移位寄存器可降低LED设计的尺寸和成本

　　移位寄存器有助于减小使用 LED 的设计中的尺寸和材料清单。通过提供输入/输出扩展，它们可以使用更小、更便宜的微控制器。在某些情况下，移位寄存器可用于直接驱动 LED，从而无需外部 LED 驱动器。这不仅可以节省成本，而且可以驱动更多种类的 LED。

　　移位寄存器有助于减小使用 LED 的设计中的尺寸和材料清单。通过提供输入/输出扩展，它们可以使用更小、更便宜的微控制器。在某些情况下，移位寄存器可用于直接驱动 LED，从而无需外部 LED 驱动器。这不仅可以节省成本，而且可以驱动更多种类的 LED。

　　使用移位寄存器

　　在使用 LED 的设计中，移位寄存器非常有用。例如，如果系统包括七段显示器、单个指示器或形成网格或面板的 LED 阵列，则可以使用标准 8 位移位寄存器来允许低引脚数微控制器驱动多个LED。

　　图 1 给出了一个示例。具有串行输入和串行或并行输出的单个 5V 74HC595 移位寄存器为微控制器提供 I/O（输入/输出）扩展。串行数据应用于 74HC595 的串行输入，并通过输入时钟计时。加载 74HC595 后，输出时钟将数据应用到存储寄存器以及并行和串行输出。然后由 74HC595 控制的外部驱动器激活相应的 LED。

　　使用 74HC595 进行 I/O 扩展意味着只需三个微控制器单元 （MCU） 控制引脚即可驱动多达 8 个 LED。减少控制引脚的数量可以使用引脚数更少的 MCU，从而实现更小、更具成本效益的设计。此外，由于 74HC595 包含串行输出，因此可以将多个器件级联在一起。图 2 给出了布局。现在，通过级联，微控制器上相同的三个引脚可用于控制多达 16 或 24 个 LED，而不是仅仅 8 个。级联移位寄存器的能力可以减少设计中所需的微控制器总数，这也有助于降低成本和减小尺寸。

　　

 

　　

　　在某些情况下，像 74HC595 这样的 5V、8 位寄存器可用于直接驱动 LED。当 LED 的电压和正向电流相对较低时，这种方法效果。工作电压高于 6V 或需要超过 70mA 的正向电流的 LED 通常需要外部驱动器。

　　开漏输出

　　将开漏输出添加到移位寄存器可创建一个单芯片解决方案，无需外部驱动器。这可以显着减少物料清单，因为移位寄存器的每个输出都可以直接驱动 LED。

　　图 3 给出了此类器件（NXP 的 NPIC6C596A LED 驱动器）的输出原理图，该器件将类似于 74HC595 的移位寄存器功能与高压 （HV） 金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET） 驱动器结合在一起。

　　图 4 显示了用来代替 74HC595 的 NPIC6C596A。进行这种替代可以消除对外部驱动器的需求，从而创造出更紧凑且材料成本更低的设计。

　　NPIC6C 器件具有可承受 33V 电压的开漏输出。每个输出设计为灌电流 100mA，并且对地电流没有限制。所有输出均可同时主动吸收 100mA 电流。输出包括限流电路，可将可吸收电流设置为 250mA，并且每个输出还包括热保护。拥有这些保护意味着 NPIC6C596A 器件可用于驱动比 74HC595 更广泛的 LED，包括在更高电压和更高正向电流下工作的 LED。

　　

 

　　

　　保护功能

　　图 5 显示了 NPIC6C596A 开漏输出上的限流电路的行为。该电路限制每个输出可以吸收的电流。随着漏极电压增加，漏源电流减小。这可以保护输出及其驱动的组件。在 25°C 时，输出钳位通常在漏源电流为 250mA 时激活。

　　图 6 显示了 NPIC6C596A 的开漏输出如何提供热保护。钳位电流与温度成反比。随着温度升高，输出电阻增加，从而限制漏源电流并防止损坏输出及其驱动的组件。在 25°C 时，输出通常将漏源电流限制为 120mA。

　　

 

　　

　　多种选择

　　表 1 显示了 NXP 提供的 NPIC6C LED 驱动器。NPIC6C596 和 NPIC6C596A 是 8 位解决方案，而 NPIC6C4894 是 12 位解决方案。所有都包括用于级联的串行输出。数据在输入时钟的上升沿通过移位寄存器传播。对于 NPIC6C595 和 NPIC6C4894，使用相同的上升沿将数据计时至串行输出 QS。NPIC6C596 和 NPIC6C596A 将串行输出延迟到输入时钟的下一个下降沿。延迟提供了更长的数据保持时间，从而提高了时序余量并使级联多个移位寄存器变得更容易。

　　

　　NPIC6C596 和 NPIC6C4894 可在 4.5 至 5.5V 电压范围内使用，因此适用于 5.0V 控制逻辑接口。NPIC6C596A 的工作电压范围为 2.3 至 5.5V，因此可与 5.0、3.3 和 2.5V 控制逻辑接口一起使用。所有 NPIC6C 器件的工作温度范围为 -40 至 +125°C，输入时钟频率至少为 10MHz。

　　NPIC6C LED 驱动器采用行业标准小外形 （SO） 和（薄型小外形封装）TSSOP 封装，以及节省空间的稀疏超薄四方扁平无引线 （DQFN） 无引线封装，它比 TSSOP 小 76%，比四方扁平无引线 （QFN） 小 40%。DQFN 封装还包括散热器，是使用较高电流的空间受限应用的封装。还提供汽车变型。

　　更小、更便宜

　　当 LED 成为设计的一部分时，移位寄存器使得使用更小、更便宜的微控制器成为可能。包括 NXP 在内的许多供应商都提供标准 8 位移位寄存器（例如 74HC595）。配备开漏输出的移位寄存器（例如 NXP 的 NPIC6C 系列）更进一步，因为它们无需外部 LED 驱动器。