描述

嘿，怎么了，伙計(jì)們！來(lái)自 CETech 的Akarsh。

您是否曾經(jīng)因?yàn)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>微控制器上的 GPIO 引腳數(shù)量有限而陷入任何項(xiàng)目之間？這是一個(gè)非常煩人且令人沮喪的情況，可能會(huì)成為您項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的障礙。但不要擔(dān)心，因?yàn)槲覀冇心鷨?wèn)題的答案，那就是 74HC595 移位寄存器 IC。單個(gè) 74HC595 IC 可用于向 8 個(gè)不同的點(diǎn)提供輸出，除此之外，我們還可以連接多個(gè)這些 IC，并使用它們來(lái)控制大量設(shè)備，只需消耗微控制器的 3 個(gè) GPIO 引腳。

在本教程中，我們將介紹 74HC595 移位寄存器 IC 的工作原理，最后，我們還將通過(guò)一個(gè)小項(xiàng)目了解 IC 的工作原理。

所以讓我們直接進(jìn)入它。

為您的項(xiàng)目制造 PCB

?

如果您需要制造或組裝 PCB，請(qǐng)務(wù)必檢查 PCBGOGO。他們歡迎您的 PCB 原型訂單：PCB 制造訂單數(shù)量從 5PCS 和 PCB 組裝訂單數(shù)量從 1PC。

PCBGOGO高度專注于從原型到批量生產(chǎn)的快速PCB制造和PCB組裝。他們擁有三個(gè) ISO 9001:2015 制造工廠，所有制造的 PCB 和組裝的 PCB 都是高質(zhì)量的，并通過(guò)了 UL、REACH 和 RoHS 認(rèn)證。截止目前，PCBGOGO每天可完成3000+個(gè)PCB制造組裝訂單，累計(jì)客戶已達(dá)100,000+。

你很幸運(yùn)能讀到這篇項(xiàng)目文章，因?yàn)榇藭r(shí)，PCBGOGO迎來(lái)了它的五周年。如果您訂購(gòu)PCB 制造和 PCB 組裝，他們的客戶將獲得很大的折扣（最高 150 美元）和令人難忘的紀(jì)念品。讓我們期待PCBGOGO的奇跡。活動(dòng)時(shí)間：2020 年 8 月 25 日至 9 月 25 日。

關(guān)于74HC595移位寄存器

?

一個(gè) 74HC595 移位寄存器是一個(gè) 16 引腳 SIPO IC。SIPO 代表串行輸入和并行輸出，這意味著它一次輸入一位串行輸入，并在所有輸出引腳上并行或同時(shí)提供輸出。我們知道移位寄存器通常用于存儲(chǔ)目的，這里使用了寄存器的屬性。數(shù)據(jù)通過(guò)串行輸入引腳滑入并進(jìn)入第一個(gè)輸出引腳并保持在那里，直到另一個(gè)輸入進(jìn)入 IC到第一個(gè)引腳。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到 IC 的存儲(chǔ)未滿，即直到接收到 8 個(gè)輸入。但是，當(dāng) IC 存儲(chǔ)在收到第 9 個(gè)輸入后立即變滿時(shí)，第一個(gè)輸入通過(guò) QH' 如果有另一個(gè)移位寄存器通過(guò) QH' 引腳以菊花鏈方式連接到當(dāng)前寄存器，則數(shù)據(jù)將移至該寄存器，否則它會(huì)丟失并且傳入數(shù)據(jù)通過(guò)滑動(dòng)先前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)入。這個(gè)過(guò)程被稱為溢出。該 IC 僅使用 3 個(gè) GPIO 引腳連接到微控制器，因此通過(guò)僅使用微控制器的 3 個(gè) GPIO 引腳，我們可以通過(guò)將多個(gè)這些 IC 相互連接來(lái)控制無(wú)限設(shè)備。

使用移位寄存器的真實(shí)示例是“原始任天堂控制器”。任天堂娛樂(lè)系統(tǒng)的主控制器需要連續(xù)按下所有按鈕，它使用移位寄存器來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)。

IC的工作

?

74HC595 有兩個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器只有 8 位數(shù)據(jù)。第一個(gè)稱為移位寄存器。移位寄存器位于 IC 電路的深處，安靜地接受輸入。

每當(dāng)我們對(duì)其應(yīng)用時(shí)鐘脈沖時(shí)，都會(huì)發(fā)生兩件事：

• 移位寄存器中的位向左移動(dòng)一步。例如，位 7 接受之前位 6 中的值，位 6 獲取位 5 的值，等等。
• 移位寄存器中的位 0 接受 DATA 引腳上的當(dāng)前值。在脈沖的上升沿，如果數(shù)據(jù)引腳為高電平，則將 1 推入移位寄存器。否則為 0。

在啟用鎖存器引腳時(shí)，移位寄存器的內(nèi)容被復(fù)制到第二個(gè)寄存器，稱為存儲(chǔ)/鎖存器寄存器。存儲(chǔ)寄存器的每一位都連接到 IC 的輸出引腳 QA-QH 之一，因此通常情況下，當(dāng)存儲(chǔ)寄存器中的值發(fā)生變化時(shí)，輸出也會(huì)發(fā)生變化。

簡(jiǎn)而言之，我們可以說(shuō) IC 的輸入在時(shí)鐘周期的上升沿被接受，但它們僅在啟用鎖存器時(shí)存儲(chǔ)，因此要看到輸出變化，我們也必須啟用鎖存器。

74HC595引腳圖

?

盡管該 IC 有多種型號(hào)和型號(hào)可供選擇，但我們將在此討論德州儀器 SN74HC595N IC 的引腳排列。有關(guān)此 IC 的更多詳細(xì)信息，您可以從此處參考其數(shù)據(jù)表。

移位寄存器 IC 具有以下引腳：-

1）GND -該引腳連接到微控制器的接地引腳或電源

2）Vcc -該引腳連接到微控制器的 Vcc 或電源，因?yàn)樗且粋€(gè) 5V 邏輯電平 IC。5V電源更適合它。

3)SER-串行輸入引腳數(shù)據(jù)通過(guò)該引腳串行輸入，即一次輸入一位。

4)SRCLK-它是移位寄存器時(shí)鐘引腳。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)該引腳施加時(shí)，該引腳用作移位寄存器的時(shí)鐘。由于 IC 是上升沿觸發(fā)的，因此要將位移入移位寄存器，該時(shí)鐘需要為高電平。

5）RCLK -它是寄存器時(shí)鐘引腳。這是一個(gè)非常重要的引腳，因?yàn)闉榱擞^察連接到這些 IC 的設(shè)備上的輸出，我們需要將輸入存儲(chǔ)到鎖存器中，為此，RCLK 引腳需要為高電平。

?

6)SRCLR-它是移位寄存器清除引腳。每當(dāng)我們需要清除移位寄存器的存儲(chǔ)時(shí)使用它。它立即將存儲(chǔ)在寄存器中的元素設(shè)置為 0。它是一個(gè)負(fù)邏輯引腳，因此每當(dāng)我們需要清除寄存器時(shí)，我們需要在該引腳上應(yīng)用一個(gè)低電平信號(hào)，否則它應(yīng)該保持在高電平。

7)OE-它是輸出使能引腳。它是一個(gè)負(fù)邏輯引腳，只要該引腳設(shè)置為高電平，寄存器就會(huì)設(shè)置為高阻抗?fàn)顟B(tài)，并且不會(huì)傳輸輸出。要獲得輸出，我們需要將此引腳設(shè)置為低電平。

8) QA-QH - 這些是輸出引腳，需要連接到某種輸出，如 LED 和七段顯示器等。

9）QH' -這個(gè)引腳在那里，如果我們將此 QH' 連接到另一個(gè) IC 的 SER 引腳，我們可以菊花鏈這些 IC，并為兩個(gè) IC 提供相同的時(shí)鐘信號(hào)，它們的行為就像一個(gè)具有 16輸出。當(dāng)然，這種技術(shù)并不僅限于兩個(gè) IC——如果你有足夠的電源供所有它們使用，你可以菊花鏈任意數(shù)量的。

使用 IC 控制 8 個(gè) LED

初始狀態(tài)

?

因此，現(xiàn)在我們了解了 IC 的工作原理及其操作，因此，我們現(xiàn)在可以繼續(xù)進(jìn)行演示，了解如何在電路中使用它，這樣我們也將能夠了解它的工作原理。

我們要做的是通過(guò)這個(gè) IC 控制 8 個(gè) LED 以及不同的 ON-OFF 狀態(tài)，并提供輸入來(lái)查看寄存器的移位機(jī)制。

連接電路的步驟如下：-

1) 將 IC 的 Vcc 和 GND 引腳（8 號(hào)和 16 號(hào)引腳）連接到電源的 Vcc 和 GND。

2) 將 SRCLR 引腳（引腳 10）連接到 5V 電源，將 OE 引腳（引腳 13）連接到 GND 引腳。

3) 將 LED 連接到輸出引腳 QA-QH（QA=Pin No. 15 和 QB-QH=Pin No. 1 到 Pin No. 7）確保 LED 以連接第一個(gè) LED 的順序連接到 QA 引腳，最后一個(gè)連接到 QH 引腳。

4) 現(xiàn)在我們需要將三個(gè)按鈕連接到 IC 的 SRCLK、RCLK 和 SER 引腳，它們分別是引腳號(hào) 11、12 和 14。應(yīng)根據(jù)上圖所示的電路圖進(jìn)行連接。這些用于在輸入端發(fā)送高時(shí)鐘脈沖和邏輯電平一。

輸入零后

?

隨著電路完成，我們將看到 LED 將按照先前存儲(chǔ)在寄存器中的順序打開(kāi)，它可以是任何隨機(jī)序列，也可以全為零。就我而言，它是 01111000，其中零表示關(guān)閉，一表示開(kāi)啟。

現(xiàn)在，為了首先發(fā)送邏輯電平零，我們需要按下連接到 SRCLK 輸入的按鈕，這將向寄存器發(fā)送一個(gè)零，因?yàn)?SER 引腳已經(jīng)處于零電平，但這不會(huì)顯示任何輸出，因?yàn)橐@得輸出，我們需要在 RCLK 引腳或鎖存器輸入上發(fā)送一個(gè) ONE，只要我們按下連接到該引腳的按鈕，我們將看到模式將更改為 00111100，即零從左側(cè)進(jìn)入，零從右側(cè)退出。

輸入 ONE 后

?

以類似的方式，如果我們想發(fā)送一個(gè) ONE 作為輸入，我們只需要按下連接到 SER 引腳的按鈕，在按住它的同時(shí)，我們需要按下連接到 SRCLK 引腳的按鈕，之后，我們可以將兩個(gè)按鈕保留為一個(gè)已經(jīng)發(fā)送，要在輸出上看到，我們需要按下 RCLK 按鈕，該按鈕將從左側(cè)推入一個(gè) ONE，并從右側(cè)彈出一個(gè) 0，從而形成序列 10011110。

74HC595與Arduino的一些應(yīng)用

該 IC 的應(yīng)用之一是控制七段顯示器，您可以從這里前往該項(xiàng)目頁(yè)面。?

下面列出了更多應(yīng)用程序：-

1）長(zhǎng)期持有數(shù)據(jù)

2) 串并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

3) 通用邏輯

4) 控制 LED

現(xiàn)在你可以走了

去抖問(wèn)題

?

因此，現(xiàn)在您已經(jīng)掌握了有關(guān)此 IC 及其工作的信息，您現(xiàn)在可以繼續(xù)使用此 IC 來(lái)解決 GPIO 引腳短缺的問(wèn)題。當(dāng)您需要控制大量 LED 和七段顯示器時(shí)，該 IC 是一個(gè)很好的工具。雖然它通常與微控制器一起使用，但您也可以在沒(méi)有它們的情況下使用它，但在后一種選項(xiàng)中，您可能會(huì)看到一個(gè)稱為去抖動(dòng)的錯(cuò)誤，這是在將多個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)送到寄存器而不是僅發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)引起的。這將發(fā)送多個(gè) ONE 或 ZERO，因此可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)意想不到的模式，但這并不值得擔(dān)心，因?yàn)樗谂c微控制器一起使用時(shí)不會(huì)發(fā)生。

希望你喜歡這個(gè)教程。