Shift Register – Dịch Dữ Liệu Trong Mạch Số Như Thế Nào?

Hùng Vũ

Tue, 16 Dec 2025

Trong thiết kế mạch số, khi cần di chuyển dữ liệu tuần tự, bạn sẽ thường xuyên gặp một thành phần quen thuộc mang tên Shift Register. Dù cấu trúc đơn giản, nhưng Shift Register là một trong những module cốt lõi, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng như truyền dữ liệu, lưu trữ tạm thời, nén/giải mã bit, và điều khiển logic nối tiếp.

1.   Shift Register là gì?

Shift Register là một chuỗi các Flip-Flop được kết nối với nhau theo kiểu nối tiếp, sao cho bit dữ liệu được dịch dần từ Flip-Flop này sang Flip-Flop kế tiếp. Việc dịch bit xảy ra đồng bộ với xung clock, và hướng dịch có thể được kiểm soát bằng tín hiệu điều khiển.

2.   Phân loại các loại Shift Register phổ biến

1. Shift Left Register (dịch trái)
   Dữ liệu trong thanh ghi được dịch sang trái, nghĩa là bit ở vị trí thấp sẽ được đẩy sang vị trí cao hơn trong mỗi chu kỳ clock.
   → Thường dùng trong các thao tác nhân nhị phân, hoặc truyền dữ liệu từ trái sang phải trong bus nối tiếp.
2. Shift Right Register (dịch phải)
   Ngược lại, dữ liệu được dịch sang phải, bit cao được đẩy sang bit thấp.
   → Ứng dụng phổ biến trong chia nhị phân, giải mã nối tiếp, hoặc chuyển đổi tín hiệu tuần tự thành song song.
3. Bidirectional Shift Register (dịch hai chiều)
   Đây là loại thanh ghi có thể dịch trái hoặc dịch phải, tùy theo tín hiệu điều khiển.
   → Phù hợp với các tình huống cần xử lý dữ liệu linh hoạt, như trong các hệ thống xử lý tín hiệu có chiều dữ liệu thay đổi.
4. Circular (Rotating) Register (dịch xoay vòng)
   Khi bit cuối cùng quay vòng trở lại đầu, ta gọi đó là dịch vòng.
   → Thường được sử dụng trong tạo mẫu sóng tuần hoàn, hiệu ứng LED chạy vòng, hoặc để xây dựng các bộ tạo sóng đặc biệt.

3.   Ứng dụng thực tế của Shift Register

• Truyền dữ liệu nối tiếp: Đặc biệt trong các giao thức như SPI, UART, Shift Register là cầu nối giữa dữ liệu song song và dữ liệu nối tiếp.
• Xử lý dữ liệu bit: Trong các thuật toán nén hoặc mã hoá dữ liệu, việc dịch bit đóng vai trò trung tâm.
• Tạo hiệu ứng điều khiển LED hoặc sóng PWM: Dịch dữ liệu để điều khiển các dải LED hoặc tạo xung PWM có chu kỳ thay đổi.
• Lưu trữ dữ liệu tạm thời: Giữ tạm dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định, dùng trong pipeline hoặc bộ nhớ đệm.

4.   Mẹo học và nắm vững Shift Register

• Vẽ sơ đồ dịch bit để hình dung rõ ràng cách dữ liệu di chuyển qua từng chu kỳ clock.
• Chạy mô phỏng để quan sát trực tiếp các biến đổi trạng thái khi thay đổi đầu vào, clock, và reset.
• Kết hợp Shift Register với FSM (Finite State Machine) để xây dựng các bộ điều khiển logic nối tiếp có tính tự động cao.

5.   Kết luận

Shift Register là một công cụ cực kỳ mạnh mẽ và linh hoạt trong thiết kế số. Chỉ với vài phần tử Flip-Flop kết nối tuần tự, bạn đã có thể xây dựng các hệ thống từ đơn giản như LED chạy vòng, đến phức tạp như giao thức truyền thông nối tiếp.
Hiểu và làm chủ Shift Register không chỉ giúp bạn giải quyết nhanh các bài toán thiết kế thực tế mà còn mở đường cho các khái niệm nâng cao hơn trong RTL Design, SoC Integration, và Hardware Signal Processing.