UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIA Laboratório de Sistemas Digitais – 2014.2

REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO

Alunos: Arthur Émily Gomes Fernandes Vieira

Francisco Magno Monteiro Sobrinho

Kaick Viana de Oliveira Castro

Prof: Isaac Barros

Mossoró, Janeiro de 2015

1. Objetivos

Familiarização com os circuitos digitais sequenciais. Esta prática trata da operação

de transferência serial de dados, com análise da configuração básica de um registrador

de deslocamento.

2. Introdução teórica

Um registrador de deslocamento é um grupo de FFs organizados de modo que os

números binários armazenados nos FFs sejam deslocados de um FF para o seguinte a

cada pulso de clock. Um registrador de deslocamento está presente na calculadora, por

exemplo, pois os dígitos mostrados no display são deslocados cada vez que se tecla um

novo dígito.

A Figura 1 mostra uma forma de organizar flip-flops JK para que operem como um

registrador de deslocamento de quatro bits. Observe que os FFs estão conectados de

maneira que o valor da saída de X3 é transferido para X2, o valor de X2 para X1 e o de X1

para X0. Isso significa que, quando ocorre uma borda de descida no pulso de

deslocamento, cada FF recebe o valor armazenado previamente no FF à esquerda. O FF

X3 recebe o valor determinado pelos níveis das entradas J e K quando ocorre uma borda

de descida no clock. Por enquanto, admitiremos que as entradas J e K de X3 sejam

acionadas pelo sinal IN DADOS, cuja forma de onda é mostrada na Figura 2. Admite-se

também que todos os FFs estejam no estado 0 antes que os pulsos de deslocamento

sejam aplicados.

Figura 1 – Registrador de deslocamento de quatro bits.

Figura 2 – Forma de onda no registrador de deslocamento de quatro bits.

As formas de onda na Figura 2 mostram como os dados de entrada são

deslocados da esquerda para a direita, de um FF para outro, enquanto os pulsos de

deslocamento são aplicados.

Alguns registradores de deslocamento possuem exigência quanto ao tempo de

hold. Nesse tipo de registrador é necessário que os FFs tenham um tempo de hold muito

pequeno, porque existem momentos em que as entradas J e K estão mudando de estado

no mesmo instante de transição do CLK. Por exemplo, a saída X3 comuta de 1 para 0

em resposta à borda de descida no instante T2 (Figura 2), fazendo com que as entradas J

e K de X2 mudem de estado enquanto a sua entrada de CLK está mudando. Na

realidade, em virtude do atraso de propagação de X3, as entradas J e K de X2 não

mudarão de estado durante um curto intervalo de tempo após a borda de descida do

CLK. Por essa razão, um registrador de deslocamento deve ser implementado usando

FFs disparados por borda que tenham um valor de tH menor que um atraso de

propagação do CLK para a saída. Esse último requisito é facilmente atendido pela

maioria dos modernos FFs disparados por borda.

A Figura 3 mostra dois registradores de deslocamento de três bits conectados de

modo que o conteúdo do registrador X seja transferido de forma serial para o registrador

Y. Neste exemplo, usa-se FFs do tipo D, visto que requerem menos conexões que os

FFs do tipo JK.

Figura 3 – Transferência serial de dados de um registrador X para um registrador Y.

Os FFs mostrados na Figura 3 podem ser facilmente conectados de maneira que

o deslocamento de informações seja feito da direita para a esquerda. Não existe

nenhuma vantagem de fazer o deslocamento em uma direção ou outra. A direção

escolhida pelo projetista do sistema lógico frequentemente será determinada pela

natureza da aplicação.

Na transferência paralela, todas as informações são transferidas simultaneamente

na ocorrência de um único pulso de transferência (Figura 4), não importando quantos

bits são transferidos. Na transferência serial (Figura 3), a transferência completa de N

bits de informação requer N pulsos de clock. Portanto, a transferência paralela é muito

mais rápida que a transferência serial usando registradores de deslocamento.

Figura 4 – Transferência paralela do conteúdo do registrador X para o registrador Y.

Na transferência paralela, a saída de cada FF no registrador X é conectada na

entrada correspondente do registrador Y. Na transferência serial, apenas o último FF do

registrador X é conectado no registrador Y.

Um shift register (registrador de deslocamento, em inglês) utiliza geralmente um

FF do tipo D que tem sua saída conectada à entrada do FF do tipo D seguinte. É

utilizado para armazenar informações binárias (memória), realizam a conversão de

dados tanto em série como paralelo e vice-versa e realizam operações aritméticas

básicas.

Os registradores podem ser classificados através de seus dados de entrada e

saída, podendo ser:

Figura 5 – Classificação dos registradores.

3. Desenvolvimento

3.1. Utilizando o módulo XDM03 no kit, implemente as conexões necessárias para

obter um shift register Serial In Parallel Out SIPO de oito bits.

Figura 6 – Módulo XDM03.

Figura 7 – Funções das conexões.

Para execução da primeira etapa da prática, exige-se a montagem de um

registrador de deslocamento com entrada serial e saída paralela. Para tanto, usa-se a

Tabela de funções presente na Figura 7. Primeiro conecta-se o CLOCK ao circuito

em uma frequência de 1 kHz. Em seguida, escolhe-se ligar SRSER (entrada serial

pela direita) em 1, na parte de baixo do módulo EXSTO. Conecta-se as saídas

paralelas, de QA1 até QD2, aos leds em sequência, obtendo os 8 bits desejado. E,

por último, conecta-se S0 e S1 (Seleção de função) que vão definir o tipo de

registrador, e liga-se S0 em 1 e S1 em nível 0, assim temos um SIPO, entrada serial

e saída paralela.

Figura 10 – Circuito registrador de deslocamento

O efeito observado foi que há um deslocamento para a esquerda (Figura 10) e

onde cessava-se a informação ela seguia deslocando a cada pulso de clock.

Também foi ligado o CLR (Clear) em nível 1, e, quando acionava-se em nível 0, ele

limpava o registrador e podendo assim, passar outra informação.

3.2. Repita o procedimento anterior para obter um shift register do tipo PIPO de oito

bits.

Neste item, foram implementadas as conexões necessárias para obter um shift

register Parallel In Parallel Out (PIPO). Foram realizados os mesmos procedimentos de

conexões no item anterior, mas como em paralelo, com todas as informações sendo

transferidas simultaneamente na ocorrência de um único pulso de transferência, sem se

importar com o número de bits. Todas as entradas de A1 até D2 foram conectadas na

parte de baixo do módulo EXSTO para variação dos 8 bits de forma manual. E S0 e S1

foram ligadas em nível 1 (+5V).

O efeito observado foi que a transferência é muito mais rápida. Passa a informação

desejada de um só vez, em um único pulso do CLOCK. Porém, o número de fios foi

muito maior.

4. Questões

4.1. Projete e simule no software PROTEUS um shift register SIPO de quatro bits

utilizando FFs tipo D. Apresente o diagrama em blocos e a tabela verdade.

Estado inicial

(A)

Transferência de 1, deslocamento para direita

(B)

(C)

(D)

(E)

Figura 9 – Simulação no PROTEUS de um Shift Register SIPO de quatro bits utilizando FFs D, (de “A” até “E”).

Quadro 1 – Tabela verdade para o Shift Resister.

Clock Entrada FF1 FF2 FF3 FF40 0 0 0 0 01 1 1 0 0 02 0 0 1 0 03 0 0 0 1 04 0 0 0 0 1

4.2. Cite um exemplo prático da aplicação das propriedades de um shift register.

Um shift register pode ser SISO, SIPO, PISO ou PIPO. As UALs dos processadores

têm registradores de deslocamento (esquerda, direita e em anel). Usado para conversão

série em paralelo e vice-versa. Utilizado em extensores de pulso, circuitos de atraso,

contadores, multiplicadores binários, memórias, registradores de deslocamento

circulante e registradores bi-direcionais, entre outros exemplos.

5. Conclusão

A transferência paralela requer mais conexões entre o registrador transmissor e o

registrador receptor que a transferência serial. Essa diferença se torna muito

problemática quando um grande número de bits de informação está sendo transferido.

Essa é uma consideração importante quando os registradores de transmissão e recepção

estão distantes um do outro, visto que isso determina quantas linhas (fios) são

necessárias para a transmissão da informação.

A escolha entre a transmissão paralela ou serial depende das especificações da

aplicação em particular. Muitas vezes, é usada uma combinação dos dois tipos de

transferência para se obter a vantagem da velocidade proporcionada pela transferência

paralela e a economia e simplicidade da transferência serial.

6. Referências Bibliográficas

[1] Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer, Gregory L. Moss. Sistemas Digitais: princípios e

aplicações. 10ª Edição, São Paulo, Brasil, 2007.