74hc595的功能及作用

74hc595的功能及作用 74HC595是在单片机系统中常用的芯片之一，他的作用就是把串行的信号转为并行的信号，常用在各种数码管以及点阵屏的驱动芯片。

74HC595 是一款非常常用且重要的串入并出移位寄存器集成电路芯片。它在数字电路和微控制器系统中扮演着关键角色，主要功能和作用如下：

核心功能

串行输入，并行输出 (Serial-In, Parallel-Out - SIPO)：
- 串行输入： 一次一位地接收数据（通过 DS 或 SER 引脚输入）。
- 并行输出： 同时提供 8 位并行数据输出（通过 Q0 到 Q7 引脚）。数据在内部经过移位操作后一次性出现在这 8 个引脚上。
移位寄存器 (Shift Register)：
- 芯片内部的核心是一个 8 位的移位寄存器。
- 在 SH_CP 引脚（移位寄存器时钟输入/串行时钟，也称为 SRCLK）的上升沿，输入端 (DS) 的状态会被读入移位寄存器的第一位 (Q0)。
- 同时，寄存器中已有的数据会向高位移动一位（Q0 -> Q1, Q1 -> Q2, ... , Q6 -> Q7）。这样，随着时钟脉冲的到来，数据就从最低位 (Q0) 开始，一位接一位地被移入寄存器。
存储寄存器 / 输出锁存器 (Storage Register / Output Latch)：
- 移入移位寄存器的 8 位数据并不会立即出现在输出引脚上。
- 另一个寄存器——存储寄存器，负责保存来自移位寄存器的 8 位数据。
- 在 ST_CP 引脚（存储寄存器时钟输入/锁存时钟，也称为 RCLK）的上升沿，移位寄存器中的当前 8 位数据会被一次性、同时地拷贝到存储寄存器中。
- 存储寄存器的内容才最终出现在 Q0 到 Q7 这 8 个输出引脚上。
- 这个机制允许你在更新移位寄存器中的数据时，保持当前输出引脚的状态不变，只有在需要更新输出时才触发锁存，避免了输出毛刺。
高有效输出：
- 输出 Q0-Q7 是标准的高有效输出（逻辑高电平约等于 VCC，逻辑低电平约等于 GND），不能直接驱动大电流负载（如 LED，通常需要串联限流电阻或使用驱动晶体管）。
输出使能 (OE)：
- OE 引脚（输出使能）控制输出引脚的三态门。
- 当 OE 为低电平时，存储寄存器的内容被允许输出到 Q0-Q7 引脚。
- 当 OE 为高电平时，输出引脚 Q0-Q7 变为高阻抗状态(Hi-Z)，相当于断开连接，此时输出不影响外部电路。这允许总线上挂载多个设备。

主要作用

微控制器 IO 口扩展 (I/O Expansion)：
- 这是最核心、最重要的作用。 微控制器 (如 Arduino, 单片机) 的 GPIO (通用输入输出) 引脚数量通常有限。
- 74HC595 只需要占用微控制器的 3 个引脚 (串行数据 DS/SER, 移位时钟 SH_CP/SRCLK, 锁存时钟 ST_CP/RCLK) 就能控制 8 个输出 (Q0-Q7)。
- 通过级联多个 74HC595 (将第一个芯片的 Q7' / QH' / SER_OUT 引脚连接到第二个芯片的 DS/SER 引脚，并共享 SH_CP 和 ST_CP)，可以用微控制器的 同样 3 个引脚 扩展出几乎无限多的输出端口 (16位、24位、32位等)。大大节省了微控制器宝贵的 IO 资源。
驱动 LED / 数码管：
- 利用其并行输出能力，可以非常方便地驱动 LED 阵列、7 段数码管等。一个芯片可以独立控制 8 个 LED 的亮灭。
驱动继电器/开关：
- 通过其输出控制外部驱动电路 (如晶体管、ULN2803 等)，可以用来驱动继电器、电磁阀或其他需要数字信号控制的开关设备。
简单的数据缓冲：
- 可以将微控制器发送的串行数据转换为并行数据，供其他需要并行输入的设备使用。
降低微控制器驱动负载：
- 当需要驱动的负载数量很多时，微控制器的一个引脚可能不够驱动能力。74HC595 的输出能力（虽然每个引脚也不很强）分担了驱动任务，并且微控制器只需要驱动74HC595的输入引脚（负载很轻）。