74HC595 (DIP16) – 8bit shift-regiszter

Leírás

A 74HC595 eltoló regiszter egy 8-bites soros-párhuzamos átvitelt biztosító logikai IC, amely a soros adatot fogadja, és azt nyolc párhuzamos digitális kimenetként adja ki. Elsődlegesen olyan alkalmazásokban értelmezhető, ahol kevés vezetékkel szeretnénk több digitális kimenetet vezérelni, például mikrovezérlős LED-vezérlés, kijelző-bővítés vagy vezérlőjelek kimeneti skálázása esetén. Mikrokontrolleres áramköröknél gyakori gond, hogy elfogynak a digitális kimenetek. Egy Arduino Uno, Nano vagy más vezérlő sokszor nem csak LED-eket kezel, hanem nyomógombot, szenzort, kijelzőt, kommunikációs modult és egyéb perifériát is. Ilyenkor a 74HC595 (DIP16) – 8bit shift-regiszter kimenetbővítőként dolgozik: a vezérlő sorosan küldi be az adatot, az IC pedig párhuzamos kimeneti állapotokká alakítja.

Ez nem intelligens I/O bővítő és nem kommunikációs modul. Egy egyszerű, jól bevált logikai IC, amely pontos időzítéssel és helyes bekötéssel kiszámíthatóan működik.

Azaz a 74HC595 (DIP16) – 8bit shift-regiszter egy 8 bites soros-bemenetű, párhuzamos-kimenetű logikai IC, amellyel kevés mikrokontroller-lábbal nyolc digitális kimenet vezérelhető.

Működés

A 74HC595 logikai IC belső felépítése egy soros eltolóregiszterből és egy latch (retesz) áramkörből áll. A soros adatbevitel egy órajelvezérlés mellett történik, így a bitek egyenként “tolódnak” a belső regiszterben. Miután az összes bit beérkezett, egy latch jel aktiválásával a belső regiszter értékei átmásolódnak a párhuzamos kimeneti tárolókba. Ennek eredményeként az egyes kimenetek a soros adathoz viszonyított logikai értéket veszik fel.

Vezérlő jelek:

• SER (Serial Data Input) – soros bemeneti adat
• SRCLK (Shift Register Clock) – órajel a soros regiszterhez
• RCLK (Latch Clock) – latch órajel a párhuzamos kimenetek frissítéséhez
• OE (Output Enable) – kimenetek engedélyezése
• CLR (Clear) – a belső regiszter törlése

A komponens nem alkalmas nagyon nagy frekvenciájú vagy alacsony feszültségű (3.3 V) logikai rendszerek elsődleges vezérlésére külön szintillesztés nélkül.

Felhasználás

• Mikrovezérlős rendszerek digitális kimeneteinek bővítése
• LED-mátrixok és LED-sorok vezérlése
• LCD / kijelző bővítés
• Relé vagy tranzisztor meghajtás
• Soros-kommunikációs modulok kimeneti bontása
• Oktatási célú digitális logikai demonstráció

A 74HC595 különösen ott előnyös, ahol korlátozott számú vezérlő láb áll rendelkezésre, de több kimeneti bit szükséges.

A 74HC595 IC egy széles körben dokumentált, szabványos logikai elem, amely rengeteg alkalmazási példa és forráskód formájában elérhető. Mivel több gyártó is gyártja, a kompatibilitás és a cserealkatrész-beszerzés jellemzően nem jelent nehézséget. A széles körű támogatottság csökkenti a tervezési és integrációs kockázatot.

Kompatibilitás és beüzemelés

Arduino Uno, Nano, Mega és más 5 V-os AVR alapú vezérlők mellett a 74HC595 (DIP16) – 8bit shift-regiszter jól kezelhető a szokásos adat, órajel és latch vezetéssel. Arduino környezetben a shiftOut() függvény is használható, de közvetlen digitális lábvezérléssel vagy hardveres SPI jellegű megoldással is meghajtható.

3,3 V-os vezérlőknél külön ellenőrizni kell, hogy az adott tápfeszültség, bemeneti küszöb és kimeneti szint együtt megfelelő-e. Ha a 74HC595 (DIP16) – 8bit shift-regiszter 5 V-ról működik, egy 3,3 V-os mikrokontroller kimenete nem minden esetben ad biztonságos magas szintet a bemenetekre. Ilyenkor 74HCT595, szintillesztő vagy 3,3 V-ról járatott logikai kör lehet a jobb irány.

Döntés előtt ellenőrizendő adatok

Vásárlás és beépítés előtt ezeket érdemes tisztázni:

• Hány kimenetre van szükség: 8, 16, 24 vagy több?
• 5 V-os vagy 3,3 V-os mikrokontroller vezérli a kapcsolást?
• A kimenetek csak logikai jelet adnak, vagy tényleges terhelést is kapcsolnak?
• LED esetén megvan-e minden csatornán az áramkorlátozás?
• Kell-e a kimenetek gyors, villogásmentes frissítése?
• Láncolt IC-knél elég tiszta-e az órajel és rövidek-e a vezetékek?
• A DIP-16 tok megfelel-e próbapanelhez vagy furatszerelt NYÁK-hoz?

Fontos korlátok, amikkel számolni kell

A 74HC595 (DIP16) – 8bit shift-regiszter nem minden kimenetbővítési feladatra jó.

• Nem ezt érdemes választani, ha bemeneteket szeretnél bővíteni. Erre inkább 74HC165 vagy más bemeneti expander való.
• Nem közvetlen relé-, motor- vagy LED-szalag-meghajtó. Nagyobb áramhoz tranzisztor, MOSFET, ULN2803 vagy célzott meghajtó kell.
• Nem jó választás, ha minden kimeneten külön, finoman szabályozott PWM-et szeretnél külön időzítés nélkül.
• Nem szerencsés hosszú, zajos vezetékeken nagy sebességgel hajtani, főleg próbapaneles összeállításban.
• Nem oldja meg magától a 3,3 V és 5 V logikai szintillesztést.
• Nem helyettesít I2C vagy SPI I/O expandert, ha visszaolvasásra, konfigurálható irányokra vagy megszakításra van szükség.

Egy apró tipp a gyakorlatból

A 74HC595 (DIP16) – 8bit shift-regiszter hibáinak nagy része nem programhiba, hanem lebegő vezérlőláb vagy hiányzó földelés. Próbapanelen az OE, MR, VCC, GND és a 100 nF-os tápzajszűrő kondenzátor ellenőrzése sokszor gyorsabban megoldja a hibát, mint a kód átírása.

Műszaki jellemzők

Dokumentáció

• SN74HC595 termékadatok és adatlap – Texas Instruments
• Serial to Parallel Shifting-Out with a 74HC595 – Arduino Documentation
• shiftOut függvény referencia – Arduino Documentation

Csomag

• 1x 74HC595 / SN74HC595N eltoló regiszter IC (DIP-16)