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74hc595的功能及作用

74hc595的功能及作用 74HC595是在单片机系统中常用的芯片之一,他的作用就是把串行的信号转为并行的信号,常用在各种数码管以及点阵屏的驱动芯片。

分享:

74HC595 是一款非常常用且重要的串入并出移位寄存器集成电路芯片。它在数字电路和微控制器系统中扮演着关键角色,主要功能和作用如下:

核心功能

  1. 串行输入,并行输出 (Serial-In, Parallel-Out - SIPO):

    • 串行输入: 一次一位地接收数据(通过 DSSER 引脚输入)。
    • 并行输出: 同时提供 8 位并行数据输出(通过 Q0Q7 引脚)。数据在内部经过移位操作后一次性出现在这 8 个引脚上。
  2. 移位寄存器 (Shift Register):

    • 芯片内部的核心是一个 8 位的移位寄存器。
    • SH_CP 引脚(移位寄存器时钟输入/串行时钟,也称为 SRCLK)的上升沿,输入端 (DS) 的状态会被读入移位寄存器的第一位 (Q0)。
    • 同时,寄存器中已有的数据会向高位移动一位Q0 -> Q1, Q1 -> Q2, ... , Q6 -> Q7)。这样,随着时钟脉冲的到来,数据就从最低位 (Q0) 开始,一位接一位地被移入寄存器。
  3. 存储寄存器 / 输出锁存器 (Storage Register / Output Latch):

    • 移入移位寄存器的 8 位数据并不会立即出现在输出引脚上。
    • 另一个寄存器——存储寄存器,负责保存来自移位寄存器的 8 位数据。
    • ST_CP 引脚(存储寄存器时钟输入/锁存时钟,也称为 RCLK)的上升沿,移位寄存器中的当前 8 位数据会被一次性、同时地拷贝到存储寄存器中。
    • 存储寄存器的内容才最终出现在 Q0Q7 这 8 个输出引脚上。
    • 这个机制允许你在更新移位寄存器中的数据时,保持当前输出引脚的状态不变,只有在需要更新输出时才触发锁存,避免了输出毛刺。
  4. 高有效输出:

    • 输出 Q0-Q7 是标准的高有效输出(逻辑高电平约等于 VCC,逻辑低电平约等于 GND),不能直接驱动大电流负载(如 LED,通常需要串联限流电阻或使用驱动晶体管)。
  5. 输出使能 (OE):

    • OE 引脚(输出使能)控制输出引脚的三态门。
    • OE低电平时,存储寄存器的内容被允许输出到 Q0-Q7 引脚。
    • OE高电平时,输出引脚 Q0-Q7 变为高阻抗状态(Hi-Z),相当于断开连接,此时输出不影响外部电路。这允许总线上挂载多个设备。

主要作用

  1. 微控制器 IO 口扩展 (I/O Expansion):

    • 这是最核心、最重要的作用。 微控制器 (如 Arduino, 单片机) 的 GPIO (通用输入输出) 引脚数量通常有限。
    • 74HC595 只需要占用微控制器的 3 个引脚 (串行数据 DS/SER, 移位时钟 SH_CP/SRCLK, 锁存时钟 ST_CP/RCLK) 就能控制 8 个输出 (Q0-Q7)。
    • 通过级联多个 74HC595 (将第一个芯片的 Q7' / QH' / SER_OUT 引脚连接到第二个芯片的 DS/SER 引脚,并共享 SH_CPST_CP),可以用微控制器的 同样 3 个引脚 扩展出几乎无限多的输出端口 (16位、24位、32位等)。大大节省了微控制器宝贵的 IO 资源。
  2. 驱动 LED / 数码管:

    • 利用其并行输出能力,可以非常方便地驱动 LED 阵列、7 段数码管等。一个芯片可以独立控制 8 个 LED 的亮灭。
  3. 驱动继电器/开关:

    • 通过其输出控制外部驱动电路 (如晶体管、ULN2803 等),可以用来驱动继电器、电磁阀或其他需要数字信号控制的开关设备。
  4. 简单的数据缓冲:

    • 可以将微控制器发送的串行数据转换为并行数据,供其他需要并行输入的设备使用。
  5. 降低微控制器驱动负载:

    • 当需要驱动的负载数量很多时,微控制器的一个引脚可能不够驱动能力。74HC595 的输出能力(虽然每个引脚也不很强)分担了驱动任务,并且微控制器只需要驱动74HC595的输入引脚(负载很轻)。

关键特性总结

  • 工作原理: 串行输入 (1位) -> 时钟移位 (内部8位移位寄存器) -> 锁存更新 (存储寄存器) -> 并行输出 (8位)。
  • 核心价值: 用少数微控制器 IO (3个) 扩展出大量输出端口 (8个 per chip),可级联扩展。
  • 控制优势: “移位”和“锁存”两步操作,避免了输出过程中的信号闪烁。
  • 工作电压: 通常为 2V 至 6V (兼容 3.3V 和 5V 系统)。
  • 兼容性: 可以替代或兼容 74LS595, 74HC164 (功能略有不同),是 Arduino 等开发板常用的扩展芯片。

总之,74HC595 通过其高效的串入并出和移位寄存器功能,成为了在资源有限的微控制器系统中扩展数字输出接口的最经济、最常用和最灵活的选择之一。如需深入了解具体参数,建议查阅官方数据手册(Datasheet)。

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74HC595有什么功能

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