Mixly开源项目设计28:秒懂74HC595移位寄存器(三)

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  在秒懂74HC595移位寄存器(一)的最后,我们提到,我们输入的数值尽量不要超过255,0到255这总共256个数值就已经能全部体现出8个LED灯亮灭的所有情形。
  如果我们一定要输入一个大于255的数值可不可以呢?接下来,我们就实验一下。
  需要的元件(如下表)
  输入一个大于255的数值会发生什么
  电路连接(沿用上两期的电路图)如图1所示。
  检查电路连接没有错误后,我们开始编写程序,回到上面的问题——我们输入一个大于255的数值会发生什么,如我们输入259,程序如图2所示。上传程序后,结果如图3所示。
  从运行结果可以看出,输入数值259,程序的运行结果和输入数值3是一样的,我们将259转换为二进制数为100000011,这是个9位的二进制数,已经超出了8位,实际上,这时候只有右面的8位,即00000011,能进入移位寄存器,所以Q6和Q7两个脚连的LED是亮的。
  同样,程序改为高位先入,也是右面的8位(00000011),能进入移位寄存器,这时是左边高位的0开始进入,所以最终Q0和Q1连的LED(左边的2个LED)是亮的,也就是说,最高位的1始终进不了移位寄存器,所以无论我们输入的数值有多大(也不要无限大),将它转换为二进制,进入移位寄存器的始终是从最低位开始的8位(最右边的8位)。为什么会这样呢?这是因为shiftOut()函数(在Mixly就是我们用的这个shiftOut模块)一次只能送一个位元组(概念请参考下面的注释),所以程序4,我们只用了一个shiftOut模塊,因此也只能向移位寄存器里送一个位元组,从结果来看,送往移位寄存器的位元组只能是从二进制最低位开始的8位。
  注:位元组一般指字节,字节(Byte)是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位,通常情况下一字节等于有8位。(这是来自百度百科的解释)
  位元组是计算机的一个记忆单元。位元是电脑最小的记忆单元,一个位元只能储存0或1的资料,将8个位元组合起来称为位元组。(这是来自互动百科的解释)
  如果我们一定要让二进制100000011最高位的这个1进入移位寄存器,需要怎么办呢?
  这就需要将它加0补足16位,即0000000100000011,然后,把它拆分成2个位元组即00000001(高位元组)和00000011(低位元组),第一次shiftOut,让00000011进入移位寄存器,然后再一次shiftOut,让00000001进入移位寄存器,之前进入移位寄存器的数据00000011,就会丢失(不是一个一个丢失,是整个8位一起丢失,这很关键),这样我们就会发现,只有一个LED亮了(如果是低位先入,Q7连的LED会亮,如图4所示)。当然,如果再级联一片74HC595,之前的数据会通过Q7S进入级联的这片74HC595,这就是74HC595串行输出的功能。
  两片74HC595级联
  通过上面的案例,我们知道74HC595有串行输出的功能,也就是串行输出引脚Q7S接下一片74HC595的DS,将两片74HC595的SH和ST连在一起,即两者共用一个串行时钟输入和锁存,这就是74HC595的级联,通过两片74HC595的级联,我们可以只用UNO的3个管脚即可控制16个LED的亮灭,下面我们就通过一个实验来了解一下两片74HC595级联。电路连接如图5所示。
  电路连接没有问题,我们就来设计一下输入259的程序,在上面的分析中,我们知道259转换为二进制100000011,这是个9位的二进制数,而每次shiftOut只能将低位的8位二进制送入移位寄存器(这里是00000011),所以,需要将它补足16位,即0000000100000011,然后,把它拆分成2个位元组即00000001(高位元组)和00000011(低位元组),分两次shiftOut,将它们送入移位寄存器,第一次shiftOut送入的是00000011(低位元组),由于我们采用了级联,第二次shiftOut后,00000011(低位元组)会从第一片74HC595的Q7S串行输出后进入第二片74HC595,00000001(高位元组)则被送入第一片74HC595。
  但我们在Mixly中没有找到把一个数字拆分成2个位元组的模块,在这里,我们采用了移位的办法(上期最后一个流水灯程序采用的就是移位)。由于shiftOut只能将低位的8位二进制送入移位寄存器,所以低位元组可以直接进入移位寄存器,不存在问题。关键在于高位元组,我们可以让输入的数值向右移(低位方向,符号>>)8位,低位元组的数据将会移出而永远丢失,高位元组右移后将成为新的低位元组,新的高位元组将补0。我们还是以259为例,0000000100000011右移8位后,00000011直接丢失,00000001成为低位元组,左边缺少的高位元组通过0补充,即右移的结果为0000000000000001。由此,我们可以设计如图6所示的程序。上传程序后,结果如图7所示,与理论上的结果一致。
  设计16位二进制计数器
  电路连接与上面相同,程序设计如图8所示。这个程序需要注意的是,16位二进制最大的数位1111111111111111,即十进制的65535,因此,变量i的取值范围为0-65535。
  设计16位流水灯
  如同上期的8位流水灯程序,用数组的16位流水灯程序比较容易设计,这里就不再提供,感兴趣的小伙伴可以自行设计。下面,我们依然采用移位的方式设计程序,如图9所示。同样,通过改变需要移位的数值(上面移位的是1),也可以设计出更多的流水灯效果。
  在本期的内容中,我们仅用了UNO的3个管脚就控制了16个LED,通过74HC595或者多片74HC595级联,仅需要少量管脚就可控制更多输出,可以大大节省UNO的管脚使用数量,这对于设计更多功能的作品,非常有利。
  实际上,74HC595的用途非常广泛,如通过它驱动7段数码管、4位数码管、8×8点阵LED灯,也可以通过它控制更多的LED,制作出效果更炫的流水灯,也可以制作光立方等,至于它的更多的用途,还需要感兴趣的小伙伴们自己去开发。
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