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

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

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


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

Сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом сродни сдвиговому регистру с последовательными входом и выходом в том – он также сдвигает данные во внутренние элементы памяти на последовательном входе и может выводить данные на последовательный выход.

Он отличается тем, что делает все внутренние этапы доступными в качестве выходов. Следовательно, сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом может преобразовывать данные из последовательного формата в параллельный.

Пример использования сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом

Если четыре бита данных сдвигаются на четыре тактовых импульса по одному проводу при вводе данных, как показано на рисунке 1 ниже, данные становятся доступными одновременно на четырёх выходах с QA по QD после четвёртого тактового импульса.

Рис. 1. Сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом.
Рис. 1. Сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом.

Данные доступны одновременно на четырёх выходах QA—QD после четвёртого тактового импульса.

Практическое применение сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом заключается в преобразовании данных из последовательного формата на одном проводе в параллельный формат на нескольких проводах.

Допустим, нам нужно приложение, в котором зажигаются четыре светодиода (светоизлучающие диоды) с четырьмя выходами (QA QB QC QD).

Рис. 2. Четыре светодиода (светоизлучающие диоды) с четырьмя выходами (QA QB QC QD).
Рис. 2. Четыре светодиода (светоизлучающие диоды) с четырьмя выходами (QA QB QC QD).

Приведённая выше детализация сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом довольно проста. Он выглядит как сдвиговый регистр с последовательным входом и выходом с добавлением отводов к выходу каждого этапа.

Последовательные данные вводятся в SI (от англ. Serial-In, т.е. последовательный вход). После количества тактов, равного количеству этапов, первый бит данных появляется в SO (от англ. Serial-Out, т.е. последовательный выход) т.е. QD на приведённом выше рисунке.

В общем, как для сдвиговых регистров из предыдущих двух разделов, тут нет отдельного выхода SO. Последний этап (QD выше) как раз и выполняет роль SO и каскадируется к следующему пакету, если таковой существует.

Последовательный вход, параллельный выход VS последовательные вход и выход

Если сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом настолько похож на сдвиговый регистр с последовательными входом и выходом, почему производители предлагают оба типа?

Почему бы просто не ограничиться только сдвиговым регистром с последовательным входом и параллельным выходом?

Ответ заключается в том, что на самом деле сдвиговые регистры с последовательным входом и параллельным выходом имеют не более 8 бит.

Обратите внимание, что сдвиговые регистры с последовательными входом и выходом имеют длину от 18 до 64 бит, что заметно больше 8 бит.

Если сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом сделать 64-битным, он потребует слишком большого количества выходных контактов, что делает использование таких регистров нецелесообразным. Чтобы в этом убедиться, взглянем на осциллограммы на рисунке 3 ниже для приведённого на рисунках 1-2 выше сдвигового регистра.

Рис. 3. Волна сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом.
Рис. 3. Волна сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом.

Сдвиговый регистр был очищен от любых предыдущих данных с помощью CLR', активизирующего «низкий» уровень, очищающий все триггеры типа «D» в сдвиговом регистре. Обратите внимание на шаблон последовательных данных 1011, представленный на входе SI. Эти данные синхронизируются с тактовым входом CLK.

Это может иметь место, если он вводится из чего-то вроде другого сдвигового регистра, например, из сдвигового регистра с параллельным входом и последовательным выходом (здесь не показано).

На первом такте в момент t1 данные (равные 1 в этом примере) в SI сдвигаются из D в Q первого этапа сдвигового регистра. После t2 этот первый бит данных находится в QB. После t3 он находится в QC. После t4 он находится в QD. Четыре тактовых импульса сдвинули первый бит данных до последнего этапа QD.

Второй бит данных (в данном случае равен 0) находится в QC после 4-го такта. Третий бит данных (= 1) находится в QB. Четвёртый бит данных, также равный 1, находится в QA.

Таким образом, шаблон 1011 последовательного ввода данных содержится в (QD QC QB QA). Теперь он доступен на четырёх выходах.

Он будет доступен на четырёх выходах сразу после такта t4 и сразу перед t5.

Эти параллельные данные должны использоваться или храниться в промежутке между этими двумя периодами времени, иначе они будут потеряны из-за сдвига этапа QD на следующих тактах от t5 до t8, как показано на рисунке 3 выше.

Устройства с последовательным входом и параллельным выходом

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

Для получения полных спецификаций устройств следует найти их страницы на сайте производителя.

  • SN74ALS164A 8-битный сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом
  • 8-битный сдвиговый регистр SN74AHC594 с последовательным входом и параллельным выходом и выходным регистром
  • 8-битный регистр SN74AHC595 с последовательным входом и параллельным выходом и выходным регистром
  • CD4094 8-битовый сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом и выходным регистром
Рис. 4. Детализация 8-битного (показано только 3 бита) сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом.
Рис. 4. Детализация 8-битного (показано только 3 бита) сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом.

74ALS164A почти идентичен нашей предыдущей схеме, за исключением двух последовательных входов A и B.

Неиспользуемый вход должен быть подтянут к «высокому» уровню, чтобы активировать другой вход. Мы не показываем все этапы на рисунке 4 выше.

Однако все выходы показаны на ANSI-обозначении на рисунке 5 ниже вместе с нумерацией контактов.

Рис. 5. ANSI-обозначение SN74ALS164A.
Рис. 5. ANSI-обозначение SN74ALS164A.

Вход CLK в секцию управления вышеупомянутого ANSI-обозначения имеет две внутренние функции C1, управление чем-либо с префиксом 1.

Это будет синхронизация данных в 1D. Вторая функция, стрелка после косой черты (/) – это сдвиг вправо (вниз) данных внутри сдвигового регистра.

Восемь выходов доступны справа от восьми регистров ниже секции управления. Первая ступень шире остальных, чтобы вместить ввод A&B.

Рис. 6. Первая ступень шире остальных, чтобы вместить ввод A&B.
Рис. 6. Первая ступень шире остальных, чтобы вместить ввод A&B.

Приведённая выше внутренняя логическая схема адаптирована из технического описания, предоставленного компанией Texas Instruments для 74AHC594. Триггер типа «D» в верхнем ряду содержит сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом.

Этот раздел работает аналогично ранее описанным устройствам. Выходы (от QA' QB' вплоть до QH') половины сдвиговых регистров устройства питают триггер типа «D» в нижней параллельной половине. QH' (вывод 9) выводится на любой дополнительный каскадный пакет устройств.

Один положительный фронт тактового сигнала на RCLK будет передавать данные из D в Q младших триггеров. Все 8 бит передаются параллельно в выходной регистр (набор элементов памяти).

Назначение выходного регистра состоит в том, чтобы поддерживать постоянный вывод данных, в то время как новые данные сдвигаются в верхнюю секцию сдвигового регистра.

Это необходимо, если выходы управляют реле, клапанами, двигателями, соленоидами, звуковыми сигналами или зуммерами. Эта функция может не понадобиться при управлении светодиодами, если мерцание во время переключения не является проблемой.

Обратите внимание, что 74AHC594 имеет отдельные тактовые входы для сдвигового регистра (SRCLK) и выходного регистра (RCLK). Кроме того, сдвиговый регистр может быть очищен с помощью SRCLR, а выходной регистр — с помощью RCLR.

Выходы желательно переводить в известное состояние при включении питания, в частности, если это управляющие реле, двигатели и т.п. Приведённые на рисунке 7 ниже волны сигналов иллюстрируют сдвиг и «защёлкивание» данных.

Рис. 7. Осциллограммы иллюстрируют сдвиг и «защёлкивание» данных.
Рис. 7. Осциллограммы иллюстрируют сдвиг и «защёлкивание» данных.

Приведённые на рисунке 7 выше сигналы показывают сдвиг 4-битных данных в первые четыре этапа 74AHC594, а затем параллельную передачу в выходной регистр.

На самом деле 74AHC594 представляет собой 8-битный сдвиговый регистр, и для сдвига 8-битных данных потребуется 8 тактов, что является нормальным режимом работы.

Однако 4 бита (вместо 8-ми), которые мы показываем, экономят место и адекватно иллюстрируют операцию.

Мы очищаем сдвиговый регистр за полтакта до t0 с SRCLR' = 0. SRCLR' должен вернуться в исходное состояние перед переключением.

Непосредственно перед t0 выходной регистр очищается RCLR' = 0. Он тоже освобождается (RCLR' = 1).

Последовательные данные 1011 представлены на выводе SI между тактами t0 и t4. Он смещается тактами t1 t2 t3 t4, появляющимися на внутренних этапах сдвига QA' QB' QC' QD'.

Эти данные присутствуют на этих этапах между t4 и t5. После t5 искомые данные (1011) будут недоступны на этих внутренних каскадах переключателя.

Между t4 и t5 мы применяем положительный RCLK, передающий данные 1011 для регистрации выходов QA QB QC QD.

Эти данные будут здесь заморожены по мере поступления дополнительных данных (нулей) во время последующих SRCLK-ов (от t5 до t8). Данные здесь не изменятся, пока не будет применен другой RCLK.

Рис. 8. 74AHC595 8-битный сдвиговый регистр (последовательный вход, параллельный выход) с выходными регистрами.
Рис. 8. 74AHC595 8-битный сдвиговый регистр (последовательный вход, параллельный выход) с выходными регистрами.

74AHC595 идентичен «594», за исключением того, что «RCLR» заменён на «OE», что позволяет использовать буфер с тремя состояниями на выходе каждого из восьми битов выходного регистра.

Хотя выходной регистр не может быть очищен, выходы могут быть отключены с помощью OE' = 1.

Это позволит внешним подтягивающим резисторам переводить любые реле, соленоиды или приводы клапанов в нужное состояние во время включения системы.

Как только система включена и, скажем, микропроцессор переместил и зафиксировал данные в «595», разрешение выхода может быть установлено (OE' = 0) для управления реле, соленоидами и клапанами с достоверными данными, но, не раньше этого времени.

Рис. 9. ANSI-обозначения для SN74AHC594 и SN74AHC595.
Рис. 9. ANSI-обозначения для SN74AHC594 и SN74AHC595.

На рисунке 9 выше приведены предлагаемые ANSI-обозначения для этих устройств. C3 синхронизирует данные на последовательный вход (внешний SER), как указано префиксом 3 в 2,3D.

Стрелка после C3/ указывает на сдвиг вправо (вниз) сдвигового регистра, на 8 этапов влево от символа «595» под секцией управления.

Префикс 2 для 2,3D и 2D указывает, что эти этапы могут быть сброшены с помощью R2 (внешний SRCLR').

Префикс 1 1,4D в «594» указывает, что R1 (внешний RCLR') может сбрасывать выходной регистр, который находится справа от секции сдвигового регистра.

«595», который имеет EN на внешнем OE', не может сбросить выходной регистр. Но EN включает выходные буферы с тремя состояниями (отмечено перевернутым треугольником).

Прямоугольный треугольник как «594», так и «595» указывает на внутреннюю буферизацию. Оба выходных регистра (и 594-й, и 595-й) тактируются C4, как указано цифрой 4 из 1,4D и 4D соответственно.

Рис. 10. ANSI-обозначение CD4094B.
Рис. 10. ANSI-обозначение CD4094B.

CD4094B представляет собой сдвиговый регистр с фиксацией от 3 до 15 В постоянного тока, альтернативный предыдущим устройствам 74AHC594.

Тактовый вход, C1, сдвигает данные в ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ВХОД, о чём свидетельствует префикс 1 1D.

Это также тактовый вход правого сдвигового регистра (левая половина на теле обозначения), указано как / → C1 / → на входе ТАКТОВЫЙ ВХОД.

СТРОБ, C2 – это тактовый вход для 8-битного выходного регистра справа от тела символа. 2 из 2D указывает, что C2 является тактовым входом для выходного регистра.

Перевёрнутый треугольник на выходной «защёлке» указывает на то, что выход имеет три состояния и активируется посредством EN3.

Цифра 3, предшествующая перевёрнутому треугольнику, и цифра 3 в EN3 часто опускаются, так как подразумевается, что любой вход разрешения (EN) управляет выходами с тремя состояниями. QS и QS' являются «незащёлкнутыми» выходами этапа сдвигового регистра.

QS можно каскадировать на ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ВХОД последующего устройства.

Практическое применение

Реальное применение сдвигового регистра с последовательным входом и параллельным выходом заключается в выводе данных из микропроцессора на индикатор удалённой панели. Или на какое другое удалённое устройство вывода, которое принимает данные в последовательном формате.

Рис. 11. Удаленное устройство вывода, которое принимает данные в последовательном формате.
Рис. 11. Удаленное устройство вывода, которое принимает данные в последовательном формате.

На рисунке 11 «Сигнализация с удалённой клавиатурой» здесь видим уже знакомую секцию с параллельным входом и последовательным выходом с добавлением удалённого дисплея. Таким образом, мы можем отображать, например, состояние шлейфов, подключённых к основной сигнализации.

Если сигнал тревоги детектирует взлом окна, он может отправить последовательные данные на удаленный дисплей, сообщая оператору об этом.

Клавиатура и дисплей, скорее всего, будут находиться в одном и том же удалённом корпусе, отдельно от основного блока сигнализации. Однако в этом разделе мы рассмотрим только панель дисплея.

Если бы дисплей был на той же плате, что и сигнализация, мы могли бы просто провести восемь проводов к восьми светодиодам, а также два провода для питания и заземления.

Эти восемь проводов гораздо менее желательны при длительном подключении к удалённой панели. Используя регистры сдвига, нам нужно запустить только пять проводов: тактовый вход, последовательные данные, строб, питание и заземление.

Если бы панель находилась всего в нескольких дюймах от основной платы, всё равно было бы желательно сократить количество проводов в соединительном кабеле для повышения надёжности.

Кроме того, мы иногда используем бо́льшую часть доступных выводов на микропроцессоре и должны использовать последовательные методы для увеличения количества выходов.

Некоторые устройства вывода на интегральных схемах, такие как цифро-аналоговые преобразователи, содержат сдвиговые регистры с последовательным входом и параллельным выходом для приёма данных от микропроцессоров.

Методы, показанные здесь, применимы и к этим устройствам.

Рис. 12. Выход от микропроцессора на светодиоды.
Рис. 12. Выход от микропроцессора на светодиоды.

Мы выбрали сдвиговый регистр 74AHC594 с последовательным входом, параллельным выходом и выходным регистром; хотя для этого требуется дополнительный контакт RCLK для параллельной загрузки сдвинутых данных на выходные контакты.

Этот дополнительный вывод предотвращает изменение выходов во время ввода данных. Для светодиодов это не критично. Но это было бы проблемой, если вместо светодиодов данные принимают приводные реле, клапаны, двигатели и т. д.

Код, выполняемый микропроцессором, будет начинаться с 8-битных данных для вывода. Один бит будет выводиться на вывод «Последовательные выходные данные», управляя SER удалённого 74AHC594.

Затем микропроцессор формирует переход с «низкого» уровня на «высокий» на узле «Тактовый сдвиг», управляя SRCLK сдвигового регистра «595».

Эти положительные тактовые сигналы сдвигают бит данных в SER с «D» на «Q» первого этапа сдвигового регистра.

На данный момент это не влияет на светодиод QA из-за внутреннего 8-битного выходного регистра между сдвиговым регистром и выходными контактами (от QA до QH).

Наконец, «Тактовый сдвиг» возвращается микропроцессором к «низкому» уровню. Это завершает сдвиг одного бита в «595».

Вышеупомянутая процедура повторяется ещё семь раз, чтобы завершить сдвиг 8-битных данных из микропроцессора в сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом 74AHC594.

Для передачи 8-битных данных из внутреннего сдвигового регистра «595» на выход требуется, чтобы микропроцессор генерировал переход с «низкого» уровня на «высокий» на RCLK, тактовом входе выходного регистра.

Это применяет новые данные к светодиодам. RCLK необходимо вернуть в «низкий» уровень в ожидании следующей 8-битной передачи данных.

Данные, присутствующие на выходе «595», будут оставаться до тех пор, пока процесс, описанный в двух предыдущих абзацах, не будет повторен для новых 8-битных данных.

В частности, новые данные могут быть сдвинуты во внутренний сдвиговый регистр «595» без воздействия на светодиоды. Светодиоды будут обновляться новыми данными только с применением положительного фронта RCLK.

Что, если нам нужно управлять более чем восемью светодиодами? Просто подключите ещё один вывод 74AHC594 BE к QH' существующего переключателя.

Следует запараллелить контакты SRCLK и RCLK. Микропроцессору потребуется передать 16 бит данных за 16 тактов, прежде чем сгенерировать RCLK, питающий оба устройства.

Дискретные светодиодные индикаторы, которые мы показываем, могут быть 7-сегментными светодиодами. Однако существуют LSI-устройства (от англ. Large Scale Integration, т.е. Крупномасштабная интеграция), способные управлять несколькими 7-сегментными цифрами.

Это устройство принимает данные от микропроцессора в последовательном формате, управляя бо́льшим количеством сегментов светодиодов, чем у него есть контактов, за счёт мультиплексирования светодиодов.

См.также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Shift Registers: Serial-in, Parallel-out (SIPO) 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:_последовательный_вход,_параллельный_выход_(SIPO)&oldid=2296655