Arduino開發板的普通IO引腳是有限的，必要時要對IO口進行擴展，才能滿足外部設備對IO口的需求。本篇介紹74HC595芯片，使用它來擴展Arduino的IO口，用3個IO來控制8路LED燈。
1. 74HC595介紹
74HC595芯片是一個串行輸入，並行輸出設備。其內部包括一個8位移位寄存器、一個存儲器以及三態輸出門電路，其中移位寄存器和存儲器都有相互獨立的時鐘。
1. 引腳說明
74HC595芯片引腳定義說明如下所示：
VCC、GND爲芯片供電管腳，工作電壓5V。
Q0~Q7這8個引腳是芯片的輸出引腳。
DS引腳爲串行輸入引腳。我們需要將數據一位一位的寫入該引腳。
STCP引腳爲鎖存引腳。當移位寄存器的8位數據全部傳輸完畢後，通過控制此引腳將數據複製到鎖存器準備並行輸出。
SHCP引腳爲時鐘引腳。通過控制此引腳將數據寫入移位寄存器。
OE引腳爲輸出使能。其作用是控制鎖存器裏的數據是否最終輸出到Q0-Q7輸出引腳上。低電平時輸出，高電平時不輸出，本實驗直接接在GND使其一直保持低電平輸出數據。
MR是用來重置內部寄存器的引腳。低電平時重置內部寄存器。本實驗直接連接在VCC上一直保持高電平。
Q7S引腳爲串行輸出引腳，專門用於芯片級聯。
2. 操作說明
根據74HC595引腳說明，有三個重要的引腳：數據引腳(data)、鎖存引腳(latch)、時鐘引腳(clock)。
| 74HC595操作步驟 | 操作說明 |
|---|---|
| latch = LOW | 只有爲low時纔可以輸入數據 |
| data | 通過data傳輸數據第一位，HIGH/LOW |
| clock = HIGH | 數據鎖存 |
| clock = LOW | 準備下一個 |
| data… | 繼續上面步驟，直到傳輸完成 |
| clock = HIGH | 儲存全部的數據 |
| clock = LOW | 禁止數據再進行傳輸 |
| latch = HIGH | 並行送出數據 |
2. 實驗材料
- Uno R3開發板
- 配套USB數據線
- 麪包板及配套連接線
- 74HC595芯片
- 8個220Ω限流電阻
- 8個LED發光二極管
3. 實驗步驟
1. 根據原理圖搭建電路。
8個LED發光二極管的負極接開發板GND,正極分別接入220Ω限流電阻，電阻另一端分別接入74HC595芯片的Q0~Q7輸出引腳。
74HC595的VCC、MR引腳接入開發板5V，OE、GND引腳接入開發板的GND。DS、SHCP、STCP這三個控制引腳分別接入開發板的8、9、10數字引腳。
實驗原理圖如下圖所示：
實物連接圖如下圖所示：
2. 新建sketch，拷貝如下代碼替換自動生成的代碼並進行保存。
/*
Shift
74HC595擴展IO，串行驅動8路LED燈
*/
int latchPin = 10;//鎖存引腳
int clockPin = 9; //時鐘引腳
int dataPin = 8; //數據引腳
void setup ()
{
pinMode(latchPin, OUTPUT);
pinMode(clockPin, OUTPUT);
pinMode(dataPin, OUTPUT); //讓三個腳都是輸出狀態
}
void loop()
{
for (int data = 0; data < 255; data++)
{
digitalWrite(latchPin, LOW); //將ST_CP口上加低電平讓芯片準備好接收數據
shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, data);
digitalWrite(latchPin, HIGH); //將ST_CP這個針腳恢復到高電平
delay(1000); //暫停1秒鐘觀看顯示效果
}
}
3. 連接開發板，設置好對應端口號和開發板類型，進行程序下載。
4. 實驗現象
8個LED燈移位進行亮滅顯示。
5. 函數介紹
shiftOut()
- 描述：將數據在時鐘引腳脈衝控制下按位移出寫入到數字引腳。
- 函數原型：
shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value) - 參數：
- dataPin: 數據輸入引腳。
- clockPin: 時鐘引腳。
- bitOrder: 移位順序。MSBFIRST(高位在前)、LSBFIRST(低位在前)。
- value: 需要移位的數據。
- 返回值：沒有。
6. 實驗分析
程序中將74HC595三個控制引腳設置爲輸出模式，然後使用shiftOut()函數將數據進行移位寫入74HC595的移位寄存器，然後通過控制鎖存引腳將數據進行鎖存輸出。shiftOut()函數的value參數是一個字節長度，即每執行一次會將一個字節(最大值255)進行移位輸出。如果移位的數據大於一個字節，需要執行兩次shiftOut()函數，例如：
//Do this for MSBFIRST serial
int data = 500;
// shift out highbyte
shiftOut(dataPin, clock, MSBFIRST, (data >> 8));
// shift out lowbyte
shiftOut(dataPin, clock, MSBFIRST, data);
// Or do this for LSBFIRST serial
data = 500;
// shift out lowbyte
shiftOut(dataPin, clock, LSBFIRST, data);
// shift out highbyte
shiftOut(dataPin, clock, LSBFIRST, (data >> 8));