직렬 입력, 병렬 출력(SIPO) 시프트 레지스터: 효율적인 I/O 확장을 위한 직렬 데이터의 병렬 변환

개요

직렬 입력, 병렬 출력(SIPO) 시프트 레지스터는 직렬 입력, 직렬 출력(SISO) 시프트 레지스터와 동일한 데이터 시프팅 코어를 공유하지만, 모든 내부 단계를 별도의 출력 핀으로 노출합니다. 따라서 단일 직렬 데이터 라인을 여러 병렬 출력으로 변환하는 데 이상적인 솔루션입니다.

작동 원리

4비트 데이터가 장치에 직렬로 공급되면, 비트당 한 번의 클럭 펄스로 데이터가 연속된 단계를 통해 이동합니다. 네 번째 펄스 후, 4비트가 출력 Q_A부터 Q_D까지 동시에 나타납니다:

이 간단한 메커니즘은 각 단계에 탭 포인트가 있는 직렬 입력, 직렬 출력 레지스터로 시각화되는 경우가 많습니다.

SIPO와 SISO 비교

제조사들은 일반적으로 8비트 폭까지의 SIPO 장치를 제공합니다. 더 넓은 병렬 출력은 비현실적인 수의 핀을 필요로 하기 때문입니다. 반면, 직렬 입력, 직렬 출력 시프트 레지스터는 8비트를 초과하여 최대 64비트까지 가능하며, 단일 직렬 라인만 필요한 경우에 사용됩니다.

장치는 액티브 로우 CLR 입력으로 클리어되며, 새로운 데이터가 로드되기 전에 모든 내부 플립플롭을 리셋합니다.

텍사스 인스트루먼트(TI)의 대표적인 SIPO IC

• SN74ALS164A – 8비트 SIPO 시프트 레지스터
• SN74AHC594 – 출력 레지스터를 갖춘 8비트 SIPO
• SN74AHC595 – 출력 레지스터와 트라이스테이트 출력을 갖춘 8비트 SIPO
• CD4094B – 8비트 래칭 시프트 레지스터 (3~15 VDC)

74AHC594의 내부 아키텍처는 두 개의 별도 클럭을 특징으로 합니다: 시프트 레지스터용 SRCLK와 출력 레지스터용 RCLK입니다. 이 분리로 인해 새로운 데이터가 시프트 인되는 동안 출력이 안정적으로 유지되며, 이는 릴레이, 모터 또는 기타 액추에이터를 구동할 때 매우 중요합니다.

데이터가 상위 8비트 레지스터로 시프트된 후, RCLK의 상승 에지에서 데이터가 출력 레지스터로 래치되어 이후 시프트 동안 출력이 변경되지 않게 유지됩니다.

마찬가지로, 74AHC595는 출력 레지스터 클리어를 출력 인에이블 OE로 대체하여, 시스템 파워업 동안 분리될 수 있는 트라이스테이트 버퍼를 제공합니다.

실용적인 응용 분야

실제 시스템에서 SIPO 시프트 레지스터는 I/O 핀이 제한된 마이크로컨트롤러로부터 원격 디스플레이, LED 표시기 또는 기타 병렬 입력 장치를 구동하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 알람 시스템이 직렬 데이터를 원격 패널로 전송하면, SIPO가 데이터를 8개의 LED 출력으로 확장합니다.

클럭, 직렬 데이터, 스트로브(RCLK), 전원, 그라운드의 5선만 사용하면 메인 보드와 원격 패널 간의 물리적 연결 수를 대폭 줄여 신뢰성을 높이고 케이블 관리를 단순화할 수 있습니다.

더 큰 디스플레이나 액추에이터 어레이의 경우, 여러 SIPO 장치를 캐스케이드할 수 있습니다. 첫 번째 레지스터의 Q_H 출력이 다음 레지스터의 SER 입력으로 연결되고, SRCLK와 RCLK 핀은 함께 묶입니다.

LED 표시기는 SIPO 레지스터를 사용하여 멀티플렉싱되는 경우가 많으며, 이를 통해 전용 핀 없이 단일 직렬 입력으로 많은 세그먼트나 디지트를 제어할 수 있습니다.

요약하자면, 직렬 입력, 병렬 출력 시프트 레지스터는 직렬 데이터 스트림에서 병렬 출력을 확장하는 비용 효율적이고 확장 가능한 방법을 제공하여 임베디드 시스템 설계에서 필수적인 구성 요소입니다.

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