當(dāng)我們在搭建arduino項(xiàng)目時(shí)，時(shí)常因?yàn)樾枰尤氚粹o、傳感器、舵機(jī)、LED等而遇到I/O口不足的問題，此時(shí)就需要使用到74HC595。
74HC595是一個(gè)8位串行輸入、并行輸出（SIPO,Serial-In-Parallel-Out）的移位寄存器。其具有8個(gè)輸出引腳，而只需要3個(gè)輸入引腳。并可以串接多個(gè)IC實(shí)現(xiàn)更多輸出引腳需求。
引腳圖
74HC595引腳圖
GND | 連接到Arduino的GND |
VCC | 連接到Arduino的5V |
SER | 串行輸入，用于向移位寄存器存入數(shù)據(jù)，一次一位（bit) |
SRCLK | 移位寄存器時(shí)鐘，74HC595由上升沿驅(qū)動(dòng)，當(dāng)向移位寄存器寫入數(shù)據(jù)時(shí)，SRCLK必須為高電平。 |
RCLK(latch) | 鎖存器時(shí)鐘，高電平時(shí)，移位寄存器的內(nèi)容拷貝到鎖存寄存器，同時(shí)表現(xiàn)為輸出。Latch相當(dāng)于一個(gè)閥門。 |
SRCLR | 低電平有效?？梢砸淮涡詫⒁莆患拇嫫魉?span id="q6r6y0b" class="wpcom_tag_link">位置為0。通常情況此引腳連接高電平。 |
OE | 低電平有效。高電平時(shí)輸出引腳禁用或?yàn)楦咦钁B(tài)。低電平時(shí)輸出引腳正常工作。 |
QA-QH | 輸出引腳，可以連接LED或者7段數(shù)碼管 |
QH‘ | 可用于串接74HC595。當(dāng)此引腳連接到SER引腳，并同時(shí)給2個(gè)IC同樣的時(shí)鐘，則可認(rèn)為是一個(gè)具有16個(gè)輸出的IC。在保證電源供應(yīng)的情況下，可以串接多個(gè)IC。 |
工作原理
74HC595具有2個(gè)寄存器（可理解為2個(gè)存儲容器），每個(gè)可以存儲8位（bit）數(shù)據(jù)。
- 一個(gè)叫做移位寄存器，用于接收輸入數(shù)據(jù)。
- 當(dāng)74HC595接收到時(shí)鐘脈沖時(shí)：
- 移位寄存器中的位置向左移動(dòng)一位。
- 移位寄存器的Bit0（右邊第一位）接收當(dāng)前DATA引腳的數(shù)據(jù)，如果脈沖上升沿時(shí)data引腳為高電平則為1并寫入移位寄存器，反之則為0。
- 當(dāng)使能（高電平）RCLK(latch)引腳時(shí)，移位寄存器中的數(shù)據(jù)會拷貝到第二個(gè)寄存器，存儲（鎖存）寄存器。其每個(gè)位（bit）均對應(yīng)連接到QA-QH輸出引腳，因此當(dāng)存儲（鎖存）寄存器中內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的表現(xiàn)在輸出引腳上。
移位寄存器和鎖存寄存器原理圖
實(shí)驗(yàn)1：使用Arduino和74HC595控制LED
實(shí)驗(yàn)材料
- 5mm LED *8
- 220歐電阻 *8
- 74HC595芯片 *1
- 面包板 *1
- Arduino Uno R3 *1
- 杜邦線 若干
面包板視圖
Arduino代碼
int latchPin = 5; //RCLK int clockPin = 6; // SRCLK int dataPin = 4; // SER byte leds = 0; void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(latchPin, OUTPUT); pinMode(clockPin, OUTPUT); pinMode(dataPin, OUTPUT); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: leds = 0; // all leds off updateShiftReg(); delay(500); for(int i=0; i<8; i++){ bitSet(leds, i); updateShiftReg(); delay(500); } } void updateShiftReg(){ digitalWrite(latchPin, LOW); shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds); digitalWrite(latchPin, HIGH); } |
代碼解析
byte leds = 0; |
byte數(shù)據(jù)類型為8位（bit)，剛好能對應(yīng)8個(gè)輸出以及8個(gè)led。
bitSet(leds, i); |
bitSet(x, n)：設(shè)置變量的某一位（位置為1）。
- X：要設(shè)置位的變量
- n：要設(shè)置變量的哪一位，從最右邊0開始為最低有效位。
updateShiftReg(); |
updateShiftReg()函數(shù)首先將latch鎖存引腳置為低電平，然后調(diào)用shiftOut()移位函數(shù)，然后再將latch鎖存引腳置為高電平實(shí)現(xiàn)輸出。
shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds); |
shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value)函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)每次調(diào)用時(shí)對寄存器進(jìn)行移位操作。
- 參數(shù)1和2位數(shù)據(jù)和時(shí)鐘。
- 參數(shù)3指定從數(shù)據(jù)的那一端開始，如果從最右邊的位開始向左移，則稱為“Least Significant Bit First”(LSBFIRST)。反之則從左邊的位開始向右移，則稱為Most Significant Bit First”(MSBFIRST)。
- 參數(shù)4為實(shí)際需要進(jìn)入移位寄存器的數(shù)據(jù)。允許的數(shù)據(jù)類型：byte。
實(shí)驗(yàn)二：使用PWM控制LED的亮度
原理：
通過控制IC的OE引腳來控制LED的亮度。OE（Output Enable）引腳位低電平有效，高電平時(shí)位禁止輸出，低電平時(shí)為正常輸出。當(dāng)通過analogWrite() 函數(shù)使用PWM控制，則可以實(shí)現(xiàn)LED的亮度調(diào)節(jié)。
實(shí)際再PWM的高電平時(shí)，OE引腳會短暫的金庸IC輸出，但此過程高于人眼所能感知的頻率，因此能實(shí)現(xiàn)亮度明暗的變化。
面包板視圖
Arduino代碼
int latchPin = 5; //RCLK int clockPin = 6; // SRCLK int dataPin = 4; // SER int oePin = 3; // OE Ctrl PWM byte leds = 0; void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(latchPin, OUTPUT); pinMode(clockPin, OUTPUT); pinMode(dataPin, OUTPUT); pinMode(oePin, OUTPUT); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: setBright(255); leds = 0; // all leds off updateShiftReg(); delay(500); for(int i=0; i<8; i++){ bitSet(leds, i); updateShiftReg(); delay(500); } for(byte br=255; br>0; br–){ setBright(br); delay(50); } } void updateShiftReg(){ digitalWrite(latchPin, LOW); shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds); digitalWrite(latchPin, HIGH); } void setBright(byte br){ analogWrite(oePin, 255-br); } |
實(shí)踐：注意確認(rèn)引腳連接無誤后再接通電源
視頻：文章修改時(shí)無法添加視頻
