Shift Register 74HC164 dan Arduino Anda: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:59

Register geser adalah bagian yang sangat penting dari logika digital, mereka bertindak sebagai perekat di antara dunia paralel dan serial. Mereka mengurangi jumlah kabel, penggunaan pin, dan bahkan membantu mengurangi beban cpu Anda dengan dapat menyimpan datanya. Mereka datang dalam ukuran yang berbeda, dengan model yang berbeda untuk penggunaan yang berbeda, dan fitur yang berbeda. Yang akan saya bahas hari ini adalah 74HC164 8 bit, serial in parallel out, non latched, shift register. Mengapa? Nah untuk satu itu adalah salah satu register geser paling dasar di luar sana, yang membuat belajar tentangnya lebih mudah, tetapi kebetulan itu adalah satu-satunya yang saya miliki (lol!) Instruksi ini mencakup cara kerja chip ini, cara memasangnya, dan antarmuka dengan arduino termasuk beberapa sketsa sampel dan sirkuit yang dipimpin. Saya harap Anda semua menikmati!

Langkah 1: Jadi, Apa Itu Shift Register?

Seperti disebutkan sebelumnya mereka datang dalam semua rasa yang berbeda, dan saya juga menyebutkan bahwa saya menggunakan 74HC164 8 bit, serial paralel keluar, non latched, register geser jadi apa artinya semua itu?!? Pertama, nama 74 -- berarti bagiannya dari keluarga logika 74xx, dan karena logikanya tidak dapat secara langsung mengontrol arus yang sangat banyak (16-20ma untuk seluruh chip adalah umum), ia hanya melewatkan sinyal, tetapi itu tidak berarti sinyal itu tidak masuk ke transistor yang dapat mengalihkan beban arus yang lebih tinggi. HC berarti perangkat cmos berkecepatan tinggi, Anda dapat membaca tentang itu di tautan di bawah, tetapi yang pada dasarnya perlu Anda ketahui tentang itu adalah rendah perangkat daya dan akan berjalan dari 2 hingga 5 volt (jadi jika Anda menggunakan arduino 3,3 volt, Anda baik-baik saja)Juga dapat bekerja dengan baik pada kecepatan tinggi, chip khusus ini memiliki kecepatan khas 78mhz, tetapi Anda dapat menjadi lambat atau cepat (sampai mulai melakukan kesalahan) seperti yang Anda inginkanwww.kpsec.freeuk.com/components/74series.htm164 adalah nomor model untuk chip ini, ada bagan besar dari mereka di wikipediaen.wikipedia.org/wiki/List_of_7400_series_integrated_circuits Selanjutnya, 8 bit Register geser terdiri dari sirkuit flip flop, flip flop adalah 1 bit memori, yang ini ha s 8 (atau 1 byte memori). Karena ini adalah memori, jika Anda tidak perlu memperbarui register, Anda cukup berhenti "berbicara" dengannya dan akan tetap dalam keadaan apa pun yang Anda tinggalkan, sampai Anda "berbicara" dengannya lagi atau mengatur ulang daya. register geser seri logika 7400 lainnya dapat naik hingga seri 16 bit secara paralel Ini berarti arduino Anda mengirimkan datanya secara serial (pulsa on off satu demi satu) dan register geser menempatkan setiap bit pada pin output yang benar. Model ini hanya membutuhkan 2 kabel untuk dikendalikan, sehingga Anda dapat menggunakan 2 pin digital pada arduino, dan memecah 2 itu menjadi 8 output digital lagi. Beberapa model lain paralel dalam serial out, mereka melakukan hal yang sama tetapi sebagai input ke arduino (misalnya gamepad NES) tidak terkunci Ini mungkin menjadi kekurangan chip ini jika Anda membutuhkannya. Saat data memasuki register geser melalui serial, itu muncul pada pin output pertama, ketika pulsa clock masuk, bit pertama bergeser lebih dari 1 tempat, menciptakan efek gulir pada output, misalnya 00000001 akan muncul pada output sebagai 101001000100001000001000000100000001Jika Anda berbicara dengan perangkat logika lain yang berbagi jam yang sama dan tidak mengharapkan ini, itu dapat menyebabkan masalah. Register geser yang dikunci memiliki satu set memori tambahan, jadi setelah data selesai memasuki register, Anda dapat membalik sakelar dan menunjukkan output, tetapi itu menambahkan kabel lain, perangkat lunak, dan hal-hal yang harus diikuti. Dalam kasus instruksi ini kami mengendalikan tampilan LED, efek pengguliran terjadi begitu cepat sehingga Anda tidak dapat melihatnya (kecuali ketika Anda pertama kali menyalakan chip), dan setelah byte berada di register geser, tidak ada lagi pengguliran Kami akan mengontrol tipe bargraph, 7 segmen, dan matriks dot 4x4 16LED dengan chip dan perangkat lunak ini pada arduino hanya menggunakan 2 pin digital (+ daya dan ground)

Langkah 2: Pengkabelan dan Operasi Dasar

Pengkabelan 74HC164 adalah chip 14 pin, memiliki 4 pin input, 8 pin output, daya dan ground, jadi mari kita mulai dari atas. Pin 1 dan 2 keduanya merupakan input serial, mereka diatur sebagai gerbang AND logis, yang berarti bahwa keduanya harus berlogika tinggi (yaitu 5 volt) agar bit terlihat sebagai 1, status rendah (0 volt) pada keduanya akan terbaca sebagai nol. Kami tidak benar-benar membutuhkan ini dan itu lebih mudah untuk ditangani dalam perangkat lunak, jadi pilih satu dan ikat ke V+ sehingga selalu terbaca tinggi. Saya memilih untuk menggunakan jumper dari pin 1 ke pin 14 (V+) karena Anda bisa memasang jumper papan tempat memotong roti di atas chip. Satu input serial yang tersisa (pin 2 dalam skema saya) akan masuk ke pin digital 2 dari arduino. Pin 3, 4, 5, dan 6 dari 74HC164 adalah 4 byte pertama dari outputPin 7 terhubung ke groundJumping ke kanan, pin 8 adalah pin clock, begini cara shift register mengetahui bit serial selanjutnya siap dibaca, ini harus disambungkan ke pin digital 3 pada arduino. Pin 9 adalah untuk mengosongkan seluruh register sekaligus, jika low, Anda memiliki opsi untuk menggunakannya, tetapi tidak ada yang tidak dapat dipahami ini, jadi ikat ke V+pin 10, 11 12 dan 13 adalah 4 byte terakhir dari outputpin 14 adalah daya chip Operasi Pertama, Anda perlu mengatur input serial dari register (pin 2 digital pada arduino) tinggi atau rendah, selanjutnya Anda perlu membalik pin jam (pin digital 3) dari rendah ke tinggi, register geser akan membaca data pada input serial dan menggeser pin output dengan 1, ulangi 8 kali dan Anda telah mengatur semua 8 output. Ini dapat dilakukan dengan tangan dengan loop for dan penulisan digital di IDE arduino, tetapi karena t ini adalah komunikasi tingkat perangkat keras (SPI) yang sangat umum, mereka memiliki satu fungsi yang melakukannya untuk Anda. shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value) Katakan saja di mana data dan pin jam terhubung ke arduino, cara mana untuk mengirim data dan apa yang harus dikirim, dan itu diurus untuk Anda (berguna)

Langkah 3: Proyek

Oke, cukup kuliah dan teori, mari kita lakukan beberapa hal menyenangkan dengan chip ini! Ada 3 proyek untuk dicoba dalam instruksi ini, 2 yang pertama mudah dan dapat diselesaikan dalam beberapa saat. Yang ketiga, matriks led 4x4, membutuhkan lebih banyak waktu dan pemikiran untuk membangun, karena kabel yang dipimpin. Daftar suku cadang Proyek 1: '2 Kawat' pengontrol tampilan LED bargraph 1 * 74HC164 Shift register1 * papan tempat memotong roti tanpa solder1 * arduino, atau arduino kompatibel (5v)1 * 330 ohm 1/4 watt resistor 8 * output normal LED merah 12 * kabel jumper Proyek 2: '2 Kawat' 7 pengontrol tampilan segmen 1 * 74HC164 Shift register1 * papan tempat memotong roti tanpa solder1 * arduino, atau kompatibel dengan arduino (5v)1 * 330 ohm 1/4 watt resistor 1 * common cathode seven segment display9 * kabel jumper Proyek 3: '2 Wire' 4x4 led matrix display 1 * 74HC164 Shift register1 * arduino, atau kompatibel dengan arduino (5v)4 * 150 ohm 1 Resistor 1/4 watt8 * 1Kohm Resistor 1/8 watt (atau lebih besar)8 * Transistor NpN (2n3904 atau lebih baik)16 * LED merah output normal adalah sarana untuk membangunnya dan mengatur daya 5 volt yang dapat menangani 160+m nyalakan semua LED sekaligus seperti lampu rem)

Langkah 4: Proyek 1[pt 1]: '2 Wire' Bargraph LED Display Controller Hardware

Hubungkan arduino dan register geser sesuai dengan skema, saya sudah memiliki tampilan bargraph 10 segmen yang siap untuk digunakan papan tempat memotong roti dan itulah yang akan Anda lihat pada gambar, tetapi Anda dapat melakukan hal yang sama dengan masing-masing led'sPada halaman kedua Saya menyatakan bahwa ini bukan perangkat driver, bahwa mereka adalah perangkat logika, dengan sejumlah kecil arus yang dapat melewatinya. Untuk menjalankan 8 LED, sambil menjaga rangkaian tetap sederhana, dan tidak memasak register geser, mengharuskan kita membatasi arus sedikit. LED disambungkan secara paralel dan berbagi landasan yang sama (katoda umum), sebelum masuk ke daya catu daya yang mereka butuhkan untuk melewati resistor 330 ohm, membatasi jumlah total arus yang mungkin dapat digunakan oleh semua LED hingga 10ma (pada 5 volt) Hal ini membuat LED dalam keadaan tampak sakit-sakitan tetapi mereka menyala dan dengan demikian berfungsi untuk contoh ini, untuk menggerakkan LED pada arus yang tepat, Anda perlu memasukkan transistor di mana register geser dapat menghidupkan / mematikan sumber arus yang lebih tinggi (lihat proyek 3) Pin data register geser (pin 2) perlu untuk terhubung ke arduino digital pin #2Pin Jam dari register geser (pin 8) perlu terhubung ke arduino digital pin #3

Langkah 5: Proyek 1[pt 2]: Perangkat Lunak Pengontrol Tampilan LED Bargraph '2 Kawat'

Contoh 1: Buka file " _164_bas_ex.pde" Di dalam arduino IDE, Ini adalah sketsa sederhana yang memungkinkan Anda menentukan nyala atau mati LED di tampilan bargraph 2 baris pertama menentukan nomor pin yang akan kita gunakan untuk data dan jam, saya gunakan #define over const integer, saya merasa lebih mudah untuk diingat, dan tidak ada keuntungan untuk satu atau yang lain setelah dikompilasi #define data 2#define clock 3 selanjutnya adalah fungsi pengaturan batal, itu hanya berjalan sekali, jadi arduino berubah aktif, mengatur register geser dan tidak ada lagi yang harus dilakukan. Di dalam fungsi void setup kita mengatur jam dan pin data sebagai pin OUTPUT, kemudian menggunakan fungsi shiftOut kita mengirim data ke register geser void setup(){ pinMode(clock, OUTPUT); // jadikan pin jam sebagai output pinMode(data, OUTPUT); // jadikan pin data sebagai output shiftOut(data, jam, LSFIRST, B10101010); // send this binary value to the shift register} Pada fungsi shiftOut Anda dapat melihat argumennyadata adalah pin data, jam adalah pin jam LSFIRST mengacu pada urutan apa, saat menuliskannya dalam notasi biner (Bxxxxxxxx) ke-7 elemen melewati B adalah Bit Signifikan Terkecil Pertama, ini diumpankan pertama sehingga berakhir pada output terakhir setelah semua 8 bit diumpankan inB10101010 adalah nilai Biner yang dikirim ke register geser, dan itu akan menyala setiap lampu ganjil, coba mainkan dengan nilai yang berbeda untuk mengaktifkan atau menonaktifkan pola yang berbedadan akhirnya loop kosong kosong (karena Anda memerlukannya meskipun Anda tidak menggunakannya) void loop(){} // loop kosong untuk saat ini Contoh 2: 8 baris pertama adalah sama seperti 8 baris pertama dari contoh pertama, sebenarnya mereka tidak akan berubah untuk proyek lainnya, jadi #define data 2#define clock 3void setup(){ pinMode(clock, OUTPUT); // jadikan pin jam sebagai output pinMode(data, OUTPUT); // jadikan pin data sebagai output Tapi sekarang di void setup ada 8 hitungan untuk loop, yang mengambil byte kosong dan menggeser 1 bit dalam satu waktu mulai dari bit paling kiri dan bergerak ke kanan. Ini mundur dari contoh pertama di mana kami mulai dari bit paling kanan dan bekerja ke kiri, tetapi menggunakan MSBFIRST fungsi shift out mengirimkan data dengan cara yang benar. Kami juga menambahkan penundaan di loop for sehingga cukup melambat untuk terlihat. for(int i = 0; i < 8; ++i) //untuk 0 - 7 lakukan { shiftOut(data, jam, MSBFIRST, 1 << i); // bit menggeser nilai logika tinggi (1) dengan i delay(100); // tunda 100 md atau Anda tidak akan bisa melihatnya } }void loop(){} // loop kosong untuk saat ini unggah skrip dan Anda sekarang akan melihat grafik batang menyala setiap lampu satu per satu

Langkah 6: Proyek 2: Pengontrol Tampilan 7 Segmen '2 Kawat'

Lihatlah pinout dari tampilan 7 segmen Anda (saya hanya memiliki yang ganda tetapi hanya menggunakan setengah) dan gunakan gambar di bawah ini untuk menghubungkan setiap segmen ke bit yang benar pada shift registerbit 1 = pin 3bit 2 = pin 4bit 3 = pin 5bit 4 = pin 6bit 5 = pin 10bit 6 = pin 11bit 7 = pin 12bit 8 = pin 13 (jika ingin menggunakan titik desimal)Dan katoda tampilan melalui resistor 330ohm dan ke ground power sekarang buka seven_seg_demo.pde di arduino IDEPertama anda lihat dimana kita mendefinisikan data dan clock pin #define data 2#define clock 3 Selanjutnya kita atur semua pola karakter dalam biner, ini cukup mudah, lihat gambar di bawah ini, jika membutuhkan segmen tengah ketik satu, selanjutnya apakah Anda memerlukan segmen atas, jika demikian ketik yang lain, terus lakukan ini sampai Anda menutupi semua 8 segmen, perhatikan bit paling kanan saya (bit 8) selalu 0, itu karena saya tidak pernah mengaktifkan desimal titik. byte nol = B01111110;byte satu = B00000110;byte dua = B11011010;byte tiga = B11010110;byte empat = B10100110;byte lima = B11110100;byte enam = B11111100;byte tujuh = B01000110;byte delapan = B11111110;byte sembilan = B11110110; selanjutnya di void setup kita mengatur data dan pin clock ke output void setup(){ pinMode(clock, OUTPUT); // jadikan pin jam sebagai output pinMode(data, OUTPUT); // jadikan pin data sebagai output3} lalu di void loop kita gunakan shiftOut untuk menampilkan setiap pola (angka) tunggu 1/2 detik dan tampilkan berikutnya, 0 hingga 9, karena itu dilakukan dalam fungsi void loop itu akan dihitung 0-9 dan ulangi selamanya. void loop(){ shiftOut(data, jam, LSFIRST, nol); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, satu); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, dua); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, tiga); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, empat); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, lima); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, enam); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, tujuh); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, delapan); penundaan (500); shiftOut(data, jam, LSFIRST, sembilan); penundaan(500);}

Langkah 7: Proyek 3[pt 1]: Tampilan Matriks Led 4x4 '2 Kawat'

Proyek matriks LED 4x4 sedikit lebih kompleks, tetapi hampir semuanya dalam konstruksi, saya memilih untuk membuat milik saya disolder pada papan perf, tetapi harus dimungkinkan untuk mereplikasi pada papan tempat memotong roti, hanya lebih banyak spasi. Sirkuit juga berbeda bahwa register geser tidak secara langsung menggerakkan led, sebaliknya output register geser dikirim melalui resistor 1Kohm ke basis transistor NpN, ketika output bit tinggi, memungkinkan arus dan tegangan yang cukup masuk ke transistor untuk mengganti koneksi antara kolektor dan emitor, kolektor diikat ke 5 volt yang diatur "kokoh". Emitor transistor terhubung ke resistor 150 ohm dan resistor diikat ke anoda dari 4 led berturut-turut dan membatasi baris hingga 20mA, meskipun saat menggambar gambar di layar hanya 1 led yang menyala pada satu waktu, dan oleh karena itu mendekati kecerahan penuh (mendekati karena mereka menghidupkan dan mematikan sangat cepat untuk membuat seluruh gambar)Ada 4 baris dan 4 kolom, masing-masing baris mendapat resistor dan transistor, pada setiap kolom katoda LED diikat bersama, berlari ke kolektor transistor, yang basisnya juga dikendalikan oleh register geser, dan akhirnya keluar ke ground. Versi besar skema www.instructables.com/files/orig/F7J/52X0/G1ZGOSRQ/F7J52X0G1ZGOSRQ.jpg

Langkah 8: Proyek 3[pt 2]: '2 Wire' 4x4 Led Matrix Display

Register geser mengontrol anoda dan katoda LED dalam format YX, lihat bit 1 = kolom 1 (paling kanan) bit 2 = kolom 2 bit 3 = kolom 3 bit 4 = kolom 4 bit 5 = baris 1 (paling atas) bit 6 = baris 2bit 7 = baris 3bit 8 = baris 4Untuk membuat gambar gambar persegi 4x4 di atas kertas grafik dan isikan yang ingin ditampilkan, selanjutnya buat tabel YX. Di bawah ini Anda akan melihat pemetaan perumpamaan, dan yang terbaik dapat dilakukan pada "piksel" 4x4 Untuk setiap bagian yang terisi saya tulis di kolom mana (Y), lalu di baris mana (X)Sekarang buka file _4x4.pde di arduino IDE Anda akan melihat 2 teman lama kita #define data 2#define clock 3 lalu array bilangan bulat int img = {1, 1, 4, 1, 1, 3, 4, 3, 2, 4, 3, 4}; Jika Anda melihat itu hanya daftar koordinat YX yang saya tulis, itu akan sangat merepotkan untuk mengubah nilai-nilai itu dengan tangan, dan kami memiliki komputer … biarkan melakukannya! jam dan pin data kami OUTPUT void setup(){ pinMode(clock, OUTPUT); // jadikan pin jam sebagai output pinMode(data, OUTPUT); // jadikan pin data sebagai output3} Dan loop kosong yang membingungkan, untuk memulainya kita perlu mendeklarasikan beberapa variabel lokal void loop(){ int Y; int X; byte keluar; Kemudian untuk loop, loop ini harus sepanjang jumlah entri dalam array img, untuk gambar ini saya hanya menggunakan 6 piksel, sehingga menghasilkan 12 koordinat YX. Saya membuatnya melewatkan setiap nomor lainnya dengan menggunakan i +=2, karena kita membaca 2 koordinat per loop for(int i = 0; i < 12; i += 2) // jumlah titik dalam array img, hal ini 12 { Sekarang kita membaca entri Y di dalam array, dan mengurangi satu dari nilainya, karena byte tidak dimulai dari satu, mereka mulai dari nol, tetapi kita menghitung dari 1 // mendapatkan pasangan pertama kabel YX Y = (img - 1); // kurangi satu karena jumlah bit dimulai dari 0 Selanjutnya kita membaca entri X pada [i + 1] dalam array, dan mengurangi satu dari nilainya, karena alasan yang sama X = (img[i+1] - 1); Setelah kita memiliki nilai YX dari piksel, kita melakukan bitwise atau matematika dan menggeser ke kiri. Pertama kita perlu membaca nilai X, dan berapa pun nilainya menggesernya ke banyak tempat + 4 ke kiri, jadi jika X adalah 4 dan tambahkan 4 itu bit 8 (MSB), lihat grafik lagi …bit 1 = kolom 1 (paling kanan)bit 2 = kolom 2bit 3 = kolom 3bit 4 = kolom 4bit 5 = baris 1 (paling atas)bit 6 = baris 2bit 7 = baris 3bit 8 = baris 4Bit 8 adalah baris terakhirSelanjutnya nilai Y juga digeser ke kiri, kali ini hanya dengan sendirinya, tidak ada yang ditambahkan. Akhirnya keduanya digabungkan menjadi 1 byte, bukan 2 setengah byte (nibbles), menggunakan bitwise atau (simbol |) membutuhkan dua byte dan pada dasarnya menambahkannya bersama-sama, mari kita asumsikan X = 10000000Y = 0000001--------------------OR = 10000001baris 4 kolom 1 keluar = 1 << (X + 4) | 1 << Y; Dan akhirnya shiftOut untuk menampilkan gambar saat ini, dan terus lakukan itu sampai kita tidak memiliki data lagi dalam array … tunda sejenak dan loop selamanya, karena kita menggeser data ke kiri dan kita membutuhkan MSB untuk berada di pin output terakhir dari register geser mengirimkannya terlebih dahulu. shiftOut(data, jam, MSBFIRST, keluar); // geser byte ke register delay(1); // tunda sedikit sehingga memiliki kesempatan untuk meninggalkan titik cahaya di mata Anda Jangan ragu untuk membuat gambar dan efek Anda sendiri, Ada 3 file sampel, wajah tersenyum dan kotak-kotak (yang lebih mirip garis-garis), dan akhirnya pembuat kilauan acak

Langkah 9: Kesimpulan

Secara keseluruhan ini adalah chip kecil yang cukup berguna, dan saya senang saya membuangnya dari barang elektronik lama yang dibuang ke tempat sampah. Ini dapat digunakan untuk hal-hal lain selain sistem tampilan, tetapi semua orang menyukai lampu dan umpan balik instan dari melihat apa yang terjadi sangat membantu bagi para pemikir visual seperti saya. Juga mohon maafkan kode saya, saya hanya memiliki arduino sejak pertarungan minggu ketiga Oktober, dan ini merupakan kursus kilat yang cukup besar. Tapi itulah hal yang hebat tentang sistem, jika Anda duduk dan bekerja dengannya, ini penuh dengan fitur rapi yang membuat mengendalikan dunia dengan mikrokontroler 8 bit cukup mudah dilakukan. Seperti biasa pertanyaan dan komentar sangat diharapkan, dan terima kasih untuk membaca, saya harap Anda belajar banyak