Сдвиговый регистр 74HC595 на Arduino: 3 пина → 8 выходов

Зачем 595, когда есть pinMode

Восемь обычных светодиодов съедают восемь пинов — классический пример в уроке про светодиодную шкалу выживает только потому, что больше ничего не подключено. Добавьте экран, кнопки и датчики — пины закончились. 74HC595 переводит выходы в «последовательный» формат: вы толкаете биты по одному проводу данных, тактируете вторым, а защёлкиваете картинку третьим. Восемь выходов Q0-Q7 отдают по 20 мА каждый — светодиоду с резистором хватает. А на входах экономят парный чип 74HC165, но это другая история.

Пины 74HC595: что куда подключать

shiftOut изнутри: восемь тактов и защёлка

shiftOut(пин данных, пин такта, MSBFIRST, байт) делает ровно восемь тактов: на каждом — очередной бит на DS и фронт такта на SHCP. MSBFIRST толкает старший бит первым, LSBFIRST — младшим; перепутаете порядок — байт ляжет зеркально: 0b10110001 при не том порядке читается на выходах как 0b10001101. Пока STCP держится низким, выходы Q0-Q7 не трогаются: старая картинка горит, пока вы сдвигаете новую. Фронт HIGH на STCP защёлкивает накопленный байт на выходы — картинка меняется одним мгновением, без мелькания промежуточных битов. Это главное, что делает 595 удобным: сдвиг и показ разделены.

Скетч: бегущая волна на восьми выходах

В симуляторе расставлять ничего не надо: shiftOut сам собирает карточку регистра, связав пины данных и такта с первого вызова. На живой макетке для той же волны понадобятся регистр, восемь светодиодов и восемь резисторов 220 Ом — сами диоды и прочая мелочёвка лежат в палитре «Макетка», если захотите собрать стенд с обычными OUTPUT-ножками и сравнить число занятых пинов.

const byte PIN_DS   = 8;   // DS   — данные
const byte PIN_SHCP = 9;   // SHCP — такт сдвига
const byte PIN_STCP = 10;  // STCP — защёлка
 
int volna = 0b00000001;    // горящий бит
 
void vyvod(int b) {
  digitalWrite(PIN_STCP, LOW);              // готовим защёлку
  shiftOut(PIN_DS, PIN_SHCP, MSBFIRST, b);  // 8 тактов, старший бит первым
  digitalWrite(PIN_STCP, HIGH);             // фронт: байт на выходах Q0-Q7
}
 
void setup() {
  pinMode(PIN_DS, OUTPUT);
  pinMode(PIN_SHCP, OUTPUT);
  pinMode(PIN_STCP, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
  vyvod(volna);
  Serial.print("volna: ");
  Serial.println(volna, BIN);
  volna = volna << 1;                   // бит уезжает влево
  if (volna > 0b10000000) volna = 0b00000001;
  delay(400);
}

В карточке регистра дамп пройдёт по кругу 0b00000001 → 0b00000010 → … → 0b10000000 → снова 0b00000001, и те же числа в двоичном виде напечатает монитор порта. К битовым сдвигам и маскам этот скетч подводит идеально: язык битовых операций разобран в уроке про побитовые операции.

Каскад двух 595 и чего регистр не умеет

Каскад — главная магия 595: выход QH' первого корпуса подключается к DS второго, такты общие, и два байта уезжают паровозиком по одному проводу. Защёлка тоже общая: сдвинули шестнадцать бит — щёлкнули STCP — обе картинки обновились разом. Честная оговорка про симулятор: карточка в нём показывает один регистр, и последний сдвинутый перед защёлкой байт — тот, что вы увидите; каскадную разводку проверяйте на макетке, семантика там ровно та же. Чего 595 не умеет: ШИМ на выходах (только вкл/выкл), входов нет — только выход, и суммарный ток корпуса ограничен, поэтому восемь ярких светодиодов питайте аккуратно. Для диммирования и лент существуют драйверы с ШИМ на каждом канале — но это уже следующий уровень.

Частые вопросы