Registros de Desplazamiento Serial-Entrada, Paralelo-Salida: Conversión de Datos Seriales a Paralelos para Expansión Eficiente de E/S

Un registro de desplazamiento serial-entrada, paralelo-salida (SIPO) comparte el núcleo de desplazamiento de datos de su homólogo serial-entrada, serial-salida, pero expone cada etapa interna como un pin de salida independiente. Esto lo convierte en una solución ideal para convertir una única línea de datos serial en múltiples salidas paralelas.

Funcionamiento

Cuando se introducen cuatro bits de forma serial en el dispositivo, un pulso de reloj por bit desplaza los datos a través de etapas sucesivas. Tras el cuarto pulso, los cuatro bits aparecen simultáneamente en las salidas Q_A a Q_D:

Este mecanismo sencillo se visualiza a menudo como un registro serial-entrada, serial-salida con puntos de toma en cada etapa.

Serial-Entrada, Paralelo-Salida vs. Serial-Entrada, Serial-Salida

Los fabricantes suelen ofrecer dispositivos SIPO de hasta 8 bits de ancho, ya que una salida paralela más amplia requeriría un número impráctico de pines. En cambio, los registros de desplazamiento serial-entrada, serial-salida pueden superar los 8 bits, alcanzando hasta 64, y se utilizan cuando solo se necesita una única línea serial.

El dispositivo se borra mediante la entrada CLR activa en bajo, que reinicia todos los flip-flops internos antes de cargar nuevos datos.

CIs SIPO Comunes de Texas Instruments

• SN74ALS164A – Registro de desplazamiento SIPO de 8 bits
• SN74AHC594 – SIPO de 8 bits con registro de salida
• SN74AHC595 – SIPO de 8 bits con registro de salida y salidas tri-estado
• CD4094B – Registro de desplazamiento con latch de 8 bits (3-15 VCC)

La arquitectura interna del 74AHC594 cuenta con dos relojes separados: SRCLK para el registro de desplazamiento y RCLK para el registro de salida. Esta separación permite que la salida permanezca estable mientras se desplazan nuevos datos, lo cual es crítico al controlar relés, motores u otros actuadores.

Después de que los datos se han desplazado al registro superior de 8 bits, un flanco de subida en RCLK atrapa los datos en el registro de salida, manteniendo las salidas inalteradas durante los desplazamientos posteriores.

De forma similar, el 74AHC595 sustituye el clear del registro de salida por una habilitación de salida OE, proporcionando un buffer tri-estado que puede desconectarse durante el encendido del sistema.

Aplicaciones Prácticas

En sistemas reales, los registros de desplazamiento SIPO se utilizan para controlar pantallas remotas, indicadores LED u otros dispositivos de entrada paralela desde un microcontrolador con pines de E/S limitados. Por ejemplo, un sistema de alarma puede enviar datos seriales a un panel remoto, donde el SIPO expande los datos en ocho salidas LED.

Utilizando solo cinco hilos —reloj, datos seriales, strobe (o RCLK), alimentación y tierra—, el número de conexiones físicas entre la placa principal y el panel remoto se reduce drásticamente, mejorando la fiabilidad y simplificando la gestión de cables.

Para pantallas o arrays de actuadores más grandes, pueden cascadearse múltiples dispositivos SIPO. La salida Q_H del primer registro alimenta la entrada SER del siguiente, mientras que los pines SRCLK y RCLK se conectan en común.

Los indicadores LED suelen multiplexarse usando registros SIPO, permitiendo que una única entrada serial controle muchos segmentos o dígitos sin necesidad de un pin dedicado por LED.

En resumen, los registros de desplazamiento serial-entrada, paralelo-salida proporcionan una forma rentable y escalable de expandir salidas paralelas desde un flujo de datos serial, haciéndolos indispensables en el diseño de sistemas embebidos.

Hojas de Trabajo Relacionadas

• Hoja de Trabajo de Registros de Desplazamiento