Лабораторная работа 7 Сдвиговый регистр 74HC595

Лабораторная работа 7

Сдвиговый регистр 74HC595

Плата Arduino содержит ограниченное число выводов и при сложном проекте их не хватает для полноценной работы. К примеру, для подключения сегментного индикатора необходимо задействовать восемь выводов, два индикатора займут уже 16 выводов. Сдвиговый регистр позволяет сэкономить число используемых выводов, беря часть управления выводами на себя.

Что такое сдвиговый регистр

В электронике регистром называют устройство, которое может хранить небольшой объем данных для быстрого доступа к ним. Они есть внутри каждого контроллера и микропроцессора, включая и микроконтроллер Atmega328, который входит в состав платы Arduino Uno. Как правило регистры представляют собой сборку из D-триггеров — элементарных ячеек памяти. Записывать данные в регистр можно либо последовательно, либо параллельно. Регистры первого типа называются сдвиговыми, второго типа — параллельными.

Считывать данные из регистра можно одновременно из всех ячеек. Именно это его свойство помогает нам работать с кучей светодиодов.

Регистр называется сдвиговым, потому что при добавлении каждого нового бита в него, мы как бы сдвигаем все остальные в сторону. Вспомним, что один бит позволяет нам хранить ноль или единицу, истину или ложь. Посмотрим на диаграмме, как это происходит.

Пусть в начальном состоянии регистр уже заполнен какими-то восемью битами. Попробуем «задвинуть» в него восемь новых бит: 11011010.

Как видно, после двух итераций, в начале регистра оказалось два новых бита, а два бита в последних ячейках «вывалились» через край и пропали. На восьмом шаге весь регистр оказался заполнен новыми битами.

Регистры можно соединять в цепочку. В таком случае, вытесненный бит не будет пропадать без следа, а отправится в начало следующего регистра. При этом увеличивается число доступных выводов.

Сдвиговый регистр 74HC595

Самым популярным является восьмиразрядный (8 управляемых выходов) сдвиговый регистр 74HC595 (отечественный аналог КР1564ИР52), который можно встретить в стартовых наборах или купить отдельно.

Схема

+---------+

1 -|Q1 VCC|- 16

2 -|Q2 Q0|- 15

3 -|Q3 DS|- 14

4 -|Q4 OE|- 13

5 -|Q5 ST_CP|- 12

6 -|Q6 SH_CP|- 11

7 -|Q7 MR|- 10

8-|GND Q7'|- 9

+---------+

• 
  Выводы Q0 - Q7 (15 и 1..7)
  
• 
  GND (8) — земля
  
• 
  Q7′ (9) — выход регистра, который необходимо соединить с Q0 следующего регистра для создания цепочки
  
• 
  MR (10) - сброс значений регистра. Сброс происходит при получении LOW
  
• 
  SH_CP (SRCLK) (11) — линия синхроимпульса для передачи данных из DS во внутренние ячейки (вход для тактовых импульсов). SH - shift, CP - clock pin
  
• 
  ST_CP (RCLK) (12) — линия синхроимпульса для передачи данных из внутренних ячеек, во внешние (синхронизация выходов). ST - storage, CP - clock pin
  
• 
  OE (13) — инверсный, разрешение на вывод данных с внешних ячеек (вход для переключения состояния выходов из высокоомного в рабочее)
  
• 
  DS (SER) (14) — линия последовательных данных (Data Serial)
  
• 
  VCC (16) — питание, 5В
  

74HC595 — восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательным вводом, последовательным или параллельным выводом информации, с триггером-защёлкой и тремя состояниями на выходе. Другими словами этот регистр позволяет контролировать 8 выходов, используя всего несколько выходов на самом контроллере. При этом несколько таких регистров можно объединять последовательно для каскадирования.

74HC595 может отдавать сигналы не только параллельно, но и последовательно. Это необходимо при объединении нескольких регистров, для получения 16 и более выходов. В этом случае первые 8 бит сигнала передаются на следующий регистр для параллельного вывода на нём.