Hallo! In diesem Beitrag zeigen wir dir, wie du mehrteilige binäre Signale mit der Hilfe von Schieberegistern speichern kannst. Los geht´s!
Inhaltsübersicht
Schieberegister Arten
Grundsätzlich sind Schieberegister Schaltungen, die zunächst ein Signal mit mehreren Bits taktgesteuert aufnehmen, dann vorübergehend speichern und es anschließend wieder ausgeben. Sie werden also zum Speichern von Signalen verwendet.
Es gibt grundsätzlich vier verschiedene Möglichkeiten ein Schieberegister aufzubauen.
Zum einen haben wir Schieberegister mit seriell geschaltetem Input und seriell geschaltetem Output: kurz SISO.
Zweitens haben wir Register mit seriell geschaltetem Input und parallel geschaltetem Output: kurz SIPO.
Drittens haben wir Register mit parallel geschaltetem Input und seriell geschaltetem Output: kurz PISO.
Und zuletzt gibt es noch Register mit parallel geschaltetem Input und parallel geschaltetem Output: kurz PIPO.
Schieberegister Schaltung
Meistens werden für den Aufbau parallel oder seriell geschaltete D-Flip-Flops verwendet, allerdings können auch JK-Flip-Flops oder SR-Flip-Flops zum Einsatz kommen. Wie du Dich vielleicht erinnern kannst, speichern Flipflops jeweils nur 1 Bit. Wenn nicht, kannst du dir gerne noch unser Video zu den Flipflop Schaltungen anschauen.
Wir benötigen also mehrere Flipflops, da wir ja mehrere Bits speichern wollen. Es gilt: Ein n-Bit Register besteht aus einer Anzahl n an Flipflops und kann ein Wort mit n-Bits speichern.
Studyflix vernetzt: Hier ein Video aus einem anderen Bereich
SISO-(4-Bit) Schieberegister
Hier siehst du nun die einfachste Form eines 4-Bit Schiebregisters mit vier seriell geschalteten D-Flip-Flops. Wie du erkennen kannst, ist sowohl In- als auch Output seriell geschaltet, also haben wir ein SISO Schieberegister. Das zugehörige IEC Schaltsymbol sieht wie folgt aus:
Wie kann man sich die Funktionsweise nun genau vorstellen? Sehen wir uns dazu mal das Impulsdiagramm an.
Nehmen wir an wir haben ein Taktsignal C und einen Impuls D. Bei der ersten positiven Taktflanke wird das Ausgangssignal des ersten D-Flip-Flops auf 1 gesetzt. Anschließend wird der Zustand für C gespeichert. Dieses Output dient dann als Input für das nächste Flipflop B. Bei der zweiten positiven Taktflanke wird zurückgesetzt. Der Bit wird an weitergegeben, das heißt wird 1. Wie du sehen kannst setzt sich dieses Prinzip für die nächsten D-Flipflops fort, das Bit wird also immer weitergeschoben. Das Ganze kannst du auch anhand der Wahrheitstabelle erkennen:
Sehr schön! Jetzt hast du das Grundprinzip eines SISO Schieberegisters schon einmal verstanden.
Was ist nun der Unterschied zu den anderen Schieberegisterarten?
SIPO-Schieberegister
Wir beginnen zunächst mit dem SIPO. Bei diesem werden die Daten seriell eingegeben und parallel ausgegeben. Die Daten werden hier Bit für Bit geladen. Somit sind die Outputs während des Ladevorgangs, also während das Bit weitergeschoben wird, nicht benutzbar. Als Schaltbild sieht das ganze so aus:
PISO-(4-Bit) Schieberegister
Der PISO hat einen parallelen Eingang und einen seriellen Ausgang. Schauen wir uns die logische Schaltung für diesen 4-bit Register doch auch einmal an. In das erste Flipflop wird zunächst das erste Bit als Eingangssignal eingegeben. Das Output wird dann zusammen mit dem nächsten Eingangssignal über einen Schaltkreis als Eingangssignal in das zweite Flipflop geleitet. Es gibt hier zwei Zustände: den Schalt- und den Lademodus.
Ist der Schalt/Lademodus auf 0 wird das Signal durch das NICHT-Gatter links oben umgedreht und die UND-Gatter 2, 4 und 6 werden aktiviert. Die jeweiligen Eingangssignale , und werden zu den D-Flipflops “geladen“. Deshalb wird das Input auch als parallel bezeichnet. Ist der Schalt/Lademodus auf 1, also mit dem NICHT-Gatter auf 0, werden die UND-Gatter deaktiviert und es wird nicht parallel geladen. Allerdings werden die UND-Gatter 1, 3 und 5 aktiv. Damit wird in dem „Schaltmodus“ das Bit bei jedem Taktsignal, das heißt immer, wenn der Schalt/ 1 ist, von links nach rechts durchgeschoben.
PIPO-Schieberegister
Nun haben wir nur noch ein Register vor uns, das PIPO mit parallelem In- und Output. Hier werden die Eingangssignale den D-Flipflops einzeln zugeteilt. Immer, wenn eine negativer Taktimpuls C parallel an die D-Flipflops angehängt wird, werden die Bits auch wieder parallel auf die Outputs Q geladen.
Perfekt! Jetzt kennst du die vier grundsätzlichen Arten von Schieberegistern und weißt, worin sie sich unterscheiden.
Schieberegister — häufigste Fragen
(ausklappen)
Schieberegister — häufigste Fragen
(ausklappen)-
Wie funktioniert ein Schieberegister?Ein Schieberegister nimmt Bits taktgesteuert in mehreren Flipflops auf, speichert sie kurz und gibt sie wieder aus, indem bei jeder relevanten Taktflanke der Inhalt eines Flipflops in das nächste übernommen wird. Dadurch „wandert“ ein Bit Schritt für Schritt durch die Kette, bis es am Ausgang anliegt.
-
Ist ein Schieberegister ein integrierter Schaltkreis?Ein Schieberegister ist grundsätzlich eine Schaltung aus mehreren Flipflops, die zusammen mehrere Bits speichern und weiterschieben können. Diese Schaltung kann als integrierter Schaltkreis (IC) fertig in einem Bauteil realisiert sein oder aus einzelnen Flipflops und Gattern aufgebaut werden.
-
Woran erkennt man in einem Schaltplan, ob ein Schieberegister SISO, SIPO, PISO oder PIPO ist?Entscheidend ist, ob Eingang und Ausgang seriell oder parallel verdrahtet sind. Seriell bedeutet: ein gemeinsamer Daten-Eingang bzw. -Ausgang für alle Bits; parallel bedeutet: mehrere getrennte Leitungen gleichzeitig, je eine pro Bit. Daraus ergibt sich SISO, SIPO, PISO oder PIPO.
-
Wann sind beim PISO Lademodus und Schaltmodus aktiv?Beim PISO ist der Lademodus aktiv, wenn das Schalt/Lademodus-Signal 0 ist, weil dann über das NICHT-Gatter die UND-Gatter 2, 4 und 6 aktiv werden und die parallelen Eingänge in die Flipflops geladen werden. Der Schaltmodus ist aktiv, wenn das Signal 1 ist, weil dann UND-Gatter 1, 3 und 5 aktiv sind und pro Takt ein Bit weitergeschoben wird.
Nach Beantwortung speichern wir deine Antwort, um Studyflix zu verbessern. Mehr dazu erfährst du in unserer Datenschutzerklärung.
Schaltwerke verstehen
Schieberegister sind typische Schaltungen aus dem Themenfeld der Schaltwerke in der Digitaltechnik. Du zeichnest und liest Schaltbilder und ordnest Bauteile wie Flipflops und Logikgatter den passenden Signalen zu. Wenn du das sicher beherrschst, erkennst du, wie Zustände mit dem Takt weitergegeben werden und wie sich Signale im Impulsdiagramm verändern. Weitere Videos dazu findest du in unserem Informatikbereich.