基礎知識 2022.05.5

シフトレジスタとは？わかりやすく解説

シフトレジスタとは、入力されたデータがレジスタ（記憶装置）内をシフト（移動）していくように作られた回路です。

言葉だけでは分かりにくいので、図を使ってできるだけ分かりやすく説明していきます。

この記事のアウトライン

シフトレジスタの仕組みと原理

8bitのシフトレジスタの場合、8個のデータの入れ物があると考えます。
ここに01001010というデータを順番に入れていきます。

データを入力するたびに前に入力したデータがシフトしてずれていきます。
こうして8bitのデータがレジスタ内に保存されます。

ちなみに、この状態で9個目のデータを入力すると、一番はじめに入力されたデータが消えます。
9個目に「1」を入力した場合、このようになります。

タイムチャートを使ってシフトレジスタの動きを説明していきます。

はじめにシフトレジスタICのブロック図を示します。

各端子の説明です。

シフトレジスタにデータを入力し、出力するまでの流れをタイミングチャートで説明していきます。

SIに入力するデータを01001010というシリアルデータとします。
最下位bit(一番右側の値)から順番に入力していきます。

データを入力後、SCKをLOWからHIGHに切り替えます。
SCKの立ち上がりエッジでSIのデータがレジスタに保存されます。

SCKを再びLOWに切り替えてから次のbitのデータをSIに入力します。
先程と同様にSCKを切り替えてレジスタにデータを保存します。
この時、直前に保存されたデータは次のレジスタへシフトされて保存されます。

この動きを繰り返して、SIに入力されたbit0～bit7の8つのデータをレジスタに保存します。

最後にRCKをLOWからHIGHに切り替えることで、レジスタに保存した値が出力に反映されます。

シフトレジスタはシリアルで入力されたデータをパラレルで出力することができます。
これをシリアル・パラレル変換（シリ・パラ変換）と言います。

つまり、シフトレジスタを使うことでマイコンなどのGPIOポートの使用数を節約することができるのです。
この図のように、8個のLEDをマイコンから直接駆動する場合はGPIOが8ポート使いますが、シフトレジスタを使えば3ポートで済みます。

シフトレジスタを使わない場合はGPIOを8ポート使用

シフトレジスタを使うとマイコンのGPIOは3ポートのみ

次回はシフトレジスタIC：74HC595を使って7セグLEDを制御する方法をご紹介します。