74HC164 maiņu reģistrs un jūsu Arduino: 9 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 11:00

Maiņu reģistri ir ļoti svarīga digitālās loģikas sastāvdaļa, tie darbojas kā līme starp paralēlo un seriālo pasauli. Tie samazina vadu skaitu, tapu izmantošanu un pat palīdz noņemt slodzi no jūsu CPU, saglabājot savus datus. Tie ir dažāda izmēra, ar dažādiem modeļiem dažādiem lietojumiem un dažādām funkcijām. Šodien es apspriedīšu 74HC164 8 bitu sērijas paralēli izvadītu, nenofiksētu maiņu reģistru. Kāpēc? Nu, vienam tas ir viens no visvienkāršākajiem maiņu reģistriem, kas padara to vieglāk iemācīties, bet tas vienkārši bija vienīgais, kas man bija (lol!) Šis pamācība aptver, kā šī mikroshēma darbojas, kā to savienot un saskarni ar arduino, ieskaitot dažas skices un ledus shēmas. Es ceru, ka jums visiem patiks!

1. solis: Kas ir maiņu reģistri?

Kā minēts iepriekš, tiem ir visdažādākās garšas, un es arī minēju, ka es izmantoju 74HC164 8 bitu sērijas paralēli izvadītu, nefiksētu, maiņu reģistru, ko tas viss nozīmē?!? Pirmkārt, nosaukums 74-nozīmē tā daļu no 74xx loģikas saimes, un, tā kā tā loģika nevar tieši kontrolēt ļoti lielu strāvu (16-20ma visai mikroshēmai ir izplatīta), tas tikai nodod signālus apkārt, bet tas nenozīmē šis signāls nenāks uz tranzistoru, kas var pārslēgt lielāku strāvas slodzi. HC nozīmē, ka tā ir ātrgaitas CMOS ierīce, par to varat izlasīt zemāk esošajā saitē, bet tas, kas jums pamatā jāzina, ir tas, ka tas ir zems barošanas ierīce un darbosies no 2 līdz 5 voltiem (tātad, ja jūs izmantojat 3,3 voltu arduino, viss ir kārtībā) Arī tā var pareizi darboties lielā ātrumā, šīs konkrētās mikroshēmas tipiskais ātrums ir 78 mhz, taču jūs varat iet tikpat lēni vai tikpat ātri (Kamēr tas sāks muļķoties) kā vēlaties www.kpsec.freeuk.com/components/74series. Maiņu reģistrs sastāv no flip flop shēmām, flip flop ir 1 bitu atmiņa, šis viens ha s 8 (vai 1 baits atmiņas). Tā kā tā ir atmiņa, ja jums nav jāatjaunina reģistrs, varat vienkārši pārtraukt ar to "runāt", un tas paliks tādā stāvoklī, kādā to atstājāt, līdz atkal ar to "runāsit" vai atiestatīsit strāvu. citi 7400 loģikas sērijas maiņu reģistri var iet paralēli līdz 16 bitu sērijveidā. Tas nozīmē, ka jūsu arduino sūta datus sērijveidā (ieslēdzot impulsus viens pēc otra), un maiņu reģistrs novieto katru bitu uz pareizās izejas tapas. Šim modelim ir nepieciešami tikai 2 vadi, lai to kontrolētu, tāpēc jūs varat izmantot 2 digitālās tapas arduino un pārtraukt šīs 2 līdz 8 digitālās izejas. Daži citi modeļi ir paralēli sērijas izejā, tie dara to pašu, bet kā ievadi arduino (piemēram, NES spēļu pults), kas nav fiksēts Ja tas ir nepieciešams, šī mikroshēma var sabrukt. Tā kā dati tiek ievadīti maiņu reģistrā, izmantojot sēriju, tie tiek parādīti pirmajā izejas tapā, kad tiek ievadīts pulksteņa impulss, pirmais bits tiek pārvietots pa 1 vietu, radot ritināšanas efektu izvados, piemēram, izejās tiks parādīts 00000001 kā 101001000100001000001000000100000001Ja runājat ar citām loģikas ierīcēm, kurām ir kopīgs pulkstenis un kas to negaida, tas var radīt problēmas. Fiksētajiem maiņu reģistriem ir papildu atmiņas komplekts, tāpēc, tiklīdz dati ir ievadīti reģistrā, varat pagriezt slēdzi un parādīt rezultātus, taču tas pievieno citu vadu, programmatūru un lietas, ar kurām sekot līdzi. Šī pamācības gadījumā mēs kontrolējam LED displejus, ritināšanas efekts notiek tik ātri, ka jūs to neredzat (izņemot gadījumus, kad pirmo reizi ieslēdzat mikroshēmu), un, kad baits atrodas maiņu reģistrā, ritināšana vairs nav iespējama., un 16LED 4x4 punktu matrica ar šo mikroshēmu un programmatūru arduino, izmantojot tikai 2 digitālās tapas (+ jauda un zeme)

2. solis: Pamata elektroinstalācija un darbība

Elektroinstalācija 74HC164 ir 14 kontaktu mikroshēma, tai ir 4 ieejas tapas, 8 izejas tapas, barošana un zemējums, tāpēc ļaujiet sākt no augšas. 1. un 2. tapa ir sērijveida ieejas, tās ir iestatītas kā loģiski UN vārti, kas nozīmē, ka tiem abiem jābūt loģiski augstiem (ti, 5 voltiem), lai bitu varētu uzskatīt par 1, zemu stāvokli (0 volti) jebkurā no tiem nolasīs kā nulli. Mums tas tiešām nav vajadzīgs, un ar to ir vieglāk rīkoties programmatūrā, tāpēc izvēlieties vienu un piesaistiet to V+, lai tas vienmēr būtu augsts. Es izvēlos izmantot džemperi no 1. tapas līdz 14. tapai (V+), jo jūs varat vienkārši uzlikt maizes dēļa džemperi virs mikroshēmas. Viena atlikušā sērijveida ieeja (manās shēmās 2. tapa) iegūs arduino digitālo tapu 2. 74HC164 tapas 3, 4, 5 un 6 ir pirmie 4 izejas baiti Pin 7 savienojas ar zemi Lēkšana pa labi, 8. tapa ir pulksteņa tapa, šādi maiņu reģistrs zina, ka nākamais sērijas bits ir gatavs lasīšanai, tam jābūt savienotam ar arduino 3. ciparu tapu. 9. pin ir vienlaicīgi notīrīt visu reģistru, ja tas ir zems, jums ir iespēja to izmantot, taču nekas šajā nepārbaudāmajā nav pieejams, tāpēc piesaistiet to V+tapām 10, 11 12 un 13 ir pēdējie 4 izejas baiti 14 ir mikroshēmas jauda Darbība Vispirms jums jāiestata sērijas ieeja no reģistra (digitālā tapa 2 uz arduino) ir augsts vai zems, tad jums ir jāpārvērš pulksteņa tapa (digitālā tapa 3) no zemas uz augstu, maiņu reģistrs nolasīs sērijveida ievades datus un pārslēgs izejas tapas par 1, atkārtojiet 8 reizes un esat iestatījis visas 8 izejas. To var izdarīt ar roku cilpām un digitālajiem ierakstiem arduino IDE, bet kopš t viņa ir ļoti izplatīta aparatūras līmeņa komunikācija (SPI), un tai ir viena funkcija, kas to dara jūsu vietā. shiftOut (dataPin, clockPin, bitOrder, value) Vienkārši norādiet, kur dati un pulksteņa tapas ir pievienotas arduino, kādā veidā sūtīt datus un ko sūtīt, un par to parūpēsies jūs (ērti)

3. solis: projekti

Labi, pietiek ar lekciju un teoriju, ļaujim paveikt dažas jautras lietas ar šo mikroshēmu! Šajā pamācībā ir jāizmēģina 3 projekti, pirmie divi ir viegli un tos var izvilkt. Trešās, 4x4 LED matricas, izveidei ir nepieciešams vairāk laika un domāšanas, pateicoties vadu vadiem. Daļu saraksts 1. projekts: “2 vadu” joslu diagrammas LED displeja kontrolieris 1 * 74HC164 Maiņu reģistrs1 * bez lodēšanas maize1 * arduino vai arduino saderīgs (5 V) 1 * 330 omi 1/4 vatu rezistors 8 * normālas izejas sarkanas gaismas diodes 12 * džemperu vadi 2. projekts: '2 vadu' 7 segmentu displeja kontrolieris 1 * 74HC164 Maiņu reģistrs1 * bez lodēšanas maizes dēlis1 * arduino vai arduino) 1 * 330 omi 1/4 vatu rezistors 1 * kopējais katoda septiņu segmentu displejs 1/4 vatu rezistors 8 * 1Kohm 1/8 vatu rezistors (vai lielāks) 8 * NpN tranzistors (2n3904 vai labāks) 16 * normālas izejas sarkanās gaismas diodes ir līdzeklis tā konstruēšanai un regulējama 5 voltu jauda, kas spēj apstrādāt 160+ma (jūs varat ieslēdziet visas gaismas diodes vienlaikus kā bremžu lukturi)

4. solis: 1. projekts [1. punkts]: '2 vadu' Bargraph LED displeja kontroliera aparatūra

Pievienojiet arduino un maiņu reģistru saskaņā ar shēmu, man jau ir 10 segmentu joslu diagramma, kas ir gatava lietošanai maizes dēļā, un tas ir tas, ko redzēsit attēlā, bet jūs varat darīt to pašu ar atsevišķiem gaismas diodēm Otrajā lapā Es teicu, ka tās nav draivera ierīces, ka tās ir loģiskas ierīces, un caur tām var iziet neliels strāvas daudzums. Lai palaistu 8 gaismas diodes, vienlaikus saglabājot ķēdi vienkāršu un nesagatavojot maiņu reģistru, ir nepieciešams nedaudz ierobežot strāvu. Gaismas diodes ir savienotas paralēli un tām ir kopīgs pamats (kopējais katods) barošanas zemei tiem ir jāiet cauri 330 omu rezistoram, ierobežojot kopējo strāvas daudzumu, ko visas gaismas diodes, iespējams, varētu izmantot, līdz 10ma (pie 5 voltiem). Tādējādi gaismas diodes nonāk slimīgā izskatā, bet tās iedegas un tādējādi kalpo šis piemērs, lai darbinātu gaismas diodes pie pareizās strāvas, jums būs jāievieto tranzistors, kur maiņu reģistrs var ieslēgt / izslēgt lielāku strāvas avotu (skat. 3. projektu) Nepieciešama maiņu reģistra datu tapa (2. tapa) lai izveidotu savienojumu ar arduino digitālo tapu # 2 Maiņas reģistra pulksteņa tapai (8. tapa) ir jāpievienojas arduino digitālajai tapai # 3

5. solis: 1. projekts [2. punkts]: '2 vadu' Bargraph LED displeja kontroliera programmatūra

1. piemērs: atveriet failu "_164_bas_ex.pde" Arduino IDE iekšpusē, tā ir vienkārša skice, kas ļauj tikai iedegt vai izslēgt gaismas diodes joslu attēlojumā. Pirmās 2 rindas nosaka tapu numurus, kurus izmantosim datiem un pulkstenim, es izmantojiet #define salīdzinājumā ar konstantu veselu skaitli, man ir vieglāk atcerēties, un vieniem vai otriem nav nekādu priekšrocību, kad tie ir apkopoti ieslēgts, iestata maiņu reģistru, un tam nav nekā cita. Void setup funkcijā mēs iestatām pulksteni un datu tapas kā OUTPUT tapas, pēc tam, izmantojot shiftOut funkciju, mēs nosūtām datus uz shift register void setup () {pinMode (clock, OUTPUT); // padarīt pulksteņa tapu par izejas pinMode (dati, OUTPUT); // padarīt datu tapu par izvades nobīdi (dati, pulkstenis, LSBFIRST, B10101010); // nosūtīt šo bināro vērtību maiņu reģistram} Funkcijā shiftOut var redzēt tā argumentusdati ir datu tapa, pulkstenis ir pulksteņa tapa LSBFIRST norāda, kādā secībā tas ir, rakstot to binārā apzīmējumā (Bxxxxxxxx) 7. datumā elements aiz B ir vismazākais nozīmīgais bits Pirmkārt, tas tiek ievadīts vispirms, lai tas nonāktu pie pēdējās izvades, kad visi 8 biti ir ievadīti, mēģiniet spēlēt ar dažādām vērtībām, lai ieslēgtu vai izslēgtu dažādus modeļus tāpat kā pirmā piemēra pirmās 8 rindas, patiesībā tie nemainīsies nevienam no citiem projektiem, tāpēc #define data 2 #define clock 3void setup () {pinMode (clock, OUTPUT); // padarīt pulksteņa tapu par izejas pinMode (dati, OUTPUT); // padarīt datu tapu par izvadi Bet tagad void setup ir 8 skaits ciklam, tā ņem tukšu baitu un pāriet 1 bitu vienā reizē, sākot no kreisākā bita un virzoties pa labi. Tas ir atpakaļ no pirmā piemēra, kad mēs sākām no labākā bita un strādājām pa kreisi, bet, izmantojot MSBFIRST, nobīdes funkcija nosūta datus pareizi for (int i = 0; i <8; ++ i) // 0 - 7 do {shiftOut (dati, pulkstenis, MSBFIRST, 1 << i); // bitu nobīde loģiski augstu (1) vērtību ar i delay (100); // aizkavējiet 100 ms vai jūs to nevarētu redzēt}} void loop () {} // tukša cilpa pagaidām augšupielādējiet skriptu, un tagad vajadzētu redzēt, ka joslu diagramma iedegas katru reizi

6. darbība: 2. projekts: “2 vadu” 7 segmentu displeja kontrolieris

Paskatieties uz sava 7 segmenta displeja kontaktligzdu (man bija tikai divkāršs, bet tikai puse) un izmantojiet zemāk redzamo zīmējumu, lai savienotu katru segmentu ar pareizo bitu nobīdes reģistrā 1 = pin 3 bit 2 = pin 4bit 3 = pin 5bit 4 = pin 6bit 5 = pin 10bit 6 = pin 11bit 7 = pin 12bit 8 = pin 13 (ja vēlaties izmantot decimālo zīmi) Un displeja katods caur 330ohm rezistoru un barošanas avotam tagad atveriet seven_seg_demo.pde arduino IDE Vispirms jūs redzat, kur mēs definējam datus un pulksteņa tapas #define data 2 #define clock 3 Tālāk mēs iestatām visus rakstzīmju modeļus binārā formātā, tas ir diezgan vienkārši, skatiet zemāk esošo zīmējumu, ja jums ir nepieciešams vidējais segments ierakstiet vienu, pēc tam jums ir nepieciešams augšējais segments, ja tā, ierakstiet citu, turpiniet to darīt, līdz aptverat visus 8 segmentus, ievērojiet, ka mans labais bits (8. bits) vienmēr ir 0, tas ir tāpēc, ka es nekad neieslēdzu decimāldaļu punkts. nulle baits = B01111110; viens baits = B00000110; otrais baits = B11011010; trešais baits = B11010110; ceturtais baits = B10100110; pieci baiti = B11110100; sestais baits = B11111100; septītais baits = B01000110; astotais baits = B111111101; baits deviņi nākamais void setup mēs iestatām savus datus un pulksteņa tapas uz izejām void setup () {pinMode (pulkstenis, OUTPUT); // padarīt pulksteņa tapu par izejas pinMode (dati, OUTPUT); // padariet datu tapu par izvadi 0-9 un atkārtojiet uz visiem laikiem. void loop () {shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, nulle); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, viens); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, divi); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, trīs); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, četri); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, pieci); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, seši); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, septiņi); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, astoņi); kavēšanās (500); shiftOut (dati, pulkstenis, LSBFIRST, deviņi); kavēšanās (500);}

7. darbība: 3. projekts [1. punkts]: '2 vadu' 4x4 LED matricas displejs

4x4 LED matricas projekts ir nedaudz sarežģītāks, taču tas gandrīz viss tiek būvēts, es izvēlos padarīt manu lodētu uz perforētas plātnes, bet vajadzētu būt iespējai atkārtot uz maizes dēļa, tikai daudz tālāk. atšķiras ar to, ka maiņu reģistrs tieši nedzen vadītos, tā vietā maiņas reģistra izejas caur 1Kohm rezistoru tiek nosūtītas uz NpN tranzistora pamatni, ja bita izeja ir augsta, tas ļauj pietiekami daudz strāvas un sprieguma nonākt tranzistoru, lai pārslēgtu savienojumu starp kolektoru un emitētāju, kolektori ir piesaistīti "izturīgam" regulētajam 5 voltiem. Tranzistoru izstarotāji ir savienoti ar 150 omu rezistoriem, un rezistori ir piesaistīti 4 LED pēc kārtas ierobežo rindu līdz 20m, lai gan, zīmējot attēlus displejā, vienlaikus iedegas tikai 1 gaismas diode un līdz ar to gandrīz pilnā spilgtumā (gandrīz tāpēc, ka tie patiešām ātri ieslēdzas un izslēdzas, lai veidotu visu attēlu) Ir 4 rindas un 4 kolonnas, katra rindā tiek iegūts rezistors un tranzistors, katrā kolonnā gaismas diodes katodi ir sasieti kopā, ieskrēja tranzistora kolektorā, kura bāzi kontrolē arī maiņu reģistrs, un visbeidzot zemē. Liela shematiskās versijas www.instructables.com/files/orig/F7J/52X0/G1ZGOSRQ/F7J52X0G1ZGOSRQ.jpg

8. darbība: 3. projekts [2. punkts]: '2 vadu' 4x4 LED matricas displejs

Maiņu reģistrs kontrolē gan gaismas diožu anodu, gan katodus YX formātā, skatiet sekojošo bitu 1 = 1. sleja (labākā puse) 2. Aile 2. Bitu 3 = 3. Bitu 4 = kolonna 4 bitu 5 = 1. rindas (augšējais) bits 6 = 2. bitu 7 = 3. bitu 8 = 4. rindu Zemāk redzēsit līdzības kartēšanu, kā arī labāko, ko var izdarīt ar 4x4 "pikseļiem" Katrai aizpildītajai sadaļai es pierakstu, kurā kolonnā (Y) tā ir, pēc kuras rindas tā atrodas (X) Tagad atveriet _4x4.pde failu arduino IDE redzēsit mūsu vecos 2 draugus #define data 2 #define clock 3, pēc tam veselu skaitļu masīvs int img = {1, 1, 4, 1, 1, 3, 4, 3, 2, 4, 3, 4}; Ja paskatās, ka tas ir tikai saraksts ar manām pierakstītajām YX koordinātām, būtu ļoti sāpīgi pārvērst šīs vērtības ar rokām, un mums ir dators… ļaujiet tam to darīt! mūsu pulkstenis un datu tapas OUTPUTS void setup () {pinMode (pulkstenis, OUTPUT); // padarīt pulksteņa tapu par izejas pinMode (dati, OUTPUT); // padarīt datu spraudni par izvadi int X; baits ārā; Pēc tam ciklam, šai cilpai jābūt tik garai, cik ir ierakstu masīvs img, šim attēlam es izmantoju tikai 6 pikseļus, tādējādi iegūstot 12 YX koordinātas. Es lieku izlaist katru otro skaitli, izmantojot i += 2, jo mēs nolasām 2 koordinātas uz cilpu (int i = 0; i <12; i += 2) // punktu skaits img masīvā, šajā gadījumā 12 {Tagad mēs lasām Y ierakstu masīvā un atņemam vienu no tā vērtības, jo baiti nesākas ar vienu, tie sākas ar nulli, bet mēs skaitījām no 1 // iegūstam pirmo YX auklu pāri Y = (img - 1); // atņemt vienu, jo bitu skaits sākas ar 0 Tālāk mēs masīvā nolasa X ierakstu [i + 1] un atņem vienu no tā vērtības tā paša iemesla dēļ X = (img [i + 1] - 1); Pēc tam, kad mums ir pikseļa YX vērtības, mēs veicam kādu bitu vai matemātiku un pārvietojamies pa kreisi. Vispirms mums jālasa X vērtība, un neatkarīgi no tā vērtības ir jāmaina, ka daudzas vietas + 4 paliek, tāpēc, ja X ir 4 un pievienojiet 4, tas ir 8. bits (MSB), vēlreiz aplūkojot diagrammu… 1. bits = 1. sleja (labākā puse) 2. bits = 2. aile 3 = 3. bitu kolonna 4 = 4. bitu 5. bāze = 1. rinda (augšējais) 6. bits = 2. bitu rinda 7 = 3. rinda 8 = 4. rinda 8. bits ir pēdējā rinda Tālāk arī Y vērtība tiek pārvietota pa kreisi, šoreiz tikai pati par sevi, nekas nav pievienots. Visbeidzot abi ir vai nu sakopoti 1 baitā, nevis 2 pusbaitos (nibles), izmantojot bitu vai (simbols |), aizņem divus baitus un pamatā tos saskaita kopā, pieņemsim, ka X = 10000000Y = 00000001 -------------------- OR = 10000001rowrow 4 kolonnu 1 out = 1 << (X + 4) | 1 << Y; Un, visbeidzot, pārslēdzieties, lai parādītu pašreizējo attēlu, un turpiniet to darīt, līdz mums vairs nav datu masīvā… aizkavējiet mirkli un ciklu uz visiem laikiem, jo mēs pārvietojām datus pa kreisi un mums ir nepieciešams, lai MSB būtu pēdējā izvades tapā no maiņu reģistra vispirms izsūtiet to. shiftOut (dati, pulkstenis, MSBFIRST, out); // pārvietot baitu uz mūsu reģistra aizkavi (1); // aizkavējiet to, lai tam būtu iespēja atstāt gaismas plankumu jūsu acīs. Jūtieties brīvi izveidot savus attēlus un efektus, ir trīs paraugu faili, smaidiņa seja un rūtiņu dēlis (kas vairāk izskatās pēc svītrām), un visbeidzot izlases dzirkstiņu veidotājs

9. solis. Secinājums

Tas viss ir diezgan ērts mazais mikroshēmas, un es priecājos, ka es to nojaucu no vecas elektronikas detaļas, kas tika novirzīta uz miskasti. To var izmantot arī citām lietām, izņemot displeja sistēmas, taču visiem patīk gaismas un tūlītēja atgriezeniskā saite Notiekošais ir ārkārtīgi noderīgs tādiem vizuālajiem domātājiem kā I. Es arī lūdzu piedodiet manu kodu, man ir bijis tikai arduino kopš oktobra trešās nedēļas, un tas ir bijis diezgan liels avārijas kurss. Bet tā ir lieliskā lieta sistēmā, ja jūs apsēdaties un strādājat ar to, tā ir pilna ar glītām funkcijām, kas ļauj viegli kontrolēt pasauli ar 8 bitu mikrokontrolleri. Kā vienmēr, jautājumi un komentāri ir ļoti gaidīti, un paldies par lasot, es ceru, ka jūs daudz uzzinājāt