Сдвиговые регистры 75HC595 в ардуино

Сдвиговые регистры в Arduino (74hc595)

Сдвиговые регистры – очень нужная и популярная вещь во многих проектах. Они позволяют размножить выходы вашего контроллера, что очень полезно, когда в реальном проекте вы нагрузите mega328 экраном, клавиатурой и другой периферией. Немного изучим теорию работы этого элемента, соберём простой скетч, а потом по графикам будет понятен алгоритм работы. Взглянем на выводы нашей микросхемы.

Распиновка 74HC595 выводы

Микросхема работает по интерфейсу SPI, и разобраться в логике её работы совсем не сложно. Внутри есть три основных блока. Первый – это сдвиговый регистр. Данные приходят сюда через DS пин, и также могут уходить далее через Q7′ (последовательный выход данных). DSэто последовательный вход данных, данные мы можем посылать бесконечно, и они будут идти паровозиком до самого последнего регистра в цепочке (если их много). Правда есть один нюанс, подавая данные, на входе DS, мы должны обязательно обеспечивать наличие синхроимпульсов на входе (SH_CP – shift register clock input). Далее на схеме мы видим регистр хранения, вот он то как-раз и представляет наибольшую ценность, ведь он связан с параллельным 8-разрядным выходом. Как не трудно догадаться, заставляет эти данные появится на выходе пин ST_CP (storage register clock input) – вход для синхроимпульсов регистра хранения. Именно подавая сюда логическую 1, мы заставим данные отправиться на выходы Q0-Q7. Нужно уточнить, что предыдущие данные хранятся, пока не поступит очередная команда на ST_CP.

блок схема 74hc595 и принцип работы

Естественно микросхему нужно запитать, для этого используются два пина VCC – напряжение питания и GND – земля. Осталось два странных вывода, это OE (Output Enable) – сигнал разрешения выхода, для нас логично его включить, а для этого подадим на него отрицательное значение. Выход MR (master reset) используется для перезагрузки. Для нашей задачи перезагрузка не нужна, поэтому подтянем его к питанию.
На основе полученных данных, соберём простую схему из двух регистров 74HC595.

Смотрите также:  Матричная клавиатура на arduino. Опрос кнопок
Соединение двух сдвиговых регистров 74HC595 схема

Можно воспользоваться стандартными средствами библиотеки Arduino, но мы напишем более простой код, который даст понимание работы. Нам потребуется три вывода с микроконтроллера (из которых получим целых 16!), обозначим их:

#define sh_cp 4  
#define st_cp 5 
#define ds 6 

И назначим их на выход:

void setup() {
pinMode(sh_cp, OUTPUT); 
pinMode(st_cp, OUTPUT); 
pinMode(ds, OUTPUT); 
}

Теперь нужно выполнить команды, которые отправят данные на вход, и затем выведут их в параллельный 8 разрядный выход . Нужно проверить пин ST_CP, что он находится в 0, потому что при 1, мы получим вывод данных, что нам пока ни к чему. 0 будем удерживать до тех пор, пока не запишем все данные в регистр

void loop() {
digitalWrite(st_cp, LOW);

Следующим этапом, нужно загрузить данные в сдвиговый регистр. Для этого нам нужно подать данные на DS (data pin) и подать синхроимпульс SH_CP (clock pin). Можно просто чередовать “0” и “1”.

digitalWrite(ds, HIGH);     // Подаём данные (1)
digitalWrite(sh_cp, LOW);   // Вывод синхроимпульса в 0
digitalWrite(sh_cp, HIGH);  // Вывод синхроимпульса в 1

Логическая 1 загружена! Предлагаю попробовать последовательность 11001100. Остальные 7 бит загрузить не составит труда

digitalWrite(ds, HIGH);    // 1
digitalWrite(sh_cp, LOW);
digitalWrite(sh_cp, HIGH);

digitalWrite(ds, LOW);    // 0
digitalWrite(sh_cp, LOW);
digitalWrite(sh_cp, HIGH);

digitalWrite(ds, LOW);    // 0
digitalWrite(sh_cp, LOW);
digitalWrite(sh_cp, HIGH);

digitalWrite(ds, HIGH);    // 1
digitalWrite(sh_cp, LOW);
digitalWrite(sh_cp, HIGH);

digitalWrite(ds, HIGH);    // 1
digitalWrite(sh_cp, LOW);
digitalWrite(sh_cp, HIGH);

digitalWrite(ds, LOW);    // 0
digitalWrite(sh_cp, LOW);
digitalWrite(sh_cp, HIGH);

digitalWrite(ds, LOW);    // 0
digitalWrite(sh_cp, LOW);
digitalWrite(sh_cp, HIGH);

Теперь насколько вы помните из теории, нам нужно переместить загруженные данные на 8 разрядный выходной каскад. Для этого мы подадим логическую единицу на ST_CP и сделаем небольшую задержку.

digitalWrite(st_cp, HIGH);
delay(500);

Проверим в симуляторе, что у нас получилось. На светодиодах должна отобразиться последовательность 11001100. Получилось грубо говоря 00110011, т.е. наоборот, но это и логично, ведь начало последовательности по мере загрузки в регистр оказалась в конце, поэтому с этим нужно быть внимательным.

Смотрите также:  Игральный кубик (кости) на Arduino. Random числа
Демонстрация работы сдвигового регистра в Arduino

Если посмотреть на осциллограмму, то принцип работы становится очень понятным. Каждый бит данных DS, подтверждается синхроимпульсом SH, а в конце загрузки последовательности, мы выводим данным на выводы Q0-Q7, с помощью подачи логической 1 на вывод ST.

Осциллограмма работы сдвигового регистра 74HC595

Чтобы не страдать с таким длинным кодом в arduino есть простая команда ShiftOut(). В этой команде помимо последовательного вывода данных на пин DS (data pin) , производится подача синхроимпульса на вывод SH_CP (clock Pin). Сам синтаксис команды выглядит так:

shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value)

Ещё есть порядок вывода данных – bitOrder: MSBFIRST или LSBFIRST. (Старший значащий бит будет загружен первым или наоборот – наименее значимый бит первым). Сначала рассмотрим MSBFIRST, как наиболее часто применимый. Выполняя данную команду два раза подряд (так как у нас два регистра) без подтверждения вывода на ST_CP, оба регистра заполняются полностью. Делаем мы это, для того, чтобы проверить как работают последовательно соединённые регистры.

digitalWrite(st_cp, LOW);
shiftOut(ds, sh_cp, MSBFIRST, 0b01100110); 
shiftOut(ds, sh_cp, MSBFIRST, 0b01100101);

А вот после заполнения данных можно сделать и вывод данных, переведя вывод ST_CP в высокий уровень, и в этот момент данные отправятся на выходы Q0-Q7 обеих регистров.

digitalWrite(st_cp, HIGH);

В это легко убедиться в программе PROTEUS, посмотрев диаграмму и результат свечения светодиодов. Выше мы отправили последовательность двоичных символов 0b01100110 и 0b01100101.

Смотрите также:  Глаза робота 12x12
Пример работы сдвиговых регистров на arduino

Точно также наглядно видно работу сдвиговых регистров, соединённых уже последовательно. Данные через Q7″ после первых 8 бит, просто пошли на следующий сдвиговый регистр, а ST соединён параллельно, и активировал выход данных на обеих регистрах сразу.

Осциллограмма работы сдвигового регистра

Также можно попробовать другой порядок выводы данных – LSBFIRST (наименее значимый бит первым).

digitalWrite(st_cp, LOW);
shiftOut(ds, sh_cp, LSBFIRST, 0b01100110);
shiftOut(ds, sh_cp, LSBFIRST, 0b01100101);
digitalWrite(st_cp, HIGH);

Всё тоже самое, но в каждом регистре диоды горят наоборот. В зависимости от задачи, можно пользоваться и тем, и тем методом.

Осциллограмма.

Осциллограмма работы сдвигового регистра Arduino

Сдвиговые регистры, а в частности распространённый 74HC595 – отличный способ недорого увеличить количество выходов микроконтроллера. Конечно у него есть ограничения, например суммарный ток, и ток на каждый отдельно взятый вывод, что не позволяет управлять с помощью него относительно мощной нагрузкой. Но эти проблемы можно обойти транзисторными ключами, реле или применением сдвиговых регистров с парой Дарлингтона на выходном каскаде.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *