74HC595移位寄存器應(yīng)用電路詳解

74HC595是一款非常常用的串行輸入、并行輸出的8位移位寄存器，它在需要擴(kuò)展微控制器GPIO端口的應(yīng)用中扮演著重要的角色。當(dāng)微控制器的可用引腳數(shù)量有限，但需要控制大量的LED、數(shù)碼管或其他并行設(shè)備時(shí)，74HC595能夠有效地解決這個(gè)問題，極大地簡(jiǎn)化了硬件連接并節(jié)省了寶貴的微控制器引腳資源。通過串行數(shù)據(jù)傳輸，74HC595可以將3個(gè)微控制器引腳（數(shù)據(jù)、時(shí)鐘、鎖存）擴(kuò)展為8個(gè)輸出引腳，并且可以通過級(jí)聯(lián)進(jìn)一步擴(kuò)展更多的輸出。

74HC595引腳功能與工作原理

理解74HC595的工作原理是設(shè)計(jì)應(yīng)用電路的基礎(chǔ)。74HC595內(nèi)部包含一個(gè)8位串行輸入、并行輸出的移位寄存器和一個(gè)8位并行輸出的存儲(chǔ)寄存器。

引腳功能：

• Q0-Q7： 8位并行數(shù)據(jù)輸出引腳。這些引腳直接連接到存儲(chǔ)寄存器的輸出，當(dāng)存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)更新時(shí)，它們的狀態(tài)也隨之改變。它們是推挽輸出，可以直接驅(qū)動(dòng)LED等負(fù)載。

• SER (Serial Data Input)： 串行數(shù)據(jù)輸入引腳。數(shù)據(jù)通過這個(gè)引腳一位一位地移入移位寄存器。每次時(shí)鐘上升沿時(shí)，SER引腳上的數(shù)據(jù)位被移入移位寄存器的最低位（Q0），同時(shí)移位寄存器中的原有數(shù)據(jù)向高位移動(dòng)一位。

• SRCLK (Shift Register Clock)： 移位寄存器時(shí)鐘引腳。每個(gè)SRCLK的上升沿，SER上的數(shù)據(jù)被移入移位寄存器，并且移位寄存器中的所有位向高位（Q7方向）移動(dòng)一位。這是串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵時(shí)鐘信號(hào)。

• RCLK (Register Clock / Latch Clock)： 存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘/鎖存時(shí)鐘引腳。當(dāng)RCLK的上升沿到來時(shí)，移位寄存器中的8位數(shù)據(jù)會(huì)被并行地傳輸?shù)酱鎯?chǔ)寄存器中，并立刻反映在Q0-Q7輸出引腳上。這個(gè)操作允許在移位寄存器中準(zhǔn)備好所有數(shù)據(jù)后再一次性更新輸出，避免了數(shù)據(jù)在移位過程中對(duì)輸出產(chǎn)生閃爍或不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

• SRCLR (Shift Register Clear)： 移位寄存器清零引腳。這是一個(gè)低電平有效的異步清零輸入。當(dāng)SRCLR引腳為低電平時(shí)，移位寄存器中的所有數(shù)據(jù)位（Q0-Q7）都會(huì)被強(qiáng)制清零為0。在初始化或需要清除輸出狀態(tài)時(shí)非常有用。通常情況下，如果不需要清零功能，應(yīng)將其連接到VCC。

• OE (Output Enable)： 輸出使能引腳。這是一個(gè)低電平有效的輸出控制引腳。當(dāng)OE引腳為高電平時(shí)，Q0-Q7輸出引腳處于高阻態(tài)（三態(tài)），即不輸出高電平也不輸出低電平，相當(dāng)于斷開了連接。當(dāng)OE引腳為低電平時(shí)，Q0-Q7輸出引腳正常工作，輸出存儲(chǔ)寄存器中的數(shù)據(jù)。這個(gè)引腳在多片74HC595共用數(shù)據(jù)線或需要分時(shí)復(fù)用輸出時(shí)非常有用。通常情況下，如果需要持續(xù)輸出，應(yīng)將其連接到GND。

• Q'S (Serial Data Output / Q7 Prime)： 串行數(shù)據(jù)輸出引腳。這個(gè)引腳輸出的是移位寄存器中的最高位數(shù)據(jù)（Q7）。它允許將多個(gè)74HC595級(jí)聯(lián)，將一個(gè)74HC595的Q'S連接到下一個(gè)74HC595的SER引腳，從而實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的串行數(shù)據(jù)鏈和更多的并行輸出。

• VCC： 電源正極。通常連接到3.3V或5V直流電源。

• GND： 電源地。

工作原理概述：

1. 數(shù)據(jù)移入 (Shift Data)： 微控制器通過SER引腳發(fā)送一位數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生一個(gè)SRCLK的上升沿。74HC595會(huì)將SER上的數(shù)據(jù)移入其內(nèi)部的8位移位寄存器。這個(gè)過程重復(fù)8次，直到8位數(shù)據(jù)全部移入。

2. 數(shù)據(jù)鎖存 (Latch Data)： 當(dāng)8位數(shù)據(jù)全部移入移位寄存器后，微控制器產(chǎn)生一個(gè)RCLK的上升沿。此時(shí)，移位寄存器中的數(shù)據(jù)會(huì)被并行地傳輸?shù)酱鎯?chǔ)寄存器中。

3. 數(shù)據(jù)輸出 (Output Data)： 存儲(chǔ)寄存器中的數(shù)據(jù)立刻通過Q0-Q7引腳輸出，控制外部設(shè)備的狀態(tài)。如果OE引腳為低電平，則輸出有效；如果OE引腳為高電平，則輸出高阻態(tài)。

這個(gè)分兩步的操作（移位和鎖存）是74HC595的關(guān)鍵特性。它確保了在所有數(shù)據(jù)都準(zhǔn)備好之前，輸出引腳不會(huì)發(fā)生變化，從而避免了輸出端的“閃爍”或不一致狀態(tài)。

典型應(yīng)用電路圖

以下是74HC595的幾種典型應(yīng)用電路圖，涵蓋了從最基本的單片驅(qū)動(dòng)到多片級(jí)聯(lián)擴(kuò)展的應(yīng)用場(chǎng)景。

1. 單個(gè)74HC595驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED

這是74HC595最基礎(chǔ)也是最常見的應(yīng)用。通過一個(gè)74HC595，我們可以用3個(gè)微控制器引腳來控制8個(gè)LED。

電路圖描述：

• 電源連接：

• 74HC595的VCC引腳連接到微控制器的5V或3.3V電源輸出。

• 74HC595的GND引腳連接到微控制器的地線。

• 控制引腳連接（與微控制器連接）：

• SER (Pin 14) 連接到微控制器的一個(gè)通用I/O引腳（例如：GPIO_DATA）。這是串行數(shù)據(jù)輸入端。

• SRCLK (Pin 11) 連接到微控制器的另一個(gè)通用I/O引腳（例如：GPIO_SRCLK）。這是移位寄存器的時(shí)鐘輸入。

• RCLK (Pin 12) 連接到微控制器的第三個(gè)通用I/O引腳（例如：GPIO_RCLK）。這是存儲(chǔ)寄存器的鎖存時(shí)鐘輸入。

• 功能引腳連接：

• SRCLR (Pin 10)：通常連接到VCC（高電平），使其保持非清零狀態(tài)。如果需要異步清零功能，可以連接到微控制器的另一個(gè)GPIO引腳。

• OE (Pin 13)：通常連接到GND（低電平），使能輸出。如果需要控制輸出的使能/禁用，可以連接到微控制器的另一個(gè)GPIO引腳。

• 輸出連接 (Q0-Q7)：

• Q0-Q7 (Pin 15, Pin 1-7) 分別連接到8個(gè)LED的陽極。

• 每個(gè)LED的陰極通過一個(gè)合適的限流電阻（通常為220Ω-1KΩ，具體值取決于LED的正向電壓和期望電流）連接到GND。限流電阻是必不可少的，用于保護(hù)LED和74HC595，防止過流損壞。

工作流程：

1. 微控制器準(zhǔn)備一個(gè)8位的數(shù)據(jù)（例如：0b10101010）。

2. 循環(huán)8次：

• 取出當(dāng)前位的最高位數(shù)據(jù)（例如，先是1）。

• 將該數(shù)據(jù)通過SER引腳發(fā)送給74HC595。

• 給SRCLK引腳一個(gè)上升沿（先拉低再拉高）。這會(huì)將數(shù)據(jù)位移入74HC595的移位寄存器。

3. 當(dāng)所有8位數(shù)據(jù)都移入移位寄存器后，給RCLK引腳一個(gè)上升沿。這會(huì)將移位寄存器中的數(shù)據(jù)鎖存到存儲(chǔ)寄存器，并立即反映在Q0-Q7輸出引腳上，從而控制LED的亮滅。

2. 多個(gè)74HC595級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)更多LED

當(dāng)需要控制超過8個(gè)輸出設(shè)備時(shí)，74HC595的級(jí)聯(lián)功能變得非常有用。通過連接一片74HC595的Q'S引腳到下一片74HC595的SER引腳，可以輕松地?cái)U(kuò)展輸出。

電路圖描述：

假設(shè)我們級(jí)聯(lián)兩片74HC595來驅(qū)動(dòng)16個(gè)LED。

• 公共連接：

• 所有74HC595的VCC和GND引腳都連接到相應(yīng)的電源和地。

• 所有74HC595的SRCLK、RCLK、SRCLR和OE引腳都可以并聯(lián)連接到微控制器的相應(yīng)引腳。這意味著所有的74HC595共享同一個(gè)時(shí)鐘、鎖存、清零和輸出使能信號(hào)。

• 串行數(shù)據(jù)鏈連接：

• 第一片74HC595 (U1) 的SER引腳連接到微控制器的GPIO_DATA。

• 第一片74HC595 (U1) 的Q'S (Pin 9) 引腳連接到第二片74HC595 (U2) 的SER引腳。

• 如果還有第三片，第二片(U2)的Q'S連接到第三片(U3)的SER，以此類推。

• 輸出連接：

• U1的Q0-Q7連接到前8個(gè)LED及其限流電阻。

• U2的Q0-Q7連接到后8個(gè)LED及其限流電阻。

工作流程：

1. 微控制器需要發(fā)送16位數(shù)據(jù)（例如：兩個(gè)8位字節(jié)）。

2. 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)從最末端的74HC595（距離微控制器最遠(yuǎn)的那一片）所需的數(shù)據(jù)開始發(fā)送。例如，如果要控制U1和U2，需要先發(fā)送U2的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送U1的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)是“推”入移位寄存器的，最早進(jìn)入的數(shù)據(jù)會(huì)最終出現(xiàn)在距離SER最遠(yuǎn)的那一片的Q7端。

3. 對(duì)于16位數(shù)據(jù)，微控制器將循環(huán)16次：

• 取出當(dāng)前位的最高位數(shù)據(jù)。

• 將該數(shù)據(jù)通過SER引腳發(fā)送給第一片74HC595 (U1)。

• 給所有74HC595的SRCLK引腳一個(gè)上升沿。

4. 當(dāng)所有16位數(shù)據(jù)都移入各自的移位寄存器后（U1和U2的移位寄存器都被填充），給所有74HC595的RCLK引腳一個(gè)上升沿。這會(huì)將各自移位寄存器中的數(shù)據(jù)并行地鎖存到存儲(chǔ)寄存器，同時(shí)更新Q0-Q7輸出引腳。

3. 驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管

74HC595非常適合驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管，無論是共陽極還是共陰極。這里以共陰極數(shù)碼管為例。

電路圖描述（共陰極）：

• 電源與控制連接： 同上述LED驅(qū)動(dòng)電路。

• 輸出連接：

• 74HC595的Q0-Q6引腳分別連接到七段數(shù)碼管的a-g段。

• 74HC595的Q7引腳可以連接到小數(shù)點(diǎn)（DP）段。

• 每個(gè)段線（a-g, dp）都需要串聯(lián)一個(gè)限流電阻（例如220Ω-1KΩ），然后連接到數(shù)碼管的相應(yīng)段。

• 數(shù)碼管的公共陰極連接到GND。

工作流程：

1. 微控制器根據(jù)需要顯示的數(shù)字或字符，準(zhǔn)備相應(yīng)的8位段碼數(shù)據(jù)。例如，顯示數(shù)字“1”，則對(duì)應(yīng)段碼可能為0b00000110（假設(shè)gfedcba順序）。

2. 按照驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED的方式，將8位段碼數(shù)據(jù)串行移入74HC595的移位寄存器。

3. 鎖存數(shù)據(jù)，使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。

對(duì)于多位七段數(shù)碼管，可以采用以下兩種方式：

• 多片74HC595級(jí)聯(lián)： 每位七段數(shù)碼管使用一片74HC595驅(qū)動(dòng)，所有74HC595級(jí)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)多位并行顯示。這種方式連接簡(jiǎn)單，但需要較多的74HC595芯片。

• 74HC595配合PNP/NPN晶體管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描： 一片74HC595驅(qū)動(dòng)所有數(shù)碼管的段線（a-g, dp），然后用微控制器的其他GPIO引腳結(jié)合PNP或NPN晶體管來控制每位共陰/共陽極的通斷。通過快速地輪流點(diǎn)亮每一位數(shù)碼管，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多位同時(shí)顯示的效果。這種方式節(jié)省了74HC595芯片的數(shù)量，但需要更復(fù)雜的軟件控制和額外的晶體管。

4. 驅(qū)動(dòng)繼電器/高功率負(fù)載

74HC595的輸出電流能力有限（最大輸出電流通常為±35mA）。直接驅(qū)動(dòng)繼電器或需要更大電流的負(fù)載可能會(huì)損壞芯片。在這種情況下，需要使用外部驅(qū)動(dòng)電路，例如晶體管或達(dá)林頓管陣列。

電路圖描述：

• 電源與控制連接： 同上述LED驅(qū)動(dòng)電路。

• 輸出連接（以驅(qū)動(dòng)NPN晶體管為例）：

• 74HC595的Q0-Q7引腳分別連接到NPN晶體管（例如2N2222、BC547）的基極，每個(gè)基極前串聯(lián)一個(gè)限流電阻（通常為1KΩ-10KΩ）。

• 晶體管的發(fā)射極連接到GND。

• 晶體管的集電極連接到繼電器的線圈一端。

• 繼電器的另一端線圈連接到外部電源（通常為12V或5V，取決于繼電器類型）。

• 在繼電器線圈兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管（例如1N4007），方向與電流方向相反，用于釋放繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)晶體管。

工作流程：

1. 微控制器發(fā)送8位數(shù)據(jù)給74HC595，控制相應(yīng)輸出引腳的高低電平。

2. 當(dāng)74HC595的某個(gè)Qx引腳輸出高電平，相應(yīng)的NPN晶體管導(dǎo)通。

3. 晶體管導(dǎo)通后，電流流過繼電器線圈，繼電器吸合，其觸點(diǎn)閉合，從而控制高功率負(fù)載的通斷。

74HC595編程與軟件控制

雖然上述電路圖說明了硬件連接，但74HC595的真正力量在于其軟件控制。以下是一個(gè)使用Arduino（基于C++）控制74HC595驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED的示例代碼。

C++

// 定義連接74HC595的Arduino引腳const int LATCH_PIN = 8;   
// RCLK (ST_CP) - 存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘引腳const int CLOCK_PIN = 9;   
// SRCLK (SH_CP) - 移位寄存器時(shí)鐘引腳const int DATA_PIN = 10;   
// SER (DS)    - 串行數(shù)據(jù)輸入引腳void setup() {  
// 設(shè)置引腳為輸出模式
  pinMode(LATCH_PIN, OUTPUT);
  pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DATA_PIN, OUTPUT);  // 初始化74HC595的輸出為全滅
  digitalWrite(LATCH_PIN, LOW); // 拉低鎖存引腳，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)
  shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, 0x00); // 寫入0x00，所有LED熄滅
  digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH); // 拉高鎖存引腳，更新輸出}void loop() {  // 逐個(gè)點(diǎn)亮LED
  for (byte i = 0; i < 8; i++) {
    byte dataToSend = 0x01 << i; // 生成從Q0到Q7依次點(diǎn)亮的模式
    updateShiftRegister(dataToSend);
    delay(200); // 延時(shí)200毫秒
  }  // 逐個(gè)熄滅LED
  for (byte i = 0; i < 8; i++) {
    byte dataToSend = ~(0x01 << i); // 生成從Q0到Q7依次熄滅的模式
    updateShiftRegister(dataToSend);
    delay(200);
  }  // 交替點(diǎn)亮LED
  updateShiftRegister(0xAA); // 10101010
  delay(500);
  updateShiftRegister(0x55); // 01010101
  delay(500);  // 全亮
  updateShiftRegister(0xFF);
  delay(1000);  // 全滅
  updateShiftRegister(0x00);
  delay(1000);
}// 自定義函數(shù)，用于將數(shù)據(jù)寫入74HC595void updateShiftRegister(byte data) {  
// 1. 拉低鎖存引腳，準(zhǔn)備移位數(shù)據(jù)
  digitalWrite(LATCH_PIN, LOW);  // 2. 通過循環(huán)將8位數(shù)據(jù)一位一位地移入74HC595
  // MSBFIRST表示從最高位開始發(fā)送數(shù)據(jù)，LSBFIRST表示從最低位開始發(fā)送
  // Arduino的shiftOut函數(shù)已經(jīng)封裝了SRCLK的上升沿操作
  shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, data);  
  // 3. 拉高鎖存引腳，使數(shù)據(jù)從移位寄存器傳輸?shù)酱鎯?chǔ)寄存器并更新輸出
  digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH);
}

代碼解釋：

• LATCH_PIN, CLOCK_PIN, DATA_PIN： 定義了連接74HC595的Arduino引腳。

• setup()： 初始化Arduino引腳為輸出模式，并在程序啟動(dòng)時(shí)將所有LED熄滅。

• loop()： 包含了演示如何控制LED亮滅的幾種模式（逐個(gè)點(diǎn)亮、逐個(gè)熄滅、交替亮滅、全亮、全滅）。

• updateShiftRegister(byte data)： 這是核心函數(shù)，負(fù)責(zé)將一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送到74HC595。

• DATA_PIN：數(shù)據(jù)引腳。

• CLOCK_PIN：時(shí)鐘引腳。

• MSBFIRST：指定數(shù)據(jù)發(fā)送順序，MSBFIRST表示從最高有效位（Most Significant Bit）開始發(fā)送，LSBFIRST表示從最低有效位（Least Significant Bit）開始發(fā)送。74HC595通常推薦使用MSBFIRST，因?yàn)檫@樣發(fā)送的第一個(gè)位會(huì)最終出現(xiàn)在Q7，最后一個(gè)位會(huì)出現(xiàn)在Q0。

• data：要發(fā)送的8位數(shù)據(jù)。

• shiftOut函數(shù)會(huì)自動(dòng)處理每次發(fā)送一位數(shù)據(jù)時(shí)，拉高和拉低時(shí)鐘引腳的操作，模擬SRCLK的上升沿。

1. digitalWrite(LATCH_PIN, LOW);：在開始發(fā)送數(shù)據(jù)之前，將鎖存引腳拉低，確保數(shù)據(jù)只進(jìn)入移位寄存器，不會(huì)立即更新輸出。

2. shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, data);：這是Arduino庫中提供的函數(shù)，用于串行發(fā)送數(shù)據(jù)。

3. digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH);：當(dāng)所有8位數(shù)據(jù)都通過shiftOut函數(shù)移入74HC595的移位寄存器后，將鎖存引腳拉高，觸發(fā)數(shù)據(jù)從移位寄存器傳輸?shù)酱鎯?chǔ)寄存器，并更新Q0-Q7的輸出。

級(jí)聯(lián)控制的編程思路：

當(dāng)級(jí)聯(lián)多片74HC595時(shí)，編程的關(guān)鍵在于發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的順序。你需要發(fā)送總位數(shù)的數(shù)據(jù)，并且要確保數(shù)據(jù)發(fā)送的順序是正確的。對(duì)于N片級(jí)聯(lián)的74HC595，你需要發(fā)送N * 8位數(shù)據(jù)。在發(fā)送時(shí)，應(yīng)先發(fā)送最末端74HC595所需的數(shù)據(jù)（即距離微控制器最遠(yuǎn)的那片），然后依次向前發(fā)送。

例如，兩片級(jí)聯(lián)：需要發(fā)送16位數(shù)據(jù)。首先發(fā)送給第二片74HC595的8位數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給第一片74HC595的8位數(shù)據(jù)。

// 假設(shè)有兩片74HC595級(jí)聯(lián)void updateTwoShiftRegisters(byte data2, byte data1) {
  digitalWrite(LATCH_PIN, LOW);
  shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, data2); // 先發(fā)送給第二片的數(shù)據(jù)
  shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, data1); // 再發(fā)送給第一片的數(shù)據(jù)
  digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH);
}

74HC595應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

在使用74HC595進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和編程時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性：

• 電源去耦： 在74HC595的VCC和GND引腳之間靠近芯片的位置并聯(lián)一個(gè)0.1μF（104）的陶瓷電容。這個(gè)去耦電容可以濾除電源噪聲，提供穩(wěn)定的電源，尤其是在高速開關(guān)或驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，防止芯片內(nèi)部電路受到瞬態(tài)電壓波動(dòng)的影響。

• 限流電阻： 在驅(qū)動(dòng)LED或其他需要電流限制的設(shè)備時(shí)，務(wù)必串聯(lián)限流電阻。74HC595的每個(gè)輸出引腳能夠提供或吸收的電流是有限的，如果直接連接LED而不加電阻，會(huì)導(dǎo)致LED過流損壞或74HC595的輸出引腳燒毀。

• 引腳狀態(tài)初始化： 在程序開始時(shí)，確保所有控制引腳（LATCH_PIN, CLOCK_PIN, DATA_PIN）都被正確初始化，并將74HC595的輸出設(shè)置為已知狀態(tài)（例如，所有LED熄滅）。這可以避免在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)隨機(jī)的輸出狀態(tài)。

• SRCLR和OE引腳：

• SRCLR (Pin 10)： 如果不需要清零功能，應(yīng)將其連接到VCC。如果需要，可以連接到微控制器的GPIO引腳，并在需要清零時(shí)拉低該引腳。

• OE (Pin 13)： 如果需要持續(xù)輸出，應(yīng)將其連接到GND。如果需要控制輸出的啟用/禁用（例如，在掃描顯示或多路復(fù)用應(yīng)用中），可以連接到微控制器的GPIO引腳，并在需要禁用輸出時(shí)拉高該引腳。

• 數(shù)據(jù)順序： 當(dāng)級(jí)聯(lián)多片74HC595時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送的順序至關(guān)重要。始終從“最遠(yuǎn)”的74HC595（即，串行數(shù)據(jù)鏈的末端）開始發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)會(huì)“推”過所有的寄存器。例如，如果U1和U2級(jí)聯(lián)（U1的Q'S連接到U2的SER），你需要先發(fā)送U2的數(shù)據(jù)，再發(fā)送U1的數(shù)據(jù)。

• 時(shí)序要求： 74HC595有其特定的時(shí)序要求，包括時(shí)鐘脈沖寬度、數(shù)據(jù)建立時(shí)間、數(shù)據(jù)保持時(shí)間等。雖然在大多數(shù)微控制器應(yīng)用中，直接使用digitalWrite和delayMicroseconds來控制時(shí)序已經(jīng)足夠，但對(duì)于高速或更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，需要查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)確保滿足所有時(shí)序要求。Arduino的shiftOut函數(shù)通常已經(jīng)考慮了這些時(shí)序，使用起來比較方便。

• 電源電壓： 確保為74HC595提供其工作電壓范圍內(nèi)的電源（通常為2V-6V）。HC系列是CMOS器件，對(duì)電源電壓波動(dòng)有一定的容忍度，但超出范圍可能會(huì)導(dǎo)致功能異?；驌p壞。

• 共地： 微控制器和74HC595必須共用一個(gè)地線，以確保正確的信號(hào)參考電平。

• 上拉/下拉電阻： 通常情況下，74HC595的輸入引腳不需要額外的上拉/下拉電阻，因?yàn)槲⒖刂破鞯腉PIO可以提供足夠穩(wěn)定的高低電平。但在某些特殊情況下，例如為了確保在微控制器未初始化時(shí)引腳處于已知狀態(tài)，可以考慮在SER、SRCLK、RCLK上添加下拉電阻，SRCLR和OE上添加上拉電阻。

74HC595的擴(kuò)展應(yīng)用

74HC595不僅僅局限于驅(qū)動(dòng)LED或數(shù)碼管，其串行輸入并行輸出的特性使其在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：

• LED點(diǎn)陣顯示屏： 通過多片74HC595級(jí)聯(lián)，結(jié)合行掃描和列驅(qū)動(dòng)，可以構(gòu)建大型LED點(diǎn)陣顯示屏，顯示文字、圖案甚至簡(jiǎn)單的動(dòng)畫。

• LED立方體： 類似于點(diǎn)陣屏，74HC595可以用于驅(qū)動(dòng)LED立方體的每一層或每一列LED。

• 多路開關(guān)控制： 控制一組繼電器、固態(tài)繼電器或其他開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)多路電源通斷、信號(hào)切換等功能。

• 移位寄存器鏈： 作為更復(fù)雜數(shù)字電路的一部分，用于構(gòu)建數(shù)據(jù)通道、數(shù)據(jù)緩沖器或自定義邏輯功能。

• 擴(kuò)展數(shù)字輸出： 當(dāng)微控制器IO口不足時(shí)，74HC595是最經(jīng)濟(jì)有效的擴(kuò)展數(shù)字輸出的方案之一。例如，控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)七段解碼器等。

• 并行數(shù)據(jù)采集（逆向應(yīng)用）： 雖然74HC595是串入并出，但有些類似功能的芯片（如74HC165，并入串出）可以與74HC595配合使用，實(shí)現(xiàn)串行擴(kuò)展輸入和輸出。

• 矩陣鍵盤掃描： 雖然主要用于輸出，但在某些巧妙的設(shè)計(jì)中，74HC595也可以與輸入擴(kuò)展芯片（如74HC165）結(jié)合，用于矩陣鍵盤的行掃描和列讀取。

總結(jié)

74HC595是一款功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的串行輸入、并行輸出移位寄存器。它通過簡(jiǎn)單有效的串行通信協(xié)議，極大地解決了微控制器I/O引腳不足的問題。理解其引腳功能、工作原理以及正確的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)是成功使用它的關(guān)鍵。無論是簡(jiǎn)單的LED控制，還是復(fù)雜的顯示系統(tǒng)和多路控制，74HC595都能提供一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。通過本文的詳細(xì)介紹和代碼示例，希望您能夠充分掌握74HC595的應(yīng)用，并將其靈活運(yùn)用到您的電子項(xiàng)目中。