Arduino开发板的普通IO引脚是有限的，必要时要对IO口进行扩展，才能满足外部设备对IO口的需求。本篇介绍74HC595芯片，使用它来扩展Arduino的IO口，用3个IO来控制8路LED灯。
1. 74HC595介绍
74HC595芯片是一个串行输入，并行输出设备。其内部包括一个8位移位寄存器、一个存储器以及三态输出门电路，其中移位寄存器和存储器都有相互独立的时钟。
1. 引脚说明
74HC595芯片引脚定义说明如下所示：
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VCC、GND为芯片供电管脚，工作电压5V。
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Q0~Q7这8个引脚是芯片的输出引脚。
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DS引脚为串行输入引脚。我们需要将数据一位一位的写入该引脚。
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STCP引脚为锁存引脚。当移位寄存器的8位数据全部传输完毕后，通过控制此引脚将数据复制到锁存器准备并行输出。
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SHCP引脚为时钟引脚。通过控制此引脚将数据写入移位寄存器。
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OE引脚为输出使能。其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，本实验直接接在GND使其一直保持低电平输出数据。
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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。本实验直接连接在VCC上一直保持高电平。
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Q7S引脚为串行输出引脚，专门用于芯片级联。
2. 操作说明
根据74HC595引脚说明，有三个重要的引脚：数据引脚(data)、锁存引脚(latch)、时钟引脚(clock)。
| 74HC595操作步骤 | 操作说明 |
|---|---|
| latch = LOW | 只有为low时才可以输入数据 |
| data | 通过data传输数据第一位，HIGH/LOW |
| clock = HIGH | 数据锁存 |
| clock = LOW | 准备下一个 |
| data… | 继续上面步骤，直到传输完成 |
| clock = HIGH | 储存全部的数据 |
| clock = LOW | 禁止数据再进行传输 |
| latch = HIGH | 并行送出数据 |
2. 实验材料
- Uno R3开发板
- 配套USB数据线
- 面包板及配套连接线
- 74HC595芯片
- 8个220Ω限流电阻
- 8个LED发光二极管
3. 实验步骤
1. 根据原理图搭建电路。
8个LED发光二极管的负极接开发板GND,正极分别接入220Ω限流电阻，电阻另一端分别接入74HC595芯片的Q0~Q7输出引脚。
74HC595的VCC、MR引脚接入开发板5V，OE、GND引脚接入开发板的GND。DS、SHCP、STCP这三个控制引脚分别接入开发板的8、9、10数字引脚。
实验原理图如下图所示：
实物连接图如下图所示：
2. 新建sketch，拷贝如下代码替换自动生成的代码并进行保存。
/*
Shift
74HC595扩展IO，串行驱动8路LED灯
*/
int latchPin = 10;//锁存引脚
int clockPin = 9; //时钟引脚
int dataPin = 8; //数据引脚
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 data = 0; data < 255; data++)
{
digitalWrite(latchPin, LOW); //将ST_CP口上加低电平让芯片准备好接收数据
shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, data);
digitalWrite(latchPin, HIGH); //将ST_CP这个针脚恢复到高电平
delay(1000); //暂停1秒钟观看显示效果
}
}
3. 连接开发板，设置好对应端口号和开发板类型，进行程序下载。
4. 实验现象
8个LED灯移位进行亮灭显示。
5. 函数介绍
shiftOut()
- 描述：将数据在时钟引脚脉冲控制下按位移出写入到数字引脚。
- 函数原型：
shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value) - 参数：
- dataPin: 数据输入引脚。
- clockPin: 时钟引脚。
- bitOrder: 移位顺序。MSBFIRST(高位在前)、LSBFIRST(低位在前)。
- value: 需要移位的数据。
- 返回值：没有。
6. 实验分析
程序中将74HC595三个控制引脚设置为输出模式，然后使用shiftOut()函数将数据进行移位写入74HC595的移位寄存器，然后通过控制锁存引脚将数据进行锁存输出。shiftOut()函数的value参数是一个字节长度，即每执行一次会将一个字节(最大值255)进行移位输出。如果移位的数据大于一个字节，需要执行两次shiftOut()函数，例如：
//Do this for MSBFIRST serial
int data = 500;
// shift out highbyte
shiftOut(dataPin, clock, MSBFIRST, (data >> 8));
// shift out lowbyte
shiftOut(dataPin, clock, MSBFIRST, data);
// Or do this for LSBFIRST serial
data = 500;
// shift out lowbyte
shiftOut(dataPin, clock, LSBFIRST, data);
// shift out highbyte
shiftOut(dataPin, clock, LSBFIRST, (data >> 8));
