Электроника:Цифровая электроника/Сдвиговые регистры/Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO)

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO)[1]

Сдвиговые регистры с параллельным входом и последовательным выходом выполняют всё то же, что и раннее рассмотренные сдвиговые регистры с последовательными входом и выходом, а также в них заложена возможность одновременного ввода данных на всех этапах.

Эти регистры хранят данные, сдвигают их в соответствии с количеством тактов и при подаче на выход задерживают данные на время, равное количеству этапов, умноженное на тактовый период.

Кроме того, параллельный ввод и последовательный вывод на самом деле означает, что мы можем загружать данные параллельно во все этапы до того, как начнётся какое-либо смещение.

Это способ преобразования данных из параллельного формата в последовательный формат. Под параллельным форматом мы подразумеваем, что биты данных одновременно присутствуют на отдельных проводах, по одному на каждый бит данных, как показано на рисунке 1 ниже.

Под последовательным форматом мы подразумеваем, что биты данных выводятся последовательно во времени по одному проводу или цепи, как в случае с «выходными данными» на блок-схеме ниже.

Рис. 1. «Выходные данные» на блок-схеме.
Рис. 1. «Выходные данные» на блок-схеме.

Ниже мы подробно и детализировано разберём трёхкаскадный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом.

Этап состоит из триггера типа «D» для хранения и селектора И-ИЛИ, что позволяет определять, будут ли данные загружаться параллельно или произойдёт сдвиг сохранённых данных вправо.

Как правило, эти элементы реплицируются для необходимого количества этапов. Мы показываем всего три этапа, иначе изображения схем будут слишком длинными.

А вообще, для реальных деталей обычно нормальное количество бит (а следовательно, и этапов) составляет четыре, восемь или шестнадцать.

Рис. 2. Подробности 3-этапного сдвигового регистра с параллельным входом и последовательным выходом.
Рис. 2. Подробности 3-этапного сдвигового регистра с параллельным входом и последовательным выходом.

Выше показан путь параллельной загрузки, когда СДВИГ/LD' имеет «низкий» логический уровень. Верхние вентили И-НЕ, обслуживающие DA DB DC, включены, передавая данные на входы D для D-триггеров QA QB DC соответственно.

При следующем положительном фронте синхронизации данные будут тактироваться от D до Q во всех трёх триггерах. Три бита данных будут загружаться в QA QB DC одновременно.

Только что описанный тип параллельной загрузки, при котором данные загружаются по тактовому импульсу, известен как синхронная загрузка, поскольку загрузка данных синхронизируется с тактовым сигналом.

Это необходимо отличать от асинхронной загрузки, когда загрузка управляется предустановленными и очищенными выводами триггеров, для которых не требуются тактовый сигнал.

Только один из этих методов (либо синхронный, либо асинхронный) используется в отдельном устройстве, синхронная загрузка более распространена в более новых устройствах.

Рис. 3. Синхронная нагрузка чаще встречается в новых устройствах.
Рис. 3. Синхронная нагрузка чаще встречается в новых устройствах.

Путь переключения показан выше, когда СДВИГ/LD' имеет «высокий» логический уровень. Нижние вентильные пары И, питающие вентили ИЛИ, включены, что даёт нам соединение сдвигового регистра входа SI с DA, QA с DB, QB с DC, QC с выходом SO. Тактовые импульсы заставят данные сдвигаться вправо к выходу SO для последовательных импульсов.

Приведённые ниже волны сигналов показывают как параллельную загрузку трёх битов данных, так и последовательное смещение этих данных. Параллельные данные на DA DB DC преобразуются в последовательные данные на SO.

Рис. 4. Изображены графики как параллельной загрузки трёх битов данных, так и последовательное смещение этих данных.
Рис. 4. Изображены графики как параллельной загрузки трёх битов данных, так и последовательное смещение этих данных.

То, что мы ранее описывали словами для параллельной загрузки и смещения, теперь представлено выше в виде волн сигналов.

В качестве примера подаём 101 на параллельные входы DAA DBB DCC. Затем СДВИГ/LD' переходит в «низкий» уровень, что позволяет загружать данные, а не сдвигать их.

Он должен быть «низким» на короткое время до и после тактового импульса из-за требований к настройке и удержанию. Он значительно шире, чем должен быть.

Хотя при синхронной логике удобно сделать его широким. Мы могли бы сделать активный «низкий» СДВИГ/LD' шириной почти в два такта, «низкий» почти за такт до t1 и обратно «высокий» как раз перед t3.

Важным фактором является то, что он должен быть «низким» по тактовому времени t1, чтобы обеспечить параллельную загрузку данных в соответствии с тактовыми сигналами. Обратите внимание, что в момент t1 данные 101 в DA DB DC синхронизируются от D до Q триггеров, как показано в QA QB QC в момент времени t1.

Это параллельная загрузка данных синхронна с тактовым сигналом.

Рис. 5. Параллельная загрузка данных синхронна с тактовым сигналом.
Рис. 5. Параллельная загрузка данных синхронна с тактовым сигналом.

Теперь, когда данные загружены, мы можем сдвинуть их при условии, что СДВИГ/LD' имеет «высокое» значение, чтобы разрешить смещение, что происходит до t2. В момент t2 данные 0 в QC смещаются за пределы SO, что совпадает с волной сигнала QC. Они либо перекладываются в другую интегральную схему, либо теряются, если к SO ничего не подключено. Данные в QB, a 0 сдвигаются в QC. 1 в QA сдвигается в QB. Если для «входных данных» установлено значение 0, QA становится равным 0. После t2 QA QB QC = 010.

После t3 QA QB QC = 001. Эта 1, которая первоначально присутствовала в QA после t1, теперь присутствует в SO и QC.

Последний бит данных смещается во внешнюю интегральную схему, если она существует. После t4 все данные параллельной загрузки исчезают.

При такте t5 мы показываем сдвиг данных на 1 этап, присутствующих на последовательном входе SI.

Вопрос: Зачем в сдвиговом регистре использовать выводы SI и SO?

Ответ: Эти соединения позволяют нам каскадом разместить этапы сдвигового регистра, чтобы обеспечить бо́льшие сдвиговые устройства, чем те, которые доступны в одном корпусе ИС (интегральной схемы). Они также допускают последовательное соединение с другими ИС, такими как микропроцессоры.

Давайте подробнее рассмотрим сдвиговые регистры с параллельным входом и последовательным выходом, доступные в виде интегральных схем, любезно предоставленных компанией Texas Instruments.

Чтобы ознакомиться с полными техническими данными устройства, на сайте компании следует перейти на страницы следующих устройств:

Устройства с параллельным входом и последовательным выходом

  • SN74ALS166 8-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом, синхронная загрузка.
  • SN74ALS165 8-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом, асинхронная загрузка.
  • CD4014B 8-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом, синхронная загрузка.
  • SN74LS647 16-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом, синхронная загрузка.
Рис. 6. SN74ALS166 8-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом.
Рис. 6. SN74ALS166 8-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом.

SN74ALS166, показанный выше, является наиболее близким соответствием реальной детали, схемы которых приведены выше, где изображены сдвиговые регистры с параллельным входом и последовательным выходом.

Отметим незначительные изменения по сравнению с нашими рисунками 2 и 3 выше. Прежде всего, в SN74ALS166 8 этапов. Мы (для экономии места) показываем только три.

Все 8 этапов показаны в таблице данных от производителя. Производитель помечает входы данных A, B, C и т. д. вплоть до буквы H.

Регулятор называется SH/LD' (сокращение от англ. SHIFT/LOAD, т.е. СДВИГ/ЗАГРУЗКА). Это сокращение от нашей предыдущей терминологии, но работает так же: параллельная нагрузка, если «низкий» уровень сигнала, сдвиг, если «высокий».

Ввод сдвига (ввод последовательных данных) — это SER на ALS166 вместо SI. Тактовый сигнал CLK управляется запрещающим сигналом CLKINH.

Если CLKINH «высокий», тактовый вход заблокирован или отключён. В остальном эта «реальная часть» такая же, как то, что мы подробно рассмотрели выше.

Рис. 7. ANSI-обозначения для SN74ALS166.
Рис. 7. ANSI-обозначения для SN74ALS166.

Выше приведено ANSI-обозначение (Американский национальный институт стандартов) для SN74ALS166, указанное в техпаспорте.

Если разобраться, как работает часть схемы, то в дальнейшем удобно скрыть рассмотренные детали за обозначениями. Существует много общих обозначений.

Преимущество ANSI-обозначений заключается в том, что метки дают подсказки о том, как работает деталь.

Большой зазубренный блок в верхней части 74ASL166 – это управляющая часть ANSI-обозначений. Есть «Сброс», отмеченный как R (от англ. Reset).

Существует три управляющих сигнала: M1 (Сдвиг), M2 (Загрузка) и C3/1 (обозначено стрелкой) (обозначает, что синхронизация запрещена). Тактовый вход имеют две функции.

Во-первых, C3 нужен для сдвига параллельных данных везде, где появляется префикс 3. Во-вторых, всякий раз, когда устанавливается M1, как указано 1 в C3/1 (обозначено стрелкой), данные сдвигаются, как указано направлением стрелки – вправо.

Косая черта (/) является разделителем между этими двумя функциями. Этапы с 8-ю сдвигами, обозначенные заголовком SRG8, идентифицируются внешними входами от A, B, C и т.д. до H.

2, 3D указывает, что данные D управляются тактовой частотой M2 [Загрузка] и C3. В этом случае можно сделать вывод, что параллельные данные загружаются синхронно с тактовым сигналом C3.

Верхний каскад в точке А представляет собой более широкий блок, чем другие, для размещения входного SER.

1, 3D подразумевает, что SER управляется тактовым входом M1 [Сдвиг] и C3. Таким образом, мы ожидаем, что данные будут синхронизироваться в SER при сдвиге, а не при параллельной загрузке.

Рис. 8. ANSI-обозначения вентилей.
Рис. 8. ANSI-обозначения вентилей.

Прямоугольные символы основных затворов ANSI/IEEE приведены выше для сравнения с более знакомыми символами волн, чтобы мы могли расшифровать символику, связанную с контактами CLKIN H и CLK в предыдущем ANSI-обозначении SN74ALS166.

CLK и CLKINH подают логический элемент ИЛИ на ANSI-обозначение SN74ALS166. ИЛИ обозначается как => на прямоугольном символе вставки.

Длинный треугольник на выходе указывает на тактовый вход. Если бы был «пузырёк» со стрелкой, это подразумевало бы сдвиг на отрицательном фронте тактового сигнала (от «высокого» к «низкому»).

Поскольку в данном случае «пузырьков» со стрелкой тактового входа нет, регистр смещается по положительному (от «низкого» к «высокому») фронту тактового сигнала.

Длинная стрелка после C3/1, указывающая вправо, указывает на сдвиг вправо, то есть вниз по символу.

Рис. 9. SN74ALS165 8-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом, асинхронная загрузка.
Рис. 9. SN74ALS165 8-битный сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом, асинхронная загрузка.

Регистр смещается по положительному фронту тактового сигнала (переход от «низкого к высокому).

Часть внутренней логики параллельного входа/последовательного выхода SN74ALS165, асинхронного регистра сдвига нагрузки воспроизведена из таблицы данных выше.

Полную схему смотрите, найдя страницу этого регистра на сайте производителя. До этого момента мы не рассматривали асинхронную загрузку данных.

В первую очередь загрузка осуществляется подачей соответствующих сигналов на входы «Установка» и «Сброс» триггеров.

Вверху схемы логические элементы И-НЕ питают контакты «Установка» триггера, а также каскадно переходят в нижние логические элементы И-НЕ, питающие контакты «Сброс» триггера.

Нижний вентиль И-НЕ инвертирует сигнал при переходе от вывода «Установка» к выводу «Сброс».

Во-первых, SH/LD' должен быть переведен в «низкий» уровень, чтобы активировать верхний и нижний вентили И-НЕ.

Если бы вместо этого SH/LD' был на «высоком» логическом уровне, инвертор подавал бы «низкий» логический уровень на все логические элементы И-НЕ и принудительно выдал бы «высокий» уровень, освобождая «активный низкий уровень» на выводах «Установка» и «Сброс» всех триггеров.

Тогда не было бы возможности загрузить данные в триггер.

Удерживая SH/LD' на «низком» уровне, мы можем подать, например, «Данные 1» на параллельный вход A, который инвертируется в ноль на выходе верхнего вентиля И-НЕ, устанавливая QA равным 1.

0 на контакте «Установка» подаётся на нижний логический элемент И-НЕ, где он инвертируется в 1, освобождая контакт «Сброс» QA.

Таким образом, данные A = 1 задают QA = 1. Поскольку ни для чего из этого не требуется тактовый сигнал, загрузка является асинхронной по отношению к системным часам.

Мы используем сдвиговый регистр с асинхронной загрузкой, если не можем ждать, пока тактовый генератор будет параллельно загружать данные, или если неудобно генерировать один тактовый импульс.

Единственная разница в подаче данных 0 на параллельный вход A заключается в том, что они инвертируются в 1 из верхнего вентиля, освобождая «Установка».

Эта 1 в «Установка» инвертируется в 0 в нижних вентилях, переводя «Сброс» в «низкий» уровень, что сбрасывает QA = 0.

Рис. 10. ANSI-обозначение SN74ALS165.
Рис. 10. ANSI-обозначение SN74ALS165.

ANSI-обозначение для SN74ALS166 выше имеет два внутренних элемента управления C1 [ЗАГРУЗКА] и C2 (тактовый вход) из функции ИЛИ (CLKINH, CLK).

SRG8 говорит о 8-этапном переключателе передач. Стрелка после C2 указывает на смещение вправо или вниз. Вход SER является функцией тактового входа, на что указывает внутренняя метка 2D.

Параллельные входы данных от A, B, C до H являются функцией C1 [Загрузка], обозначенной внутренней меткой 1D.

C1 устанавливается, когда SH/LD' = 0 из-за инвертора (выглядящего на схеме как «полустрелка») на входе.

Сравните это с управлением параллельными входами данных с помощью тактового входа в предыдущем ANSI-обозначении для синхронного SN75ALS166. Обратите внимание на различия в метках данных ANSI.

Рис. 11. Контроль параллельных входов данных в соответствии с тактовым сигналом предыдущего ANSI-обозначения синхронного SN75ALS166.
Рис. 11. Контроль параллельных входов данных в соответствии с тактовым сигналом предыдущего ANSI-обозначения синхронного SN75ALS166.

На приведённом выше CD4014B M1 устанавливается, когда LD/SH' = 0. M2 устанавливается, когда LD/SH' = 1.

Тактовый вход C3/1 используются для параллельной загрузки данных в 2, 3D, когда M2 активен, как указано метками префикса 2 и 3.

Предполагается, что контакты P3—P7 имеют внутренний префикс 2, 3 как P2 и P8. В SER префикс 1, 3D означает, что M1 и тактовый вход C3 необходимы для ввода последовательных данных.

Сдвиг вправо происходит, когда M1 активен, как показано стрелкой 1 в C3/1.

CD4021B является аналогичной деталью, за исключением асинхронной параллельной загрузки данных, что подразумевается отсутствием каких-либо двух префиксов в метке данных 1D для контактов P1, P2 и P8.

Разумеется, префикс 2 в метке 2D на входе SER говорит о том, что данные тактируются на этот пин. Вставка вентиля ИЛИ показывает, что часы управляются LD/SH'.

Рис. 12. Часы управляются LD/SH'.
Рис. 12. Часы управляются LD/SH'.

Приведённая выше внутренняя метка SN74LS674 SRG 16 указывает на 16-битный сдвиговый регистр.

Вход MODE в секцию управления в верхней части символа помечен как 1,2 M3. Внутренний M3 является функцией входа MODE и G1 и G2, как указано цифрами 1 и 2, предшествующими M3.

Базовая метка G указывает на функцию И любых таких входов G. Вход R/W' имеет внутреннюю маркировку G1/2 EN.

Это разрешающий EN (управляемый G1 И G2) для устройств с тремя состояниями, используемых в других местах обозначения.

Заметим, что CS' (на вывод 1) является внутренним G2. Выбор микросхемы CS' также объединяется по вентилям И с входным сигналом CLK для получения внутреннего тактового сигнала C4.

«Пузырёк» внутри часовой стрелки указывает на то, что активность находится на отрицательном (от «высокого» к «низкому») фронте тактового сигнала.

Косая черта (/) – это разделитель, подразумевающий две функции тактового входа. Перед косой чертой C4 указывает на управление чем-либо с префиксом 4.

После косой черты 3' (стрелка) указывает на смещение. 3' в C4/3' означает смещение, когда M3 деактивирован (MODE = 0). Длинная стрелка указывает на сдвиг вправо (вниз).

Спускаясь ниже раздела управления к разделу данных, мы имеем внешние входы P0—P15, контакты (7-11, 13-23).

Префикс 3.4 внутренней метки 3.4D указывает на то, что M3 и тактовый вход C4 управляют загрузкой параллельных данных.

D означает данные. Предполагается, что эта метка применяется ко всем параллельным входам, хотя и не записывается явно.

Найдите метку 3',4D справа от этапа P0 (контакт 7). Дополненный – 3 указывает, что M3 = MODE = 0 вводит (сдвигает) SER/Q15 (вывод 5) за тактовое время (4 из 3', 4D), соответствующее тактовому сигналу C4.

Другими словами, при MODE = 0 мы сдвигаем данные в Q0 с последовательного входа (вывод 6). Все остальные этапы смещаются вправо (вниз) в соответствии с тактом.

Если переместиться к нижней части символа (треугольник, указывающий вправо), то он указывает на буфер между Q и выходным контактом.

Треугольник, указывающий вниз, указывает на устройство с тремя состояниями. Ранее мы заявляли, что три состояния управляются входом разрешения EN, что на самом деле является G1 И G2 из секции управления.

Если R/W = 0, тройное состояние отключено, и мы можем сместить данные в Q0 через SER (вывод 6), деталь, которую мы опустили выше. На самом деле нам нужно MODE = 0, R/W' = 0, CS' = 0.

Внутренняя логика SN74LS674 и таблица, обобщающая работу управляющих сигналов, доступны если найти деталь на сайте производителя.

Если R/W' = 1, три состояния разрешены, Q15 смещает SER/Q15 (вывод 6) и рециркулирует на ступень Q0 через правый провод к 3',4D.

Мы предположили, что CS' был низким, что дало нам тактовые входы C4/3' и G2 в EN, благодаря чему возможно тройственное состояние.

Практическое применение

Сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом применяется для считывания данных в микропроцессор.

Рис. 13. Сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом считывает данные в микропроцессор.
Рис. 13. Сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом считывает данные в микропроцессор.

Вышеприведённая сигнализация дистанционно управляется клавиатурой. Блок сигнализации подает +5 В и заземляет дистанционную клавиатуру для её питания.

Сигнализация считывает сигналы от удалённой клавиатуры каждые несколько десятков миллисекунд, отправляя тактовый сдвиг на клавиатуру, которая возвращает последовательные данные, показывающие состояние клавиш через сдвиговый регистр с параллельным входом и выходом.

Таким образом, мы считываем девять клавиш-переключателей с четырьмя проводами. Сколько проводов потребовалось бы, если бы нам пришлось провести цепь для каждого из девяти ключей?

Рис. 14. Сигнализация, управляемая клавиатурой – схема со сдвиговым регистром.
Рис. 14. Сигнализация, управляемая клавиатурой – схема со сдвиговым регистром.

Практическое применение сдвигового регистра с параллельным входом и последовательным выходом состоит в том, чтобы считывать множество замыканий переключателей в микропроцессор, имея всего несколько контактов.

Некоторые недорогие микропроцессоры имеют только 6 контактов ввода/вывода (входа/выхода) в 8-контактном корпусе.

Вполне возможно, мы использовали большинство контактов в 84-контактном корпусе. Зачастую следует стремиться к уменьшению количества проводов вокруг печатной платы, механизма, транспортного средства или здания.

Это повышает надёжность автоматической системы. Обычно, если производителям удаётся уменьшить количество проводов в автомобиле, то утверждается, что они производят более надёжный продукт.

В любом случае требуется только три вывода микропроцессора для считывания 8-битных данных с переключателей на рисунке выше.

Мы выбрали асинхронное загрузочное устройство CD4021B, потому что с его помощью проще управлять загрузкой данных без необходимости генерировать один такт параллельной загрузки.

Параллельные входы данных сдвигового регистра подтягиваются до +5 В с помощью резистора на каждом входе.

Если все переключатели разомкнуты, все единицы будут загружены в сдвиговый регистр, когда микропроцессор перемещает линию LD/SH' с «низкого» уровня на «высокий», а затем обратно на «низкий» в ожидании сдвига.

Любые замыкания переключателя будут подавать логический 0 на соответствующие параллельные входы. Шаблон данных в P1—P7 будет загружаться параллельно с помощью LD/SH' = 1, сгенерированного программным обеспечением микропроцессора.

Микропроцессор генерирует импульсы сдвига и считывает бит данных для каждого из 8-ми битов.

Этот процесс может выполняться полностью с помощью программного обеспечения, или более крупные микропроцессоры могут иметь один или несколько последовательных интерфейсов для более быстрого выполнения задачи с помощью аппаратных средств.

При LD/SH' = 0 микропроцессор генерирует переход от 0 к 1 на линии тактового сдвига, затем считывает бит данных на линии последовательных данных. Это повторяется для всех 8 бит.

Линия SER сдвигового регистра может управляться другой идентичной схемой CD4021B, если необходимо считывать больше контактов переключателя.

В этом случае микропроцессор генерирует 16 импульсов сдвига. Скорее всего, им будет управлять что-то другое, совместимое с этим последовательным форматом данных, например аналого-цифровой преобразователь, температурный датчик, сканер клавиатуры, последовательное постоянное запоминающее устройство.

Что касается замыканий переключателей, то они могут быть концевыми переключателями на тележке машины, датчиком перегрева, магнитным герконом, дверным или оконным переключателем, датчиком давления воздуха/воды или полупроводниковым оптическим переключателем.

См.также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Shift Registers: Parallel-in, Serial-out (PISO) Conversion
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи? • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Цифровая_электроника/Сдвиговые_регистры/Сдвиговые_регистры:_параллельный_вход,_последовательный_выход_(PISO)&oldid=2296636