Posuvný register 74HC164 a vaše Arduino: 9 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Posuvné registre sú veľmi dôležitou súčasťou digitálnej logiky a pôsobia ako spojivo medzi paralelným a sériovým svetom. Vďaka možnosti uloženia údajov znižujú počet vodičov, používanie pinov a dokonca pomáhajú zaťažiť váš procesor. Dodávajú sa v rôznych veľkostiach, s rôznymi modelmi na rôzne použitia a rôznymi funkciami. Ten, o ktorom budem dnes diskutovať, je 8 -bitový 74HC164 8 -bitový sériový paralelný výstup bez posuvného registra. Prečo? Pre jedného je to jeden z najzákladnejších posuvných registrov, ktorý uľahčuje učenie sa o ňom, ale náhodou to bol jediný, ktorý som mal (lol!) Tento návod popisuje, ako tento čip funguje a ako ho zapojiť., a prepojte ho s arduino vrátane niekoľkých ukážkových skíc a LED obvodov. Dúfam, že sa vám všetkým bude páčiť!

Krok 1: Čo sú teda posuvné registre?

Ako už bolo spomenuté, prichádzajú vo všetkých rôznych príchutiach a tiež som spomenul, že používam 8 -bitový 74HC164 8 -bitový sériový paralelný ne posunutý posuvný register, čo to všetko znamená?!? Po prvé, názov 74-znamená jeho časť logickej rodiny 74xx, a keďže logika nemôže priamo ovládať veľmi prúd (16-20 mA pre celý čip je bežná), prenáša iba signály okolo, ale to neznamená, že tento signál neprejde do tranzistora, ktorý môže prepínať vyššie prúdové zaťaženie. HC znamená, že ide o vysokorýchlostné zariadenie cmos, o tom si môžete prečítať na nižšie uvedenom odkaze, ale čo o tom v zásade potrebujete vedieť, je to, že je nízky napájacie zariadenie a pobeží od 2 do 5 voltov (ak teda používate arduino s napätím 3,3 voltu, bude v poriadku) Tiež môže správne fungovať pri vysokých rýchlostiach, tento konkrétny čip má typickú rýchlosť 78 MHz, ale môžete ísť aj pomaly alebo tak rýchlo (kým sa nezačne blázniť), ako chcete Posuvný register sa skladá z klopných obvodov, klopný obvod je 1 bit pamäte, tento ha s 8 (alebo 1 bajt pamäte). Pretože je to pamäť, ak nepotrebujete aktualizovať register, môžete s ním prestať „hovoriť“a zostane v akomkoľvek stave, v akom ste ho opustili, kým s ním znova „neprehovoríte“alebo nevynulujete napájanie. ďalších 7400 logických radov posuvných registrov môže ísť až na 16 bitových sériových paralelne von To znamená, že váš arduino odosiela dáta sériovo (vypnuté impulzy jeden za druhým) a posuvný register umiestňuje každý bit na správny výstupný kolík. Tento model vyžaduje ovládanie iba 2 vodičov, takže na arduino môžete použiť 2 digitálne piny a prerušiť tieto 2 z 8 ďalších digitálnych výstupov. Niektoré ďalšie modely sú paralelné v sériovom výstupe, robia to isté, ale ako vstupy do arduina. (napríklad gamepad NES) neuzamknuté To môže byť pád tohto čipu, ak ho potrebujete. Keď údaje vstupujú do posuvného registra cez sériové číslo, zobrazujú sa na prvom výstupnom kolíku, keď vstúpi hodinový impulz, prvý bit sa posunie o 1 miesto, čím sa na výstupoch vytvorí efekt posúvania, napríklad 00000001 sa zobrazí na výstupoch as 10100100010000100000100000010000000001Ak sa rozprávate s inými logickými zariadeniami, ktoré zdieľajú rovnaké hodiny a neočakávajú to, mohlo by to spôsobiť problémy. Západkové posuvné registre majú ďalšiu sadu pamäte, takže akonáhle sú údaje zadané, môžete prepnúť prepínač a zobraziť výstupy, ale pridá ďalší drôt, softvér a veci, s ktorými treba držať krok. V prípade tohto pokynu ovládame LED displeje, efekt posúvania sa deje tak rýchlo, že ho nevidíte (okrem prípadov, keď čip zapnete úplne prvýkrát), a akonáhle je bajt v posuvnom registri, už sa neposúva. Budeme ovládať typ stĺpcového grafu, 7 segmentov a bodová matica 16 LED 4 x 4 s týmto čipom a softvérom na Arduine, ktorá používa iba 2 digitálne piny (+ napájanie a uzemnenie)

Krok 2: Základné zapojenie a prevádzka

Zapojenie 74HC164 je 14 -kolíkový čip, má 4 vstupné piny, 8 výstupných kolíkov, napájanie a uzemnenie, takže môžeme začať zhora. Piny 1 a 2 sú sériové vstupy, sú nakonfigurované ako logické hradlo AND, čo znamená, že obe musia byť logicky vysoké (tj. 5 voltov), aby bol bit vnímaný ako 1, nízky stav (0 voltov) na oboch bude čítaný ako nula. V skutočnosti to nepotrebujeme a v softvéri je jednoduchšie sa s tým vysporiadať, preto si vyberte jeden a pripojte ho k V+, aby sa vždy čítalo vysoko. Rozhodol som sa použiť prepojku od kolíka 1 po kolík 14 (V+), pretože môžete jednoducho prepnúť prepojku na čip. Jeden zostávajúci sériový vstup (pin 2 v mojich schémach) prejde na digitálny pin 2 arduina. Piny 3, 4, 5 a 6 na 74HC164 sú prvé 4 bajty výstupu. Pin 7 sa pripája k zemi, skok doprava, pin 8 je hodinový kolík, takto posuvný register vie, že ďalší sériový bit je pripravený na čítanie, toto by malo byť pripojené k digitálnemu kolíku 3 na Arduine. Pin 9 je vymazanie celého registra naraz, ak klesne „Máte možnosť ho použiť, ale nič v tomto nevyvrátiteľnom prípade áno, takže ho zapojte do pinov V+10, 11 12 a 13 sú posledné 4 bajty výstupného kolíka 14 je výkon čipov Prevádzka Najprv musíte nastaviť sériový vstup registra (digitálny kolík 2 na arduino) vysoký alebo nízky, potom musíte prevrátiť hodinový kolík (digitálny kolík 3) z nízkeho na vysoký, posuvný register bude čítať údaje o sériovom vstupe a posúva výstupné kolíky o 1, opakujte 8 -krát a nastavili ste všetkých 8 výstupov. To sa dá urobiť ručne pre slučky a digitálne zápisy v arduino IDE, ale od t jeho je veľmi bežnou hardvérovou komunikáciou (SPI), ktorá má jednu funkciu, ktorá to urobí za vás. shiftOut (dataPin, clockPin, bitOrder, hodnota) Stačí povedať, kde sú dátové a hodinové piny pripojené k arduinu, akým spôsobom odosielať údaje a čo odosielať a ako sa o vás starať (praktické)

Krok 3: Projekty

Dobre, dosť prednášky a teórie, urobme s týmto čipom niekoľko zábavných vecí! V tomto návode je možné vyskúšať 3 projekty, prvé 2 sú ľahké a dajú sa zvládnuť za okamih. Tretí, matica s diódami 4x4, vyžaduje na výstavbu LED viac času a rozmýšľania. Zoznam dielov Projekt 1: Barový grafický kontrolér LED displeja „2 drôty“1 * 74HC164 Posuvný register1 * bezspájková doska na pečenie1 * arduino alebo arduino kompatibilný (5v) 1 * 330 ohm 1/4 wattový odpor 8 * normálne výstupné červené LED diódy 12 * prepojovacie vodiče Projekt 2: „2vodičový“7 -segmentový ovládač displeja 1 * 74HC164 posuvný register1 * bezspájkový breadboard1 * arduino alebo arduino kompatibilný (5v) 1 * 330 ohm odpor 1/4 watt 1 * spoločná katóda sedemsegmentový displej 9 * prepojovacie vodiče Projekt 3: „2vodičový“maticový displej s LED diódami 4x4 1 * 74HC164 posuvný register1 * kompatibilný s arduino alebo arduino (5v) 4 * 150 ohm 1 Odpor 1/4 watt 8 * 1 ohm rezistor 1/8 watt (alebo väčší) 8 * tranzistor NpN (2n3904 alebo lepší) 16 * červené LED diódy s normálnym výstupom znamenajú jeho konštrukciu a regulovaný 5 voltový výkon, ktorý zvládne 160+ma (môžete zapnite všetky LED diódy naraz ako brzdové svetlo)

Krok 4: Projekt 1 [pt 1]: Hardvér LED indikátora stĺpcového LED displeja „2 drôty“

Zapojte arduino a posuvný register podľa schémy, už mám 10 -segmentový bargrafový displej pripravený na použitie na doske, a to je to, čo uvidíte na obrázku, ale to isté môžete urobiť s jednotlivými LED diódami. Na druhej stránke Uviedol som, že nejde o ovládače, ale o logické zariadenia, cez ktoré môže prechádzať malé množstvo prúdu. Aby bolo možné spustiť 8 diód LED, pričom obvod zostane jednoduchý a nie varenie posuvného registra, vyžaduje sa, aby sme dosť obmedzili prúd. LED diódy sú zapojené paralelne a zdieľajú spoločnú zem (spoločnú katódu), než sa dostanú do napájania na napájacie napätie, ktoré potrebujú, aby prešlo cez odpor 330 ohmov, obmedzujúce celkové množstvo prúdu, ktoré by všetky LED diódy mohli použiť na 10 mA (pri 5 voltoch). To ponechá diódy LED v chorom stave, ale rozsvietia sa, a preto slúžia na v tomto prípade na to, aby ste riadili LED diódy ich správnym prúdom, budete musieť vložiť tranzistor, kde posuvný register môže zapnúť / vypnúť zdroj vyššieho prúdu (pozri projekt 3) Dátový kolík posuvného registra (kolík 2) potrebuje na pripojenie k digitálnemu kolíku arduino č. 2 Hodinový kolík posuvného registra (kolík 8) sa musí pripojiť k digitálnemu kolíku arduino č. 3

Krok 5: Projekt 1 [pt 2]: Softvér kontroléra LED displeja „2 -drôtový“

Príklad 1: Otvorte súbor „_164_bas_ex.pde“Vnútri arduino IDE. Je to jednoduchý náčrt, ktorý vám umožní definovať zapnuté alebo vypnuté diódy LED na stĺpcovom displeji. Prvé 2 riadky definujú čísla pinov, ktoré budeme používať pre údaje a hodiny. použite #define cez konštantné číslo, je jednoduchšie si to zapamätať a pre jedného ani pre druhého nie je žiadna výhoda, keď sú kompilované #define data 2 #definujte hodiny 3 ďalšie je funkcia nastavenia neplatnosti, beží iba raz, takže arduino sa otočí zapne, nastaví posuvný register a nemá nič iné na práci. Vnútri funkcie nastavenia prázdnoty nastavíme hodiny a dátové piny ako VÝSTUPNÉ piny, potom pomocou funkcie shiftOut pošleme údaje do posuvného registra void setup () {pinMode (hodiny, VÝSTUP); // urobte z hodinového pinu výstupný pinMode (dáta, VÝSTUP); // urobte z dátového pinu výstupný shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, B10101010); // pošlite túto binárnu hodnotu do posuvného registra} Vo funkcii shiftOut môžete vidieť jej argumentyúdaje sú dátový pin, hodiny sú hodinový pin prvok za B je najmenej signifikantný bit, najskôr sa vloží, takže skončí na poslednom výstupe, akonáhle sa zavedie všetkých 8 bitov. B10101010 je binárna hodnota odoslaná do posuvného registra a zapne každé nepárne svetlo., skúste hrať s rôznymi hodnotami na zapnutie alebo vypnutie rôznych vzorov a nakoniec prázdnu prázdnu slučku (pretože ju potrebujete, aj keď ju nepoužívate) prázdna slučka () {} // zatiaľ prázdna slučka Príklad 2: prvých 8 riadkov je rovnaké ako prvých 8 riadkov prvého príkladu, v skutočnosti sa nezmenia pre žiadny z ďalších projektov, takže #define data 2 #define clock 3void setup () {pinMode (clock, OUTPUT); // urobte z hodinového pinu výstupný pinMode (dáta, VÝSTUP); // urobte z dátového kolíka výstup Ale teraz v neplatnom nastavení existuje 8 cyklov pre slučku, pričom zaberie prázdny bajt a posunie sa o 1 bit v čase od ľavého ľavého bitu po pravý. Toto je spätne od prvého príkladu, kde sme začínali od krajného pravého bitu a pracovali doľava, ale pomocou MSBFIRST funkcia shift out odosiela údaje správnym spôsobom. Do slučky for tiež pridáme oneskorenie, aby sa dostatočne spomalilo, aby bolo viditeľné. for (int i = 0; i <8; ++ i) // for 0 - 7 do {shiftOut (data, clock, MSBFIRST, 1 << i); // bitový posun logickej výšky (1) o i oneskorenie (100); // meškanie 100 ms, inak by ste to nemohli vidieť}} void loop () {} // zatiaľ prázdna slučka nahrajte skript a teraz by ste mali vidieť, ako sa barograf rozsvieti každé svetlo naraz

Krok 6: Projekt 2: „Dvojvodičový“7 -segmentový ovládač displeja

Pozrite sa na pinout vášho 7 -segmentového displeja (mal som iba duálny, ale iba polovičný) a pomocou nižšie uvedeného obrázku pripojte každý segment k správnemu bitu na posuvnom registri 1 = pin 3bit 2 = pin 4bit 3 = pin 5bit 4 = pin 6bit 5 = pin 10bit 6 = pin 11bit 7 = pin 12bit 8 = pin 13 (ak chcete použiť desatinnú čiarku) A katóda displeja cez odpor 330 ohmov a na napájanie zeme teraz otvorte Seven_seg_demo.pde v arduino IDE Najprv vidíte, kde definujeme údaje a hodinové kolíky #definovať údaje 2 #definovať hodiny 3 Ďalej nastavíme všetky vzory charateru v binárnom formáte, je to celkom jednoduché, pozrite sa na výkres nižšie, ak potrebujete stredný segment zadajte jeden, ďalší potrebujete horný segment, ak áno, zadajte ďalší, pokračujte v tom, kým nepokryjete všetkých 8 segmentov, všimnite si, že môj pravý bit (bit 8) je vždy 0, pretože nikdy nezapínam desatinné miesto bod. bajt nula = B01111110; bajt jeden = B00000110; bajt dva = B11011010; bajt tri = B11010110; bajt štyri = B10100110; bajt päť = B11110100; bajt šesť = B11111100; bajt sedem = B01000110; bajt osem = B11111110; bajt deväť = B11110110; ďalej v neplatnom nastavení nastavíme naše dátové a hodinové piny na výstupy void setup () {pinMode (hodiny, VÝSTUP); // urobte z hodinového pinu výstupný pinMode (dáta, VÝSTUP); // urobte z dátového kolíka výstup3} potom v prázdnej slučke použijeme shiftOut na zobrazenie každého vzoru (čísla), počkajte 1/2 sekundy a zobrazte ďalšie, 0 až 9, pretože sa vykonáva vo funkcii prázdnej slučky, bude sa počítať 0-9 a opakujte navždy. void loop () {shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, nula); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, jeden); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, dva); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, tri); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, štyri); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, päť); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, šesť); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, sedem); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, osem); oneskorenie (500); shiftOut (dáta, hodiny, LSBFIRST, deväť); meškanie (500);}

Krok 7: Projekt 3 [pt 1]: „2 -drôtový“maticový displej 4x4 LED

Maticový projekt 4x4 LED je o niečo komplexnejší, ale je to takmer všetko vo výstavbe. Rozhodol som sa, že ten môj budem spájkovať na perfboarde, ale malo by byť možné ho replikovať na doske, len oveľa rozmiestnenejšie. sa líši v tom, že posuvný register nie je priamo poháňaný LED diódami, namiesto toho sú výstupy posuvného registra odoslané cez odpor 1Kohm na základňu tranzistora NpN, keď je výstup bitu vysoký, umožní dostatok prúdu a napätia prejsť do tranzistor na prepnutie pripojenia medzi kolektorom a emitorom, kolektory sú viazané na „robustný“regulovaný 5 voltov. Vysielače tranzistorov sú pripojené k odporom 150 ohmov a odpory sú viazané na anódy 4 LED v rade a obmedzuje riadok na 20 mA, aj keď pri kreslení obrázkov na displej svieti súčasne iba 1 LED, a preto je blízko plného jasu (v blízkosti sa zapínajú a vypínajú skutočne rýchlo, aby vytvorili celý obrázok) Existujú 4 riadky a 4 stĺpce, každý riadok dostane odpor a tranzistor, v každom stĺpci sú katódy LED zviazané dohromady, narazia na kolektor tranzistora, ktorého základňa je tiež ovládaná posuvným registrom, a nakoniec vychádzajú na zem. Veľká verzia schémy www.instructables.com/files/orig/F7J/52X0/G1ZGOSRQ/F7J52X0G1ZGOSRQ.jpg

Krok 8: Projekt 3 [pt 2]: „2 -drôtový“maticový displej 4x4 LED

Posuvný register ovláda anódu aj katódy diód LED vo formáte YX, pozrite sa na nasledujúci bit 1 = stĺpec 1 (úplne vpravo) bit 2 = stĺpec 2 bit 3 = stĺpec 3 bit 4 = stĺpec 4 bit 5 = riadok 1 (hore) bit 6 = riadok 2bit 7 = riadok 3bit 8 = riadok 4Ak chcete vytvoriť obrázok, nakreslite štvorec 4x4 na milimetrový papier a vyplňte tie, ktoré chcete zobraziť, potom vytvorte tabuľku YX. Nižšie uvidíte mapovanie podobenstva, ako aj najlepšieho, čo je možné urobiť na 4x4 „pixeloch“Pre každý vyplnený oddiel napíšem, v ktorom stĺpci (Y) sa nachádza a v ktorom riadku (X) Teraz otvorte v súbore _4x4.pde v arduino IDE uvidíte našich 2 starých priateľov #definovať údaje 2 #definovať hodiny 3 a potom pole celých čísel int img = {1, 1, 4, 1, 1, 3, 4, 3, 2, 4, 3, 4}; Ak sa pozriete na zoznam mojich zapísaných súradníc YX, bolo by veľkou námahou previesť tieto hodnoty ručne a máme počítač … nech to urobí! Pokračovanie je prázdne nastavenie, kde robíme naše hodinové a dátové piny VÝSTUPY void setup () {pinMode (hodiny, VÝSTUP); // urobte z hodinového pinu výstupný pinMode (dáta, VÝSTUP); // urobiť z dátového kolíka výstup3} A mätúco vyzerajúca prázdna slučka, aby sme mohli začať, musíme deklarovať niektoré lokálne premenné void loop () {int Y; int X; bajt von; Potom pre slučku for, táto slučka musí byť taká dlhá, ako je počet záznamov v poli img, pre tento obrázok som použil iba 6 pixelov, aby bolo 12 súradníc YX. Preskočím každé ďalšie číslo pomocou i += 2, pretože čítame 2 súradnice na slučku pre (int i = 0; i <12; i += 2) // počet bodov v poli img, v tomto prípade 12 {Teraz prečítame celý záznam Y na v poli a odčítame jeden od jeho hodnoty, pretože bajty nezačínajú na jednej, začínajú na nule, ale počítali sme od 1 // získame prvý pár káblov YX Y = (obr - 1); // odpočítajte jeden, pretože počet bitov začína na 0 Ďalej prečítame celý záznam X na [i + 1] v poli a odčítame jeden od jeho hodnoty z rovnakého dôvodu X = (obr [i + 1] - 1); Potom, čo máme hodnoty YX pixelu, urobíme bitovú alebo matematickú a posunieme sa doľava. Najprv musíme prečítať hodnotu X a bez ohľadu na to, aká je jej hodnota, posuňte ju o mnoho miest + 4 vľavo, takže ak X je 4 a pridajte 4, je to bit 8 (MSB), znova sa pozriete na graf … bit 1 = stĺpec 1 (úplne vpravo) bit 2 = stĺpec 2bit 3 = stĺpec 3bit 4 = stĺpec 4bit 5 = riadok 1 (hore) bit 6 = riadok 2bit 7 = riadok 3bit 8 = riadok 4Bit 8 je posledný riadok Ďalej je hodnota Y posunutá tiež doľava, tentoraz len sama od seba, nič sa nepridáva. Nakoniec sa tieto dva spoja do 1 bajtu namiesto 2 polovičných bajtov (okus), pomocou bitov alebo (symbol |) zaberie dva bajty a v zásade ich spojí, predpokladajme, že X = 10000000Y = 00000001 -------------------- ALEBO = 10000001rowrow 4 stĺpec 1 von = 1 << (X + 4) | 1 << Y; A nakoniec shiftOut, aby sa zobrazil aktuálny obrázok, a pokračujte v tom, kým v poli nebudeme mať žiadne ďalšie údaje … chvíľu zdržte a zacyklite, pretože sme presúvali údaje doľava a potrebujeme, aby bol MSB na poslednom výstupnom pine posuvného registra ho najskôr odošlite. shiftOut (dáta, hodiny, MSBFIRST, von); // posunutie bajtu von do nášho oneskorenia registra (1); // oddiali to, aby to malo šancu zanechať v tvojich očiach bod svetla Neváhaj si vytvoriť vlastné obrázky a efekty. K dispozícii sú 3 ukážkové súbory, smajlík a šachovnica (ktorá vyzerá skôr ako pruhy), a nakoniec náhodný výrobca iskier

Krok 9: Záver

Celé to je celkom šikovný malý čip a som rád, že som ho zošrotoval zo starého kusu elektroniky smerujúceho do koša. Dá sa použiť aj na iné veci, ako sú zobrazovacie systémy, ale každý má rád svetlá a okamžitú spätnú väzbu, keď vidí to, čo sa deje, je veľmi užitočné pre vizuálnych mysliteľov, ako som ja. Tiež mi prosím odpustite môj kód, arduino mám len od tretieho októbrového týždňa a bol to dosť veľký nárazový kurz. Ale to je na systéme to skvelé, ak si sadnete a budete s ním pracovať, je plný úhľadných funkcií, vďaka ktorým je ovládanie sveta pomocou 8 -bitového mikrokontroléra celkom jednoduché. Otázky a komentáre sú ako vždy vítané a vďaka za čítam, dúfam, že ste sa veľa naučili