Alternativas a IC Shift Register: El 74HC595 y Más Allá

Una alternativa de IC de registro de desplazamiento es una pregunta complementaria a la solución más común en la expansión de E/S digital, porque el registro de desplazamiento es la forma en que un puñado de pines de microcontrolador controlan un bus de salidas, y el 74HC595 es el componente que prácticamente todo proyecto utiliza para esta tarea. Un registro de desplazamiento es un IC digital que mueve los datos a través de una cadena de etapas en cada flanco de reloj, y el 74HC595 es la versión de entrada en serie, salida en paralelo que acepta una secuencia de bits en un pin y los presenta en ocho pines de salida, que es la forma en que un usuario enciende una fila de LEDs, controla un display o maneja un banco de interruptores desde tres pines de microcontrolador. La pregunta de alternativas es fácil de responder de una manera, porque la función del 74HC595 se reproduce en una amplia gama de componentes de proveedores y familias lógicas, y más difícil de otra manera, porque la sustitución debe respetar la dirección de desplazamiento, el encapsulado, la alimentación, la velocidad y las características especiales que este guía describe. Esta guía explica qué hace un registro de desplazamiento, cómo encaja el 74HC595, cómo encontrar sus alternativas entre las familias y cómo sustituir uno de forma segura, para que el bloque de expansión de salida en la placa se elija basándose en la evidencia.

La guía también cubre el hermano que responde la pregunta inversa, porque no toda necesidad de registro de desplazamiento es de salida en paralelo. El 74HC165 es el registro de desplazamiento de entrada en paralelo, salida en serie, el componente que lee un banco de botones o interruptores en una secuencia de bits en un pin de microcontrolador, y sus alternativas siguen la misma estructura de familia que las del 74HC595. Un diseñador que comprende las dos direcciones, la salida en paralelo para la activación y la entrada en paralelo para la lectura, comprende el mundo de los registros de desplazamiento, y esta guía mapea ambas. El registro de desplazamiento es uno de los componentes más amigables del catálogo para reemplazar, porque los números de función y los pinouts están estandarizados entre las familias, y la guía proporciona el método que mantiene la sustitución segura, que es la misma revisión de tres capas que aplican las guías de este sitio en todas partes.

Lo que hace un registro de desplazamiento y por qué necesita una alternativa

Un registro de desplazamiento es un IC digital que mueve sus datos de bits a través de una cadena de etapas internas, una etapa por pulso de reloj, y existe en dos direcciones útiles de las que vive el mundo de la expansión de E/S. El registro de desplazamiento de entrada en serie, salida en paralelo, el 74HC595 y sus similares, acepta una secuencia de bits en una entrada en serie, los desplaza a través del registro en los flancos de reloj y presenta el contenido actual en un conjunto de pines de salida en paralelo, que es la forma en que un puñado de pines controlan muchas salidas, cada salida actualizada desplazando un byte o una palabra. El registro de desplazamiento de entrada en paralelo, salida en serie, el 74HC165 y sus similares, captura los niveles de un conjunto de entradas en paralelo en un reloj y los desplaza en un pin en serie, que es la forma en que un controlador lee muchos interruptores a través de pocos pines. Las dos direcciones son las dos mitades de la historia de la expansión de E/S digital, y ambas están construidas a partir de la misma arquitectura de registro de desplazamiento, por eso la misma lógica de familia y el mismo método de sustitución cubren ambas.

La pregunta de alternativas surge por las mismas razones que toda pregunta sobre componentes: la alimentación, el precio, el fin de vida y la segunda fuente. Un diseño que utiliza el 74HC595 puede necesitar una alternativa cuando el componente es escaso, cuando el precio de un componente de un proveedor específico cambia, cuando el diseño quiere una familia lógica con diferentes niveles o velocidad, o cuando el aprovisionamiento necesita dos proveedores en la misma huella. El mundo de los registros de desplazamiento está bien adaptado a las alternativas porque la función y el pinout están estandarizados, un 74HC595 de un proveedor y un 74HCT595 de otro y un 74HC595 doméstico de un tercero comparten la función y el pinout base, por lo que la sustitución preserva la placa. La alternativa es la respuesta del aprovisionamiento, y la guía la lee a través del mapa de familias, las especificaciones y la verificación, que es la forma honesta de sustituir un componente tan estandarizado como el registro de desplazamiento.

Las dos direcciones del registro de desplazamiento: salida en paralelo y salida en serie

Las dos direcciones del registro de desplazamiento responden a dos necesidades diferentes de E/S, y nombrarlas previene el error clásico de sustitución. El componente de salida en paralelo, el 74HC595, recibe datos en serie y activa ocho salidas en paralelo, y es el componente correcto cuando el diseño necesita activar salidas, los LEDs, los segmentos del display, los drivers de relés, los bancos de indicadores, desde pocos pines. El componente de salida en serie, el 74HC165, lee ocho entradas en paralelo y las desplaza en serie, y es el componente correcto cuando el diseño necesita leer entradas, los botones, los interruptores, los estados del codificador, en pocos pines. Los dos no son alternativas entre sí, un 595 no puede leer botones y un 165 no puede activar salidas, y la sustitución que los mezcla falla a nivel de función antes de que comience la revisión de la hoja de datos. La dirección es el primer hecho de la alternativa, y el diseñador la lee antes que la familia, el encapsulado o la velocidad.

El 74HC595 como referencia del registro de desplazamiento

El 74HC595 es la pieza de referencia para el registro de desplazamiento de entrada en serie, salida en paralelo, y entenderlo hace concreta cada comparación con alternativas. El 74HC595 es un registro de desplazamiento de 8 bits de entrada en serie y salida en paralelo con un latch de salida, construido con la familia lógica CMOS de alta velocidad, y su arquitectura es la base del mundo de expansión de E/S: el registro de desplazamiento desplaza los datos serie en el reloj, y el latch separado captura el contenido del registro en las salidas paralelo en un solo paso, lo que permite que las salidas se actualicen limpiamente sin parpadeos en los estados intermedios. Las piezas que siguen la familia lógica y la alimentación, la familia HC funciona con la alimentación CMOS de 2 a 6 voltios con los umbrales de entrada CMOS, y la pieza excita las salidas con la corriente de excitación HC, que es lo que enciende los LED e impulsa los chips que necesitan el nivel de almacenamiento intermedio. La popularidad del 74HC595 es la razón por la que es la referencia, y las alternativas se leen en comparación con él.

El encapsulado y la distribución de pines del 74HC595 también son la referencia que comparten las alternativas. La pieza viene en el encapsulado de 16 pines, el SOIC-16 y el DIP-16 y el TSSOP-16, con la entrada de datos serie, el reloj de desplazamiento, el latch, la habilitación de salida, el reinicio y las ocho salidas paralelo en los pines estándar, y el diseño se reproduce en el campo de proveedores y las familias lógicas. El diseño que funciona con un 74HC595 lee las opciones que llevan muchas de las variantes de la familia, el 74HCT595 con los niveles de entrada compatibles con TTL para el mundo TTL de 5 voltios, los encapsulados SOIC y TSSOP para la huella, y los renumerados de proveedor que llevan la misma función en los mismos pines. La pieza de referencia es el centro del mapa, y las alternativas son sus vecinos, que es la estructura que esta guía usa para leer la sustitución.

Cómo el 74HC595 expande E/S desde un microcontrolador

El 74HC595 expande las salidas de un microcontrolador intercambiando pines por tiempo, y el truco es la arquitectura del registro de desplazamiento. El controlador impulsa los datos serie, el reloj de desplazamiento y el latch, tres pines, y desplaza los bits para las ocho salidas, por lo que el 595 convierte tres pines de control en ocho salidas, y dos 74HC595 en cascada convierten los mismos tres pines en dieciséis, y la cadena crece con la cantidad de registros. El latch de salida mantiene los niveles impulsados estables mientras el siguiente byte se desplaza detrás de él, que es la razón por la que el 595 es el caballo de batalla de los arrays de LED, los displays de siete segmentos, los displays de caracteres y los bancos de relés que controlan los microcontroladores. La expansión es la razón por la que la pieza está en todas partes, y la pregunta de alternativa es, por lo tanto, la pregunta de reemplazar el caballo de batalla sin reconstruir la expansión. El lugar del 74HC595 como referencia es la razón por la que la guía de alternativas comienza ahí, y el método de sustitución mantiene la expansión intacta.

La familia 74HC595 y sus equivalentes

El 74HC595 es el centro de una familia que la sustitución lee como un mapa de equivalentes. El primer anillo del mapa es las versiones de familia lógica, el 74HCT595 con los umbrales de entrada compatibles con TTL para la placa de 5 voltios, y los otros grados de familia donde el proveedor los produce, cada uno llevando la misma función y la misma distribución de pines base con los niveles y la velocidad de la familia. El segundo anillo es el campo de proveedores, el SN74HC595, el M74HC595, y las piezas 74HC595 domésticas, que reproducen la función y la distribución de pines bajo sus propios prefijos, y que el aprovisionamiento puede mover entre ellos en la misma huella. El tercer anillo es las piezas funcionalmente similares que comparten el trabajo del registro de desplazamiento con un conjunto diferente de características, el CD4094 con su habilitación y su diferente distribución de pines, y el 74LS595 y los grados más antiguos, que requieren la verificación de distribución de pines y eléctrica antes de la sustitución. El mapa es el territorio de la alternativa, y la placa del diseño y el firmware deciden de qué anillo debe venir la alternativa.

La sustitución dentro de la familia es el movimiento fácil y común, y la sustitución a través de los anillos es la que necesita la verificación. Un diseño que usa un SN74HC595 puede aprovisionar un 74HC595 doméstico o un 74HCT595 en el mismo SOIC-16, cambiando los umbrales de entrada donde está involucrado el HCT, y el cambio se lee contra el microcontrolador impulsor y las cargas receptoras. Un diseño que se mueve a un CD4094 o una pieza de función diferente lee la distribución de pines, porque las características y los pines difieren, y verifica la función que espera el firmware, el latch, la habilitación y el diseño serie. El mapa de familia es la lectura que mantiene la sustitución rápida donde es segura y cuidadosa donde no lo es, y es la razón por la que las alternativas del 74HC595 son más amigables que la mayoría. La estandarización de familia es el regalo del registro de desplazamiento, y la verificación es la disciplina que gasta el regalo de forma segura.

El 74HCT595 y otras variantes de familia lógica

El 74HCT595 y las otras variantes de familia lógica son los anillos de nivel y velocidad de la sustitución, y leerlos es una verificación de dos líneas. El 74HCT595, la pieza CMOS de alta velocidad con umbrales de entrada compatibles con TTL, funciona con la alimentación de 5 voltios y acepta los niveles de entrada TTL que proporciona un controlador TTL bipolar, por lo que es la elección cuando los umbrales CMOS del 74HC595 rechazarían una señal TTL. El umbral de entrada es la especificación decisiva, porque una entrada CMOS a 5 voltios requiere un alto por encima de aproximadamente 3.5 voltios mientras que una entrada TTL acepta un alto por encima de aproximadamente 2 voltios, y el controlador del diseño decide cuál necesita el receptor. La excitación y la velocidad siguen la familia, y la sustitución que cambia la familia cambia el comportamiento del 595 en la interfaz, por lo que el diseñador verifica los niveles y la excitación contra el controlador y la carga. La variante de familia es una alternativa fácil con una verificación de dos líneas, y la verificación es lo que mantiene limpia la sustitución del 74HC595.

Alternativas Paralelo-En Serie-Salida: El 74HC165 y Su Familia

La dirección inversa del registro de desplazamiento, leyendo entradas en lugar de manejar salidas, tiene al 74HC165 como referencia, y sus alternativas siguen la misma estructura familiar que las del 74HC595. El 74HC165 es un registro de desplazamiento de 8 bits entrada en paralelo, salida en serie en la misma familia lógica HC, la pieza que captura los niveles de ocho entradas en paralelo y los desplaza en un pin serie, y es el caballo de batalla de la lectura de botones e interruptores en todo el mundo de los microcontroladores. Las alternativas giran alrededor de él de la misma manera que lo hacen alrededor del 595: el 74HCT165 y las otras gradaciones de la familia para los niveles, el campo de proveedores del SN74HC165 y las piezas domésticas, y los vecinos funcionales con sus diferentes características y distribución de pines. La selección entre una pieza de la familia 595 y una de la familia 165 es la decisión de dirección, y la selección dentro de la familia 165 es la decisión de familia y huella, y las dos decisiones son todo lo que abarca la sustitución del registro de desplazamiento.

El diseño electrónico que lee muchas entradas a través de un registro de desplazamiento elige la pieza entrada en paralelo y la ruta de lectura que ejecuta el microcontrolador, y la sustitución del 165 mantiene intacta la ruta de lectura cuando la pieza y la familia coinciden. La función del 74HC165, capturar las entradas en paralelo y desplazarlas con el reloj, está estandarizada en toda la familia, y la distribución de pines y el encapsulado se reproducen en el SOIC-16 y el DIP-16, por lo que la alternativa que coincide con la familia y la huella preserva la placa. El firmware que lee las entradas, el reloj serie y el control de carga, es agnóstico al proveedor siempre que la pieza se comporte de manera idéntica, que es la misma propiedad que hace amigable la sustitución del 595. La familia del 165 es el espejo de la del 595, y la guía lee ambas direcciones bajo el mismo método.

Cómo elegir entre una pieza de la familia 595 y una de la familia 165

Elegir entre una pieza de la familia 595 y una de la familia 165 es una decisión de función, y la función decide antes de cualquier especificación. Use la familia 595 serie-entrada, paralelo-salida cuando el diseño maneja salidas, los LED, los displays, los drivers y los bancos de indicadores, porque las salidas en paralelo son el punto. Use la familia 165 entrada en paralelo, serie-salida cuando el diseño lee entradas, los botones, los interruptores, los codificadores y los estados de sensores, porque la salida en serie al controlador es el punto. Un diseño que necesita ambos, manejar y leer, usa ambas familias, una cadena 595 para las salidas y una cadena 165 para las entradas, y las dos juntas son la expansión de E/S completa. La elección entre las familias no es un concurso de rendimiento, es un requisito de dirección, y el diseñador que lee la dirección primero nunca sustituye un 165 por un 595 o viceversa. La dirección es la primera puerta, y la familia y el encapsulado son la segunda, y las dos puertas son toda la selección.

Especificaciones Clave: Alimentación, Reloj, Manejo y el Registro de Desplazamiento

La lectura de especificaciones de una alternativa de registro de desplazamiento cubre la alimentación, el reloj y el manejo, y es la capa que el mapa de familia no indica completamente. La alimentación es la primera: la familia HC funciona con 2 a 6 voltios con los umbrales CMOS, la familia HCT con el mundo TTL de 5 voltios, y el riel del diseño selecciona la familia, porque una placa de 3.3 voltios usa la HC y una placa TTL de 5 voltios usa la HCT donde los niveles lo demandan. La velocidad del reloj es la segunda: la frecuencia máxima de reloj y el tiempo de propagación deciden qué tan rápido desplaza el registro, y la tasa de actualización del diseño y el reloj del microcontrolador deben caer dentro de la capacidad de la pieza. El manejo es la tercera: la corriente de salida que el registro puede proporcionar y absorber decide lo que las salidas manejan, un LED necesita la resistencia y la corriente, y un driver de relé necesita la etapa, y una familia de menor manejo cambia el diseño de la carga. Las tres especificaciones son la verificación contra la placa, y son la razón por la cual una variante de familia no es un cambio para hacer sin leer la hoja de datos.

La lectura también cubre los pines especiales que el 74HC595 y sus alternativas llevan, y las características que habilitan. La habilitación de salida y el reinicio en el 595 controlan las salidas y el registro, y la alternativa debe colocar las mismas funciones en los mismos pines con el mismo comportamiento, porque el firmware los maneja. El latch, que separa el desplazamiento de la salida, es la característica que hace limpio al 595, y una alternativa sin el latch, o con un comportamiento de latch diferente, cambia la actualización de salida y el parpadeo que el diseño ve. Las características especiales son parte de la función, y la sustitución las verifica en lugar de asumir que el nombre del pin es suficiente. La lectura de especificaciones y características es la capa de hoja de datos de la alternativa, y es la capa que mantiene segura una sustitución amigable.

Cómo igualar la velocidad de reloj de una alternativa de registro de desplazamiento

Igualar la velocidad de reloj de una alternativa de registro de desplazamiento es una cuestión del margen y la tasa de actualización. Lea la frecuencia máxima de reloj de la alternativa de la hoja de datos, y compárela contra el reloj que el microcontrolador realmente maneja, el reloj SPI o GPIO en la línea de desplazamiento, y deje el margen, porque el máximo de la hoja de datos es el límite en las condiciones ideales y la capacitancia de la placa y la temperatura reducen el margen real. Lea el tiempo de propagación que importa, el tiempo desde el borde del reloj hasta la salida o el serie-salida válido, y agréguelo al temporizado del circuito receptor donde el diseño lee la cadena, por lo que mientras más larga la cadena más se acumulan los retrasos. Una sustitución que reduce el reloj máximo por debajo de la tasa del diseño falla el desplazamiento, y una que eleva la velocidad más allá de la expectativa del firmware receptor puede romper el temporizado de lectura, por lo que la igualación es una igualación del margen en lugar de del número solo. La lectura del reloj es la disciplina de temporizado de la alternativa, y es la capa que la prueba en banco confirma.

Variantes de empaquetado del registro de desplazamiento

Las variantes de empaquetado del registro de desplazamiento son la mitad de la huella de la alternativa, y el SOIC-16, el DIP-16 y el TSSOP-16 cubren las placas comunes. El SOIC-16 es el estándar de montaje superficial, el DIP-16 es el legado de orificio pasante para prototipos y placas de pruebas, y el TSSOP-16 es el montaje superficial compacto para placas densas, y la alternativa debe coincidir con la huella que la placa tiene diseñada, porque una placa con un patrón SOIC-16 no puede montar un DIP-16 sin el adaptador. La decisión del empaquetado es independiente de la decisión de la función: un 74HC595 funciona en cualquiera de los empaquetados, pero la placa elige el que su huella sirve, y la sustitución mantiene el empaquetado constante mientras se intercambian la función y la familia. Las variantes de empaquetado también llevan el paso de pines y el tamaño del cuerpo que la máquina de colocación y el reflow leen, y la sustitución confirma la variante exacta contra la placa en lugar de asumir que el SOIC y el TSSOP son intercambiables. El empaquetado es el contrato físico de la alternativa, y el contrato es el primer hecho de la sustitución.

Las huellas SOIC-16, DIP-16 y TSSOP-16

Las huellas SOIC-16, DIP-16 y TSSOP-16 son tres contratos físicos diferentes para la misma función de ocho bits. El SOIC-16 lleva los 16 pines en un cuerpo estándar con un paso de 1.27 milímetros, el DIP-16 los pines de orificio pasante en la grilla de 2.54 milímetros, y el TSSOP-16 el paso más fino de 0.65 milímetros en el cuerpo más delgado, y una placa diseñada para uno no monta los otros. La selección de la alternativa lee la huella de la placa, busca el equivalente en ese empaquetado y mantiene el mapa de pines igual en las variantes, porque los pines de función se alinean por la convención del empaquetado. El prototipo que comenzó en un DIP-16 y la producción que se mueve a un SOIC-16 o un TSSOP-16 siguen la misma función y el mismo firmware, con el empaquetado como el único cambio. La comparación de huellas es la mitad mecánica de la alternativa, y es la mitad que la revisión del esquemático resuelve antes de que comience la revisión de la hoja de datos.

Cuándo sustituir un registro de desplazamiento y cuándo no

La sustitución de un registro de desplazamiento es el movimiento correcto dentro de la familia y el movimiento incorrecto a través de la dirección, y el límite de la guía es el mismo que el de toda sustitución. Sustituir dentro de la familia 74HC595, el anillo de proveedores, los grados de familia y los equivalentes funcionales compatibles en pines, cuando el suministro o el precio o la segunda fuente lo requieran, porque el mapa de familia preserva la placa y el firmware. Sustituir dentro de la familia 74HC165 de la misma manera para la lectura de entrada. No sustituir a través de la dirección, un 165 por un 595 o viceversa, porque la función cambia y la placa que acciona no puede leer. Y verificar las características especiales, el latch, el enable, el reset, y el suministro y el reloj, contra la placa y el firmware antes del volumen, porque el mapa de familia es la lista de candidatos y la hoja de datos y el banco de pruebas son los árbitros. La sustitución es amigable porque la familia está estandarizada, y los límites son la dirección y las características, que el método verifica.

La respuesta a un límite de sustitución es la misma que para cada parte: buscar fuente, sustituir o rediseñar. Buscar el original donde está disponible, sustituir el miembro verificado de la familia donde la función y la huella coinciden, y rediseñar el bloque alrededor de una parte diferente donde la característica o la densidad lo requieran, registrando la decisión con la evidencia. El registro de desplazamiento, al estar tan estandarizado, rara vez alcanza el rediseño, y la sustitución es usualmente la respuesta, que es la honesta amigabilidad de la categoría. El límite es la verificación de dirección y característica, y el método que las verifica es el método que esta guía proporciona, que es el mismo método que las guías de este sitio aplican a cada parte que busca fuente y reemplaza. La historia del registro de desplazamiento es la función estandarizada y la familia profunda, y la sustitución es la respuesta más amigable del suministro.

Ejemplo Práctico: Controlando una Matriz de LEDs con el 74HC595

Controlar una matriz de LEDs con el 74HC595 es el ejemplo práctico que convierte el registro de desplazamiento de un concepto en un circuito, y los números son la primera lectura del diseño. Tomando una fila de ocho LEDs en las ocho salidas paralelas, cada una con su resistencia en serie, el valor de la resistencia es la alimentación menos la caída directa del LED dividida por la corriente deseada, así que con una alimentación de 5 voltios, un LED de 2 voltios y un objetivo de 10 miliamperios, la resistencia resulta ser aproximadamente 300 ohmios, y la resistencia establece tanto el brillo como protege el LED y la salida. El microcontrolador controla tres pines, los datos serie, el reloj de desplazamiento y el latch, y el firmware desplaza un byte, un bit por reloj, y luego pulsa el latch para mover el contenido del registro a las salidas paralelas en un solo paso, que es cómo las salidas se actualizan limpiamente sin parpadeos de estados intermedios. Un byte de unos y ceros alternados enciende cada LED par, y el patrón es simplemente el byte que el firmware desplaza. El ejemplo práctico es la cara más simple del registro de desplazamiento, y es la cara sobre la que construyen los circuitos en cascada y los displays.

El ejemplo también lee la corriente que las salidas realmente entregan, porque el manejo del 74HC595 es el manejo de la familia CMOS, en miliamperios en lugar de cientos de miliamperios, así que los LEDs se manejan a través de las resistencias en serie y las cargas más pesadas se manejan a través de las etapas de buffer. Un banco de LEDs a 10 miliamperios cada uno consume 80 miliamperios totales de la fuente pero solo unos pocos miliamperios a través de los pines de salida del chip después de las resistencias, y los segmentos del display que necesitan más corriente utilizan los transistores o las etapas de control que el diseño añade. El ejemplo práctico muestra el registro de desplazamiento como la etapa de control en lugar de la etapa de potencia, que es el modelo mental correcto del lugar del 74HC595, y es el modelo que tanto la adquisición como la sustitución preservan, porque una alternativa que cambia el manejo cambia el diseño de la resistencia y de la carga. La matriz de LEDs es la introducción más amigable al registro de desplazamiento, y es la introducción que esta guía utiliza para enseñar el resto.

Un cálculo práctico de LED-resistencia para el 74HC595

Un cálculo práctico de LED-resistencia para el 74HC595 es la pequeña aritmética en la que se basa el ejemplo. Para una alimentación de 5 voltios, un LED rojo de 2 voltios y un objetivo de 10 miliamperios, la resistencia es la alimentación menos la caída directa dividida por la corriente, 3 voltios divididos por 0,01 amperios, 300 ohmios, y el valor estándar de 330 ohmios da unos 9 miliamperios ligeramente más tenues y seguros. Para una alimentación de 3,3 voltios y el mismo LED, la resistencia es 1,3 voltios divididos por 0,01, 130 ohmios, y el valor estándar de 150 ohmios da unos 8,7 miliamperios. El cálculo escala con el color del LED, un LED azul o blanco tiene más caída, y el diseño lee el voltaje directo de la hoja de datos del LED en lugar de la memoria, y mantiene la corriente por debajo de la calificación del LED y del manejo del registro de desplazamiento. El cálculo es el primer número del ejemplo de LED, y es el número del que dependen tanto el brillo como la longevidad.

Conexión en Cascada de Dos Registros de Desplazamiento para 16 Salidas

Conectar en cascada dos registros de desplazamiento 74HC595 es el paso de ocho salidas a dieciséis, y es el patrón detrás de los displays más grandes y los bancos de salida más grandes. La cascada conecta la salida serie del primer registro, el pin QH que pasa el bit desplazado, a la entrada serie del segundo registro, así que el flujo de bits atraviesa ambos registros en una cadena. El microcontrolador desplaza dieciséis bits, los primeros ocho pasan al segundo registro y los siguientes ocho llenan el primero, y luego pulsa el latch una vez, y ambos registros presentan sus dieciséis salidas en una actualización limpia. El firmware desplaza el byte más significativo o el menos significativo primero dependiendo del orden que el diseño quiere, y el orden es el pequeño detalle que una cascada mal cableada muestra como los LEDs aterrizando en las mitades equivocadas. La cascada multiplica las salidas sin añadir un solo pin al microcontrolador, y es la razón por la que unos pocos pines controlan toda una matriz de salidas, que es el valor definitorio del registro de desplazamiento.

La cascada también lee la temporización y la carga que la cadena más larga introduce. El reloj que desplaza la cadena debe controlar ambos registros, y el tiempo de subida del reloj y el tiempo de propagación del primer registro añaden un pequeño retardo al segundo, que está bien dentro de las velocidades CMOS a las velocidades de actualización típicas, y el camino serie entre los registros lleva los datos sin piezas adicionales. El pulso del latch actualiza ambos registros a la vez, así que las dieciséis salidas mantienen su estado entre actualizaciones sin el glitch, y el bypass de alimentación y las devoluciones a tierra sirven a ambas partes. La cascada es la prueba práctica de la expansión del registro de desplazamiento, y es el patrón que la vista de adquisición trata como un solo bloque, porque ambos registros vienen de la misma familia y la misma sustitución se aplica a ambos, que es el enlace práctico entre esta sección y la vista de reemplazo de la guía.

Medición y Solución de Problemas del Registro de Desplazamiento

La medición del registro de desplazamiento en el banco de pruebas es la confirmación de que el tiempo y la ruta de datos funcionan, y ejecuta una secuencia corta. Sondee los datos seriales, el reloj de desplazamiento y el latch con el osciloscopio mientras el firmware desplaza un byte conocido, y observe cómo cambian los datos en los bordes del reloj, el pulso del latch mueve las salidas, y los pines de salida presentan el patrón, y el tiempo medido contra la tasa de desplazamiento del firmware confirma el circuito. Sondee un solo pin de salida mientras desplaza un patrón que lo conmutta, para ver el comportamiento del registro claramente, y sondee la salida serial de una cascada para ver los datos fluyendo al segundo registro. La medición es el árbitro de la ruta de desplazamiento, y el registro, las notas de forma de onda y la verificación del patrón, es la evidencia de que el bloque funciona, que es la misma disciplina que la serie aplica a cada bloque digital.

La lista de solución de problemas para el registro de desplazamiento es corta y consistente. Si las salidas nunca se actualizan, verifique el latch, porque un latch que nunca es pulsado mantiene las salidas antiguas incluso cuando el registro se desplaza, que es el error más común de una primera placa. Si se iluminan los LEDs incorrectos, revise el orden de bits, la secuencia MSB-versus-LSB que el firmware desplaza, y la conexión en cascada, porque un QH-desconectado-a-serial deja el segundo registro sin desplazar y el patrón cayendo en la mitad equivocada. Si las salidas parpadean o tienen glitches, revise la separación del latch respecto al desplazamiento, y si las salidas son tenues, lea las resistencias en serie y la excitación. Si no aparece nada en absoluto, verifique la alimentación, la tierra y el reloj, porque un reloj inactivo o una habilitación de salida flotante, que debe estar conectada a tierra, mantiene las salidas apagadas. La lista de solución de problemas es el contrapunto práctico al ejemplo trabajado, y es la lista de verificación que un diseñador conserva para la primera placa de registro de desplazamiento, tanto en una sola pieza como en una cascada.

El Lado del Firmware del Registro de Desplazamiento

El lado del firmware del registro de desplazamiento es la mitad de software del bloque, y las dos opciones de implementación que realiza son el SPI de hardware y el GPIO bit-banged. El hardware SPI desplaza los datos automáticamente en el reloj de hardware, con la polaridad del reloj y la fase establecidas por la configuración SPI, y el firmware escribe el byte y el periférico lo desplaza externamente, que es el camino rápido y de bajo consumo de CPU para un registro que está en el bus SPI. El GPIO bit-banged es la alternativa, el firmware conmutando directamente los pines de datos y reloj, un bit por paso, que funciona en cualquier pin y cualquier microcontrolador pero consume los ciclos de CPU, y los dos se eligen según la plataforma y la tasa de actualización. El pulso del latch, que mueve los datos desplazados a las salidas, es el mismo en ambos, un GPIO conmutado después de que el desplazamiento se completa, y la separación del latch del desplazamiento es la razón por la que las salidas no parpadean mientras los bits fluyen a través. El lado del firmware también lee el orden de bits, porque el byte que enciende los LEDs puede ser desplazado primero por el más significativo o el menos significativo, y el orden es una convención en la que el firmware y el cableado deben estar de acuerdo, que es el pequeño detalle de software al que frecuentemente se remonta la solución de problemas de hardware.

El firmware también es propietario del tiempo del que depende el bloque, porque el reloj de desplazamiento y el latch deben cumplir con el tiempo del registro y la tasa de actualización del diseño. Un byte desplazado a la tasa del bucle del firmware actualiza las salidas a esa tasa, y la cascada desplaza dieciséis bits a la misma tasa, así que el diseño lee la tasa de actualización contra la necesidad de la aplicación, una pantalla que actualiza a 50 hercios versus un banco de relés que actualiza rara vez. El hardware SPI descarga el desplazamiento de bits al periférico y la CPU queda libre, y la versión bit-banged gasta los ciclos en cada bit, que es la compensación de rendimiento que el firmware hace. El lado del firmware es la finalización del bloque del registro de desplazamiento, y es la mitad que la vista de aprovisionamiento hereda sin cambios, porque una alternativa que coincida con los pines y el tiempo ejecuta el mismo firmware, que es el vínculo práctico entre el software y el reemplazo. El registro de desplazamiento es una pieza de hardware impulsada por el firmware, y las dos mitades juntas son el bloque que esta guía ha construido desde la distribución de pines hasta el patrón.

Alternativas de IC de Registro de Desplazamiento: La Vista de Aprovisionamiento

La vista de aprovisionamiento de la alternativa de registro de desplazamiento es el cierre práctico, y es la misma disciplina que la serie ha utilizado. Un diseño que estandariza en el 74HC595 o el 74HC165 selecciona una familia que cada proveedor y los fabricantes nacionales reproducen en la misma huella, así que el aprovisionamiento puede moverse a través del campo de proveedores y mantener dos proveedores en la misma placa, que es la profundidad de segunda fuente que la comunidad siempre ha utilizado. La calificación de la alternativa ejecuta la misma revisión de tres capas, el paquete y la distribución de pines, la alimentación, el reloj y la excitación, y las características especiales, y la prueba en banco a través del rango de temperatura, y la alternativa verificada se registra junto a la pieza en la lista de materiales y la referencia cruzada. La estandarización del registro de desplazamiento convierte la alternativa de un riesgo en una opción de aprovisionamiento, y la opción es el valor que toda la comparación entrega. Un diseñador que lee la alternativa de IC de registro de desplazamiento de esta manera selecciona la familia, la dirección, y el proveedor verificado, y la selección es la respuesta funcional que el esquema, el firmware, y la placa aceptan todos.