Зсувний регістр 74HC595: 8 світлодіодів від трьох виводів

Про проєкт

74HC595 — «послідовно-паралельний» регістр: мікроконтролер передає байт по одному біту, а чип виставляє всі вісім бітів одночасно на виводи Q0–Q7. Так керують світлодіодними шкалами, семисегментними індикаторами і реле, коли вільних GPIO мало — особливо на Arduino Uno чи ESP32-C3.

Що потрібно

• ESP32 DevKit (або Arduino)
• Мікросхема 74HC595 (DIP-16)
• Світлодіодна шкала на 10 сегментів або 8 світлодіодів
• 8 резисторів 330–470 Ом
• Макетна плата

Виводи

Ключ (виїмка) на корпусі — зліва. Нижній ряд, виводи 1–8: Q1–Q7, GND. Верхній ряд справа наліво, 9–16: Q7', MR, SHCP, STCP, OE, DS, Q0, VCC.

Як це працює

Усередині два 8-бітні регістри:

1. Зсувний. На кожен фронт SHCP (LOW→HIGH) біти зсуваються на одну позицію, а в перший записується рівень DS.
2. Вихідний (засувка). На фронт STCP увесь зсувний регістр копіюється на виходи Q0–Q7 одночасно.

Тому поки ви «проштовхуєте» 8 бітів, світлодіоди не блимають проміжними станами — все змінюється в момент імпульсу на STCP. Функція shiftOut(data, clock, MSBFIRST, value) робить 8 циклів «виставити DS → імпульс SHCP».

MR і OE не можна залишати в повітрі: «плаваючий» MR випадково скидає регістр, а OE вимикає виходи. Симулятор попередить про обидва. Замість GND на OE можна подати ШІМ — тоді яскравість усіх світлодіодів регулюється одним виводом (пам'ятайте, що OE інвертований).

Струм — головна пастка

Вихід 74HC595 — не GPIO потужного драйвера: до 35 мА на вивід і лише 70 мА на весь чип через VCC і GND. Вісім світлодіодів по 20 мА — це 160 мА, і регістр перегрівається. Беріть резистори 330–470 Ом (3–8 мА на світлодіод цілком достатньо для індикації), а для потужного навантаження — ULN2803 або TPIC6B595.

Код

// 8 світлодіодів від трьох виводів: зсувний регістр 74HC595
const int DATA_PIN = 23;    // DS (14)
const int CLOCK_PIN = 18;   // SHCP (11)
const int LATCH_PIN = 5;    // STCP (12)

void writeLeds(byte pattern) {
  digitalWrite(LATCH_PIN, LOW);
  shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, pattern);
  digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH);   // виходи змінюються тут, усі разом
}

void setup() {
  pinMode(DATA_PIN, OUTPUT);
  pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT);
  pinMode(LATCH_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // вогник біжить туди й назад
  for (int i = 0; i < 8; i++) { writeLeds(1 << i); delay(80); }
  for (int i = 6; i > 0; i--) { writeLeds(1 << i); delay(80); }
}

Ланцюжок регістрів

Вихід Q7' (вивід 9) — це біт, що «випадає» зі зсувного регістра. З'єднайте його з DS другого 74HC595, а SHCP і STCP обох чипів — разом. Тепер два виклики shiftOut() підряд передають 16 бітів: перший байт «проходить» у другий чип, другий залишається в першому. Так само можна зібрати ланцюжок із 3, 4 і більше регістрів — виводів мікроконтролера однаково три.

Ідеї

• Двійковий лічильник: writeLeds(counter++) — наочний спосіб показати, як число виглядає в бітах.
• Шкала рівня: writeLeds((1 << n) - 1) запалює n сегментів — наприклад, для рівня з потенціометра.
• Швидше за shiftOut(): на ESP32 можна під'єднати DS до MOSI, а SHCP — до SCK і передавати байт через SPI.transfer().