11 - Registradores de deslocamento

11. REGISTRADORES DE

DESLOCAMENTO

1. INTRODUÇÃO

• O flip-flop pode armazenar durante o período em que sua entrada clock for igual a 0, um bit apenas (saída). Porém, se necessitarmos guardar uma informação de mais de um bit, o flip-flop irá tornar-se insuficiente. Para isso utilizamo-nos de um sistema denominado Registrador de deslocamento (Shift Register). Trata-se de um certo número de flip-flops tipo JK mestre-escravo ligado de tal forma que as saídas de cada bloco sejam aplicadas nas entradas J e K respectivas do flip-flop seguinte, sendo o primeiro, com suas entradas ligadas na forma de um flip-flop tipo D;

• A figura abaixo representa um Registrador de Deslocamento generalizado para N + 1 bits:

1. INTRODUÇÃO

• Pelo fato de os flip-flops envolvidos atuarem como os do tipo D, este circuito, para facilitar, pode ser construído apenas com flip-flops do tipo D;

• A figura abaixo mostra a mesma estrutura geral, porém composta apenas com flip-flops tipo D:

2. CONVERSOR

SÉRIE-PARALELO

• Chamamos de informação paralela a uma informação na qual todos os bits se apresentam simultaneamente. Uma informação paralela necessita tantos fios quantos forem os bits contidos nela, além, logicamente, do fio referencial do sistema (terra);

• Exemplo uma informação de 4 bits:

I

I

I

I

1 0 1 0

• Notamos que esta informação necessita de 4 fios para ser transmitida ou inserida no bloco.

• Informação série é aquela que utiliza um fio, sendo que os bits de informação vem sequencialmente, um após o outro;

• Vamos exemplificar utilizando a mesma informação de 4 bits:

I

I

I

I

1 0 1 0

• Notamos que esta informação necessita de 1 fio para ser transmitida ou inserida no bloco.

2. CONVERSOR

SÉRIE-PARALELO

• O Registrador de Deslocamento pode ser utilizado para converter uma informação série em paralela, ou seja, funcionar como Conversor Série-Paralelo; • A configuração básica nessa situação, para uma informação de 4 bits é vista

abaixo:

2. CONVERSOR

SÉRIE-PARALELO

• Como exemplo, vamos aplicar a informação série I = 1010 (I₃ I₂ I₁ I₀) à entrada série do registrador e analisar as saídas Q₀, Q₁, Q₂ e Q₃, após os pulsos de clock. Deve-se ressaltar que estes flip-flops atuam como mestre-escravo e tem sua comutação no instante da descida do pulso de clock;

• Entraremos com a informação (1010), na entrada série, e os pulsos de clock na respectiva entrada (CK).

2. CONVERSOR

SÉRIE-PARALELO

• Supondo que, inicialmente, as saídas Q₃, Q₂, Q₁ e Q₀ do registrador estejam em nível 0. Ao ser injetado na entrada o 1º bit de informação (I₀ = 0) e houver a descida do pulso de clock, o flip-flop 3 irá apresentar na saída 0 (D₃ = 0 → Q₃ = 0). Após este pulso de clock, aparecerá na entrada, o bit seguinte de informação (I₁ = 1) e na descida do 2º pulso de clock, teremos a passagem de I₀ para o flip-flop 2 (D₂ = 0 → Q₂ = 0) e Q₃assumirá o valor do bit de informação I₁ (entrada série = D₃ = 1 → Q₃ = 1);

• Após a descida do 3º pulso de clock, ficaremos com a seguinte situação: ➢ Q₁ = 0 (D₁ = Q₂ = 0 → Q₁ = 0);

➢ Q₂ = 1 (D₂ = Q₃ = 1 → Q₂ = 1) e; ➢ Q₃ = 0 (D₃ = I₂ = 0 → Q₁ = 0).

2. CONVERSOR

SÉRIE-PARALELO

• Após a descida do 4º pulso de clock, ficaremos com a seguinte situação: ➢ Q₀ = 0 (D₀ = Q₁ = 0 → Q₀ = 0);

➢ Q₁ = 1 (D₁ = Q₂ = 1 → Q₁ = 1); ➢ Q₂ = 0 (D₂ = Q₃ = 0 → Q₂ = 0) e; ➢ Q₃ = 1 (D₃ = I₂ = 1 → Q₁ = 1).

• Notamos que, após o 4º pulso de clock, a informação I estará armazenada no registrador de deslocamento e aparecerá nas saídas Q₃, Q₂, Q₁ e Q₀ como sendo uma informação paralela;

• Tabela verdade: Informação Descidas do clock Q3 Q2 Q1 Q0 I0= 0 1º 0 0 0 0 I₁= 1 2º 1 0 0 0 I2= 0 3º 0 1 0 0 I₃= 1 4º 1 0 1 0

2. CONVERSOR

SÉRIE-PARALELO

3. CONVERSOR

PARALELO-SÉRIE

• Para entrarmos com uma informação paralela, necessitamos de um registrador que apresente entradas Preset e Clear, pois é através destas que fazemos com que o Registrador armazene a informação paralela:

• Primeiramente, vamos estudar o funcionamento da entrada ENABLE. Quando a entrada enable estiver em 0, as entradas preset (PR) dos flip-flops assumirão, respectivamente, níveis 1, fazendo com que o registrador atue normalmente. Quando a entrada enable for igual a 1, as entradas preset dos flip-flops assumirão os valores complementares das entradas PR₃, PR₂, PR₁e PR₀, logo, os flip-flops irão assumir os valores que estiverem, respectivamente, em PR₃, PR₂, PR₁e PR₀.

• Vamos analisar uma célula do registrador:

3. CONVERSOR

PARALELO-SÉRIE

• Para zerar (clear) o flip-flop (Q₃ = 0), vamos inicialmente, aplicar nível 0 à entrada clear;

• Com enable = 0, a entrada PR do flip-flop irá assumir nível 1 e este irá ter um funcionamento normal como célula do registrador de deslocamento em questão, mantendo a saída no estado em que se encontra;

• Com enable = 1 e PR₃ = 0, a entrada PR do flip-flop assumirá nível 1, logo, a saída Q₃ manterá o seu estado (Q₃ = 0). Com enable = 1 e PR₃ = 1, a entrada PR do flip-flop assumirá nível 0, forçando a saída a assumir nível 1 (Q₃ = 1);

• Após esta análise, concluímos que, se zerarmos o registrador (aplicando 0 à entrada clear), e logo após introduzimos a informação paralela (I₃, I₂, I₁ e I₀) pelas entradas PR₃, PR₂, PR₁ e PR₀, as saídas Q₃, Q₂, Q₁ e Q₀ assumirão respectivamente os valores da informação. Essa maneira de entrarmos com a

3. CONVERSOR

PARALELO-SÉRIE

• Para que o registrador de deslocamento funcione como Conversor Paralelo-Série, necessitamos zerá-lo e em seguida, introduzir a informação, como já descrito, recolhendo na saída Q₀ a mesma informação de modo série. É fácil de notar que a saída Q₀ assume primeiramente o valor I₀ e a cada descida do pulso de clock, irá assumir seqüencialmente os valores I₁, I₂ e I₃.

3. CONVERSOR

PARALELO-SÉRIE

4. REGISTRADOR DE ENTRADA

SÉRIE E SAÍDA SÉRIE

• Podemos utilizar o registrador de deslocamento com entrada série e o conseqüente armazenamento da informação no mesmo, e recolher a informação também de modo série. Notamos que nessa aplicação, após a entrada da informação, se inibirmos a entrada de clock, a informação permanecerá no registrador até que haja uma nova entrada. Assim sendo, é fácil observar que o registrador funcionou como uma memória. A entrada de informação série se faz na entrada série do registrador e pode ser recolhida na saída Q₀ do registrador.

5. REGISTRADOR DE ENTRADA

PARALELA E SAÍDA PARALELA

• A entrada paralela, como já visto, se faz através dos terminais de preset e clear. Se inibirmos a entrada de clock, a informação contida no registrador pode ser acessada pelos terminais de saída Q₃, Q₂, Q₁ e Q₀.

EXERCÍCIO RESOLVIDO

1 - A partir dos sinais aplicados às entradas, esboce as formas de onda das saídas para o Registrador de Deslocamento de 4 bits, abaixo:

EXERCÍCIO RESOLVIDO

• Para solucionar, vamos considerar cada descida de clock e verificar, a partir da entrada série (ES), o nível de saída registrado em cada bloco anterior, sendo o registrador inicialmente zerado pela forma de onda da entrada clear.