự, trong đó đầu ra phụ thuộc chủ yếu vào đầu vào và đầu ra trước đó. Thanh ghi này bao gồm một tập hợp các Flip-Flop được kết nối theo kiểu thác, nghĩa là đầu ra của một FF được kết nối trực tiếp với đầu vào của FF tiếp theo. Thanh ghi này được sử dụng để lưu trữ và dịch chuyển nhóm dữ liệu nhị phân. Số lượng FF có trong thanh ghi dịch chuyển phụ thuộc chủ yếu vào số bit nhị phân được lưu trữ trong thanh ghi. Ví dụ, nếu muốn lưu trữ dữ liệu nhị phân 2 bit, thì cần hai flip-flop. Bài viết này thảo luận tổng quan về một trong các loại thanh ghi dịch, đó là Pipo Shift Register hay còn gọi là thanh ghi dịch chuyển song song vào – song song ra.
Thanh ghi dịch chuyển sử dụng đầu vào song song và tạo ra đầu ra song song được gọi là thanh ghi dịch chuyển song song vào – song song ra (Pipo shift register). Thanh ghi này chỉ bao gồm ba kết nối: PI (đầu vào song song), PO (đầu ra song song) và tín hiệu CLK. Loại thanh ghi dịch chuyển này cũng hoạt động như một thiết bị trễ thời gian hoặc thiết bị lưu trữ tạm thời giống như thanh ghi dịch chuyển SISO, với độ trễ thời gian được thay đổi thông qua tần số tín hiệu CLK.
Trong loại thanh ghi này, dữ liệu có sẵn ở định dạng song song đối với các chân đầu vào song song như PA đến PD và sau đó, nó được chuyển trực tiếp cùng nhau đến các chân đầu ra tương ứng của chúng từ QA đến QD bằng tín hiệu CLK tương tự. Sau đó, một tín hiệu CLK duy nhất sẽ tải và dỡ thanh ghi dịch chuyển.
Sơ đồ mạch của thanh ghi dịch chuyển PIPO được hiển thị bên dưới. Đầu vào được phép bởi loại thanh ghi dịch chuyển này là song song và cho đầu ra song song. Mạch logic này được thiết kế với 4 D-FF được hiển thị trong sơ đồ. Trong mạch này, cả tín hiệu CLR và CLK đều được kết nối với 4 D FF.
Sơ đồ mạch của Pipo Shift Register với 4 D-FF và tín hiệu CLK, CLR chung.
Trong loại thanh ghi dịch chuyển này, không có sự kết nối giữa các FF riêng lẻ vì không cần dịch chuyển dữ liệu nối tiếp. Đối với mỗi FF, dữ liệu được cung cấp dưới dạng đầu vào và đầu ra được nhận từ mỗi FF riêng lẻ.
Thanh ghi này được sử dụng đơn giản như một thiết bị lưu trữ tạm thời tương tự như thanh ghi dịch chuyển SISO, vì vậy nó hoạt động như một phần tử trễ. Ở đây, dữ liệu được đưa ra ở định dạng song song cho các chân đầu vào song song như DA đến D0 và sau đó được dịch chuyển sang các chân đầu ra tương đương từ QA đến QD sau khi thanh ghi dịch chuyển được xung nhịp. Một xung CLK là đủ để tải và một xung CLK là để dỡ vào thiết bị lưu trữ tạm thời.
Thiết kế của thanh ghi dịch chuyển này được hiển thị ở trên bao gồm bốn đầu vào được biểu diễn bằng DA, DB, DC & DD trong khi đầu ra FF tương ứng được biểu diễn bằng QA, QB, QC & QD. Ở đây, tất cả các D FF được kết nối trong cùng một xung CLK.
Bây giờ nếu chúng ta lấy dữ liệu đầu vào là 1101 được tải trong mỗi flip flop, ban đầu, đầu ra sẽ là 0000. Nếu chúng ta áp dụng xung CLK đầu tiên là ‘1’ thì dữ liệu đầu vào sẽ được dịch chuyển từ đầu vào DA sang QA, do đó đầu ra sẽ là 1101.
Bảng chân lý của thanh ghi Pipo được hiển thị bên dưới.
| Xung CLK | QA | QB | QC | QD |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
Sơ đồ thời gian của thanh ghi dịch chuyển PIPO được hiển thị bên dưới. Ở đây chúng ta đang sử dụng đầu vào xung nhịp cạnh dương. Nếu chúng ta sử dụng xung CLK cạnh dương, tại thời điểm đó quá trình chuyển đổi có thể diễn ra. Vì vậy, dữ liệu đầu vào sẽ được dịch chuyển sang đầu ra, do đó QA là ‘1’, QB là ‘1’, QC là ‘0’ và QD là ‘0’. Đây là dữ liệu đầu ra.
alt
Ưu điểm của thanh ghi dịch chuyển PIPO bao gồm: dễ sử dụng và nhanh chóng; hoạt động rất nhanh so với các mạch logic trong khi chuyển đổi dữ liệu; chiếm ít không gian và giảm việc sử dụng dây dẫn; chuyển đổi dữ liệu dễ dàng; thiết kế đơn giản; mã hóa & giải mã dữ liệu; theo dõi dữ liệu.
Nhược điểm chính của thanh ghi dịch chuyển này là cường độ dòng điện đầu ra nhận được từ thanh ghi này không mạnh lắm.
Ứng dụng của pipo shift register bao gồm: thêm độ trễ thời gian vào mạch kỹ thuật số; chuyển đổi dữ liệu và dịch chuyển dữ liệu từ trái sang phải và phải sang trái; lưu trữ dữ liệu; thao tác và truyền dữ liệu; thiết bị lưu trữ tạm thời, nơi cả quá trình tải và truy xuất dữ liệu diễn ra ở chế độ song song.
