Изучаем Arduino: инструметы и методы технического волшебства - [40]
Регистр сдвига является синхронным устройством, он принимает данные по нарастающему фронту тактового сигнала. Каждый раз, когда сигнал на входе CLOCK меняется с низкого на высокий, все значения, хранящиеся в восьми выходных ячейках, смещаются на одну позицию. Данные из последней ячейки либо сбрасываются, либо передаются на выход QH' (при каскадном подключении микросхемы 74НС595). Одновременно последовательные данные на входе DATA сдвигаются на одну позицию. За восемь тактов предыдущие значения в ячейках регистра уходят, а новые загружаются. Подача высокого уровня на вход LATCH выводит значения, хранящиеся в ячейках, на выходы регистра. Этот процесс проиллюстрирован на рис. 7.3.
Предположим, вы хотите включить некоторые из светодиодов, подключенных к параллельным выходам сдвигового регистра, например к выходам QA, QC, QE, QG. В двоичном представлении на параллельных выходах должно быть значение 10101010. Теперь посмотрим, как действует регистр. Установим низкий уровень на входе LATCH, чтобы значения на параллельных выходах не изменялись во время загрузки новых данных в ячейки регистра. Затем, подавая импульсы на вход CLOCK, значения на входе DATA загружаем и сдвигаем по ячейкам. После загрузки в регистр всей последовательности данных, устанавливаем на входе LATCH высокий уровень для вывода значений из ячеек на параллельные выходы.
- 157 -
Рис. 7.3. Перемещение данных по сдвиговому регистру
- 158 -
в сдвиговый регистр
Теперь можно написать программу для передачи данных из Arduino в сдвиговые регистры. Воспользуемся встроенной в Arduino IDE функцией shiftOut() для поразрядной выдачи данных на контакт платы Arduino. Эта функция принимает четыре аргумента:
• номер контакта DATA;
• номер контакта CLOCK;
• порядок выдачи битов;
• значение, выдаваемое на выход.
Например, если вы хотите зажечь светодиоды как в предыдущем примере, можно вызвать функцию shiftout() следующим образом:
shiftOut(DATA, CLOCK, MSBFIRST, 810101010);
Константы DATA и с1оск - номера контактов Arduino для передачи данных. Аргумент MSBFIRST показывает, что самый старший бит (крайний слева бит в двоичном числе) будет отправлен первым. Можно передавать данные с параметром LSBFIRST, который начнет передачу с младшего бита. Последний параметр - это передаваемые данные. Знак в перед числом указывает Arduino IDE, что данные представлены в двоичном виде.
Теперь соберем схему устройства. Подключим регистр сдвига к плате Arduino следующим образом: вывод DATA к контакту 8 платы, LATCH к контакту 9, CLOCK к контакту 10.
Не забывайте, что светодиоды нужно подключать через токоограничительные резисторы (220 Ом). При монтаже сверяйтесь с рис. 7.4.
Теперь, зная как работают сдвиговые регистры и используя встроенную в Arduino IDE функцию shiftOut(), мы можем написать программу управления светодиодами (листинг 7.1).
Листинг 7.1. Программа управления светодиодами с помощью сдвигового регистра - alternate.ino
const int SER=8; // Контакт для подключения вывода DATA
const int LATCH =9;// Контакт для подключения вывода LATCH
const int CLK =10; // Контакт для подключения вывода CLOCK
void setup()
{
// Установить контакты на вывод (OUTPUT}
pinMode(SER, OUTPUT);
pinMode(LATCH, OUTPUT);
pinMode(CLK, OUTPUT);
- 159 -
digitalWrite(LATCH, LOW);// LATCH - низкий
shiftOut(SER, CLK, MSBFIRST, 810101010); // Старший бит - первый
digitalWrite(LATCH, HIGH);// LATCH - высокий
}
void loop() {; }
Рис. 7.4. Подключение 8 светодиодов к сдвиговому регистру
Поскольку регистр сдвига фиксирует полученные данные, отправляем их только один раз в функции setup(). Полученные значения хранятся до следующего изменения. Эта программа выполняет те же шаги, что показаны на рис. 7.3. На выводе
- 160 -
LATCH устанавливается низкий уровень, восемь битов данных передаются функцией shiftOut() в ячейки, а затем на LATCH подается высокий уровень, чтобы вывести значения из ячеек на параллельные выходы регистра.
Как видим, нам удалось получить восемь цифровых выходов из трех портов ввода-вывода. Уже неплохо. Но что делать, если нужно еще больше? Это возможно! Последовательно подключая несколько сдвиговых регистров, теоретически можно добавить сотни цифровых выходов, задействуя только три контакта Arduino. Но в таком случае потребуется внешнее питание. Посмотрите на рис. 7.2, там есть неиспользованный контакт QH'. Когда значения смещаются по ячейкам, они на самом деле не отбрасываются, а поступают на вывод QH'. Подключив выход QH' к входу DA ТА другого сдвигового регистра, а также соединив выводы LATCH и CLOCK
обоих регистров, можно создать 16-разрядный регистр сдвига, который управляет 16 выводами. Добавляя все больше и больше регистров сдвига, каждый из которых подсоединен к предыдущему, вы получите сколь угодно много выводов из платы Arduino.
Можете попробовать подключить еще один регистр сдвига и дважды вызвать функцию shiftout() (за один раз функция shiftOut() может обрабатывать только 8 разрядов данных).
В листинге 7.1 данные для включения светодиодов передавались в виде двоичной строки. Это позволяет наглядно отобразить включенные и выключенные светодиоды. Тем не менее, данные можно записать в десятичном виде, преобразовав их из двоичного (base2) в десятичный (base 1 0) формат. Каждый разряд двоичного числа (начиная с младшего, самого правого) представляет следующую степень числа 2.