74HC595 芯片原理和 Arduino 使用实例 – Arduino 实验室
74HC595 简单说来就是具有8位移位寄存器和一个存储器，以及三态输出功能。 这里我们用它来控制8个LED小灯。我们为什么要用74HC595来控制小灯呢？一定会有很多朋友会问这个问题，我想问的是我们要是单纯的用Arduino控制8个小灯的话要占用多少个I/O呢？答案是8个，但是我们的Arduino 168有几个I/O口呢？加上模拟接口也就20个吧，这8个小灯占用了太多的资源了，我们用74HC595的目的就是减少I/O口的使用数量。用74HC595以后我们可以用3个数字I/O口控制8个LED小灯岂不美哉。
原理说明
先转一段百度百科上74HC595芯片的简介。
74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。数据在SH_cp（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在ST_cp（存储器时钟输入）的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
看不懂吧，没关系，我们先看一下芯片的引脚图：
分别解释一下：
- GND接地，VCC接5V电源，这个就不用说了。
- Q0-Q7这8根引脚是芯片的输出引脚，直接跟数码管的8段引脚相连。对应关系要看你怎么接线和写代码时传送数据的顺序了。
- DS是串行输入引脚，所谓串行就是使数据在一根信号线上按顺序一位一位地传输，就像一串糖葫芦。这个引脚我们接到树莓派任意一个GPIO口上（输出模式）。
- SHCP是移位寄存器的时钟引脚。听上去有点复杂，其实很简单。74HC595内部有一个8位的移位寄存器用来保存从DS引脚输入的数据。那么74HC595怎么知道什么时候该从DS引脚上取数据了呢？正是通过SHCP这个时钟引脚来实现的。只有在SHCP发生一次上升沿的时候，74HC595才会从DS引脚上取得当前的数据（高/低电平）并把取到的这一位数据保存到移位寄存器里。同样的，这个引脚也接到树莓派任意一个GPIO口上。当我们向芯片发送数据时，要先在DS引脚上准备好要传送的数据，然后制造一次SHCP引脚的上升沿（先拉低电平再拉高电平），74HC595会在这个上升沿将DS引脚上的数据存入移位寄存器D0，同时D0原来的数据会顺移到D1，D1的数据位移到D2。。。D6的数据位移到D7。而原先D7的数据已经没有地方储存了，这一位数据会被输出到引脚Q7S上。这个引脚的作用我们下一篇再说，本文暂时用不到这个引脚。（注意这里说的不是输出引脚Q0-Q7，而是指内部的8位移位寄存器里每一个“小房间”，芯片手册上并没有给这些小房间编号，这里为了说明方便进行了编号）
- STCP是芯片内部另外一个8位锁存寄存器的时钟引脚。当移位寄存器的8位数据全部传输完毕后，制造一次锁存器时钟引脚的上升沿（先拉低电平再拉高电平）。74HC595会在这个上升沿将移位寄存器里的8位数据复制到锁存器中（锁存器里原来的数据将被替换）。注意，到这里为止，这8位数据还只是被保存在锁存器里，并没有输出到数码管上。这个引脚同样连接到树莓派任意一个GPIO口上即可。
- OE是输出使能引脚，在其他芯片里也很常见。作用是控制锁存器里的数据是否最终输出到Q0-Q7输出引脚上。低电平时输出，高电平时不输出（既不是高电平，也不是低电平而是高阻态，不通电）。本例为了方便直接接在GND上使其一直保持低电平输出数据。
- MR是用来重置内部寄存器的引脚。低电平时重置内部寄存器(MemoryReset?)。本例为了方便直接连接在Vcc上一直保持高电平。
- Q7S引脚，串行输出引脚，本文不使用，下一篇再解释它的作用。
- 关于锁存器。顾名思义就是将数据保存并锁定。一旦进入了锁存器，除非断电或重置数据（MR口设置为低电平），锁存器的数据不会再改变。好处是，当你需要更新数据时，将数据串行输入移位寄存器的过程中，锁存器里的数据不会有任何影响，也就不会有闪烁了。一直到移位寄存器8位数据准备完毕，再制造一次STCP的上升沿一次性更新锁存器的数据，更新输出。
关于锁存器。顾名思义就是将数据保存并锁定。一旦进入了锁存器，除非断电或重置数据（MR口设置为低电平），锁存器的数据不会再改变。好处是，当你需要更新数据时，将数据串行输入移位寄存器的过程中，锁存器里的数据不会有任何影响，也就不会有闪烁了。一直到移位寄存器8位数据准备完毕，再制造一次STCP的上升沿一次性更新锁存器的数据，更新输出。
另外，我做了一个动画帮助你理解整个过程。
下面是我们要准备的元器件。
74HC595 直插芯片*1、红色M5 直插LED*4、绿色M5 直插LED*4、220Ω直插电阻*8、面包板*1、面包板跳线*1 扎。
准备好元件我们就按下面的原理图连接电路。
此电路图看似复杂，我们仔细分析以后再结合参考实物就会发现很简单。
下面是参考源程序：
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int latchPin = 5;int clockPin = 4;int dataPin = 2; //这里定义了那三个脚void setup (){ pinMode(latchPin,OUTPUT); pinMode(clockPin,OUTPUT); pinMode(dataPin,OUTPUT); //让三个脚都是输出状态}void loop(){ for(int a=0; a<256; a++) //这个循环的意思是让a这个变量+1一直加到到256，每次循环都进行下面的活动 { digitalWrite(latchPin,LOW); //将ST_CP口上面加低电平让芯片准备好接收数据 shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,a); //这个就是用MSBFIRST参数让0-7个针脚以高电平输出（LSBFIRST 低电平）是dataPin的参数， //clockPin的参数是变量a，前面我们说了这个变量会一次从1+1+到256，是个十进制数， // 输入到芯片后会产生8个二进制数，达到开关的作用 digitalWrite(latchPin,HIGH); //将ST_CP这个针脚恢复到高电平 delay(1000); //暂停1秒钟让你看到效果 }} |
下载完程序大家就可以看到8 个小灯闪烁的美妙场景了。