数字电路 - 移位寄存器的应用

在上一章中，我们讨论了四种类型的移位寄存器。根据要求，我们可以使用其中一种移位寄存器。以下是移位寄存器的应用。

• 移位寄存器用作并行到串行转换器，将并行数据转换为串行数据。它用于模拟到数字转换器 (ADC) 块之后的发射器部分。

• 移位寄存器用作串行到并行转换器，将串行数据转换为并行数据。它用于数字到模拟转换器 (DAC) 块之前的接收器部分。

• 移位寄存器与一些附加门一起生成零和一的序列。因此，它被用作序列生成器。

• 移位寄存器也用作计数器。根据最右边的 D 触发器连接到串行输入的输出类型，有两种类型的计数器。它们是环形计数器和约翰逊环形计数器。

在本章中，让我们逐一讨论这两个计数器。

环形计数器

在上一章中，我们讨论了串行输入 - 并行输出(SIPO)移位寄存器的操作。它以串行形式从外部接受数据，并且需要"N"个时钟脉冲才能移位"N"位数据。

类似地，"N"位环形计数器执行类似的操作。但是，唯一的区别是，最右边的 D 触发器的输出作为最左边的 D 触发器的输入，而不是从外部应用数据。因此，环形计数器产生一系列状态（零和一的模式），并且每'N'个时钟周期重复一次。

下图显示了3位环形计数器的框图。

3位环形计数器仅包含一个3位SIPO移位寄存器。最右边的D触发器的输出连接到最左边的D触发器的串行输入。

假设从最左边到最右边的D触发器的初始状态为$Q_{2}Q_{1}Q_{0}=001$。这里，$Q_{2}$和$Q_{0}$分别是MSB和LSB。我们可以从下表中了解环形计数器的工作原理。

在没有时钟信号的情况下，D 触发器的初始状态为 $Q_{2}Q_{1}Q_{0}=001$。该状态在时钟信号的每三个正沿转换时重复一次。

因此，以下操作在时钟信号的每个正沿发生。

• 第一个 D 触发器的串行输入获取第三个触发器的先前输出。因此，第一个 D 触发器的当前输出等于第三个触发器的先前输出。

• 第一和第二个 D 触发器的先前输出右移一位。这意味着，第二和第三个 D 触发器的当前输出等于第一和第二个 D 触发器的先前输出。

约翰逊环形计数器

约翰逊环形计数器的操作与环形计数器的操作类似。但是，唯一的区别是，最右边 D 触发器的补码输出作为最左边 D 触发器的输入，而不是正常输出。因此，"N"位约翰逊环形计数器产生一系列状态（零和一的模式），并且每"2N"个时钟周期重复一次。

约翰逊环形计数器也称为扭曲环形计数器和开关尾环形计数器。下图显示了 3 位约翰逊环形计数器的框图。

3 位约翰逊环形计数器也仅包含一个 3 位 SIPO 移位寄存器。最右侧 D 触发器的补码输出连接到最左侧 D 触发器的串行输入。

假设最初所有 D 触发器都已清除。因此，$Q_{2}Q_{1}Q_{0}=000$。这里，$Q_{2}$ 和 $Q_{0}$ 分别是 MSB 和 LSB。我们可以从下表中了解约翰逊环形计数器的工作原理。

在没有时钟信号的情况下，D 触发器的初始状态为 $Q_{2}Q_{1}Q_{0}=000$。该状态在时钟信号的每六个正沿转换时重复一次。

因此，以下操作在时钟信号的每个正沿发生。

• 第一个 D 触发器的串行输入获得第三个触发器的先前补码输出。因此，第一个 D 触发器的当前输出等于第三个触发器的先前补码输出。

• 第一和第二个 D 触发器的先前输出右移一位。这意味着，第二和第三个 D 触发器的当前输出等于第一和第二个 D 触发器的先前输出。