108个传感器之-移位寄存器 74HC595（50）

介绍

关于Arduino的好处之一是，它具有相当多的I/O口。您可以连接一些按钮，传感器，伺服器等，但是随着设备的增加，有可能很快就会用完引脚。

解决方案之一就是本文介绍的–移位寄存器，该寄存器使我们可以在Arduino（或任何微控制器）中添加更多的I/O引脚。到目前为止，最广泛使用的移位寄存器是74HC595，也称为“595”。

74HC595只用仅三个输入引脚控制八个不同的输出引脚。如果需要超过8个I/O引脚，则可以根据需要尽可能多的链来生成大量的I/O引脚。

工作原理

74HC595具有两个8位寄存器（可以将其视为“内存容器”）。第一个称为移位寄存器，第二个称为存储/闩锁寄存器。

每次74HC595收到时钟脉冲时，都会发生两件事：

• 移位寄存器中包含的位通过一个位置向左移动。位0的值将其推入位1，而位1的值则将其推入位2，依此类推。
• 移位寄存器中的位0接受数据引脚上的当前值。在时钟脉冲的上升边缘上，如果数据引脚高，则将1推入移位寄存器，否则为0。

只要74HC595被计时，这个过程就会继续。

启用闩锁引脚后，将移位寄存器的内容复制到存储/闩锁寄存器。存储寄存器的每个位均链接到IC的输出引脚之一QA-QH。结果，每当存储寄存器中的值更改时，输出就会更改。

下面的动画将帮助你更好地理解它。

Sipo vs Piso Shift寄存器

有两种类型的移位寄存器：SIPO（并行序列）和PISO（并行在串行中）。

SIPO可用于控制大量输出，例如LED。尽管PISO可用于收集大量输入，例如按钮，类似于上面讨论的原始 arduino 控制器。

最受欢迎的SIPO芯片是74HC595，最受欢迎的PISO芯片是74HC165。

引脚连接

SER（串行输入）引脚用于一次向移位寄存器发送一位数据。

SRCLK（移位寄存器时钟）是移位寄存器的时钟，由正沿触发。这意味着这些比特在时钟的上升沿被推入。

RCLK（寄存器时钟/锁存）是一个非常重要的引脚。当该引脚被拉高时，移位寄存器的内容被复制到存储/锁存寄存器中，最终出现在输出端。因此，锁存引脚可以看作是我们在输出端看到结果之前的最后一步。

SRCLR（移位寄存器清除）引脚允许我们重置整个移位寄存器，将所有位设置为零。因为这是一个活动低引脚，我们必须将SRCLR引脚拉低以执行重置。

OE（输出启用）也是一个低电平引脚：当拉高时，输出引脚被禁用（设置为高阻抗状态）。当它被拉低时，输出引脚正常工作。

QA–QH（输出启用）是输出引脚。

QH: 引脚输出移位寄存器的第7位。这允许您对74HC595进行链连接。如果将此引脚连接到另一个74HC595的SER引脚，并向两个IC提供相同的时钟信号，它们的行为就像一个具有16个输出的单个IC。当然，使用这种技术，您可以菊花链连接任意数量的IC。

将引脚16（VCC）和10（SRCLR）连接到Arduino的5V输出，引脚8（GND）和13（OE）连接到地。这应该使IC保持在正常工作模式。

接下来，连接将用于控制移位寄存器的三个引脚。将移位寄存器的引脚11（SRCLK）、引脚12（RCLK）和引脚14（SER）分别连接到Arduino的引脚6、5和4。

剩下的就是将LED连接到输出引脚。将每个LED的阴极（短引脚）连接到公共接地，将每个LED（长引脚）的阳极连接到其各自的移位寄存器输出引脚。

不要忘记串联一个220Ω的电阻器，以保护LED免受过载。

连接LED时，确保QA连接到第一个LED，QH连接到最后一个LED；否则，LED将不会以正确的顺序亮起！

下图显示了如何将所有内容连接起来。

arduino	74HC595
GND	8（GND）、13（OE）
5 V	16（vcc）、10（SRCLR）
pin 2	14（SER）
Pin 3	12（RCLK）
pin 4	11（SRCLK）

代码示例

#include <Arduino.h>

int latchPin = A4;      // Latch pin of 74HC595 is connected to Digital pin 5
int clockPin = A3;      // Clock pin of 74HC595 is connected to Digital pin 6
int dataPin = A2;       // Data pin of 74HC595 is connected to Digital pin 4

byte leds = 0;         // Variable to hold the pattern of which LEDs are currently turned on or off

void setup() 
{
  // Set all the pins of 74HC595 as OUTPUT
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);  
  pinMode(clockPin, OUTPUT);
}

void loop() 
{
  leds = 0;        // Initially turns all the LEDs off, by giving the variable 'leds' the value 0
  updateShiftRegister();
  delay(500);
  for (int i = 0; i < 8; i++)        // Turn all the LEDs ON one by one.
  {
    bitSet(leds, i);                // Set the bit that controls that LED in the variable 'leds'
    updateShiftRegister();
    delay(500);
  }
}

void updateShiftRegister()
{
   digitalWrite(latchPin, LOW);
   shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds);
   digitalWrite(latchPin, HIGH);
}

使用PWM控制亮度

#include <Arduino.h>
int latchPin = A5;           // Latch pin of 74HC595 is connected to Digital pin 5
int clockPin = 6;           // Clock pin of 74HC595 is connected to Digital pin 6
int dataPin = A4;            // Data pin of 74HC595 is connected to Digital pin 4
int outputEnablePin = A3;    // OE pin of 74HC595 is connected to PWM pin 3

byte leds = 0;              // Variable to hold the pattern of which LEDs are currently turned on or off

void setup() 
{
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);  
  pinMode(clockPin, OUTPUT);
  pinMode(outputEnablePin, OUTPUT); 
}

void loop() 
{
  setBrightness(255);
  leds = 0;                // Initially turns all the LEDs off, by giving the variable 'leds' the value 0
  updateShiftRegister();
  delay(500);
  for (int i = 0; i < 8; i++)        // Turn all the LEDs ON one by one.
  {
    bitSet(leds, i);                // Set the bit that controls that LED in the variable 'leds'
    updateShiftRegister();
    delay(500);
  }
  for (byte b = 255; b > 0; b--)        // Gradually fade all the LEDs back to off
  {
    setBrightness(b);
    delay(50);
  }
}

void updateShiftRegister()
{
   digitalWrite(latchPin, LOW);
   shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds);
   digitalWrite(latchPin, HIGH);
}

void setBrightness(byte brightness) // 0 to 255
{
  analogWrite(outputEnablePin, 255-brightness);
}

小结

待完善…