Урок 5. Сдвиговый регистр: 74HC595 и 8 ламп по трём проводам

После этого урока в библиотеке 74HC595 — та самая микросхема, которой Arduino зажигает восемь светодиодов по трём проводам, — а на холсте восемь ламп, которые ты заполняешь бит за битом и показываешь разом.

5.1. Идея: биты по одному проводу

Сдвиговый регистр — восемь триггеров цепочкой: на каждом фронте SHCP каждый берёт значение соседа, а первый — бит с DS. Восемь фронтов — и в регистре целый байт, пришедший по одному проводу. Последний триггер выходит наружу ногой Q7S: её можно подать на DS следующей 74HC595 — и получить 16, 24, 100 выходов по тем же трём проводам.

5.2. Идея: защёлка — показать разом

Пока байт вдвигается, его биты бегут через все восемь позиций. Если бы лампы стояли прямо на сдвиговом регистре, они бы мигали. Поэтому у 74HC595 есть второй ряд из восьми триггеров — защёлка: по фронту STCP она копирует весь байт разом, и лампы меняются один раз.

5.3. Идея: третье состояние

Выход обычного вентиля — всегда 0 или 1. У 74HC595 выход можно отключить (OE = 1): провод становится ничьим. Это нужно, когда к одним проводам подключено несколько микросхем — говорит только одна. Отключённый провод сам ни 0, ни 1, поэтому на плату ставят резистор к земле. Внутри ключ — Transmission gate: при OE = 0 он соединяет защёлку с ногой, при OE = 1 — размыкает.

5.4. Сборка

Тот же проект, что в уроке 4: в библиотеке 74HC04 и 74HC74.

Шаг 1. Чип 74HC595 — сдвиговый регистр с защёлкой

Ноги корпуса по даташиту: 1 Q1, 2 Q2, 3 Q3, 4 Q4, 5 Q5, 6 Q6, 7 Q7, 9 Q7S, 10 MR, 11 SHCP, 12 STCP, 13 OE, 14 DS, 15 Q0; 8 — GND, 16 — VCC. DS — данные, SHCP — сдвиг (фронт), STCP — защёлка (фронт), MR — очистка сдвигового регистра (активный 0), OE — включить выходы (активный 0), Q7S — последовательный выход (для цепочки 74HC595). Внутри: 16 триггеров — восемь 74HC74 (8 на сдвиг, 8 на защёлку), 74HC04 и восемь ключей Transmission gate — третье состояние: при OE = 1 выходы отключаются от защёлки.

Ctrl+G → имя 74HC595. Ноги: входы MR, SHCP, STCP, OE, DS; выходы Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q0.

Шаг 2. Три провода и кнопки

Тумблер DATA — бит, который задвигаем. Кнопка «Сдвиг» — SH, «Защёлка» — ST, «Очистить» — CLRB. Тумблер OFF — выключить выходы (OE).

Шаг 3. Очистка через 74HC04

MR у 74HC595 — активный 0, кнопка даёт 1: переворачиваем.

Шаг 4. 74HC595

Выходы Q0–Q7 — на лампы L0–L7, Q7S — на лампу SO.

Шаг 5. Резисторы к земле

Когда выходы выключены (OE = 1), провод от 74HC595 ни к чему не подключён — третье состояние. Сам он ни 0, ни 1, поэтому на настоящей плате ставят резистор к земле: он тянет отключённый провод в 0. Resistor из палитры — между L<n> и GND.

Шаг 6. Лампы

Восемь ламп в ряд, L7 слева — как байт: старший бит слева.

5.5. Проверка

1. Нажми Очистить, потом Защёлка: все лампы гаснут.
2. Задвинь байт 1011 0010 — старшим битом вперёд: для каждого бита поставь DATA (1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0) и нажми Сдвиг. Лампы L0–L7 не меняются — данные пока в сдвиговом регистре. Лампа SO показывает бит, который выходит с конца.
3. Нажми Защёлка: лампы разом показывают 1011 0010 (L7 слева).
4. OFF = 1 — все лампы гаснут: выходы отключены, резисторы тянут провода в 0. OFF = 0 — снова 1011 0010.

Почему так удобно: байт вдвигается по одному проводу, а лампы меняются только по «Защёлке» — все разом, без мигания. Три провода — DATA, «Сдвиг», «Защёлка» — вместо восьми; так Arduino управляет восемью светодиодами, а цепочка 74HC595 через Q7S — хоть сотней.

Вставка урока 5 (Cmd+I)

Поверх урока 4.

# Урок 5 — 74HC595: сдвиговый регистр с защёлкой; 8 ламп по трём проводам, как у Arduino.# Вставка: Cmd+I поверх урока 4 (нужны 74HC04, 74HC74). # 74HC595 — 8-бит сдвиговый регистр (DS → по фронту SHCP) + 8-бит защёлка (по фронту STCP) + выходы с третьим состоянием (OE — активный 0); MR — очистка сдвигового (активный 0); Q7S — последовательный выход. Ноги: 1 Q1, 2 Q2, 3 Q3, 4 Q4, 5 Q5, 6 Q6, 7 Q7, 9 Q7S, 10 MR, 11 SHCP, 12 STCP, 13 OE, 14 DS, 15 Q0chip 74HC595 {  portIn(MR)  portIn(SHCP)  portIn(STCP)  portIn(OE)  portIn(DS)  portOut(Q1)  portOut(Q2)  portOut(Q3)  portOut(Q4)  portOut(Q5)  portOut(Q6)  portOut(Q7)  portOut(Q0)  portOut{name=Q7S}(s7)  # сдвиговый регистр: 8 триггеров на четырёх 74HC74, общий такт SHCP; каждый берёт значение предыдущего, первый — DS  74HC74(1RD=MR, 1D=DS, 1CP=SHCP, 1SD=VCC, 1Q=s0, 1QN=sn0, 2QN=sn1, 2Q=s1, 2SD=VCC, 2CP=SHCP, 2D=s0, 2RD=MR)  74HC74(1RD=MR, 1D=s1, 1CP=SHCP, 1SD=VCC, 1Q=s2, 1QN=sn2, 2QN=sn3, 2Q=s3, 2SD=VCC, 2CP=SHCP, 2D=s2, 2RD=MR)  74HC74(1RD=MR, 1D=s3, 1CP=SHCP, 1SD=VCC, 1Q=s4, 1QN=sn4, 2QN=sn5, 2Q=s5, 2SD=VCC, 2CP=SHCP, 2D=s4, 2RD=MR)  74HC74(1RD=MR, 1D=s5, 1CP=SHCP, 1SD=VCC, 1Q=s6, 1QN=sn6, 2QN=sn7, 2Q=s7, 2SD=VCC, 2CP=SHCP, 2D=s6, 2RD=MR)  # защёлка: ещё 8 триггеров, такт STCP — копирует сдвиговый регистр разом  74HC74(1RD=VCC, 1D=s0, 1CP=STCP, 1SD=VCC, 1Q=r0, 1QN=rn0, 2QN=rn1, 2Q=r1, 2SD=VCC, 2CP=STCP, 2D=s1, 2RD=VCC)  74HC74(1RD=VCC, 1D=s2, 1CP=STCP, 1SD=VCC, 1Q=r2, 1QN=rn2, 2QN=rn3, 2Q=r3, 2SD=VCC, 2CP=STCP, 2D=s3, 2RD=VCC)  74HC74(1RD=VCC, 1D=s4, 1CP=STCP, 1SD=VCC, 1Q=r4, 1QN=rn4, 2QN=rn5, 2Q=r5, 2SD=VCC, 2CP=STCP, 2D=s5, 2RD=VCC)  74HC74(1RD=VCC, 1D=s6, 1CP=STCP, 1SD=VCC, 1Q=r6, 1QN=rn6, 2QN=rn7, 2Q=r7, 2SD=VCC, 2CP=STCP, 2D=s7, 2RD=VCC)  # выходы: третье состояние — ключ tgate, открыт, пока OE = 0  74HC04(1A=OE, 1Y=en, 2A=GND, 3A=GND, 4A=GND, 5A=GND, 6A=GND)  tgate(r0, en, Q0)  tgate(r1, en, Q1)  tgate(r2, en, Q2)  tgate(r3, en, Q3)  tgate(r4, en, Q4)  tgate(r5, en, Q5)  tgate(r6, en, Q6)  tgate(r7, en, Q7)} # ---------- 8 ламп по трём проводам ----------input(DATA)button{label="Сдвиг"}(SH)button{label="Защёлка"}(ST)button{label="Очистить"}(CLRB)input(OFF)# очистка у 74HC595 — активный 0: переворот через 74HC0474HC04(1A=CLRB, 1Y=nCLRB, 2A=GND, 3A=GND, 4A=GND, 5A=GND, 6A=GND)74HC595(DS=DATA, SHCP=SH, STCP=ST, MR=nCLRB, OE=OFF, Q0=L0, Q1=L1, Q2=L2, Q3=L3, Q4=L4, Q5=L5, Q6=L6, Q7=L7, Q7S=SO)# резисторы к земле: когда выходы отключены (OE = 1), провод уходит в 0 — лампы гаснутresistor(L0, GND)resistor(L1, GND)resistor(L2, GND)resistor(L3, GND)resistor(L4, GND)resistor(L5, GND)resistor(L6, GND)resistor(L7, GND)# 8 ламп и лампа «последовательный выход»led(L0)led(L1)led(L2)led(L3)led(L4)led(L5)led(L6)led(L7)led(SO)