Ultimate Guide to the 74HC595: wydajny 8-bitowy układ rejestru zmiany
2024-04-19 4036

Rejestr zmian to urządzenie, które wykorzystuje sekwencyjną logikę do przechowywania i przesyłania danych binarnych.Jest to obwód dwukierunkowy, który przesuwa każdy bit danych z danych wejściowych do wyjścia na każdym impulsie zegara.Obecnie istnieją różne modele rejestru zmian, wśród których 74HC595 jest takim seryjnym rejestrem zmiany wyjściowej.Jego funkcją jest konwersja sygnałów szeregowych na sygnały równoległe i jest powszechnie używane w układach sterowników dla różnych cyfrowych rur i ekranów macierzy DOT.W tym artykule wprowadzi swoje szczegółowe informacje pod względem pinów i aplikacji.

74HC595 jest 8-bitowym wejściem szeregowym, równoległym rejestrem zmiany wyjściowej, a jego równoległe wyjście jest wyjściem trójstronnym.Na rosnącej krawędzi SCK (zegar szeregowy) dane szeregowe są wprowadzane do wewnętrznego 8-bitowego rejestru przesunięcia przez SDL (dane wejściowe danych szeregowych) i wyjściowe z terminala Q7 '(najwyższe bity danych wyjściowych danych szeregowych).Równoległe wyjście występuje na rosnącej krawędzi LCK (kontrola zatrzask).W tej chwili dane w 8-bitowym rejestrze zmiany są zatrzasane w 8-bitowym równoległym rejestrze wyjściowym.Gdy sygnał sterujący OE (wyjście) jest niski (stan włącznika), wartość wyjściowa równoległego terminalu wyjściowego jest równa wartości przechowywanej w równoległym rejestrze wyjściowym.

- SN74HC595MPWREP

74HC595 ma w sumie 16 pinów.Specyficzny schemat PIN i jego funkcje są następujące.

Pin Ser jest stykiem wejściowym danych szeregowych 74HC595.Dane mogą być wprowadzane do bitu układu za pomocą tego pinu.Podczas pracy najpierw wprowadzamy dane szeregowe do tego pinu, a następnie przesuwamy dane wejściowe do bitu rejestru przesunięcia za pomocą pinu zegara, aby osiągnąć równoległą transmisję danych.

Pin RCLK to pin wejściowy zegara rejestru 74HC595.Gdy wszystkie dane wejściowe zostaną przesunięte na rejestr zmiany, dostosowujemy zmianę poziomu pinu RCLK, aby przesunąć dane w rejestrze zmiany w rejestrze wyjściowym w tym samym czasie.Funkcją tego PIN jest kontrolowanie działania przechowywania danych.

Pin SRCLK to styk wejściowy zegara rejestru zmiany 74HC595.Podczas operacji przesunięcia przesuwamy dane wejściowe do rejestru przesunięcia, kontrolując zmianę poziomu styka SRCLK.Funkcją tego styku jest kontrolowanie sygnału zegara operacji przesunięcia.

Pin OE jest wyjściem wejściowym pinem wejściowym 74HC595.Kontrolując poziom tego pinu, możemy włączyć lub wyłączyć pin wyjściowy.Gdy pin OE jest wysoki, pin wyjściowy jest wyłączony i nie są przekazywane danych wejściowych.Gdy pin OE jest niski, pin wyjściowy przekazuje dane wejściowe.

Pin DS jest dwukierunkowym stykiem wejściowym danych szeregowych 74HC595.W przeciwieństwie do PIN 1 (SER), PIN DS można kontrolować za pomocą obwodu zewnętrznego w celu wdrożenia komunikacji dwukierunkowej.Ten pin przełącza się między trybem wejściowym szeregowego a trybem wyjściowym równoległym.

Pin ST_CP to wyjściowy zestaw wejściowy zegara Flip-Flop z flip-flopem 74HC595.Gdy zmienia się sygnał zegara Flip-Flop, dane w pamięci wyjściowej będą przechowywane w styku wyjściowym na podstawie bieżącego wejścia.Funkcją tego PIN jest kontrolowanie działania przechowywania danych.

Pin SH_CP jest pinem wejściowym zegara rejestru zmiany 74HC595.Po zmianie sygnału zegara rejestru przesuwnego dane wejściowe zostaną przesunięte na bit rejestru przesunięcia o bit.Funkcją tego styku jest kontrolowanie sygnału zegara operacji przesunięcia.

PIN Q7 'to 8 -ty bitu (najwyższy bit) pin wyjściowy 74HC595, który służy do wysyłania danych 8 -bitowych w rejestrze zmiany.Stan poziomu tego pinu jest określany przez dane wejściowe i dane w rejestrze zmiany.

Piny Q0 do Q7 to 8 punktów wyjściowych 74HC595 (w tym Q0 do Q7), które są używane do wyświetlania danych od najniższego bitu do najwyższego bitu w rejestrze zmiany.Każdy pin odpowiada niewielkiej ilości danych wyjściowych.Za pośrednictwem tych pinów dane w rejestrze zmiany mogą być wyprowadzone do obwodu zewnętrznego równolegle.

74HC595 jest często używany w następujących obszarach.

Charakterystyka wyjściowa równoległa 74HC595 pozwala jednocześnie napędzać wiele przekaźników, a każdy przekaźnik może kontrolować jedno lub więcej urządzeń elektrycznych.Dlatego poprzez projektowanie i programowanie obwodów racjonalnych możemy zbudować elastyczny i potężny system kontroli elektrycznej.

Łącząc piny wyjściowe mikrokontrolera do szeregowych pinów wejściowych 74HC595, jesteśmy w stanie zrealizować funkcję rozszerzenia portu wyjściowego, zapewniając w ten sposób bardziej kontrolowane piny wyjściowe.W ten sposób możemy skorzystać z równoległej funkcji wyjściowej 74HC595, aby rozszerzyć ograniczone porty wyjściowe mikrokontrolera na więcej punktów kontrolnych, realizując precyzyjną kontrolę wielu urządzeń lub komponentów.

W scenariuszu kontrolowania wyświetlacza LCD 74HC595 jest w stanie wykorzystać jego szeregowe wejściowe i równoległe charakterystyki wyjściowe, aby przenieść dane wyświetlania wysyłane z mikrokontrolera do jego wewnętrznych rejestrów jeden po drugim.Następnie wysyła te dane równolegle do obwodu sterownika LCD poprzez działanie zatrzasku.W ten sposób możemy dynamicznie aktualizować zawartość wyświetlacza LCD, niezależnie od tego, czy jest to tekst, obrazy, czy wideo, w gładki sposób.

Kiedy łączymy algorytm sterowania Beat z rejestrem zmiany biegów 74HC595, możemy sprytnie stworzyć efekt światła LED, który jest doskonale zsynchronizowany z uderzeniem muzyki.Algorytm kontroli Beat, jako rdzeń, jest odpowiedzialny za dokładne uchwycenie rytmicznych zmian muzyki i wygenerowanie odpowiednich sygnałów sterowania.Sygnały te to nie tylko proste polecenia przełączające, mogą zawierać częstotliwość, jasność i zmianę koloru migających diod LED.74HC595 może dogodnie kontrolować stan włączania/wyłączania wielu diod LED, wykorzystując jego szeregowe wejściowe i równoległe charakterystykę wyjściową.

Linia wyboru segmentu każdego wyświetlacza LED jest podłączona do równoległego wyjścia 74HC595, dzięki czemu każdy bit można wyświetlić niezależnie (patrz rysunek poniżej).Jednocześnie, ponieważ wyświetlanie każdego bitu jest kontrolowane przez niezależny równoległy port wyjściowy 74HC595, jego kod wyboru segmentu jest kontrolowany, więc wyświetlane znaki mogą być różne.Jednak w przypadku wymagań dotyczących wyświetlania LED N-BIT potrzebujemy n 74HC595 układów i linii I/O n+3.Zajmuje to więcej zasobów, a koszt jest stosunkowo wysoki.Taki projekt nie jest oczywiście korzystny dla wielu cyfrowych wyświetlaczy LED, ponieważ zwiększa złożoność i obciążenie kosztów systemu.

W wielo-bitowych aplikacjach wyświetlanych LED, aby uprościć obwód, zmniejszyć koszty i zaoszczędzić zasoby systemowe, możemy połączyć wszystkie wybory kodu segmentu N-bit równolegle i kontrolować je przez 74HC595 (patrz rysunek poniżej).Ponieważ kody wyboru segmentu wszystkich diod LED są jednolicie kontrolowane przez równoległy port wyjściowy tego 74HC595, w dowolnym momencie diody LED N-bit wyświetlą te same znaki.Jeśli chcemy, aby każda LED wyświetlała różne znaki, powinniśmy użyć metody skanowania.Oznacza to, że w dowolnym momencie mamy tylko jedną z diod LED wyświetlających znaki.W pewnym momencie równoległy port wyjściowy 74HC595 wyprowadzi kod wyboru segmentu odpowiedniego znaku.Jednocześnie port I/O STECE BIT Control Control wyśle poziom stroboskopu do bitu wyświetlacza, aby upewnić się, że odpowiedni znak jest wyświetlany poprawnie.Proces ten zostanie przeprowadzony po kolei, dzięki czemu każda dioda LED wyświetla znak, który powinien wyświetlać na raz.Warto zauważyć, że ponieważ 74HC595 ma funkcję zatrzasku, a wybranie kodu segmentu wejściowego szeregowego zajmuje pewną ilość czasu, w rzeczywistym działaniu nie potrzebujemy dodatkowego opóźnienia, aby utworzyć efekt trwałości wizualnej.

Chip 74HC595 jest członkiem serii 74.Ma charakterystykę szybkiej prędkości, niskiego zużycia energii i prostego działania.Można go łatwo wykorzystać jako interfejs mikrokontrolera do kierowania diodami LED.

Wyświetlacze diody o mocy siedmiosegmentowej emitujące światło, znane również jako wyświetlacze LED, były szeroko stosowane w różnych rodzajach oprzyrządowania ze względu na ich niską cenę, niską zużycie energii i niezawodną wydajność.Istnieje wiele rodzajów dedykowanych czynników LED na obecnym rynku.Chociaż większość z nich jest bogata w funkcje, ich ceny są odpowiednio wysokie.Dlatego korzystanie z tych napędów w niedrogich i prostych systemach nie tylko marnuje zasoby, ale także zwiększa koszty produktu.Korzystanie z 74HC595 do prowadzenia diod LED ma wiele zalet.Po pierwsze, jego prędkość jazdy jest szybka, a zużycie energii jest stosunkowo niskie.Po drugie, 74HC595 może elastycznie napędzać różne liczby diod LED, niezależnie od tego, czy jest to wspólny wyświetlacz LED katody, czy wspólny wyświetlacz LED anodowego, łatwo go obsłużyć.Ponadto, poprzez kontrolę oprogramowania, możemy łatwo dostosować jasność diody LED, a nawet wyłączyć wyświetlacz w razie potrzeby (dane są nadal zachowane), dodatkowo zmniejszając zużycie energii i budząc wyświetlacz w dowolnym momencie w dowolnym momencie.Obwód zaprojektowany przy użyciu 74HC595 ma nie tylko prosty projekt oprogramowania i sprzętu, niskie zużycie energii, silne możliwości jazdy, ale także zajmuje mniej linii we/wy.Dlatego stało się tanim i elastycznym rozwiązaniem projektowym, szczególnie odpowiednim do scenariuszy, które mają ścisłe wymagania dotyczące kosztów i zasobów.

Poniższe zdjęcie to obwód panelu wyświetlacza zaprojektowany przy użyciu interfejsu AT89C2051 i 74HC595.

P115, P116 i P117 portu P1 służą do kontrolowania wyświetlacza LED.Są one podłączone odpowiednio ze sworzniami SLCK, SCLK i SDA.Do wyświetlania wartości napięcia używane są trzy cyfrowe rury.Trzy cyfrowe rurki są instalowane na płycie drukowanej, aby wyświetlić wartość napięcia.Wśród nich LED3 znajduje się po lewej stronie, a LED1 znajduje się po prawej stronie.Podczas wysyłania danych najpierw wysyłamy kod wyświetlania LED3 i na koniec wysyłamy kod wyświetlania LED1.Jasność diody LED jest kontrolowana poprzez dostosowanie oporu z PR1 do PR3.Ten projekt zapewnia nie tylko uporządkowanie wyświetlania danych, ale także zapewnia elastyczną regulację jasności.

Dodanie buforów lub sterowników do wyjścia 74HC595, takich jak 74LS244 (Unitirectional) lub 74LS245 (dwukierunkowe) i inne chipy kierowcy magistrali, może zwiększyć zdolność jazdy sygnału i poprawić stabilność sygnału.

Upewnij się, że napięcie zasilania 74HC595 mieści się w określonym zakresie, a jego moc jest wystarczająco silna, aby zaspokoić popyt na wymagane obciążenie.Jeśli napięcie zasilania jest niewystarczające, może spowodować spadek amplitudy sygnału wyjściowego, co z kolei wpływa na jego zdolność jazdy, a zatem nie może skutecznie napędzać obciążenia.

Jeśli wyjście 74HC595 nie wystarcza do bezpośredniego napędzania żądanego obciążenia, możemy dodać zewnętrzny obwód sterownika, taki jak użycie tranzystorów, rur efektów pola (FET) lub specjalne układy sterownika w celu wzmocnienia sygnału wyjściowego 74HC595.

W okablowaniu PCB powinniśmy starać się zminimalizować rezystancję i indukcyjność okablowania w celu poprawy wydajności transmisji sygnału.Ponadto należy unikać generowania zbyt dużej interferencji i szumu na okablowaniu, aby nie wpływać na jakość sygnału wyjściowego 74HC595.

Powinniśmy wybrać odpowiednią odporność na obciążenie zgodnie z charakterystyką urządzenia obciążenia.Jeśli odporność na obciążenie jest zbyt mała, doprowadzi do nadmiernego prądu i może uszkodzić układ 74HC595.I odwrotnie, jeśli rezystor obciążenia jest zbyt duży, może nie być w stanie uzyskać wystarczającej amplitudy sygnału wyjściowego.

Jeśli trzeba napędzać więcej urządzeń, a wymagania dotyczące jazdy tych urządzeń są podobne, możemy rozważyć równoległość o wyjściach wielu 74HC595S w celu zwiększenia ogólnej możliwości jazdy.Jednak przed równoległością upewnij się, że wymagania dotyczące jazdy tych urządzeń są kompatybilne, a całkowity prąd po równoległości nie może przekraczać maksymalnego limitu prądu wyjściowego 74HC595, aby nie spowodować uszkodzenia układu lub wpływać na efekt jazdy.

74HC595 to rejestr zmiany, który działa na serial w protokole równolegle.Otrzymuje dane seryjnie z mikrokontrolera, a następnie wysyła te dane za pomocą równoległych pinów.

74HC595 to urządzenie CMOS o dużej prędkości.Osiem bitowych danych rejestru przesuwnego ACCPETS z wejścia szeregowego (DS) na każdym dodatnim przejściu zegara rejestru przesunięcia (SHCP).Po zapewnieniu niskiej funkcji resetowania ustawia wszystkie wartości rejestru zmiany na zero i jest niezależna od wszystkich zegarów.

Arkusz danych 74HC595 stwierdza, że każde wyjście może dostarczyć co najmniej 35 mA, ponieważ jest to dozwolony maksymalny prąd wyjściowy.Jest to wyraźnie bardziej niż dozwolone 25mA µC.Istnieje jeszcze jeden limit: 74HC595 nie może zapewnić w sumie więcej niż 70 mA.

74HC595 to rejestr zmiany, a MAX7219 jest multipleksowanym sterownikiem wyświetlania.Dlatego oboje nie robią tego samego.MAX7219 byłby (znacznie) łatwiejszy w użyciu z picaxe, jeśli multipleksowanie wyświetlaczy jako zadanie ich multipleksowania jest wykonywane przez MAX7219, a nie picaxe, ale jest droższe.