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Hugo Zhu

使用8位移位寄存器74HC595扩展树莓派的IO端口

目录：

树莓派的GPIO接口数目有限，驱动一个步进电机需要占用4个， 一个Nokia 5110液晶也要占4个， 传感器输入至少需要一个，多玩几个外设后接口就不够用了。如果接口可以复用就可以让树莓派驱动更多的外设了，本文讨论如何使用74HC595集成电路芯片来扩展树莓派的I/O接口。

芯片介绍

SN74HC595N是德州仪器公司生产的集成电路芯片，是一个8位串行输入变串行输出或并行输出移位寄存器，具有高阻关断，高电平和低电平三态输出。在IO扩充上，可以最多串联15片，也就是高达120个IO扩充。

（注意到芯片上的小凹槽了吗，拿芯片的时候以这个为参考物就不会搞反了）

接口的常用命名方式有以下两种：

接口代号(编号) 说明 接口代号(编号) 说明
Q7’(9) serial data output QH’ (9) serial data output
MR (10) Master Reset (Active Low) SRCLR (10) Shift register CLeaR
SH_CP (11) shift register clock input SRCLK (11) Shift Register CLocK input
ST_CP (12) storage register clock input RCLK (12) storage Register CLocK input
OE (13) output enable input (Active Low) OE (13) Output Enable
DS (14) serial data input SER (14) SERial data input
Qx (15，1-7) data output Qx (15，1-7) data output

控制流程

如果要在8个引脚输出01010101

  1. 将Pin 14（DS, SER）置为高电平（1）；
  2. 将Pin 11 (SH_CP, SRCLK))做高低电平切换，形成一个脉冲信号，这个信号会将数据从移位寄存器C1移动到下一个移位寄存器C2，。。。
  3. 接着将Pin 14设为低电平（0），再将Pin 11做1->0的脉冲变化，将数据继续往下移，依次类推直到8位都输入完成；
  4. 将Pin 12（ST_CP, RCLK）做1->0的脉冲，将8位数据一次并行输出。

如果要串联多片，由上一片的Pin 9接到下一片的Pin 14即可，这样输入16 bit后，再向Pin 12输入一个1->0的脉冲，16 bit会并行输出。

如果要一次清除所有数据，将Pin 10设为低电平后，再向Pin 12输入一个1->0的脉冲即可；

Pin 13还有高阻关断的第三态输出功能。

下面我们使用一片74HC595来同时控制8个发光二极管的状态，只需要占用树莓派的3个GPIO；否则的话，则需要占用8个。如果需要同时控制16个发光二极管，则可以通过串联两个74HC595来实现。

材料

  1. 74HC595 因为价格便宜，建议一次买3~10片
  2. 面包板
  3. 面包板跳线 14根
  4. 发光二极管 8个
  5. 300欧姆电阻 8个

电路图

引脚连接

  1. 596 Pin 14 -> Raspberry Pi GPIO4
  2. 596 Pin 12 -> Raspberry Pi GPIO5
  3. 596 Pin 11 -> Raspberry Pi GPIO6

代码

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>

int SER   = 4;
int RCLK  = 5;
int SRCLK = 6;

unsigned char LED[8]={0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};

void SIPO(unsigned char byte);
void pulse(int pin);

void init() {
    pinMode(SER, OUTPUT);
    pinMode(RCLK, OUTPUT);
    pinMode(SRCLK, OUTPUT);

    digitalWrite(SER, 0);
    digitalWrite(SRCLK, 0);
    digitalWrite(RCLK, 0);    
}

void delayMS(int x) {
  usleep(x * 1000);
}

int main (void)
{
    if (-1 == wiringPiSetup()) {
        printf("Setup wiringPi failed!");
        return 1;
    }    

    init();
    int i;
    while(1) {  
      for(i = 0; i < 8; i++)
      {
       SIPO(LED[i]);
       pulse(RCLK);
       delayMS(50);
       printf(" i = %d", i);
      }
      printf("\n");
      delayMS(500); // 500 ms
      
      for(i = 7; i >= 0; i--)
      {
       SIPO(LED[i]);
       pulse(RCLK);
       delayMS(50);
       printf(" i = %d", i);
      }
      delayMS(500); // 500 ms
    }

    usleep(1000);
    digitalWrite(RCLK, 1);
}

void SIPO(unsigned char byte) 
{
    int i;
    for (i=0;i<8;i++) 
    {
        digitalWrite(SER,((byte & (0x80 >> i)) > 0));
        pulse(SRCLK);
    }
}

void pulse(int pin) 
{
    digitalWrite(pin, 1);
    digitalWrite(pin, 0);
}

编译执行上面的代码后可以看到LED从左到有一次依次点亮后灭掉，再反向点亮一遍，循环执行，有点像钟摆的效果。

参考链接

  1. http://baike.baidu.com/view/1309513.htm
  2. http://ruten-proteus.blogspot.com/2012/11/io-74hc595-ic.html
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Charlieplexing
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Published

2013-05-13

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