扩展IO口：移位寄存器 74HC164（含电路和程序）-程序员宅基地

技术标签： 嵌入开发  嵌入式  单片机  

基本信息

　　在我们的单片机应用系统中，常常会遇到 I/O 口不够的情况。譬如说接有外部 RAM 而且要求有 16 个以上的按键,8 位数码管以上的显示。而且还不包括其它的外围器件。这时整个系统的 I/O 资源就很吃紧了。系统的扩展性也不好。这时我们就需要考虑对单片机的 I/O 进行扩展了。

　　虽然专门的 I/O 扩展芯片市场上也有不少，但对于我们一般的应用，没有必要整的那么复杂。用一些简单的移位寄存器芯片一样可以实现我们的目标。下面我们首先来认识一下 74HC164 这款芯片。这款芯片的作用是把串行输入的数据并行输出。注意，它没有锁存功能，在允许输出的情况下，每一个时钟的上升沿，数据依次从最低位移向最高位。因此，在做数码管的输出显示的时候会出现拖影的想象，在设计此电路时要注意考虑此情况。

引脚定义

针脚 别名 说明

DSA

DSB

A

B

 数据输入端，数据通过这两个输入端之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另外一个输入端的数据输入。当其中任意一个为低电平，则禁止新数据输入；当其中有一个为高电平，则另一个就允许输入数据。因此两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。
Q0~Q7   数据输出端。
CP CLK 时钟输入端。CP每次有低变高时，数据右移一位，输入到 Q0，Q0是两个数据输入端的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。
MR CLR 复位清除端，低电平时，其它所有输入端都无效，同时所有输出端均为低电平。
GND   接地端
VCC   电源端，接 +5V 电源

应用说明

这里我们以 74HC164 驱动 LED 灯来进行说明。

当时钟信号（CP）从低电平变为高电平的时候将 DSA(B) 输入的一位数据输出到 Q0，当时钟第二次由低电平变为高电平的时候将 Q0 的数据移动到 Q1，新的数据依旧保存在 Q0。依此类推，每一个时钟周期中都有一个串行数据输入到 Q0，而其他的数据则不断往高位移动直到所有数据传输结束。如果不再有时钟周期输入，则这些数据将暂存在输出端。

备注：发送一个字节，先输入数据位最终将在Q7口输出，最后输入的数据位将在Q0口输出

如果需要有更多的输出端口，可以把多个74HC164串联起来用。串联的方法如图2所示：上一个芯片的 Q7 连接到下一个芯片的 DSA 和 DSB，以此类推理论是可以无限级联。

在驱动 LED 方面，可以 74HC164 Q0~Q7 可以直接加电阻串联 LED，但是为了增加灵活性适配各种型号的灯，这里我们采用 74HC164 驱动三极管方式，原理图如下：

备注：时钟引脚由低到高的上升沿时间不用太长，为ns级的，不需要使用延时函数

/**
 * 74HC164 发送数据
 * 该函数为 74HC164 发送字节的程序,该程序是先发送的是最低位
 * 备注：发送一个字节，先输入数据位最终将在Q7口输出，最后输入的数据位将在Q0口输出
 *
 * 数据引脚为（第1脚+第2脚合并为数据引脚），第9脚为复位，通常直接接在VCC上
 * 当有多片 74HC164 串联时，只有多次调用该发送程序，先发的字节将会自动溢出到下一个 74HC164
 */
void HC164_SendByte( u8 byte )
{
    ...
    
    // 发送字节数据
    for( i = 0; i < 8; i++ ){
        // 取字节最低位
        dat = byte & 0x01; 
    
        // 发送字节位
        // 时钟脚上升沿一次，74HC164 会从其数据脚读取一位数据
        GPIO_WriteLow(clockPort, clockPin);
        dat ? GPIO_WriteHigh(dataPort, dataPin) : GPIO_WriteLow(dataPort, dataPin);
        GPIO_WriteHigh(clockPort, clockPin);

        // 将发送的字节右移1位
        byte >>= 1;
    }
}

备注：优先发送数据字节的低位或者高位没有强制规定，只要处理能正常处理正确即可

 

缺陷

由于 74HC164 不带锁存器功能，也就是说在每移一位数据都会实时反应在输出口上，这样会导致输出口有不必要的电平变化，虽然非常短暂但是，但是有些情况下这是不允许发生的，如果对时序逻辑有要求的话。

而在上述的例子中，如果我们写一个 “跑马灯” 的程序并运行，就会非常明显的感受 LED 会有拖影。为了解决这个问题，我们可以加大三极管基级的电阻，通过增大阻值减少电流的方式减弱 LED 拖影。但是也可以使用带有锁存功能到 74HC595 芯片，具体参考《扩展IO口：移位寄存器 74HC595（含电路和程序）》

 

 

 

 

 

 
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