Verwendung von Schieberegister

By | 5. Februar 2017

Ein Schieberegister ist eine logische Schaltung, die mehrstellige binäre Signale taktgesteuert aufnehmen, speichern und wieder abgeben kann. Schieberegister ermöglichen die Transformation serieller Daten in parallele Daten und umgekehrt. Sie bestehen im Grunde aus hintereinander geschalteten D- oder JK-FlipFlops. Die Takteingänge aller Stufen werden zusammengeschaltet und über einen gemeinsamen Takt versorgt. Da ein Flip-Flop nur ein Bit speichern kann, müssen je nach Anwendung mehrere Flip-Flops zu einem Schieberegister zusammengeschaltet werden. Bei dem weit verbreiteten IC vom Typ 74HC595 beispielsweise sind 8 FlipFlops integriert, so kann man mit lediglich 3 Arduino-Pins 8 Ausgangspins ansteuern.

SR1

Die Funktionsweise eines Schieberegisters kann man sich wie folgt vorstellen: Ein serieller Datenstrom wird über eine Datenleitung an den Daten-Pin DS des Bausteins übertragen. Das am Daten-Pin DS anliegende Bit kann über einen Pegelwechsel von LOW nach HIGH am sogenannten ShiftClock-Pin (SHCP) in den Zwischenspeicher geschoben werden. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, bis der Zwischenspeicher voll ist oder genügend Daten aufgenommen wurden. Sobald ein Pegelwechsel von LOW nach HIGH am sogenannten StoreClock-Pin (STCP) erfolgt, werden alle Daten aus dem Zwischenspeicher an die Ausgangs-Pins übertragen.

Die Funktionsweise kann mit folgendem Arduino Programm (das ich aus dem Blog von Adi Dax übernommen habe) getestet und nach empfunden werden:

Damit kann man die Anzahl der Ausgänge auf eine elegante Art erweitern. Insbesondere die Möglichkeit, mehrere Schieberegister Bausteine hinter einander zu schalten, schafft eine große Flexibilität in Sachen Steuerung.

Board mit 24 Ausgängen

Als Beispiel für die Möglichkeiten mehr als 8 Ausgänge zu steuern, habe ich eine Schaltung mit 3 IC 74595 entwickelt. Aufgebaut als Experimentierplattform für den Arduino und entsprechenden Anschlussmöglichkeiten auf einer Lochrasterplatine prototypisch umgesetzt.

 

Damit stehen nun 24 Ausgabe-Register zur Verfügung die nach dem oben beschriebenen Prinzip angesteuert werden können. Die Schaltung ist nicht kompliziert, nur etwas aufwendig von Hand zu verdrahten und nach folgendem Prinzip aufgebaut:

Bildschirmfoto 2015-03-27 um 04.22.08

Die Ansteuerung erfolgt wie bei einem einzelnen Schaltkreis d.h. alle Steuersignale werden parallel an alle ICs angeschlossen. Nur die DS-Leitungen der zweiten und folgenden Schieberegister werden kaskadiert.