Ο τελικός οδηγός για το 74HC595: το αποτελεσματικό τσιπ καταχωρητή μετατόπισης 8-bit
2024-04-19 4057

Ένα μητρώο μετατόπισης είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί διαδοχική λογική για την αποθήκευση και τη μεταφορά δυαδικών δεδομένων.Πρόκειται για ένα αμφίδρομο κύκλωμα που μετακινεί κάθε κομμάτι δεδομένων από την είσοδο στην έξοδο σε κάθε παλμό ρολογιού.Υπάρχουν επί του παρόντος μια ποικιλία μοντέλων μητρώου μετατόπισης, μεταξύ των οποίων το 74HC595 είναι ένα τέτοιο σειριακό παράλληλο μητρώο μετατόπισης εξόδου.Η λειτουργία του είναι να μετατρέψει τα σειριακά σήματα σε παράλληλα σήματα και χρησιμοποιείται συνήθως σε μάρκες οδηγού για διάφορους ψηφιακούς σωλήνες και οθόνες μήτρας.Αυτό το άρθρο θα εισαγάγει τις συγκεκριμένες πληροφορίες όσον αφορά τις καρφίτσες και τις εφαρμογές.

74HC595 είναι μια σειριακή είσοδος 8-bit, παράλληλος καταχωρητής μετατόπισης εξόδου και η παράλληλη έξοδος της είναι μια έξοδος τριών καταστάσεων.Στην άκρη του SCK (σειριακό ρολόι), τα σειριακά δεδομένα εισάγονται στον εσωτερικό καταχωρητή μετατόπισης 8-bit μέσω του SDL (εισόδου σειριακών δεδομένων) και της εξόδου από τον ακροδέκτη Q7 '(άνω των σειριακών δεδομένων).Η παράλληλη έξοδος εμφανίζεται στην άνοδο της ακμής LCK (έλεγχος μανδάλωσης).Αυτή τη στιγμή, τα δεδομένα στον καταχωρητή μετατόπισης 8-bit είναι συνδεδεμένα στο καταχωρητή παράλληλης εξόδου 8-bit.Όταν το σήμα ελέγχου OE (Ενεργοποίηση εξόδου) είναι χαμηλό (κατάσταση ενεργοποίησης), η τιμή εξόδου του ακροδέκτη παράλληλης εξόδου είναι ίση με την τιμή που αποθηκεύεται στο μητρώο παράλληλης εξόδου.

- SN74HC595MPWREP

Το 74HC595 έχει συνολικά 16 ακίδες.Το συγκεκριμένο διάγραμμα PIN και οι λειτουργίες του έχουν ως εξής.

Ο ακροδέκτης SER είναι ο ακροδέκτης εισόδου σειριακών δεδομένων του 74HC595.Τα δεδομένα μπορούν να εισάγονται στο bit chip με το bit μέσω αυτού του πείρου.Όταν εργαζόμαστε, πρώτα εισάγουμε σειριακά δεδομένα σε αυτόν τον ακροδέκτη και στη συνέχεια μετατοπίζουμε τα δεδομένα εισόδου στο bit του καταχωρητή μετατόπισης με το bit μέσω του πείρου του ρολογιού για να επιτευχθεί παράλληλη μετάδοση δεδομένων.

Ο ακροδέκτης RCLK είναι ο ακροδέκτης εισόδου του ρολογιού καταχωρητή του 74HC595.Όταν όλα τα δεδομένα εισόδου μετατοπίζονται στο μητρώο μετατόπισης, ρυθμίζουμε την αλλαγή επιπέδων του PIN RCLK για να μετατοπίσουμε τα δεδομένα στο μητρώο μετατόπισης στον καταχωρητή εξόδου ταυτόχρονα.Η λειτουργία αυτού του πείρου είναι να ελέγχει τη λειτουργία αποθήκευσης των δεδομένων.

Ο ακροδέκτης SRCLK είναι ο ακροδέκτης εισόδου του ρολογιού του καταχωρητή μετατόπισης του 74HC595.Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας μετατόπισης, μετατοπίζουμε τα δεδομένα εισόδου στο μητρώο μετατόπισης ελέγχοντας την αλλαγή στάθμης του PIN SRCLK.Η λειτουργία αυτού του πείρου είναι να ελέγχει το σήμα ρολογιού της λειτουργίας μετατόπισης.

Ο ακροδέκτης OE είναι ο ακροδέκτης εισόδου Ενεργοποίησης της εξόδου του 74HC595.Με τον έλεγχο του επιπέδου αυτού του πείρου μπορούμε να ενεργοποιήσουμε ή να απενεργοποιήσουμε τον ακροδέκτη εξόδου.Όταν ο πείρος OE είναι υψηλός, ο ακροδέκτης εξόδου είναι απενεργοποιημένος και δεν έχουν περάσει δεδομένα εισόδου.Όταν ο πείρος OE είναι χαμηλός, ο ακροδέκτης εξόδου θα περάσει τα δεδομένα εισόδου.

Ο ακροδέκτης DS είναι ο ακροδέκτης εισόδου σειριακών δεδομένων αμφίδρομων σειριακών δεδομένων του 74HC595.Σε αντίθεση με τον ακροδέκτη 1 (SER), ο πείρος DS μπορεί να ελεγχθεί από ένα εξωτερικό κύκλωμα για την εφαρμογή αμφίδρομης επικοινωνίας.Αυτός ο ακροδέκτης μεταβαίνει μεταξύ της λειτουργίας σειριακής εισόδου και της παράλληλης λειτουργίας εξόδου.

Ο ακροδέκτης ST_CP είναι ο ακροδέκτης εισόδου ρολογιού αποθήκευσης εξόδου Flip-Flop του 74HC595.Όταν αλλάζει το σήμα ρολογιού Flip-Flop ρολογιού εξόδου, τα δεδομένα στη μνήμη εξόδου θα αποθηκευτούν στον ακροδέκτη εξόδου με βάση την τρέχουσα είσοδο.Η λειτουργία αυτού του πείρου είναι να ελέγχει τη λειτουργία αποθήκευσης των δεδομένων.

Ο ακροδέκτης SH_CP είναι ο ακροδέκτης εισόδου του ρολογιού καταχωρητή μετατόπισης του 74HC595.Όταν αλλάξει το σήμα ρολογιού καταχωρητή μετατόπισης, τα δεδομένα εισόδου θα μετατοπιστούν στο bit του καταχωρητή μετατόπισης με το bit.Η λειτουργία αυτού του πείρου είναι να ελέγχει το σήμα ρολογιού της λειτουργίας μετατόπισης.

Ο πείρος Q7 'είναι ο πείρος εξόδου του 8ου bit (υψηλότερο bit) του 74HC595, ο οποίος χρησιμοποιείται για την εξάτμιση των δεδομένων 8ου bit στο μητρώο μετατόπισης.Η κατάσταση επιπέδου αυτού του PIN καθορίζεται από τα δεδομένα εισόδου και τα δεδομένα στο μητρώο μετατόπισης.

Οι ακροδέκτες Q0 έως Q7 είναι οι 8 ακροδέκτες εξόδου του 74HC595 (συμπεριλαμβανομένου του Q0 έως Q7), οι οποίες χρησιμοποιούνται για την εξάτμιση των δεδομένων από το χαμηλότερο bit στο υψηλότερο κομμάτι στο μητρώο μετατόπισης.Κάθε πείρος αντιστοιχεί σε ένα κομμάτι της εξόδου δεδομένων.Μέσω αυτών των ακίδων, τα δεδομένα στον καταχωρητή μετατόπισης μπορούν να εξάγονται σε ένα εξωτερικό κύκλωμα παράλληλα.

Το 74HC595 χρησιμοποιείται συχνά στους ακόλουθους τομείς.

Τα παράλληλα χαρακτηριστικά εξόδου του 74HC595 καθιστούν την ικανότητα να οδηγεί πολλαπλά ρελέ ταυτόχρονα και κάθε ρελέ μπορεί να ελέγξει μία ή περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές.Ως εκ τούτου, μέσω του σχεδιασμού και του προγραμματισμού του ορθολογικού κυκλώματος, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα ευέλικτο και ισχυρό σύστημα ηλεκτρικού ελέγχου.

Συνδέοντας τους ακροδέκτες εξόδου του μικροελεγκτή με τους σειριακούς ακροδέκτες εισόδου του 74HC595, είμαστε σε θέση να συνειδητοποιήσουμε τη λειτουργία επέκτασης της θύρας εξόδου, παρέχοντας έτσι πιο ελεγχόμενες ακίδες εξόδου.Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να επωφεληθούμε από τη λειτουργία παράλληλης εξόδου 74HC595 για να επεκτείνουμε τις περιορισμένες θύρες εξόδου του μικροελεγκτή σε περισσότερα σημεία ελέγχου, πραγματοποιώντας ακριβή έλεγχο πολλαπλών συσκευών ή εξαρτημάτων.

Στο σενάριο ελέγχου μιας οθόνης LCD, το 74HC595 είναι σε θέση να χρησιμοποιήσει τις σειριακές εισροές και τα παράλληλα χαρακτηριστικά εξόδου για να μετακινήσουν τα δεδομένα εμφάνισης που αποστέλλονται από τον μικροελεγκτή στα εσωτερικά καταχωρητές του ένα προς ένα.Στη συνέχεια, εξάγει αυτά τα δεδομένα παράλληλα με το κύκλωμα του οδηγού της οθόνης LCD μέσω λειτουργίας μανδάλωσης.Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να ενημερώσουμε δυναμικά το περιεχόμενο στην οθόνη LCD, είτε πρόκειται για κείμενο, εικόνες ή βίντεο, με ομαλό τρόπο.

Όταν συνδυάζουμε τον αλγόριθμο ελέγχου Beat με το μητρώο μετατόπισης 74HC595, μπορούμε να δημιουργήσουμε έξυπνα ένα φαινόμενο φωτός LED που συγχρονίζεται τέλεια με το ρυθμό της μουσικής.Ο αλγόριθμος ελέγχου Beat, ως πυρήνας, είναι υπεύθυνος για την ακριβή καταγραφή των ρυθμικών αλλαγών της μουσικής και τη δημιουργία των αντίστοιχων σημάτων ελέγχου.Αυτά τα σήματα δεν είναι μόνο απλές εντολές μεταγωγής, μπορούν να περιέχουν τη συχνότητα, τη φωτεινότητα και την αλλαγή χρώματος των LED που αναβοσβήνουν.Το 74HC595 μπορεί να ελέγξει βολικά την κατάσταση ON/OFF πολλαπλών LED χρησιμοποιώντας τις σειριακές εισροές και τα παράλληλα χαρακτηριστικά εξόδου.

Η γραμμή επιλογής τμήματος κάθε οθόνης LED συνδέεται με την παράλληλη έξοδο του 74HC595, έτσι ώστε κάθε bit να μπορεί να εμφανιστεί ανεξάρτητα (δείτε το παρακάτω σχήμα).Ταυτόχρονα, δεδομένου ότι η εμφάνιση κάθε bit ελέγχεται από μια ανεξάρτητη θύρα παράλληλης εξόδου 74HC595, ο κωδικός επιλογής τμήματος ελέγχεται, έτσι ώστε οι εμφανιζόμενοι χαρακτήρες να είναι διαφορετικοί.Ωστόσο, για τις απαιτήσεις εμφάνισης LED N-bit, χρειαζόμαστε τσιπ N 74HC595 και γραμμές N+3 I/O.Αυτό παίρνει περισσότερους πόρους και το κόστος είναι σχετικά υψηλό.Ένας τέτοιος σχεδιασμός προφανώς δεν είναι επωφελής για τις πολυψήφιες οθόνες LED, επειδή αυξάνει την πολυπλοκότητα και το βάρος του κόστους του συστήματος.

Σε εφαρμογές εμφάνισης LED πολλαπλών bit, προκειμένου να απλοποιήσουμε το κύκλωμα, να μειώσουμε το κόστος και να εξοικονομήσουμε πόρους του συστήματος, μπορούμε να συνδέσουμε όλες τις επιλογές κώδικα τμήματος N-bit παράλληλα και να τις ελέγξουμε με 74HC595 (ανατρέξτε στο παρακάτω σχήμα).Δεδομένου ότι οι κώδικες επιλογής τμήματος όλων των LED ελέγχονται ομοιόμορφα από τη θύρα παράλληλης εξόδου αυτού του 74HC595, ανά πάσα στιγμή, τα L-Bit LED θα εμφανίζουν τους ίδιους χαρακτήρες.Αν θέλουμε ο καθένας να οδηγήσει σε εμφάνιση διαφορετικών χαρακτήρων, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο σάρωσης.Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε δεδομένη στιγμή, έχουμε μόνο ένα από τα LED που εμφανίζουν χαρακτήρες.Σε μια συγκεκριμένη στιγμή, η θύρα παράλληλης εξόδου του 74HC595 θα εξάγει τον κωδικό επιλογής τμήματος του αντίστοιχου χαρακτήρα.Ταυτόχρονα, η θύρα I/O Control Selection Bit θα στείλει το επίπεδο στροβοσκόπησης στο bit εμφάνισης για να βεβαιωθεί ότι ο αντίστοιχος χαρακτήρας εμφανίζεται σωστά.Αυτή η διαδικασία θα πραγματοποιηθεί με τη σειρά του, έτσι ώστε κάθε LED να εμφανίζει τον χαρακτήρα που πρέπει να εμφανίζει κάθε φορά.Αξίζει να σημειωθεί ότι, δεδομένου ότι το 74HC595 έχει μια λειτουργία μανδάλωσης και χρειάζεται ένα ορισμένο χρονικό διάστημα για να επιλέξετε τον κώδικα σειριακού τμήματος εισόδου, στην πραγματική λειτουργία, δεν χρειαζόμαστε πρόσθετη καθυστέρηση για να σχηματίσουμε το φαινόμενο της οπτικής εμμονής.

Το τσιπ 74HC595 είναι μέλος της σειράς 74.Έχει τα χαρακτηριστικά της γρήγορης ταχύτητας, της κατανάλωσης χαμηλής ενέργειας και της απλής λειτουργίας.Μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί ως διεπαφή μικροελεγκτή για να οδηγήσει LED.

Οι οθόνες διόδων που εκπέμπουν επτά τμήματος, γνωστές και ως εκθέσεις LED, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορους τύπους οργάνων λόγω της χαμηλής τιμής, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της αξιόπιστης απόδοσης.Υπάρχουν πολλοί τύποι ειδικών οδηγών LED στην τρέχουσα αγορά.Αν και οι περισσότεροι από αυτούς είναι πλούσιοι σε λειτουργίες, οι τιμές τους είναι αντίστοιχα υψηλές.Ως εκ τούτου, η χρήση αυτών των μονάδων σε χαμηλού κόστους και απλά συστήματα όχι μόνο απορρίπτει πόρους αλλά αυξάνει επίσης το κόστος του προϊόντος.Η χρήση των LED 74HC595 για την οδήγηση έχουν πολλά πλεονεκτήματα.Πρώτον, η ταχύτητα οδήγησης είναι γρήγορη και η κατανάλωση ενέργειας είναι σχετικά χαμηλή.Δεύτερον, το 74HC595 μπορεί να οδηγήσει ευέλικτα διαφορετικούς αριθμούς LED, είτε πρόκειται για μια κοινή οθόνη LED καθόδου είτε για μια κοινή οθόνη LED ανόδου, μπορεί εύκολα να το χειριστεί.Επιπλέον, μέσω του ελέγχου λογισμικού, μπορούμε εύκολα να προσαρμόσουμε τη φωτεινότητα της LED και ακόμη και να απενεργοποιήσουμε την οθόνη όταν είναι απαραίτητο (τα δεδομένα εξακολουθούν να διατηρούνται), μειώνοντας περαιτέρω την κατανάλωση ενέργειας και ξυπνάει την οθόνη ανά πάσα στιγμή όταν χρειάζεται.Το κύκλωμα που έχει σχεδιαστεί με τη χρήση 74HC595 όχι μόνο έχει απλό σχεδιασμό λογισμικού και υλικού, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, ισχυρή ικανότητα οδήγησης, αλλά και καταλαμβάνει λιγότερες γραμμές I/O.Ως εκ τούτου, έχει γίνει μια λύση χαμηλού κόστους και ευέλικτης σχεδίασης, ιδιαίτερα κατάλληλη για σενάρια που έχουν αυστηρές απαιτήσεις για το κόστος και τους πόρους.

Η παρακάτω εικόνα είναι ένα κύκλωμα πίνακα οθόνης που έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας τη διεπαφή AT89C2051 και 74HC595.

P115, P116 και P117 της θύρας P1 χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της οθόνης LED.Συνδέονται με τις ακίδες SLCK, SCLK και SDA αντίστοιχα.Τρεις ψηφιακοί σωλήνες χρησιμοποιούνται για την εμφάνιση της τιμής τάσης.Τρεις ψηφιακοί σωλήνες εγκαθίστανται στην πλακέτα κυκλώματος για την εμφάνιση της τιμής τάσης.Μεταξύ αυτών, το LED3 βρίσκεται στην άκρα αριστερά και το LED1 βρίσκεται στην άκρα δεξιά.Κατά την αποστολή δεδομένων, στέλνουμε πρώτα τον κωδικό προβολής του LED3 και τελικά στέλνουμε τον κωδικό προβολής του LED1.Η φωτεινότητα της LED ελέγχεται ρυθμίζοντας την αντίσταση από PR1 σε PR3.Αυτός ο σχεδιασμός όχι μόνο εξασφαλίζει την απεικόνιση της τάξης των δεδομένων, αλλά και επιτρέπει την ευέλικτη ρύθμιση της φωτεινότητας.

Η προσθήκη buffer ή οι οδηγοί στην έξοδο 74HC595, όπως 74LS244 (μονάδα κατεύθυνσης) ή 74LS245 (αμφίδρομη) και άλλες μάρκες οδηγών λεωφορείων, μπορούν να βελτιώσουν την ικανότητα οδήγησης του σήματος και να βελτιώσουν τη σταθερότητα του σήματος.

Βεβαιωθείτε ότι η τάση τροφοδοσίας 74HC595 βρίσκεται εντός του καθορισμένου εύρους και η ισχύς του είναι αρκετά ισχυρή ώστε να ανταποκρίνεται στη ζήτηση οδήγησης του απαιτούμενου φορτίου.Εάν η τάση τροφοδοσίας είναι ανεπαρκής, μπορεί να προκαλέσει πτώση του εύρους του σήματος εξόδου, γεγονός που με τη σειρά του επηρεάζει την ικανότητά του οδήγησης και έτσι δεν μπορεί να οδηγήσει το φορτίο αποτελεσματικά.

Εάν η έξοδος του 74HC595 δεν αρκεί για να οδηγήσει απευθείας το επιθυμητό φορτίο, μπορούμε να προσθέσουμε ένα εξωτερικό κύκλωμα οδηγού, όπως η χρήση τρανζίστορ, σωλήνων επίδρασης πεδίου (FETs) ή ειδικά μάρκες οδηγού για να ενισχύσουν το σήμα εξόδου του 74HC595.

Στην καλωδίωση PCB, θα πρέπει να προσπαθήσουμε να ελαχιστοποιήσουμε την αντίσταση και την επαγωγή της καλωδίωσης για να βελτιώσουμε την απόδοση μετάδοσης σήματος.Επιπλέον, αποφύγετε να δημιουργήσετε υπερβολικές παρεμβολές και θόρυβο στην καλωδίωση, ώστε να μην επηρεάσετε την ποιότητα του σήματος εξόδου 74HC595.

Θα πρέπει να επιλέξουμε την κατάλληλη αντίσταση φορτίου σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της συσκευής φόρτωσης.Εάν η αντίσταση φορτίου είναι πολύ μικρή, θα οδηγήσει σε υπερβολικό ρεύμα και μπορεί να βλάψει το τσιπ 74HC595.Αντίθετα, εάν η αντίσταση φορτίου είναι πολύ μεγάλη, μπορεί να μην είναι σε θέση να αποκτήσει επαρκές εύρος σήματος εξόδου.

Εάν πρέπει να οδηγηθούν περισσότερες συσκευές και οι απαιτήσεις οδήγησης αυτών των συσκευών είναι παρόμοιες, μπορούμε να εξετάσουμε την παραλληλισμό των εξόδων πολλαπλών 74HC595s για να βελτιώσουμε τη συνολική ικανότητα οδήγησης.Ωστόσο, πριν από την παράλληλη, βεβαιωθείτε ότι οι απαιτήσεις οδήγησης αυτών των συσκευών είναι συμβατές και το συνολικό ρεύμα μετά την παράλληλη δεν πρέπει να υπερβαίνει το μέγιστο όριο ρεύματος εξόδου 74HC595, έτσι ώστε να μην προκαλεί βλάβη στο τσιπ ή να επηρεάσει το αποτέλεσμα οδήγησης.

Το 74HC595 είναι ένα μητρώο μετατόπισης που λειτουργεί σε σειρά σε παράλληλο πρωτόκολλο.Λαμβάνει σειριακά δεδομένα από τον μικροελεγκτή και στη συνέχεια στέλνει αυτά τα δεδομένα μέσω παράλληλων ακίδων.

Το 74HC595 είναι μια συσκευή CMOS υψηλής ταχύτητας.Ένας καταχωρητής μετατόπισης οκτώ bit ACCPETS από την σειριακή είσοδο (DS) σε κάθε θετική μετάβαση του ρολογιού καταχωρητή μετατόπισης (SHCP).Όταν επιβεβαιώνεται χαμηλά, η λειτουργία επαναφοράς ρυθμίζει όλες τις τιμές καταχωρητή μετατόπισης σε μηδέν και είναι ανεξάρτητη από όλα τα ρολόγια.

Το φύλλο δεδομένων του 74HC595 δηλώνει ότι κάθε έξοδος μπορεί να παραδώσει τουλάχιστον 35mA επειδή αυτό είναι το επιτρεπόμενο μέγιστο ρεύμα εξόδου.Αυτό είναι σαφώς περισσότερο από το επιτρεπόμενο 25mA του μC.Υπάρχει ένα άλλο όριο: το 74HC595 δεν πρέπει να παρέχει συνολικά περισσότερα από 70mA.

Το 74HC595 είναι ένας καταχωρητής μετατόπισης και το MAX7219 είναι ένας πολυπλεξικός οδηγός οθόνης.Επομένως και οι δύο δεν κάνουν το ίδιο πράγμα.Το MAX7219 θα ήταν (πολύ) ευκολότερο στη χρήση με το Picaxe εάν η πολυπλέκτη των οθονών καθώς το έργο της πολυπλεξίας γίνεται από το Max7219 και όχι το Picaxe, αλλά είναι πιο ακριβό.