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74HC595の究極のガイド：効率的な8ビットシフトレジスタチップ
2024-04-19 4026

シフトレジスタは、シーケンシャルロジックを使用してバイナリデータを保存および転送するデバイスです。これは、すべてのクロックパルスの入力から出力に各データを移動する双方向回路です。現在、さまざまなシフトレジスタモデルがあり、その中には74HC595がこのようなシリアル平行出力シフトレジスタです。その機能は、シリアル信号を並列信号に変換することであり、さまざまなデジタルチューブとDOTマトリックススクリーンのドライバーチップで一般的に使用されます。この記事では、ピンとアプリケーションの観点から特定の情報を紹介します。

カタログ

5. 74HC595に基づくマルチ桁のLEDディスプレイの設計

6.変位バッファーチップ74HC595に基づくLEDドライバー回路設計

7. 74HC595の運転能力を改善する方法は？

74HC595の概要

74HC595 8ビットシリアル入力、並列出力シフトレジスタであり、その並列出力は3つの状態の出力です。SCK（シリアルクロック）の立ち上がりエッジでは、シリアルデータは、SDL（シリアルデータ入力）を介した内部8ビットシフトレジスタに入力し、Q7 '（最高ビットシリアルデータ出力）端子から出力されます。並列出力は、LCKの立ち上がりエッジ（ラッチ制御）で発生します。この時点で、8ビットシフトレジスタのデータは、8ビットパラレル出力レジスタにラッチされています。OE（出力を有効にする）制御信号が低い場合、並列出力端子の出力値は並列出力レジスタに保存されている値に等しくなります。

代替品と同等物

- SN74HC595MPWREP

74HC595のピンと機能

74HC595には合計16個のピンがあります。特定のピン図とその機能は次のとおりです。

ピン1（SER）：シリアルデータ入力

SER PINは、74HC595のシリアルデータ入力ピンです。データは、このピンを介してチップに少しずつ入力できます。動作するときは、最初にシリアルデータをこのピンに入力し、次に入力データをクロックピンを介してシフトレジスタビットにシフトにシフトして、データの並列伝送を実現します。

ピン2（RCLK）：クロック入力を登録します

RCLKピンは、74HC595のレジスタクロック入力ピンです。すべての入力データがシフトレジスタにシフトされると、RCLKピンのレベルの変更を調整して、シフトレジスタのデータを同時に出力レジスタにシフトします。このピンの機能は、データのストレージ操作を制御することです。

ピン3（SRCLK）：クロック入力

SRCLKピンは、74HC595のシフトレジスタクロック入力ピンです。シフト操作中に、SRCLKピンのレベルの変更を制御することにより、入力データをシフトレジスタにシフトします。このピンの機能は、シフト操作のクロック信号を制御することです。

ピン4（OE）：出力を有効にします

OEピンは、74HC595の出力を有効にする入力ピンです。このピンのレベルを制御することにより、出力ピンを有効または無効にすることができます。OEピンが高い場合、出力ピンは無効になり、入力データは渡されません。OEピンが低い場合、出力ピンは入力データを渡します。

ピン5（DS）：シリアルデータ入力（双方向）

DSピンは、74HC595の双方向のシリアルデータ入力ピンです。ピン1（SER）とは異なり、DSピンは外部回路で制御して双方向通信を実装できます。このピンは、シリアル入力モードとパラレル出力モードを切り替えます。

ピン6（ST_CP）：出力ストレージフリップフロップクロック入力

ST_CPピンは、74HC595の出力ストレージフリップフロップクロック入力ピンです。出力ストアフリップフロップクロック信号が変更されると、出力メモリのデータは現在の入力に基づいて出力ピンに保存されます。このピンの機能は、データのストレージ操作を制御することです。

ピン7（SH_CP）：シフトレジスタクロック入力

SH_CPピンは、74HC595のシフトレジスタクロック入力ピンです。シフトレジスタクロック信号が変更されると、入力データはビットでシフトレジスタにシフトされます。このピンの機能は、シフト操作のクロック信号を制御することです。

ピン8（Q7 '）：出力ピン

Q7 'ピンは、74HC595の8番目のビット（最高のビット）出力ピンです。これは、シフトレジスタに8番目のビットデータを出力するために使用されます。このピンのレベル状態は、入力データとシフトレジスタのデータによって決定されます。

ピン9-16（Q0-Q7）：7出力ピン

Q0からQ7ピンは、74HC595（Q0からQ7を含む）の8出力ピンであり、最低ビットからシフトレジスタの最高ビットにデータを出力するために使用されます。各ピンは、データ出力の少しに対応します。これらのピンを介して、シフトレジスタ内のデータは、並行して外部回路に出力できます。

74HC595のロジック図

74HC595の適用

74HC595は、多くの場合、以下の領域で使用されます。

リレーコントロール

74HC595の並列出力特性により、複数のリレーを同時に駆動でき、各リレーは1つ以上の電気デバイスを制御できます。したがって、合理的な回路の設計とプログラミングを通じて、柔軟で強力な電気制御システムを構築できます。

デジタル出力拡張

マイクロコントローラーの出力ピンを74HC595のシリアル入力ピンに接続することにより、出力ポートの拡張機能を実現することができ、より制御可能な出力ピンを提供します。このようにして、74HC595の並列出力機能を利用して、マイクロコントローラーの限定出力ポートをより制御ポイントに拡張し、複数のデバイスまたはコンポーネントの正確な制御を実現できます。

ディスプレイコントロール

LCDディスプレイの制御のシナリオでは、74HC595はシリアル入力と並列出力特性を利用して、マイクロコントローラーから送信されたディスプレイデータを1つずつ内部レジスタに移動できます。その後、ラッチ操作を介してLCDのドライバー回路と並行してこれらのデータを出力します。このようにして、テキスト、画像、またはビデオであっても、LCDディスプレイのコンテンツをスムーズに動的に更新できます。

音楽は光を打ちました

ビートコントロールアルゴリズムと74HC595シフトレジスタを組み合わせると、音楽のビートと完全に同期されるLED光効果を巧みに作成できます。CoreとしてのBeat Controlアルゴリズムは、音楽のリズミカルな変化を正確にキャプチャし、対応するコントロール信号を生成する責任があります。これらの信号は単純な切り替えコマンドであるだけでなく、点滅LEDの頻度、明るさ、色の変化を含めることができます。74HC595は、シリアル入力と並列出力特性を利用することにより、複数のLEDのオン/オフ状態を便利に制御できます。

74HC595に基づくマルチ桁のLEDディスプレイの設計

静的ディスプレイ

各LEDディスプレイのセグメント選択ラインは、74HC595の平行出力に接続されているため、各ビットを個別に表示できます（下の図を参照）。同時に、各ビットの表示は独立した74HC595パラレル出力ポートによって制御されるため、セグメント選択コードが制御されるため、表示された文字が異なる場合があります。ただし、N-BIT LEDディスプレイ要件の場合、N 74HC595チップとN+3 I/Oラインが必要です。これはより多くのリソースを占有し、コストは比較的高くなります。このような設計は、システムの複雑さとコストの負担を増加させるため、マルチ桁のLEDディスプレイにとって明らかに有益ではありません。

動的ディスプレイ

マルチビットLEDディスプレイアプリケーションでは、回路を簡素化し、コストを削減し、システムリソースを節約するために、すべてのNビットセグメントコード選択を並行して接続し、74HC595で制御できます（下の図を参照）。すべてのLEDのセグメント選択コードは、この74HC595の並列出力ポートによって均一に制御されるため、いつでもN-BIT LEDが同じ文字を表示します。それぞれのLEDが異なる文字を表示するようにしたい場合は、スキャン方法を使用する必要があります。これは、いつでも、文字を表示するLEDの1つだけがあることを意味します。ある時点で、74HC595の並列出力ポートは、対応する文字のセグメント選択コードを出力します。同時に、ビット選択制御I/Oポートは、ストロボレベルをディスプレイビットに送信して、対応する文字が正しく表示されるようにします。このプロセスは順番に実行されるため、各LEDが一度に表示するキャラクターを表示します。74HC595にはラッチ関数があり、シリアル入力セグメントコードを選択するのに一定の時間がかかるため、実際の操作では、視覚的持続効果を形成するために追加の遅延は必要ありません。

LED Dynamic Display Drive Circuit Wiring

変位バッファーチップに基づくLEDドライバー回路設計74HC595

74HC595チップは、74シリーズのメンバーです。高速、低電力消費、および単純な動作の特徴があります。LEDを駆動するためのマイクロコントローラーインターフェイスとして簡単に使用できます。

LEDディスプレイ

LEDディスプレイとも呼ばれる7セグメントの発光ダイオードディスプレイは、低価格、低消費電力、信頼性の高いパフォーマンスにより、さまざまなタイプの機器で広く使用されています。現在の市場には、多くの種類の専用LEDドライバーがあります。それらのほとんどは機能が豊富ですが、それに応じて価格は高くなっています。したがって、これらのドライブを低コストでシンプルなシステムで使用すると、リソースだけでなく、製品のコストも増加します。74HC595を使用してLEDを駆動するには多くの利点があります。第一に、その運転速度は速く、その消費電力は比較的低いです。第二に、74HC595は、一般的なカソードLEDディスプレイであろうと一般的なアノードLEDディスプレイであろうと、異なる数のLEDを柔軟に駆動できます。簡単に処理できます。さらに、ソフトウェア制御により、LEDの明るさを簡単に調整し、必要に応じてディスプレイをオフにすることができます（データはまだ保持されています）。必要に応じていつでもディスプレイを目覚めさせることができます。74HC595を使用して設計された回路は、シンプルなソフトウェアとハードウェア設計、低消費電力、強力な運転能力だけでなく、I/Oラインが少ない場合もあります。したがって、それは低コストで柔軟な設計ソリューションになりました。特に、コストとリソースに関する厳格な要件があるシナリオに適しています。

74HC595チップLEDドライブ回路設計

下の写真は、AT89C2051および74HC595インターフェイスを使用して設計されたディスプレイパネル回路です。

P1ポートのP115、P116、およびP117は、LEDディスプレイを制御するために使用されます。それらは、それぞれSLCK、SCLK、およびSDAピンに接続されています。3つのデジタルチューブを使用して、電圧値を表示します。回路基板に3つのデジタルチューブが設置され、電圧値が表示されます。その中で、LED3は左端にあり、LED1は右端にあります。データを送信するときは、最初にLED3の表示コードを送信し、最後にLED1の表示コードを送信します。LEDの明るさは、抵抗をPR1からPR3に調整することにより制御されます。この設計により、データ表示の秩序性が保証されるだけでなく、輝きの柔軟な調整が可能になります。

74HC595の運転能力を改善する方法は？

バッファまたはドライバーを使用します

74LS244（単方向）や74LS245（双方向）およびその他のバスドライバーチップなど、74HC595の出力にバッファまたはドライバーを追加すると、信号の駆動能力が向上し、信号の安定性が向上します。

適切な電源を使用してください

74HC595の電源電圧が指定された範囲内にあることを確認してください。その電力が必要な負荷の運転需要を満たすのに十分な強さであることを確認してください。電源電圧の電圧が不十分な場合、出力信号の振幅が低下する可能性があり、それがその駆動能力に影響を及ぼし、したがって荷重を効果的に駆動できません。

外部ドライバー回路を追加します

74HC595の出力が目的の負荷を直接駆動するのに十分ではない場合、トランジスタ、フィールド効果チューブ（FET）、または特別なドライバーチップの使用など、74HC595の出力信号を増幅するなどの外部ドライバー回路を追加できます。

PCB配線の合理的な設計

PCB配線では、信号透過効率を改善するために配線の抵抗とインダクタンスを最小限に抑えるようにする必要があります。さらに、74HC595の出力信号品質に影響を与えないように、配線に干渉とノイズが多すぎないようにしないでください。

適切な負荷抵抗を使用します

負荷デバイスの特性に応じて、適切な負荷抵抗を選択する必要があります。負荷抵抗が小さすぎると、過度の電流が生じ、74HC595チップが損傷する可能性があります。逆に、負荷抵抗器が大きすぎる場合、十分な出力信号振幅を取得できない場合があります。

複数の出力の並列

より多くのデバイスを駆動する必要があり、これらのデバイスの駆動要件が類似している場合、全体的な運転能力を高めるために、複数の74HC595の出力に並行することを検討できます。ただし、並列の前に、これらのデバイスの駆動要件が互換性があり、並列後の総電流が74HC595の最大出力電流制限を超えてはならないことを確認してください。

よくある質問[FAQ]

1. 74HC595はマイクロコントローラーですか？

74HC595は、並列アウトプロトコルでシリアルで機能するシフトレジスタです。マイクロコントローラーから連続してデータを受信し、並列ピンを介してこのデータを送信します。

2. 74HC595の機能は何ですか？

74HC595は高速CMOSデバイスです。Shiftレジスタクロック（SHCP）の各正の遷移のシリアル入力（DS）からの8ビットシフトレジスタのデータ。低いと主張すると、リセット関数はすべてのシフトレジスタ値をゼロに設定し、すべてのクロックに無関心です。

3. 74HC595はどのくらいの電流を処理できますか？

74HC595のデータシートは、各出力が許容される最大出力電流であるため、少なくとも35MAを提供できると述べています。これは明らかに、許可された25MAのµCよりも多くです。別の制限があります。74HC595は、合計で70mA以上を提供してはなりません。

4. MAX7219と74HC595の違いは何ですか？

74HC595はシフトレジスタであり、MAX7219は多重化されたディスプレイドライバーです。したがって、彼らは両方とも同じことをしません。MAX7219は、ディスプレイをマルチプレックスするタスクがPicaxeではなくMAX7219によって行われるため、ディスプレイを多重化する場合、Picaxeで（はるかに）使いやすくなりますが、より高価です。

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