Сдвиговый регистр — это набор последовательно соединённых триггеров (обычно их 8 штук). В отличии от стандартных регистров, сдвиговые поддерживают функцию сдвига вправо и влево. (т. е. переписывание данных с каждого предыдущего триггера на следующий по счёту).
Функционал и назначение у сдвиговых регистров довольно велик. Сегодня мы познакомим одного из них с Arduino (Отличный способ множить выходы у Arduino: занимаем 3, получаем 8).
Наверное самая популярная микросхема, представляющая собой такой регистр — это 74HC595.
— Работает на интерфейсе SPI: ноги DS, ST_CP, SH_CP — это шины управления. Соответственно: шина данных(MOSI), защёлка(SS) и тактовая линия(SCK). Подключаем на любые 3 контакта Arduino (библиотека SPI в коде не будет задействована). У меня это 12, 10, 13 выходы Arduino (стандарт).
— Ноги Q0, Q1, …, Q7 — это выходы регистра (разряды). Для того, чтобы следить за состоянием каждого из них, повесим на каждый вывод по светодиоду (с последовательно соединённым резистором. Номинал от 150 до 330 Ом)
— VCC и GND — это питание. Подключаем к +5v и GND.
— выход Q7` не трогаем (предназначен для последовательного соединения таких регистров)
— MR — это сброс. Подключаем к +5v (сброс не активен).
— ну и OE притягиваем к земле (подключаем к контакту GND).
Получается вот, такая схема:
На BreadBoard можно разместить вот, так:
Теперь к коду:
— как говорилось ранее, библиотека SPI использоваться не будет. Есть удобная функция shiftOut().
для начала именуем наши пины (тактовая линия — clock, данные — data, защёлка — latch):
#define clock 13
#define data 12
#define latch 10
потом в void setup() обозначаем их как выходы и сразу ставим защёлке высокий уровень, чтобы регистр не принимал сигналов:
void setup(){
pinMode(clock, OUTPUT);
pinMode(data, OUTPUT);
pinMode(latch, OUTPUT);
digitalWrite(latch, HIGH);
}
теперь давайте попробуем что-нибудь отправить на регистр:
— для начала ставим LOW на защёлку (начинаем передачу данных. Теперь регистр принимает сигналы с Arduino).
digitalWrite(latch, LOW);
— потом отправляем данные (т. е. отправляем байт в цифровом или двоичном виде. В двоичном проще, т. к. каждый из 8 битов отвечает за свой разряд в регистре. Проще сориентироваться глазами):
Для начала отправим байт 0b10000000; (должен будет загореться первый светодиод):
shiftOut(data, clock, LSBFIRST,0b10000000);
— и в конце выставляем HIGH на защёлку (заканчиваем передавать данные).
digitalWrite(latch, HIGH);
В итоге весь наш код:
#define clock 13
#define data 12
#define latch 10
void setup() {
pinMode(clock, OUTPUT);
pinMode(data, OUTPUT);
pinMode(latch, OUTPUT);
digitalWrite(latch, HIGH);
}
void loop() {
digitalWrite(latch, LOW);
shiftOut(data, clock, LSBFIRST, 0b10000000);
digitalWrite(latch, HIGH);
}
Теперь вгружаем в ардуину. Результат должен быть таким (зажёгся первый светодиод):
(если у вас зажёгся не первый, а последний светодиод, то в функции shiftOut поменяйте LSBFIRST на MSBFIRST и всё станет на свои места).
Итак, получилось! Предлагаю создать функцию для того, чтобы каждый раз не писать эти 3 СТРОЧКИ:
Я назову её: sendbyte;
void sendbyte(byte value){
digitalWrite(latch, LOW);
shiftOut(data, clock, LSBFIRST, value);
digitalWrite(latch, HIGH);
}
Эта функция отправляет регистру состояние всех разрядов сразу. Это пригодится для управления семисегментом (например). Но, чтобы использовать регистр как расширитель портов, нужно управлять каждым разрядом по-отдельности (аналогично функции digitalWrite()):
— Мы можем отправлять регистру лишь полный байты (8 бит — 0b00000000). Если отправить не 8, а 5 бит (например: 0b00000000), то регистр будет ждать недостающие 3 бита. Значит, что когда мы хотим изменить состояние одного разряда регистра (включить его, или выключить) мы должны, по сути, послать ранее отправленный байт, с изменением на один бит.
(P. S.: Сейчас долгое и нудное объяснение (новичкам), кому не интересно, спуститесь чуть ниже :);
— Итак, сначала создаём, так называемую (мною), базу данных, в которой будет храниться состояние каждого разряда (включен(HIGH) или выключен(LOW)). тип: boolean:
boolean states[8];
Только что у нас появился массив переменных;
Каждая переменная в данном массиве обозначает свой разряд (в нулевой (по счёту) будет храниться состояние 1 разряда, второй — 3-го, и т. д.)
— Теперь напишем функцию (я назову её: sendpin). Она будет принимать 2 значения: номер разряда, и уровень, который нам надо этому разряду приписать: высокий(HIGH) или низкий(LOW).
void sendpin(int pin, boolean state){
pin—;
states[pin]=state;
byte value = 0;
byte add = 1;
for(int i=0; i<8; i++){
if(states[i]==HIGH) value+=add;
add*=2;
}
digitalWrite(latch, LOW);
shiftOut(data, clock, LSBFIRST, value);
digitalWrite(latch, HIGH);
}
— из-за того, что счёт начинается с нуля, нам придётся называть первый пин нулевым. Чтобы это исправить (мы будем писать как есть(первый, значит первый), а Arduino будет сама отбавлять один), Я написал:
pin—;
— Затем отмечаем изменения в базе данных:
states[pin]=state;
Теперь надо сформировать из 8 битов байт и отправить его на регистр.
— для начала создаём переменные:
value — тот байт, который будем отправлять. (по умолчанию его нужно сделать нулём):
byte value = 0;
add — это переменная, которая будет хранить в себе байт текущего разряда. для первого разряда это байт 1 (0b10000000);
byte add = 1;
теперь нам нужно прокрутить в базе данных все 8 переменных и сформировать байт (делать это будем с помощью цикла for():
for(int i=0; i<8; i++){
}
Итак, каждый раз мы проверяем очередной разряд в базе данных. Если он должен иметь высокий уровень, то мы прибавляем к value add и переходим на следующий разряд в цепочке (как бы сдвигаемся на разряд выше (левее). Т. е., в двоичном коде всё просто: было так: 0b01000000; сдвинули единичку влево и получилось так: 0b10000000. А вот в цифровом виде всё по-другому. Сдвиг влево аналогичен умножению на 2 (а вправо, кстати, — делению на 2)). Получается примерно так:
if(states[i]==HIGH) value+=add;
add*=2;
Теперь остаётся лишь послать value на регистр:
digitalWrite(latch, LOW);
shiftOut(data, clock, LSBFIRST, value);
digitalWrite(latch, HIGH);
В принципе, если понять, то всё очень просто.
Итак, давайте попробуем включить 2, 4, 6, и 8 разряды отдельно (4 раза напишем в цикле нашу функцию):
sendpin(2, HIGH);
sendpin(4, HIGH);
sendpin(6, HIGH);
sendpin(8, HIGH);
И кстати, в setup-e нужно очистить регистр (послать 0).
Можно даже такую функцию создать:
void cleanreg(){
for(int i=0; i<8; i++) states[i]=LOW;
digitalWrite(latch, LOW);
shiftOut(data, clock, LSBFIRST, 0);
digitalWrite(latch, HIGH);
}
В общем результат таков:
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Плата ArduinoArduino Uno1
Сдвиговый регистрSN74HC5951
R1-R8
Резистор150-330 Ом8
Светодиод8
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- REG_74HC595.ino (1 Кб)
- 74HC595.lay6 (11 Кб)