Shift Register IC Alternatifleri: 74HC595 ve Ötesi

Bir shift register IC alternatifi, dijital I/O genişletmedeki en yaygın çözüme eşlik eden bir sorudur; çünkü shift register, az sayıda mikrodenetleyici pininin bir çıkış veri yolunu kontrol etme yöntemidir ve 74HC595, neredeyse her yapının bu iş için kullandığı parçadır. Bir shift register, her saat kenarında verileri bir aşama zinciri boyunca hareket ettiren dijital bir IC'dir ve 74HC595, tek bir pinden bir bit akışı alan ve bunları sekiz çıkış pininde sunan seri-giriş, paralel-çıkış versiyonudur; bir kullanıcının üç mikrodenetleyici pininden bir dizi LED'i yakma, bir ekranı sürme veya bir anahtar grubunu kontrol etme yöntemi budur. Alternatifler sorusunu bir yönden yanıtlamak kolaydır, çünkü 74HC595'in işlevi bir dizi tedarikçi parçası ve lojik ailesi genelinde yeniden üretilir; diğer yönden ise daha zordur, çünkü ikame işlemi kaydırma yönüne, pakete, beslemeye, hıza ve bu kılavuzun incelediği özel özelliklere saygı duymalıdır. Bu kılavuz, bir shift register'ın ne yaptığını, 74HC595'in buraya nasıl uyduğunu, aileler genelinde alternatiflerinin nasıl bulunacağını ve birinin güvenle nasıl ikame edileceğini açıklar, böylece kart üzerindeki çıkış genişletme bloğu kanıtlara dayalı olarak seçilir.

Kılavuz ayrıca ters soruyu yanıtlayan kardeşi de kapsar, çünkü her shift register ihtiyacı paralel-çıkışlı değildir. 74HC165, paralel-giriş, seri-çıkış shift register'dır; bir düğme veya anahtar grubunu tek bir mikrodenetleyici pinindeki bit akışına okuyan parçadır ve alternatifleri 74HC595 ile aynı aile yapısını izler. Sürme için paralel-çıkış ve okuma için paralel-giriş olmak üzere iki yönü anlayan bir tasarımcı, shift register dünyasını anlar ve bu kılavuz her ikisini de haritalandırır. Shift register, katalogdaki değiştirilmesi en kolay parçalardan biridir, çünkü işlev numaraları ve pin çıkışları aileler arasında standartlaştırılmıştır ve kılavuz, değişimi güvenli tutan yöntemi sunar; bu, bu sitenin kılavuzlarının her yerde uyguladığı aynı üç katmanlı incelemedir.

Bir Kaydırmalı Kaydedici (Shift Register) Ne Yapar ve Neden Bir Alternatife İhtiyaç Duyar

Bir kaydırmalı kaydedici, bit verilerini her saat darbesinde bir aşama olacak şekilde dahili aşamalardan oluşan bir zincir boyunca hareket ettiren dijital bir IC'dir ve I/O genişletme dünyasının üzerinde yükseldiği iki kullanışlı yönde mevcuttur. Seri-giriş, paralel-çıkış kaydırmalı kaydedici, 74HC595 ve benzerleri, tek bir seri girişteki bit akışını kabul eder, bunları saat kenarlarında kaydedici boyunca kaydırır ve mevcut içeriği bir dizi paralel çıkış pininde sunar; bu, bir avuç pinin birçok çıkışı kontrol etme yöntemidir ve her çıkış bir bayt veya kelime kaydırılarak güncellenir. Paralel-giriş, seri-çıkış kaydırmalı kaydedici, 74HC165 ve benzerleri, bir dizi paralel girişin seviyelerini tek bir saatte yakalar ve bunları tek bir seri pinden dışarı kaydırır; bu, bir kontrolörün az sayıda pin üzerinden birçok anahtarı okuma yöntemidir. Bu iki yön, dijital I/O genişletme hikayesinin iki yarısıdır ve her ikisi de aynı kaydırmalı kaydedici mimarisi üzerine inşa edilmiştir; bu nedenle aynı mantık ailesi ve aynı ikame yöntemi her ikisini de kapsar.

Alternatif sorusu, her parça sorusunda olduğu gibi aynı nedenlerle ortaya çıkar: tedarik, fiyat, kullanım ömrü sonu ve ikinci kaynak. 74HC595 kullanan bir tasarım, parça kıt olduğunda, belirli bir satıcının parça fiyatı değiştiğinde, tasarım farklı seviyelere veya hıza sahip bir mantık ailesi istediğinde veya tedarik süreci aynı ayak izinde (footprint) iki satıcı gerektirdiğinde bir alternatife ihtiyaç duyabilir. Kaydırmalı kaydedici dünyası alternatiflere oldukça uygundur çünkü işlev ve pin çıkışı standartlaştırılmıştır; bir satıcıdan alınan 74HC595, diğerinden alınan 74HCT595 ve üçüncüsünden alınan yerli bir 74HC595 aynı işlevi ve temel pin çıkışını paylaşır, böylece ikame işlemi kartı korur. Alternatif, tedariğin cevabıdır ve kılavuz bunu aile haritası, spesifikasyonlar ve doğrulama yoluyla okur; bu, kaydırmalı kaydedici kadar standartlaştırılmış bir parçayı ikame etmenin dürüst yoludur.

İki kaydırmalı kaydedici yönü: paralel-çıkış ve seri-çıkış

İki kaydırmalı kaydedici yönü, iki farklı I/O ihtiyacına cevap verir ve bunları isimlendirmek klasik ikame hatasını önler. Paralel-çıkışlı parça olan 74HC595, seri verileri alır ve sekiz paralel çıkışı sürer; tasarımın birkaç pinden LED'leri, ekran segmentlerini, röle sürücülerini, gösterge bankalarını sürmesi gerektiğinde doğru parçadır. Seri-çıkışlı parça olan 74HC165, sekiz paralel girişi okur ve bunları seri olarak dışarı kaydırır; tasarımın düğmeleri, anahtarları, enkoder durumlarını birkaç pin içine okuması gerektiğinde doğru parçadır. Bu ikisi birbirinin alternatifi değildir; bir 595 düğmeleri okuyamaz ve bir 165 çıkışları süremez ve bunları karıştıran bir ikame, datasheet incelemesi başlamadan önce işlev düzeyinde başarısız olur. Yön, alternatifin ilk gerçeğidir ve tasarımcı bunu aileden, paketten veya hızdan önce okur.

Kaydırmalı Kaydedici Referansı Olarak 74HC595

74HC595, seri girişli, paralel çıkışlı kaydırmalı kaydediciler için referans parçadır ve bu parçayı anlamak, her alternatif karşılaştırmasını somut hale getirir. 74HC595, yüksek hızlı CMOS mantık ailesinde üretilmiş, çıkış mandallı (latch) 8 bitlik bir seri girişli, paralel çıkışlı kaydırmalı kaydedicidir ve mimarisi I/O genişletme dünyasının temelidir: kaydırmalı kaydedici, seri veriyi saat sinyaliyle içeri kaydırır ve ayrı mandal, kaydedici içeriğini tek bir adımda paralel çıkışlara aktarır; bu da çıkışların ara durumlar titreşmeden temiz bir şekilde güncellenmesini sağlar. Mantık ailesini ve beslemeyi takip eden parçalarda, HC ailesi CMOS giriş eşikleriyle 2 ila 6 voltluk CMOS beslemesinde çalışır ve parça, LED'leri yakan ve tamponlama aşamasına ihtiyaç duyan çipleri süren HC sürüş akımıyla çıkışları sürer. 74HC595'in popülaritesi, onun referans olmasının sebebidir ve alternatifler ona göre değerlendirilir.

74HC595'in paketi ve pin dizilimi de alternatiflerin paylaştığı referanstır. Parça; seri veri girişi, kaydırma saati, mandal, çıkış yetkilendirme (output enable), sıfırlama (reset) ve standart pinlerdeki sekiz paralel çıkış ile SOIC-16, DIP-16 ve TSSOP-16 gibi 16 pinli paketlerde sunulur ve bu yerleşim, üretici alanı ve mantık aileleri genelinde yeniden üretilir. Bir 74HC595 ile çalışan tasarım; 5 voltluk TTL dünyası için TTL uyumlu giriş seviyelerine sahip 74HCT595, ayak izi için SOIC ve TSSOP paketleri ve aynı pinlerde aynı işlevi taşıyan üretici yeniden numaralandırmaları gibi birçok aile varyantının sunduğu seçenekleri değerlendirir. Referans parça haritanın merkezidir ve alternatifler onun komşularıdır; bu kılavuzun ikameyi okumak için kullandığı yapı budur.

74HC595 bir mikrodenetleyiciden I/O'yu nasıl genişletir?

74HC595, pinleri zamanla takas ederek bir mikrodenetleyicinin çıkışlarını genişletir ve buradaki püf noktası kaydırmalı kaydedicinin mimarisidir. Denetleyici; seri veriyi, kaydırma saatini ve mandalı, yani üç pini sürer ve sekiz çıkış için bitleri dışarı kaydırır; böylece 595, üç kontrol pinini sekiz çıkışa dönüştürür ve kaskad bağlı iki 74HC595 aynı üç pini on altı çıkışa dönüştürür ve zincir, kaydedici sayısıyla birlikte büyür. Çıkış mandalı, bir sonraki bayt arkasında kayarken sürülen seviyeleri sabit tutar; bu nedenle 595, mikrodenetleyicilerin kontrol ettiği LED dizilerinin, yedi segmentli ekranların, karakter ekranlarının ve röle bankalarının temel taşıdır. Bu genişletme, parçanın her yerde olmasının sebebidir ve bu nedenle alternatif sorusu, genişletmeyi yeniden inşa etmeden bu temel taşı değiştirme sorusudur. 74HC595'in referans olarak konumu, alternatif kılavuzunun oradan başlamasının nedenidir ve ikame yöntemi genişletmeyi sağlam tutar.

74HC595 Ailesi ve Eşdeğerleri

74HC595, ikame sürecinin bir eşdeğerler haritası olarak okunduğu bir ailenin merkezidir. Haritanın ilk halkası, 5 voltluk kartlar için TTL uyumlu giriş eşiklerine sahip 74HCT595 ve üreticinin ürettiği diğer mantık ailesi versiyonlarıdır; bunların her biri aynı işlevi ve aynı temel pin dizilimini (pinout) ailenin seviyeleri ve hızıyla taşır. İkinci halka, SN74HC595, M74HC595 ve yerel 74HC595 parçalarından oluşan üretici alanıdır; bunlar işlevi ve pin dizilimini kendi ön ekleri altında yeniden üretirler ve tedarik süreci aynı ayak izi (footprint) üzerinde bunlar arasında geçiş yapabilir. Üçüncü halka, farklı bir özellik setiyle vitesli kayıt (shift-register) görevini paylaşan işlevsel olarak benzer parçalardır; etkinleştirme (enable) özelliği ve farklı pin dizilimi ile CD4094 ve ikame öncesinde pin dizilimi ile elektriksel kontrol gerektiren 74LS595 ve daha eski sınıflardır. Harita, alternatiflerin bölgesidir; tasarımın kartı ve firmware, alternatifin hangi halkadan gelmesi gerektiğine karar verir.

Aile içindeki ikame, kolay ve yaygın bir hamledir; halkalar arası ikame ise kontrol gerektiren hamledir. SN74HC595 kullanan bir tasarım, aynı SOIC-16 üzerinde yerel bir 74HC595 veya bir 74HCT595 tedarik edebilir; HCT söz konusu olduğunda giriş eşiklerini değiştirir ve bu değişiklik, sürücü mikrodenetleyiciye ve alıcı yüklere göre okunur. Bir CD4094'e veya farklı işlevli bir parçaya geçen bir tasarım, özellikler ve pinler farklı olduğu için pin dizilimini okur ve firmware'in beklediği işlevi (latch, enable ve seri düzen) doğrular. Aile haritası, ikameyi güvenli olduğu yerde hızlı, olmadığı yerde dikkatli tutan okumadır ve 74HC595'in alternatiflerinin çoğundan daha kullanıcı dostu olmasının nedenidir. Aile standardizasyonu, vitesli kaydın (shift register) bir hediyesidir ve doğrulama, bu hediyeyi güvenli bir şekilde harcayan disiplindir.

74HCT595 ve diğer mantık ailesi varyantları

74HCT595 ve diğer mantık ailesi varyantları, ikamenin seviye ve hız halkalarıdır ve bunları okumak iki satırlık bir kontroldür. TTL uyumlu giriş eşiklerine sahip yüksek hızlı CMOS parçası olan 74HCT595, 5 voltluk besleme ile çalışır ve bipolar bir TTL sürücüsünün sağladığı TTL giriş seviyelerini kabul eder; bu nedenle 74HC595'in CMOS eşiklerinin bir TTL sinyalini reddedeceği durumlarda tercih edilir. Giriş eşiği belirleyici spesifikasyondur, çünkü 5 volttaki bir CMOS girişi yaklaşık 3.5 voltun üzerinde bir yüksek (high) seviye gerektirirken, bir TTL girişi yaklaşık 2 voltun üzerindeki bir yüksek seviyeyi kabul eder ve tasarımın sürücüsü alıcının hangisine ihtiyaç duyacağına karar verir. Sürüş gücü ve hız aileyi takip eder ve aileyi değiştiren ikame, 595'in arayüzdeki davranışını değiştirir; bu nedenle tasarımcı, seviyeleri ve sürüş gücünü sürücüye ve yüke karşı doğrular. Aile varyantı, iki satırlık bir kontrolle kolay bir alternatiftir ve bu kontrol, 74HC595'in ikamesini temiz tutan şeydir.

Parallel-In Serial-Out Alternatifleri: 74HC165 ve Ailesi

Shift register'ın ters yönü olan, çıkışları sürmek yerine girişleri okuma işlemi 74HC165'i referans alır ve alternatifleri 74HC595 ile aynı aile yapısını takip eder. 74HC165, aynı HC mantık ailesindeki 8-bit parallel-in, serial-out bir shift register'dır; sekiz paralel girişin seviyelerini yakalayan ve bunları tek bir seri pin üzerinden dışarı kaydıran bu parça, mikrodenetleyici dünyasında buton ve anahtar okuma işlemlerinin temel taşıdır. Alternatifler, 595'te olduğu gibi onun etrafında şekillenir: seviyeler için 74HCT165 ve diğer aile sınıfları, SN74HC165 gibi üretici alanları ve yerli parçalar ile farklı özelliklere ve pin dizilimlerine sahip fonksiyonel komşular. 595 ailesi bir parça ile 165 ailesi bir parça arasındaki seçim yön kararıdır; 165 ailesi içindeki seçim ise aile ve ayak izi (footprint) kararıdır ve bu iki karar shift register ikamesinin tamamını oluşturur.

Birçok girişi bir shift register üzerinden okuyan elektronik tasarım, parallel-in parçayı ve mikrodenetleyicinin çalıştırdığı okuma yolunu seçer; 165'in ikamesi, parça ve aile eşleştiğinde okuma yolunu olduğu gibi korur. 74HC165'in paralel girişleri yakalama ve saat sinyaliyle kaydırma işlevi aile genelinde standartlaştırılmıştır; pin dizilimi ve paket yapısı SOIC-16 ve DIP-16 üzerinde aynı şekilde üretilir, bu nedenle aileye ve ayak izine uyan alternatif kartı korur. Girişleri okuyan yazılım (firmware), seri saatleme ve yükleme kontrolü, parça özdeş davrandığı sürece üreticiden bağımsızdır; bu, 595'in ikamesini kolaylaştıran aynı özelliktir. 165'in ailesi 595'in aynadaki yansımasıdır ve kılavuz her iki yönü de aynı yöntemle ele alır.

595 ailesi ve 165 ailesi parça arasında seçim nasıl yapılır

595 ailesi ve 165 ailesi bir parça arasında seçim yapmak bir fonksiyon kararıdır ve fonksiyon, herhangi bir spesifikasyondan önce kararlaştırılır. Tasarım çıkışları, LED'leri, ekranları, sürücüleri ve gösterge bankalarını sürdüğünde serial-in, parallel-out 595 ailesini kullanın, çünkü asıl mesele paralel çıkışlardır. Tasarım girişleri, butonları, anahtarları, enkoderleri ve sensör durumlarını okuduğunda parallel-in, serial-out 165 ailesini kullanın, çünkü asıl mesele kontrolöre giden seri çıkıştır. Hem sürmeye hem de okumaya ihtiyaç duyan bir tasarım her iki aileyi de kullanır; çıkışlar için bir 595 zinciri ve girişler için bir 165 zinciri ve bu ikisi birlikte eksiksiz I/O genişlemesidir. Aileler arasındaki seçim bir performans yarışı değil, bir yön gerekliliğidir ve yönü önce okuyan tasarımcı asla bir 165'i 595 ile veya tersiyle ikame etmez. Yön ilk kapıdır, aile ve paket ise ikincidir ve bu iki kapı seçimin tamamıdır.

Temel Spesifikasyonlar: Besleme, Saat, Sürücü ve Kaydırmalı Kaydedici

Bir kaydırmalı kaydedici alternatifinin spesifikasyon incelemesi besleme, saat ve sürücü kapasitesini kapsar; bu, aile haritasının tam olarak belirtmediği katmandır. Besleme ilktir: HC ailesi CMOS eşikleriyle 2 ila 6 volt arasında çalışır, HCT ailesi 5 voltluk TTL dünyasında çalışır ve tasarımın hattı aileyi belirler; çünkü 3.3 voltluk bir kart HC kullanırken, seviyelerin gerektirdiği yerlerde 5 voltluk bir TTL kartı HCT kullanır. Saat hızı ikincidir: maksimum saat frekansı ve yayılım gecikmesi (propagation delay), kaydedicinin ne kadar hızlı kaydırma yapacağını belirler; tasarımın güncelleme hızı ve mikrodenetleyicinin saati, parçanın kapasitesi dahilinde olmalıdır. Sürücü kapasitesi üçüncüdür: kaydedicinin kaynaklık edebileceği (source) ve çekebileceği (sink) çıkış akımı, çıkışların neyi süreceğini belirler; bir LED dirence ve akıma ihtiyaç duyar, bir röle sürücüsü ise bir kata ihtiyaç duyar ve daha düşük sürücü kapasiteli bir aile yük tasarımını değiştirir. Bu üç spesifikasyon kart üzerindeki kontroldür ve bir aile varyantının veri sayfasını okumadan değiştirilmemesinin nedenidir.

İnceleme ayrıca 74HC595 ve alternatiflerinin taşıdığı özel pinleri ve etkinleştirdikleri özellikleri de kapsar. 595 üzerindeki çıkış yetkilendirme (output enable) ve sıfırlama (reset), çıkışları ve kaydediciyi kontrol eder; alternatif parça, aynı işlevleri aynı pinlere aynı davranışla yerleştirmelidir çünkü bellenim (firmware) onları sürer. Kaydırmayı çıkıştan ayıran mandal (latch), 595'i temiz kılan özelliktir; mandalı olmayan veya farklı bir mandal davranışına sahip bir alternatif, çıkış güncellemesini ve tasarımın gördüğü titremeyi (flicker) değiştirir. Özel özellikler işlevin bir parçasıdır ve ikame işlemi, sadece pin isminin yeterli olduğunu varsaymak yerine bunları doğrular. Spesifikasyon ve özellik incelemesi, alternatifin veri sayfası katmanıdır ve dostane bir ikameyi güvenli tutan katmandır.

Bir kaydırmalı kaydedici alternatifinin saat hızı nasıl eşleştirilir?

Bir kaydırmalı kaydedici alternatifinin saat hızını eşleştirmek, pay (headroom) ve güncelleme hızı meselesidir. Alternatifin maksimum saat frekansını veri sayfasından okuyun ve bunu mikrodenetleyicinin fiilen sürdüğü saatle, kaydırma hattındaki SPI veya GPIO saatiyle karşılaştırın; pay bırakın, çünkü veri sayfasındaki maksimum değer ideal koşullardaki sınırdır ve kartın kapasitansı ile sıcaklık gerçek marjı azaltır. Önemli olan yayılım gecikmesini (propagation delay), yani saat kenarından çıkışa veya seri çıkışın geçerli olmasına kadar geçen süreyi okuyun ve tasarımın zinciri okuduğu yerdeki alıcı devrenin zamanlamasına ekleyin; zincir ne kadar hızlıysa gecikmeler o kadar birikir. Maksimum saati tasarımın hızının altına düşüren bir ikame kaydırma işlemini başarısız kılar; hızı alıcı bellenimin beklentisinin ötesine çıkaran bir ikame ise okuma zamanlamasını bozabilir, bu nedenle eşleşme sadece rakamların değil, payın eşleşmesidir. Saat incelemesi, alternatifin zamanlama disiplinidir ve tezgah testinin onayladığı katmandır.

Kaydırmalı Kaydedicinin Paket Varyantları

Kaydırmalı kaydedicinin paket varyantları, alternatifin footprint yarısını oluşturur ve SOIC-16, DIP-16 ile TSSOP-16 yaygın kartları kapsar. SOIC-16 yüzeye montaj standardıdır, DIP-16 prototipler ve breadboard'lar için delik içi montaj mirasıdır ve TSSOP-16 yoğun kartlar için kompakt yüzeye montajdır; alternatif, kartın düzenlediği footprint ile eşleşmelidir, çünkü SOIC-16 desenine sahip bir kart, adaptör olmadan bir DIP-16 monte edemez. Paket kararı fonksiyon kararından ayrıdır: bir 74HC595 paketlerin herhangi birinde çalışır, ancak kart kendi footprint'inin hizmet ettiğini seçer ve ikame, fonksiyon ve aile takas edilirken paketi sabit tutar. Paket varyantları ayrıca dizgi makinesinin ve reflow fırınının okuduğu pin aralığını ve gövde boyutunu taşır ve ikame, SOIC ve TSSOP'un birbirinin yerine geçebilir olduğunu varsaymak yerine kart üzerindeki tam varyantı doğrular. Paket, alternatifin fiziksel sözleşmesidir ve bu sözleşme ikamenin ilk gerçeğidir.

SOIC-16, DIP-16 ve TSSOP-16 footprint'leri

SOIC-16, DIP-16 ve TSSOP-16 footprint'leri, aynı sekiz bitlik fonksiyon için üç farklı fiziksel sözleşmedir. SOIC-16, 1.27 milimetrelik bir aralıkla standart bir gövde üzerinde 16 bacağı taşır, DIP-16 2.54 milimetrelik ızgara üzerinde delik içi bacakları taşır ve TSSOP-16 daha ince gövde üzerinde daha hassas 0.65 milimetrelik aralığı taşır; biri için tasarlanmış bir kart diğerlerini monte edemez. Alternatif seçimi kartın footprint'ini okur, o paketteki eşdeğeri tedarik eder ve pin haritasını varyantlar arasında aynı tutar, çünkü fonksiyon pinleri paket kuralına göre sıralanır. Bir DIP-16 üzerinde başlayan prototip ve bir SOIC-16 veya TSSOP-16'ya geçen üretim, tek değişiklik paket olacak şekilde aynı fonksiyonu ve aynı firmware'i takip eder. Footprint karşılaştırması, alternatifin mekanik yarısıdır ve datasheet incelemesi başlamadan önce şematik incelemesinin çözdüğü yarıdır.

Bir Shift Register Ne Zaman Değiştirilmeli ve Ne Zaman Değiştirilmemeli

Bir shift register değişimi, aynı aile içinde doğru bir hamle, farklı yönler arasında ise yanlış bir hamledir ve kılavuzun sınırı her değişimde olduğu gibidir. Tedarik, fiyat veya ikinci kaynak gerektirdiğinde 74HC595 ailesi, tedarikçi halkası, aile sınıfları ve pin uyumlu fonksiyonel eşdeğerler içinde değişim yapın; çünkü aile haritası kartı ve firmware yapısını korur. Giriş okuma için 74HC165 ailesi içinde de aynı şekilde değişim yapın. Yönler arasında, yani bir 595 yerine 165 veya tam tersi şeklinde değişim yapmayın; çünkü fonksiyon değişir ve süren kart okuma yapamaz. Seri üretimden önce latch, enable, reset, besleme ve clock gibi özel özellikleri karta ve firmware yapısına göre doğrulayın; çünkü aile haritası aday listesidir, datasheet ve test tezgahı ise hakemdir. Değişim dostçadır çünkü aile standartlaştırılmıştır; sınırlar ise yöntemin kontrol ettiği yön ve özelliklerdir.

Bir değişim sınırına verilen yanıt, her parçada olduğu gibidir: tedarik et, değiştir veya yeniden tasarla. Orijinal parçayı mevcut olduğu yerden tedarik edin, fonksiyon ve footprint eşleştiğinde doğrulanmış aile üyesini yerine koyun ve özellik veya yoğunluk gerektirdiğinde bloğu farklı bir parça etrafında yeniden tasarlayın, kararı kanıtlarla kaydedin. Shift register, çok standartlaştırılmış olduğu için nadiren yeniden tasarıma ihtiyaç duyar ve değişim genellikle cevaptır; bu da kategorinin dürüst dostluğudur. Sınır, yön ve özellik kontrolüdür; bunları kontrol eden yöntem ise bu kılavuzun sunduğu yöntemdir ve bu sitenin kılavuzlarının tedarik ettiği ve değiştirdiği her parçaya uyguladığı yöntemin aynısıdır. Shift register'ın hikayesi, standartlaştırılmış fonksiyon ve derin ailedir; değişim ise tedariğin en dostane cevabıdır.

Uygulamalı Örnek: 74HC595 ile bir LED Matrisini Sürmek

74HC595 ile bir LED matrisini sürmek, kaydırmalı kaydediciyi bir kavramdan devreye dönüştüren uygulamalı bir örnektir ve rakamlar tasarımın ilk okumasıdır. Sekiz paralel çıkışın her birine seri dirençleriyle birlikte sekiz LED'lik bir sıra yerleştirin; direnç değeri, besleme voltajından LED ileri gerilim düşümünün çıkarılıp istenen akıma bölünmesiyle bulunur. Yani 5 voltluk bir besleme, 2 voltluk bir LED ve 10 miliamperlik bir hedef, yaklaşık 300 ohm'luk bir direnç verir; bu direnç hem parlaklığı ayarlar hem de LED'i ve çıkışı korur. Mikrodenetleyici üç pini (seri veri, kaydırma saati ve mandal -latch-) sürer; yazılım her saat darbesinde bir bit olmak üzere bir bayt kaydırır ve ardından kaydedici içeriğini tek bir adımda paralel çıkışlara aktarmak için mandalı tetikler. Bu, çıkışların ara durumlar titreşmeden temiz bir şekilde güncellenmesini sağlar. Birer atlamalı bir ve sıfırlardan oluşan bir bayt, her iki LED'den birini yakar ve desen sadece yazılımın kaydırdığı bayttır. Bu uygulamalı örnek, kaydırmalı kaydedicinin en basit yüzüdür ve kaskat bağlantılar ile ekranların üzerine inşa edildiği temeldir.

Bu örnek aynı zamanda çıkışların gerçekte sağladığı akımı da okur, çünkü 74HC595'in sürüş kapasitesi CMOS ailesinin sürüşüdür; yüzlerce miliamper yerine miliamper seviyesindedir. Bu nedenle LED'ler seri dirençler üzerinden sürülürken, daha ağır yükler tampon aşamaları üzerinden sürülür. Her biri 10 miliamper çeken bir LED grubu, beslemeden toplam 80 miliamper çeker ancak dirençlerden sonra çipin çıkış pinlerinden sadece birkaç miliamper geçer. Daha fazla akıma ihtiyaç duyan ekran segmentleri, tasarımın eklediği transistör veya sürücü aşamalarını kullanır. Uygulamalı örnek, kaydırmalı kaydediciyi bir güç aşamasından ziyade bir kontrol aşaması olarak gösterir; bu, 74HC595'in konumuna dair doğru zihinsel modeldir. Tedarik ve ikame süreçlerinin her ikisinin de koruduğu model budur, çünkü sürüş kapasitesini değiştiren bir alternatif, direnç ve yük tasarımını da değiştirir. LED matrisi, kaydırmalı kaydediciye en dostane giriştir ve bu kılavuzun geri kalanını öğretmek için kullandığı giriştir.

74HC595 için uygulamalı LED-direnç hesaplaması

74HC595 için uygulamalı bir LED-direnç hesaplaması, örneğin dayandığı küçük aritmetiktir. 5 voltluk bir besleme, 2 voltluk kırmızı bir LED ve 10 miliamperlik bir hedef için direnç; besleme eksi ileri gerilim düşümünün akıma bölünmesidir: 3 volt bölü 0.01 amper, 300 ohm eder ve standart 330 ohm değeri biraz daha sönük ve daha güvenli olan 9 miliamper verir. 3.3 voltluk bir besleme ve aynı LED için direnç; 1.3 volt bölü 0.01, yani 130 ohm'dur ve standart 150 ohm değeri yaklaşık 8.7 miliamper verir. Hesaplama LED rengine göre ölçeklenir; mavi veya beyaz bir LED daha fazla gerilim düşürür. Tasarım, ileri gerilimi bellekten değil LED'in veri sayfasından okur ve akımı hem LED'in anma değerinin hem de kaydırmalı kaydedicinin sürüş kapasitesinin altında tutar. Bu hesaplama, LED örneğinin ilk rakamıdır ve hem parlaklığın hem de uzun ömürlülüğün bağlı olduğu rakamdır.

16 Çıkış İçin İki Kaydırmalı Kaydedicinin Kaskad Bağlanması

İki 74HC595 kaydırmalı kaydediciyi kaskad (zincirleme) bağlamak, sekiz çıkıştan on altı çıkışa geçiş adımıdır ve daha büyük ekranların ve daha geniş çıkış bankalarının arkasındaki modeldir. Kaskad bağlantı, birinci kaydedicinin seri çıkışını (dışarı kaydırılan biti ileten QH pini), ikinci kaydedicinin seri girişine bağlar; böylece bit akışı tek bir zincir halinde her iki kaydediciden de geçer. Mikrodenetleyici on altı biti dışarı kaydırır; ilk sekiz bit ikinci kaydediciye geçer, sonraki sekiz bit ise birinciyi doldurur. Ardından latch (mandal) bir kez tetiklenir ve her iki kaydedici on altı çıkışını tek bir temiz güncellemede sunar. Yazılım, tasarımın istediği sıraya bağlı olarak önce en anlamlı baytı (MSB) veya en az anlamlı baytı (LSB) dışarı kaydırır; bu sıra, hatalı kablolanmış bir kaskad bağlantıda LED'lerin yanlış yarılara düşmesiyle kendini gösteren küçük ama önemli bir detaydır. Kaskad bağlantı, mikrodenetleyiciye tek bir pin bile eklemeden çıkışları çoğaltır ve bir avuç pinin tüm bir çıkış matrisini kontrol etmesinin nedenidir; bu da kaydırmalı kaydedicinin tanımlayıcı değeridir.

Kaskad bağlantı ayrıca, daha uzun zincirin getirdiği zamanlama ve yüklemeyi de okur. Zinciri kaydıran saat (clock) her iki kaydediciyi de sürmelidir; saatin yükselme süresi ve birinci kaydedicinin yayılma gecikmesi, ikinciye küçük bir gecikme ekler. Bu gecikme, tipik güncelleme hızlarındaki CMOS hızları dahilindedir ve kaydediciler arasındaki seri yol, veriyi ekstra parça gerektirmeden taşır. Latch darbesi her iki kaydediciyi aynı anda günceller, böylece on altı çıkış güncellemeler arasında durumlarını glitch (sıçrama) olmadan korur; besleme baypası ve toprak dönüşleri her iki parçaya da hizmet eder. Kaskad bağlantı, kaydırmalı kaydedicinin genişleyebilirliğinin çalışan kanıtıdır ve tedarik görünümünün tek bir blok olarak ele aldığı modeldir; çünkü her iki kaydedici de aynı aileden gelir ve aynı ikame her ikisi için de geçerlidir, bu da bu bölüm ile kılavuzun değişim görünümü arasındaki pratik bağlantıdır.

Kaydırmalı Kaydedicinin Ölçülmesi ve Sorun Giderme

Kaydırmalı kaydediciyi tezgahta ölçmek, zamanlamanın ve veri yolunun çalıştığının onayıdır ve kısa bir dizi çalıştırır. Yazılım bilinen bir baytı kaydırırken osiloskop ile seri veriyi, kaydırma saatini ve latch sinyalini inceleyin; verinin saat kenarlarında değişmesini, latch darbesinin çıkışları hareket ettirmesini ve çıkış pinlerinin deseni sunmasını izleyin. Yazılımın kaydırma hızına karşı ölçülen zamanlama devreyi doğrular. Kaydedicinin davranışını net bir şekilde görmek için deseni değiştiren bir yazılım çalışırken tek bir çıkış pinini inceleyin ve verinin ikinci kaydediciye akışını görmek için bir kaskadın seri çıkışını ölçün. Ölçüm, kaydırma yolunun hakemidir ve kayıtlar (dalga formu notları ve desen kontrolü), bloğun çalıştığının kanıtıdır; bu, serinin her dijital bloğa uyguladığı disiplinin aynısıdır.

Kaydırmalı kaydedici için sorun giderme listesi kısa ve tutarlıdır. Çıkışlar hiç güncellenmiyorsa latch sinyalini kontrol edin; çünkü hiç tetiklenmeyen bir latch, kaydedici kaydırsa bile eski çıkışları tutar ki bu, ilk kartlardaki en yaygın hatadır. Yanlış LED'ler yanıyorsa, yazılımın kaydırdığı bit sırasını (MSB-LSB dizisi) ve kaskad bağlantısını kontrol edin; çünkü kopuk bir QH-seri bağlantısı ikinci kaydediciyi kaydırılmamış halde bırakır ve desen yanlış yarıya düşer. Çıkışlar titriyor veya glitch yapıyorsa, latch sinyalinin kaydırma sinyalinden ayrılmasını kontrol edin; çıkışlar sönükse, seri dirençleri ve sürüş gücünü okuyun. Hiçbir şey görünmüyorsa beslemeyi, toprağı ve saati kontrol edin; çünkü ölü bir saat veya düşük seviyeye (low) bağlanması gereken boşta kalmış bir output-enable, çıkışları kapalı tutar. Sorun giderme listesi, işlenmiş örneğin pratik tamamlayıcısıdır ve bir tasarımcının hem tek bir parça hem de bir kaskad üzerindeki ilk kaydırmalı kaydedici kartı için tuttuğu kontrol listesidir.

Shift Register'ın Firmware Tarafı

Shift register'ın firmware tarafı, bloğun yazılım yarısıdır ve yaptığı iki uygulama seçeneği donanım SPI ve bit-banged GPIO'dur. SPI donanımı, veriyi donanım saati üzerinden otomatik olarak kaydırır; saat polaritesi ve fazı SPI konfigürasyonu tarafından belirlenir. Firmware baytı yazar ve çevre birimi bunu dışarı saatler; bu, SPI veri yolunda bulunan bir register için hızlı ve düşük CPU kullanımlı yoldur. Bit-banged GPIO ise alternatiftir; firmware veri ve saat pinlerini doğrudan, her adımda bir bit olacak şekilde değiştirir. Bu yöntem her pinde ve her mikrodenetleyicide çalışır ancak CPU döngülerine mal olur; ikisi arasındaki seçim platforma ve güncelleme hızına göre yapılır. Kaydırılan veriyi çıkışlara taşıyan latch palsi, her iki yöntemde de aynıdır; kaydırma tamamlandıktan sonra tetiklenen bir GPIO'dur. Latch'in kaydırmadan ayrılması, bitler akarken çıkışların titrememesinin nedenidir. Firmware tarafı ayrıca bit sırasını da okur, çünkü LED'leri yakan bayt en anlamlı bit (MSB) veya en az anlamlı bit (LSB) öncelikli olarak kaydırılabilir; bu sıra, firmware ve kablolamanın üzerinde anlaşması gereken bir kuraldır ve donanım sorun giderme süreçlerinin genellikle kaynağına ulaştığı küçük yazılım detayıdır.

Firmware ayrıca bloğun bağlı olduğu zamanlamaya da sahiptir, çünkü kaydırma saati ve latch, register'ın zamanlamasına ve tasarımın güncelleme hızına uygun olmalıdır. Firmware'in döngü hızında kaydırılan bir bayt, çıkışları bu hızda günceller ve kaskad yapı on altı biti aynı hızda kaydırır; bu nedenle tasarım, güncelleme hızını uygulamanın ihtiyacına göre değerlendirir (örneğin 50 hertz'de güncellenen bir ekran ile nadiren güncellenen bir röle bankası). SPI donanımı bit kaydırma işlemini çevre birimine devreder ve CPU serbest kalır; bit-banged versiyon ise her bit için döngü harcar, bu da firmware'in yaptığı performans takasıdır. Firmware tarafı, shift register bloğunun tamamlayıcısıdır ve tedarik görünümünün değişmeden devraldığı yarıdır; çünkü pinlere ve zamanlamaya uyan bir alternatif aynı firmware'i çalıştırır, bu da yazılım ile ikame parça arasındaki pratik bağlantıdır. Shift register, firmware tarafından sürülen bir donanım parçasıdır ve bu iki yarı birlikte, bu kılavuzun pin şemasından desene kadar inşa ettiği bloğu oluşturur.

Shift Register IC Alternatifleri: Tedarik Görünümü

Shift register alternatifinin tedarik görünümü pratik bir kapanıştır ve bu serinin kullandığı disiplinin aynısıdır. 74HC595 veya 74HC165 üzerinde standartlaşan bir tasarım, her satıcının ve yerli üreticilerin aynı ayak izinde (footprint) ürettiği bir aileyi seçer; böylece tedarik süreci satıcı alanında hareket edebilir ve aynı kart üzerinde iki tedarikçiyi tutabilir, bu da topluluğun her zaman kullandığı ikinci kaynak derinliğidir. Alternatifin kalifikasyonu aynı üç katmanlı incelemeyi yürütür: paket ve pin şeması; besleme, saat ve sürücü; özel özellikler ve sıcaklık aralığında tezgah testi. Doğrulanmış alternatif, BOM ve çapraz referans listesinde parçanın yanına kaydedilir. Shift register'ın standardizasyonu, alternatifi bir riskten bir tedarik seçeneğine dönüştürür ve bu seçenek, tüm karşılaştırmanın sunduğu değerdir. Shift register IC alternatifini bu şekilde okuyan bir tasarımcı; aileyi, yönü ve doğrulanmış satıcıyı seçer ve bu seçim şematik, firmware ve kartın kabul ettiği çalışan cevaptır.