Сдвиговый регистр
Три вывода контроллера превращаются в восемь выходов, а цепочка микросхем — в шестнадцать, двадцать четыре и дальше.
Биты вдвигаются по одному: уровень на DS (данные) записывается по фронту SHCP (такт сдвига). Когда все восемь на месте, фронт RCLK (защёлка) переносит их на выходы QA–QH разом — светодиоды не мигают, пока идёт сдвиг.
В Arduino это функция shiftOut(DS, SHCP, MSBFIRST, байт) между digitalWrite(RCLK, LOW) и digitalWrite(RCLK, HIGH). Выход QH' соединяют с DS следующей микросхемы — получается каскад.
| Вывод | Назначение |
|---|---|
| DS | вход данных (SER) |
| QA | выход 0 |
| QB | выход 1 |
| QC | выход 2 |
| QD | выход 3 |
| QE | выход 4 |
| QF | выход 5 |
| QG | выход 6 |
| QH | выход 7 |
| RCLK | защёлка: переносит биты на выходы |
| SHCP | такт сдвига (SRCLK) |
| VCC | питание |
| GND | общий провод |
| 74HC595 | ESP32 |
|---|---|
| DS | GPIO23 |
| QA | Светодиод led1, вывод A |
| QB | Светодиод led2, вывод A |
| QC | Светодиод led3, вывод A |
| QD | Светодиод led4, вывод A |
| QE | Светодиод led5, вывод A |
| QF | Светодиод led6, вывод A |
| QG | Светодиод led7, вывод A |
| QH | Светодиод led8, вывод A |
| RCLK | GPIO5 |
| SHCP | GPIO18 |
| VCC | 3V3 |
| GND | GND |
Схема из примера «Сдвиговый регистр: восемь выходов из трёх проводов».
#include <SPI.h>
// Защёлка (RCLK) — обычный вывод: выбором кристалла здесь
// распоряжается скетч, а не контроллер SPI.
const int LATCH = 5;
void writeByte(uint8_t value) {
digitalWrite(LATCH, LOW);
SPI.transfer(value);
digitalWrite(LATCH, HIGH); // вот здесь байт и попадает на выходы
}
void setup() {
pinMode(LATCH, OUTPUT);
digitalWrite(LATCH, HIGH);
SPI.begin(); // SCK=18, MISO=19, MOSI=23
SPI.beginTransaction(SPISettings(1000000, MSBFIRST, SPI_MODE0));
}
void loop() {
// Бегущий огонь: старший разряд уходит первым и попадает на QH.
for (int i = 0; i < 8; i++) {
writeByte(1 << i);
delay(120);
}
// И встречная волна — заполнение слева направо.
uint8_t mask = 0;
for (int i = 0; i < 8; i++) {
mask |= (1 << i);
writeByte(mask);
delay(120);
}
}
| 74HC595 | Arduino Uno |
|---|---|
| DS | D11 |
| QA | Светодиод led1, вывод A |
| QB | Светодиод led2, вывод A |
| QC | Светодиод led3, вывод A |
| QD | Светодиод led4, вывод A |
| QE | Светодиод led5, вывод A |
| QF | Светодиод led6, вывод A |
| QG | Светодиод led7, вывод A |
| QH | Светодиод led8, вывод A |
| RCLK | D10 |
| SHCP | D13 |
| VCC | 5V |
| GND | GND |
Схема из примера «Arduino Uno: восемь выходов из трёх проводов».
#include <SPI.h>
// Восемь светодиодов на трёх проводах.
//
// Регистр принимает байт последовательно и раскладывает его по восьми
// выходам. Выводов у платы это экономит пять, а регистров можно
// поставить цепочкой сколько угодно — каждый следующий добавляет
// восемь выходов и ни одного вывода платы.
//
// Выводы здесь не выбираются. Аппаратный SPI у Uno разведён жёстко:
// MOSI это 11, SCK это 13, а MISO на 12 — регистру он не нужен, тот
// ничего не отвечает. У ESP32 те же роли лежат на 23 и 18, и схема
// оттуда сюда не переносится.
//
// Защёлка (RCLK) — обычный вывод, здесь 10. Пока она внизу, выходы
// держат прошлое значение, сколько бы байтов ни прошло по шине; импульс
// вверх выставляет их разом. Без неё выходы моргали бы промежуточными
// состояниями при каждом сдвиге.
const int LATCH = 10;
void show(byte bits) {
digitalWrite(LATCH, LOW);
SPI.transfer(bits);
digitalWrite(LATCH, HIGH);
}
void setup() {
pinMode(LATCH, OUTPUT);
SPI.begin();
// Регистр быстрый, но провода на макетке — нет. Восьмая доля от
// 16 МГц — два мегагерца, и это работает на любой сборке.
SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// Бегущий огонь: единица едет по разрядам.
for (int i = 0; i < 8; i++) {
show(1 << i);
delay(120);
}
// И обратно.
for (int i = 6; i > 0; i--) {
show(1 << i);
delay(120);
}
// Двоичный счёт — то, ради чего регистр обычно и ставят: одно число
// становится состоянием восьми выходов.
for (int n = 0; n < 16; n++) {
show(n);
delay(150);
}
}