74HC164 -siirtorekisteri ja Arduino: 9 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:04

Siirtorekisterit ovat erittäin tärkeä osa digitaalista logiikkaa, ne toimivat liimana rinnakkais- ja sarjamaailman välillä. Ne vähentävät johtojen määrää, nastan käyttöä ja jopa auttavat poistamaan suorittimesi kuormituksen, koska ne voivat tallentaa tiedot. Keskustelen tänään 74HC164 8 -bittisestä, sarjaan rinnakkain ulottuvasta, ei -lukitusta, siirtorekisteristä. No, yhdelle se on yksi perustavanlaatuisista vuororekistereistä, mikä helpottaa sen oppimista, mutta se vain sattui olemaan ainoa minulla (lol!) Tämä opettavainen kattaa kuinka tämä siru toimii, miten se johdotetaan ja liitä se arduinoon, joka sisältää joitain näytepiirroksia ja led -piirejä.

Vaihe 1: Mitä ovat siirtorekisterit?

Kuten aiemmin mainittiin, niitä on saatavana eri makuina, ja mainitsin myös, että käytän 74HC164 8 -bittistä, sarjaan rinnakkain ulostuloa, ei lukittua, siirtorekisteriä, mitä tämä kaikki tarkoittaa?!? Ensinnäkin nimi 74-tarkoittaa sen osaa 74xx-logiikkaperheestä, ja koska sen logiikka ei voi suoraan ohjata kovin paljon virtaa (16-20 mA koko sirulle on yleistä), se välittää vain signaaleja ympäri, mutta se ei tarkoita että signaali ei mene transistoriin, joka voi vaihtaa suuremman virtakuormituksen. virtalähde ja toimii 2–5 voltilla (joten jos käytät 3,3 voltin arduinoa, se on ok) Lisäksi se voi toimia kunnolla suurilla nopeuksilla tämän sirun tyypillinen nopeus on 78 MHz, mutta voit mennä yhtä hitaasti tai yhtä nopeasti (kunnes se alkaa höpöttää) haluamallasi tavalla Vaihtorekisteri koostuu flip flop -piireistä, flip flop on 1 bitti muistia, tämä yksi ha s 8 (tai 1 tavu muistia). Koska se on muisti, jos sinun ei tarvitse päivittää rekisteriä, voit vain lopettaa "puhumisen" sille ja se pysyy missä tahansa tilassa, jonka jätit sen, kunnes "puhut" sille uudelleen tai nollaat virran. muut 7400 logiikasarjan siirtorekisterit voivat mennä jopa 16 -bittiseen sarjaan rinnakkain. Tämä tarkoittaa, että arduino lähettää sen tiedot sarjassa (päälle -pois -pulssit yksi toisensa jälkeen) ja siirtorekisteri asettaa jokaisen bitin oikealle lähtötapille. Tämä malli vaatii vain 2 johtoa ohjattavaksi, joten voit käyttää 2 digitaalista nastaa arduino -laitteessa ja rikkoa ne 2: stä 8: een lisää digitaalista lähtöä Jotkut muut mallit ovat rinnakkaisia sarjaliitännöissä, ne tekevät saman, mutta tulona arduinoon (esimerkiksi NES -peliohjain) ei lukittu Tämä voi olla tämän sirun kaatuminen, jos tarvitset sitä. Kun tiedot siirtyvät sarjarekisterin kautta siirtorekisteriin, ne näkyvät ensimmäisellä ulostulonapilla, kun kellopulssi tulee sisään, ensimmäinen bitti siirtyy yhden paikan yli, mikä luo vieritystehosteen ulostuloihin, esimerkiksi 00000001 ilmestyy ulostuloihin as 101001000100001000001000000100000001Jos puhut muiden logiikkalaitteiden kanssa, jotka jakavat saman kellon eivätkä odota tätä, se voi aiheuttaa ongelmia. Lukituissa siirtorekistereissä on ylimääräinen muisti, joten kun tiedot on syötetty rekisteriin, voit kääntää kytkimen ja näyttää lähdöt, mutta se lisää toisen johdon, ohjelmiston ja asiat, joiden kanssa pysyä ajan tasalla. hallitsemme LED -näyttöjä, vieritystehoste tapahtuu niin nopeasti, ettet näe sitä (paitsi silloin, kun käynnistät sirun ensimmäisen kerran), ja kun tavu on siirtorekisterissä, ei enää vieritä., ja 16LED 4x4 pistematriisi, jossa on tämä siru ja ohjelmisto arduinoon käyttäen vain kahta digitaalista nastaa (+ virta ja maa)

Vaihe 2: Perusjohdotus ja käyttö

Johdotus 74HC164 on 14 -nastainen siru, siinä on 4 sisääntulonappia, 8 ulostulonappia, virta ja maadoitus, joten voit aloittaa ylhäältä. Nastat 1 ja 2 ovat molemmat sarjatuloja, ne on asetettu loogiseksi AND -portiksi, mikä tarkoittaa, että niiden molempien on oltava loogisia (eli 5 volttia), jotta bittiä voidaan pitää 1: nä, matala tila (0 volttia) kummassakin lukee nollana. Emme todellakaan tarvitse tätä ja sen helpompi käsitellä ohjelmistossa, joten valitse yksi ja sido se V+: een, jotta se lukee aina korkealla. Päätän käyttää hyppääjää nastasta 1 nastaan 14 (V+), koska voit vain ponnahtaa leipälevyn hyppääjän sirun päälle. Yksi jäljellä oleva sarjatulo (kaavioni nasta 2) saa arduinon digitaalisen nastan 2. 74HC164: n nastat 3, 4, 5 ja 6 ovat ulostulon 4 ensimmäistä tavua Pin 7 yhdistää maahan Hyppy oikealle, nasta 8 on kellotappi, näin siirtorekisteri tietää, että seuraava sarjabitti on valmis lukemaan, tämä on kytkettävä digitaaliseen nastaan 3 arduinossa. nasta 9 on tyhjentää koko rekisteri kerralla, jos se laskee, sinulla on mahdollisuus käyttää sitä, mutta mikään tässä selittämättömässä ei tee sitä, joten sido se V+nastoihin 10, 11 12 ja 13 ovat ulostulotapin 14 viimeistä tavua 14 on sirun teho Käyttö Ensin sinun on määritettävä sarjatulo rekisteristä (digitaalinen nasta 2 arduinossa) korkea tai matala, seuraavaksi sinun on käännettävä kellotappi (digitaalinen nasta 3) alhaisesta korkeaan, siirtorekisteri lukee sarjatulon tiedot ja siirtää lähtönastat 1, toista 8 kertaa ja olet asettanut kaikki 8 lähtöä. Tämä voidaan tehdä käsin silmukoille ja digitaalisille kirjoituksille arduino IDE: ssä, mutta koska t tämä on hyvin yleinen laitteistotason viestintä (SPI), ja niillä on yksi toiminto, joka tekee sen puolestasi. shiftOut (dataPin, clockPin, bitOrder, value) Kerro vain, missä data ja kellonapit on liitetty arduinoon, millä tavalla tiedot lähetetään ja mitä lähetetään, ja siitä huolehditaan puolestasi (kätevä)

Vaihe 3: Projektit

Okei, tarpeeksi luentoa ja teoriaa, voimme tehdä hauskoja juttuja tällä sirulla! Tässä ohjeessa on 3 projektia kokeiltavaksi, kaksi ensimmäistä ovat helppoja ja ne voidaan levittää hetkessä. Kolmannen, 4x4 -led -matriisin, rakentaminen vaatii enemmän aikaa ja ajattelua LED -johdotuksen vuoksi. Osaluettelo Projekti 1: '2 -johtiminen' pylväskaavio -LED -ohjain 1 * 74HC164 Vaihtorekisteri 1 * juottamaton leipälauta1 * arduino tai arduino yhteensopiva (5v) 1 * 330 ohmia 1/4 wattia vastusta 8 * normaalin ulostulon punaisia LED -valoja 12 * hyppyjohtoja Projekti 2: '2 -johtiminen' 7 -segmenttinen näyttöohjain 1 * 74HC164 Siirtorekisteri 1 * juoton leipälevy1 * arduino tai arduino -yhteensopiva (5v) 1 * 330 ohmin 1/4 watin vastus 1 * yhteisen katodin seitsemän segmentin näyttö9 * hyppyjohtimet Projekti 3: '2 -johtiminen' 4x4 -led -matriisinäyttö 1 * 74HC164 Siirtorekisteri 1 * arduino- tai arduino -yhteensopiva (5v) 4 * 150 ohmia 1 1/4 watin vastus 8 * 1Kohm 1/8 watin vastus (tai suurempi) 8 * NpN -transistori (2n3904 tai parempi) 16 * normaalilähtöinen punainen LED on keino rakentaa se ja säädetty 5 voltin teho, joka kestää 160+ma (voit sytytä kaikki LED -valot kerralla kuin jarruvalot)

Vaihe 4: Projekti 1 [pt 1]: 2 -johtiminen Bargraph -LED -näytönohjaimen laitteisto

Kytke arduino- ja shift -rekisteri kaavion mukaan, minulla on jo 10 -segmenttinen pylväsnäyttö valmiina leipälevyn käyttöön ja se näkyy kuvassa, mutta voit tehdä saman yksittäisten ledien avulla Totesin, että nämä eivät olleet ohjainlaitteita, että ne olivat logiikkalaitteita, joiden pienet virrat pystyivät kulkemaan niiden läpi. Jotta 8 LED -valoa voidaan käyttää, mutta pitää piiri yksinkertaisena eikä keitä vuororekisteriä, meidän on rajoitettava virtaa melko vähän. syöttömaadoituksen niiden on läpäistävä 330 ohmin vastus, joka rajoittaa kaikkien LEDien mahdollisesti käyttämän virran kokonaismäärän 10 mA: iin (5 voltin jännitteellä). tässä esimerkissä, jotta LEDit toimisivat oikealla virralla, sinun on asetettava transistori, jossa siirtorekisteri voi kytkeä päälle / pois korkeamman virtalähteen (katso projekti 3) Siirtorekisterin datanasta (nasta 2) tarvitsee yhteyden muodostaminen digitaaliseen arduino -nastaan # 2 Siirtorekisterin (nasta 8) kellotaulun on muodostettava yhteys arduino -digitaaliseen nastaan # 3

Vaihe 5: Projekti 1 [pt 2]: 2 -johtiminen Bargraph -LED -näytönohjainohjelmisto

Esimerkki 1: Avaa tiedosto "_164_bas_ex.pde" arduino IDE: n sisällä, se on yksinkertainen luonnos, jonka avulla voit vain määrittää tai sytyttää LED -valot palkkinäytön näytössä. Käytä #define yli const -kokonaislukua, minun on helpompi muistaa, eikä yhdelle tai toiselle ole mitään hyötyä, kun se on koottu #define data 2 #määritä kello 3 seuraavaksi on mitätön asetus, se toimii vain kerran, joten arduino kääntyy päällä, asettaa vuororekisterin eikä sillä ole muuta tekemistä. Void -asetustoiminnon sisällä asetamme kellon ja datanastat OUTPUT -nastoiksi, ja käytämme sitten shiftOut -toimintoa käyttämällä tiedot siirtorekisterin void -asetukseen () {pinMode (clock, OUTPUT); // tehdä kellonapista lähtö pinMode (data, OUTPUT); // tehdä datanastasta lähtösiirto (data, kello, LSBFIRST, B10101010); // lähetä tämä binaarinen arvo siirtorekisteriin} ShiftOut -funktiossa näet sen argumentit data on datanappi, kello on kellonappi LSBFIRST viittaa siihen, missä järjestyksessä se on, kun se kirjoitetaan binäärimerkinnällä (Bxxxxxxxx) 7. Elementti B: n jälkeen on vähiten merkitsevä bitti Ensinnäkin tämä syötetään ensin, joten se päätyy viimeiseen lähtöön, kun kaikki 8 bittiä syötetään B10101010 on siirtorekisteriin lähetettävä binaarinen arvo, yritä pelata eri arvoilla kytkeäksesi päälle tai pois päältä erilaisia kuvioita ja lopuksi tyhjä void loop (koska tarvitset sellaisen, vaikka et käytä sitä) void loop () {} // tyhjä silmukka toistaiseksi Esimerkki 2: ensimmäiset 8 riviä sama kuin ensimmäisen esimerkin 8 ensimmäistä riviä, itse asiassa ne eivät muutu missään muussa projektissa, joten #define data 2 #define clock 3void setup () {pinMode (clock, OUTPUT); // tehdä kellonapista lähtö pinMode (data, OUTPUT); // tehdä datanastasta ulostulo Mutta nyt void -asennuksessa on 8 silmukkaa, joka ottaa tyhjän tavun ja siirtää 1 bittiä kerrallaan alkaen vasemmasta bittistä ja liikkuu oikealle. Tämä on taaksepäin ensimmäisestä esimerkistä, jossa aloitimme oikeanpuoleisimmasta bitistä ja työskentelimme vasemmalle, mutta MSBFIRST -toiminnon avulla shift out -toiminto lähettää tiedot oikealla tavalla. for (int i = 0; i <8; ++ i) // 0-7 tehdä {shiftOut (data, kello, MSBFIRST, 1 << i); // bittisiirto loogisen korkean (1) arvon i viiveellä (100); // viive 100 ms tai et näkisi sitä}} void loop () {} // tyhjä silmukka toistaiseksi lataa skripti ja sinun pitäisi nyt nähdä pylväskaavion syttyvän jokainen valo kerrallaan

Vaihe 6: Projekti 2: 2 -johtiminen 7 -segmenttinen näytönohjain

Katso 7 -segmenttinäytön pinoutia (minulla oli vain kaksoisnäyttö, mutta käytin vain puolta) ja käytä alla olevaa piirustusta liittämään jokainen segmentti oikeaan bittiin siirtorekisterissä 1 = nasta 3 bittiä 2 = nasta 4 bittiä 3 = nasta 5 bittiä 4 = nasta 6 -bittinen 5 = nasta 10 -bittinen 6 = nasta 11 -bittinen 7 = nasta 12 -bittinen 8 = nasta 13 (jos haluat käyttää desimaalipistettä) Ja näytön katodi 330 ohmin vastuksen kautta ja virtalähteeseen, avaa nyt seitsemän_seg_demo.pde arduino IDEEnsin näet, mihin määritämme datan ja kellotapit #define data 2 #define clock 3 Seuraavaksi asetamme kaikki merkkikuviot binääriksi, tämä on melko helppoa, katso alla olevaa piirustusta, jos tarvitset keskisegmenttiä kirjoita yksi, seuraavaksi tarvitsetko ylintä segmenttiä, jos niin, kirjoita toinen, jatka tätä, kunnes peität kaikki 8 segmenttiä, huomaa, että oikeanpuoleisin bittini (bitti 8) on aina 0, siksi en koskaan käynnistä desimaalia kohta. tavu nolla = B01111110; tavu yksi = B00000110; tavu kaksi = B11011010; tavu kolme = B11010110; tavu neljä = B10100110; tavu viisi = B11110100; tavu kuusi = B11111100; tavu seitsemän = B01000110; tavu kahdeksan = B1111111010; tavu yhdeksän seuraavaksi tyhjässä asetuksessa asetamme tietomme ja kellonapit ulostuloiksi void setup () {pinMode (kello, OUTPUT); // tehdä kellonapista lähtö pinMode (data, OUTPUT); // tehdä datanastasta tuloste 0-9 ja toista ikuisesti. void loop () {shiftOut (data, kello, LSBFIRST, nolla); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, yksi); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, kaksi); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, kolme); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, neljä); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, viisi); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, kuusi); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, seitsemän); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, kahdeksan); viive (500); shiftOut (data, kello, LSBFIRST, yhdeksän); viive (500);}

Vaihe 7: Projekti 3 [pt 1]: '2 Wire' 4x4 Led Matrix Display

4x4 -LED -matriisiprojekti on hieman monimutkaisempi, mutta se on melkein kaikki rakenteessa, ja päätän tehdä omani juotettuna perfboardille, mutta sen pitäisi olla mahdollista kopioida leipälaudalla, vain paljon kauempana. eroaa siinä, että siirtorekisteri ei ohjaa suoraan ledejä, vaan siirtorekisterin lähdöt lähetetään 1Kohmin vastuksen kautta NpN -transistorin tukikohtaan, kun bitin ulostulo on korkea, se päästää tarpeeksi virtaa ja jännitettä transistori kytkeäkseen yhteyden keräimen ja emitterin välille, keräimet on sidottu "tukevaan" säädettyyn 5 volttiin. rajoittaa rivin arvoon 20 m sarakkeita, jokainen rivi saa vastuksen ja transistorin, kussakin sarakkeessa LED -katodit on sidottu yhteen, törmätty transistorin kollektoriin, jonka kantaa ohjaa myös siirtorekisteri, ja lopulta maahan. Suuri versio kaaviosta www.instructables.com/files/orig/F7J/52X0/G1ZGOSRQ/F7J52X0G1ZGOSRQ.jpg

Vaihe 8: Projekti 3 [pt 2]: '2 Wire' 4x4 Led Matrix Display

Siirtorekisteri ohjaa sekä LED -valojen anodeja että katodeja YX -muodossa 6 = rivi 2bit 7 = rivi 3bit 8 = rivi 4 Jos haluat piirtää kuvan piirtää 4x4 neliön piirtopaperille ja täyttää haluamasi, tee seuraavaksi YX -taulukko. Alla näet vertailun vertailua varten ja parhaiten, mitä voidaan tehdä 4x4 "pikselillä" Kirjoitan jokaisesta täytetystä osiosta, missä sarakkeessa (Y) se on, minkä rivillä se on (X) Avaa nyt arduino IDE: n _4x4.pde -tiedostossa näet vanhat 2 ystäväämme #define data 2 #define clock 3 ja sitten joukko kokonaislukuja int img = {1, 1, 4, 1, 1, 3, 4, 3, 2, 4, 3, 4}; Jos tarkastelet sen vain luetteloa muistiin kirjoitetuista YX -koordinaateistani, olisi suuri vaiva muunnella nämä arvot käsin, ja meillä on tietokone… anna sen tehdä se! kellomme ja datanapit OUTPUTS void setup () {pinMode (kello, OUTPUT); // tehdä kellonapista lähtö pinMode (data, OUTPUT); // tehdä datanastasta ulostulo3} Ja hämmentävän näköinen tyhjä silmukka, jotta asiat voidaan aloittaa, meidän on julistettava jotkut paikalliset muuttujat void loopiksi () {int Y; int X; tavu ulos; Sitten for -silmukka, tämän silmukan on oltava yhtä pitkä kuin img -taulukon merkintöjen määrä, tässä kuvassa käytin vain 6 pikseliä, joten 12 YX -koordinaattia. Saan sen ohittamaan kaikki muut numerot käyttämällä i += 2, koska luemme 2 koordinaattia silmukkaa kohden (int i = 0; i <12; i += 2) // img -taulukon pisteiden lukumäärä, tässä tapauksessa 12 {Nyt luemme Y -merkinnän taulukosta ja vähennämme sen arvosta yhden, koska tavut eivät ala yhdestä, ne alkavat nollasta, mutta laskimme 1: stä // saamme ensimmäisen YX -johtoparin Y = (img - 1); // vähennä yksi, koska bittien lukumäärä alkaa 0 Seuraavaksi luemme X -merkinnän taulukosta [i + 1] ja vähennämme sen arvosta samasta syystä X = (img [i + 1] - 1); Kun olemme saaneet pikselin YX -arvot, teemme jonkin verran bittiä tai matematiikkaa ja siirtymme vasemmalle. ja lisää 4, se on bitti 8 (MSB), katsoen kaaviota uudelleen… bitti 1 = sarake 1 (oikeassa reunassa) bitti 2 = sarake 2bit 3 = sarake 3bit 4 = sarake 4bit 5 = rivi 1 (ylin) bitti 6 = rivi 2bit 7 = rivi 3bit 8 = rivi 4Bit 8 on viimeinen rivi Seuraavaksi myös Y -arvo siirtyy vasemmalle, tällä kertaa vain itsestään, mitään ei lisätä. (nibbles), käyttämällä bittikohtaisesti tai (symboli |) vie kaksi tavua ja lisää ne periaatteessa yhteen, oletetaan, että X = 10000000Y = 00000001 -------------------- OR = 10000001rivi 4 sarake 1 ulos = 1 << (X + 4) | 1 << Y; Ja lopuksi siirry ulos näyttääksesi nykyisen kuvan ja jatka sitä, kunnes meillä ei ole enää dataa taulukossa… viivästytä hetki ja silmukka ikuisesti, koska olimme siirtäneet tietoja vasemmalle ja tarvitsemme MSB: n olevan viimeisellä lähtönastalla lähetä se ensin vuororekisteristä. shiftOut (data, kello, MSBFIRST, ulos); // siirrä tavu rekisteriviiveeseen (1); // viivästyttää sitä, jotta sillä on mahdollisuus jättää valopiste silmiin. Voit vapaasti tehdä omia kuviasi ja tehosteitasi, on kolme esimerkkitiedostoa, hymiö ja ruudullinen (joka näyttää enemmän raidoilta), ja lopuksi satunnainen kimallustekijä

Vaihe 9: Johtopäätös

Kaiken kaikkiaan tämä on melko kätevä pieni siru, ja olen iloinen, että romutin sen pois vanhasta elektroniikkakappaleesta, joka vie roskakoriin. Sitä voidaan käyttää muuhun kuin näyttöjärjestelmiin, mutta kaikki pitävät valoista ja välittömästä palautteesta mitä tapahtuu, on erittäin hyödyllistä visuaalisille ajattelijoille, kuten minä. Anna myös anteeksi koodini, minulla on ollut vain arduino lokakuun kolmannen viikon jälkeen, ja se on ollut melko suuri törmäyskurssi. Mutta se on hienoa järjestelmässä, jos istut alas ja työskentelet sen kanssa, se on täynnä siistejä ominaisuuksia, jotka tekevät maailman hallitsemisesta 8 -bittisellä mikro -ohjaimella melko helppoa. Kuten aina, kysymykset ja kommentit ovat erittäin tervetulleita, ja kiitos luen, toivottavasti opit paljon