Giải Pháp Thay Thế IC Thanh Ghi Dịch: 74HC595 và Hơn Thế

Một IC thanh ghi dịch thay thế là câu hỏi song song với giải pháp phổ biến nhất trong mở rộng I/O kỹ thuật số, bởi vì thanh ghi dịch là cách một vài chân vi điều khiển điều khiển một bus đầu ra, và 74HC595 là linh kiện mà hầu như mọi thiết kế đều sử dụng cho công việc này. Thanh ghi dịch là một IC số di chuyển dữ liệu qua một chuỗi các tầng bên trong trên mỗi cạnh xung clock, và 74HC595 là phiên bản nhập nối tiếp, xuất song song nhận một luồng bit trên một chân và xuất chúng trên tám chân đầu ra, đó là cách người dùng bật một hàng LED, điều khiển màn hình hiển thị, hoặc điều khiển một nhóm công tắc từ ba chân vi điều khiển. Câu hỏi về thay thế dễ trả lời theo một cách, bởi vì chức năng của 74HC595 được tái tạo trên một loạt linh kiện và dòng logic từ nhiều nhà cung cấp, nhưng khó hơn theo cách khác, bởi vì việc thay thế phải tôn trọng hướng dịch, kiểu đóng gói, điện áp nguồn, tốc độ, và các đặc tính đặc biệt mà hướng dẫn này đề cập. Hướng dẫn này giải thích thanh ghi dịch làm gì, 74HC595 phù hợp như thế nào, cách tìm thay thế của nó trong các dòng logic, và cách thay thế an toàn, để khối mở rộng đầu ra trên bo mạch được chọn dựa trên bằng chứng.

Hướng dẫn cũng bao gồm linh kiện song song trả lời câu hỏi ngược lại, bởi vì không phải mọi nhu cầu thanh ghi dịch đều là loại xuất song song. 74HC165 là thanh ghi dịch nhập song song, xuất nối tiếp, linh kiện đọc một nhóm nút bấm hoặc công tắc thành luồng bit trên một chân vi điều khiển, và các thay thế của nó tuân theo cùng cấu trúc dòng logic như của 74HC595. Một nhà thiết kế hiểu hai hướng, xuất song song để điều khiển và nhập song song để đọc, sẽ hiểu thế giới thanh ghi dịch, và hướng dẫn này lập bản đồ cả hai. Thanh ghi dịch là một trong những linh kiện thân thiện nhất trong danh mục để thay thế, bởi vì các số chức năng và sơ đồ chân được tiêu chuẩn hóa trên các dòng logic, và hướng dẫn đưa ra phương pháp giữ cho việc thay thế an toàn, đó là đánh giá ba lớp giống như các hướng dẫn của trang web này áp dụng ở mọi nơi.

Thanh ghi dịch làm gì và tại sao nó cần thay thế

Thanh ghi dịch là một IC số di chuyển dữ liệu bit của nó qua một chuỗi các tầng bên trong, một tầng trên mỗi xung clock, và nó tồn tại ở hai hướng hữu ích mà thế giới mở rộng I/O dựa vào. Thanh ghi dịch nhập nối tiếp, xuất song song, 74HC595 và các biến thể của nó, nhận một luồng bit trên một đầu vào nối tiếp, dịch chúng qua thanh ghi trên các cạnh xung clock, và xuất nội dung hiện tại trên một tập chân đầu ra song song, đó là cách một vài chân điều khiển nhiều đầu ra, mỗi đầu ra được cập nhật bằng cách dịch ra một byte hoặc một word. Thanh ghi dịch nhập song song, xuất nối tiếp, 74HC165 và các biến thể của nó, ghi nhận mức của một tập đầu vào song song trong một xung clock và dịch chúng ra trên một chân nối tiếp, đó là cách bộ điều khiển đọc nhiều công tắc qua vài chân. Hai hướng là hai phần của câu chuyện mở rộng I/O kỹ thuật số, và cả hai đều được xây dựng từ cùng một kiến trúc thanh ghi dịch, đó là lý do tại sao cùng một logic dòng và cùng một phương pháp thay thế bao phủ cả hai.

Câu hỏi thay thế phát sinh vì những lý do giống như mọi câu hỏi về linh kiện khác: nguồn cung, giá cả, cuối vòng đời, và nguồn cung cấp thứ hai. Một thiết kế sử dụng 74HC595 có thể cần thay thế khi linh kiện khan hiếm, khi giá của linh kiện từ một nhà cung cấp cụ thể thay đổi, khi thiết kế muốn một dòng logic với các mức hoặc tốc độ khác, hoặc khi việc tìm nguồn cung cần hai nhà cung cấp trên cùng một footprint. Thế giới thanh ghi dịch rất phù hợp cho việc thay thế bởi vì chức năng và sơ đồ chân được tiêu chuẩn hóa, một 74HC595 từ một nhà cung cấp và một 74HCT595 từ nhà cung cấp khác và một 74HC595 trong nước từ nhà cung cấp thứ ba có cùng chức năng và sơ đồ chân cơ bản, vì vậy việc thay thế bảo toàn bo mạch. Thay thế là câu trả lời cho vấn đề nguồn cung, và hướng dẫn đọc nó thông qua bản đồ dòng, thông số kỹ thuật, và xác minh, đó là cách trung thực để thay thế một linh kiện được tiêu chuẩn hóa như thanh ghi dịch.

Hai hướng thanh ghi dịch: xuất song song và xuất nối tiếp

Hai hướng thanh ghi dịch phục vụ hai nhu cầu I/O khác nhau, và việc đặt tên chúng ngăn chặn sai lầm thay thế kinh điển. Linh kiện xuất song song, 74HC595, nhận dữ liệu nối tiếp và xuất ra tám đầu ra song song, và đó là linh kiện phù hợp khi thiết kế cần xuất ra, LED, các đoạn màn hình hiển thị, bộ điều khiển relay, các ngân hàng chỉ báo, từ một vài chân. Linh kiện xuất nối tiếp, 74HC165, đọc tám đầu vào song song và dịch chúng ra nối tiếp, và đó là linh kiện phù hợp khi thiết kế cần đọc đầu vào, nút bấm, công tắc, trạng thái bộ mã hóa, vào một vài chân. Hai linh kiện này không phải thay thế cho nhau, 595 không thể đọc nút bấm và 165 không thể xuất ra, và việc thay thế trộn lẫn chúng thất bại ở cấp độ chức năng trước khi xem xét datasheet bắt đầu. Hướng là thực tế đầu tiên của việc thay thế, và nhà thiết kế đọc nó trước dòng logic, kiểu đóng gói, hoặc tốc độ.

74HC595 - Tham Chiếu Thay Thế Thanh Ghi Dịch

74HC595 là linh kiện tham chiếu cho thanh ghi dịch serial-in, parallel-out, và hiểu rõ nó giúp so sánh mọi phương án thay thế một cách cụ thể. 74HC595 là thanh ghi dịch 8-bit serial-in, parallel-out với bộ latch đầu ra, được xây dựng trong họ logic CMOS tốc độ cao, và kiến trúc của nó chính là nguồn gốc của thế giới mở rộng I/O: thanh ghi dịch dịch dữ liệu serial vào theo xung clock, và latch riêng biệt capture nội dung thanh ghi đến các đầu ra song song trong một bước, cho phép các đầu ra cập nhật sạch sẽ mà không có trạng thái trung gian nhấp nháy. Các linh kiện theo sau họ logic và nguồn cung, họ HC hoạt động ở nguồn CMOS 2-6 volt với ngưỡng đầu vào CMOS, và linh kiện drive các đầu ra với dòng drive HC, chính là thứ làm sáng LED và drive các chip cần tầng đệm. Sự phổ biến của 74HC595 là lý do nó trở thành tham chiếu, và các phương án thay thế được đọc dựa trên nó.

Package và pinout của 74HC595 cũng là tham chiếu mà các phương án thay thế chia sẻ. Linh kiện có package 16 chân, SOIC-16, DIP-16 và TSSOP-16, với serial data in, shift clock, latch, output enable, reset, và tám parallel outputs ở các chân tiêu chuẩn, và layout được tái tạo trên khắp các nhà cung cấp và họ logic. Thiết kế hoạt động với 74HC595 đọc các tùy chọn mà nhiều biến thể họ mang theo, 74HCT595 với ngưỡng đầu vào tương thích TTL cho thế giới TTL 5-volt, các package SOIC và TSSOP cho footprint, và các đánh số lại của nhà cung cấp mang cùng chức năng ở cùng các chân. Linh kiện tham chiếu là tâm điểm của bản đồ, và các phương án thay thế là các láng giềng của nó, đó là cấu trúc mà hướng dẫn này sử dụng để đọc phương án thay thế.

Cách 74HC595 mở rộng I/O từ vi điều khiển

74HC595 mở rộng các đầu ra của vi điều khiển bằng cách đánh đổi chân cho thời gian, và thủ thuật nằm ở kiến trúc thanh ghi dịch. Bộ điều khiển drive serial data, shift clock và latch, ba chân, và dịch ra các bit cho tám đầu ra, vì vậy 595 biến ba chân điều khiển thành tám đầu ra, và hai 74HC595 mắc cascade biến cùng ba chân thành mười sáu, và chuỗi tăng theo số thanh ghi. Output latch giữ các mức được drive ổn định trong khi byte tiếp theo dịch phía sau nó, đó là lý do 595 là linh kiện chủ lực của các mảng LED, màn hình bảy đoạn, màn hình ký tự, và các bank relay mà vi điều khiển điều khiển. Việc mở rộng là lý do linh kiện này có mặt khắp nơi, và câu hỏi phương án thay thế do đó là câu hỏi về việc thay thế linh kiện chủ lực mà không cần xây dựng lại phần mở rộng. Vị trí của 74HC595 như tham chiếu là lý do hướng dẫn phương án thay thế bắt đầu từ đó, và phương pháp thay thế giữ cho phần mở rộng nguyên vẹn.

Họ 74HC595 và Các Linh Kiện Tương Đương

74HC595 là trung tâm của một họ mà phương án thay thế đọc như một bản đồ các linh kiện tương đương. Vòng đầu tiên của bản đồ là các phiên bản họ logic, 74HCT595 với ngưỡng đầu vào tương thích TTL cho board 5-volt, và các grade họ khác mà nhà cung cấp sản xuất, mỗi linh kiện mang cùng chức năng và cùng pinout cơ bản với các mức và tốc độ của họ. Vòng thứ hai là nhà cung cấp, SN74HC595, M74HC595, và các linh kiện 74HC595 nội địa, tái tạo chức năng và pinout dưới prefix riêng của họ, và việc tìm nguồn có thể di chuyển giữa chúng trên cùng footprint. Vòng thứ ba là các linh kiện có chức năng tương tự chia sẻ công việc thanh ghi dịch với bộ tính năng khác, CD4094 với enable và pinout khác, và 74LS595 và các grade cũ hơn, cần kiểm tra pinout và điện trước khi thay thế. Bản đồ là lãnh thổ của phương án thay thế, và board thiết kế và firmware quyết định vòng nào phương án thay thế phải đến.

Việc thay thế trong họ là bước đi dễ dàng và phổ biến, và việc thay thế qua các vòng là bước cần kiểm tra. Thiết kế sử dụng SN74HC595 có thể tìm nguồn 74HC595 nội địa hoặc 74HCT595 trên cùng SOIC-16, thay đổi ngưỡng đầu vào khi HCT được sử dụng, và thay đổi được đọc dựa trên vi điều khiển drive và tải nhận. Thiết kế chuyển sang CD4094 hoặc linh kiện chức năng khác đọc pinout, vì các tính năng và các chân khác nhau, và xác minh chức năng mà firmware mong đợi, latch, enable, và layout serial. Bản đồ họ là cách đọc giữ cho việc thay thế nhanh ở nơi an toàn và cẩn thận ở nơi không, và đó là lý do các phương án thay thế của 74HC595 thân thiện hơn hầu hết. Việc chuẩn hóa họ là món quà của thanh ghi dịch, và việc xác minh là kỷ luật sử dụng món quà đó một cách an toàn.

74HCT595 và các biến thể họ logic khác

74HCT595 và các biến thể họ logic khác là các vòng mức và tốc độ của phương án thay thế, và đọc chúng là kiểm tra hai dòng. 74HCT595, linh kiện CMOS tốc độ cao với ngưỡng đầu vào tương thích TTL, hoạt động ở nguồn 5-volt và chấp nhận các mức đầu vào TTL mà bộ driver TTL bipolar cung cấp, vì vậy đó là lựa chọn khi ngưỡng CMOS của 74HC595 sẽ từ chối tín hiệu TTL. Ngưỡng đầu vào là thông số quyết định, vì đầu vào CMOS ở 5 volt yêu cầu mức cao trên khoảng 3.5 volt trong khi đầu vào TTL chấp nhận mức cao trên khoảng 2 volt, và driver của thiết kế quyết định cái nào receiver cần. Drive và tốc độ theo họ, và phương án thay thế thay đổi họ thay đổi hành vi của 595 trong giao diện, vì vậy nhà thiết kế xác minh các mức và drive dựa trên driver và tải. Biến thể họ là phương án thay thế dễ dàng với kiểm tra hai dòng, và kiểm tra đó giữ cho việc thay thế 74HC595 sạch sẽ.

Các lựa chọn thay thế Parallel-In Serial-Out: 74HC165 và dòng sản phẩm của nó

Hướng ngược lại của thanh ghi dịch, đọc các đầu vào thay vì điều khiển các đầu ra, có 74HC165 làm tham chiếu, và các lựa chọn thay thế của nó tuân theo cùng cấu trúc dòng sản phẩm như 74HC595. 74HC165 là thanh ghi dịch 8-bit parallel-in, serial-out trong cùng dòng logic HC, linh kiện ghi nhận mức điện áp của tám đầu vào song song và dịch chúng ra trên một chân nối tiếp, và đây là linh kiện chủ đạo cho việc đọc nút bấm và công tắc trong thế giới vi điều khiển. Các lựa chọn thay thế xoay quanh nó theo cách chúng làm với 595: 74HCT165 và các cấp độ dòng khác cho các mức điện áp, trường nhà cung cấp của SN74HC165 và các linh kiện nội địa, và các linh kiện chức năng lân cận với các tính năng và sơ đồ chân khác nhau. Việc lựa chọn giữa linh kiện dòng 595 và dòng 165 là quyết định về hướng, và việc lựa chọn trong dòng 165 là quyết định về dòng sản phẩm và footprint, hai quyết định này bao gồm toàn bộ việc thay thế thanh ghi dịch.

Thiết kế điện tử đọc nhiều đầu vào thông qua thanh ghi dịch chọn phần parallel-in và đường đọc mà vi điều khiển chạy, và việc thay thế 165 giữ nguyên đường đọc khi linh kiện và dòng sản phẩm phù hợp. Chức năng của 74HC165, ghi nhận các đầu vào song song và dịch chúng theo xung clock, được tiêu chuẩn hóa trên toàn dòng sản phẩm, và sơ đồ chân cũng như package được sao chép trên SOIC-16 và DIP-16, vì vậy linh kiện thay thế phù hợp với dòng sản phẩm và footprint sẽ bảo toàn board. Phần sụn đọc các đầu vào, xung clock nối tiếp và điều khiển load, không phụ thuộc vào nhà cung cấp miễn là linh kiện hoạt động giống hệt nhau, đây là cùng một thuộc tính làm cho việc thay thế 595 trở nên thân thiện. Dòng sản phẩm 165 là hình ảnh gương của dòng 595, và hướng dẫn đọc cả hai hướng theo cùng một phương pháp.

Cách chọn giữa linh kiện dòng 595 và dòng 165

Việc chọn giữa linh kiện dòng 595 và dòng 165 là quyết định về chức năng, và chức năng quyết định trước bất kỳ thông số kỹ thuật nào. Sử dụng dòng 595 serial-in, parallel-out khi thiết kế điều khiển các đầu ra, LED, màn hình, driver và các ngân hàng chỉ báo, vì các đầu ra song song mới là điểm mấu chốt. Sử dụng dòng 165 parallel-in, serial-out khi thiết kế đọc các đầu vào, nút bấm, công tắc, encoder và trạng thái cảm biến, vì đầu ra nối tiếp đến bộ điều khiển mới là điểm mấu chốt. Thiết kế cần cả hai, điều khiển và đọc, sử dụng cả hai dòng sản phẩm, chuỗi 595 cho các đầu ra và chuỗi 165 cho các đầu vào, và hai cái cùng nhau tạo thành bộ mở rộng I/O hoàn chỉnh. Lựa chọn giữa các dòng sản phẩm không phải là cuộc thi hiệu suất, mà là yêu cầu về hướng, và nhà thiết kế đọc hướng trước không bao giờ thay thế 165 cho 595 hoặc ngược lại. Hướng là cổng đầu tiên, dòng sản phẩm và package là cổng thứ hai, và hai cổng này là toàn bộ lựa chọn.

Thông số kỹ thuật chính: Nguồn, Clock, Drive và Thanh ghi dịch

Việc đọc thông số kỹ thuật của linh kiện thay thế thanh ghi dịch bao gồm nguồn, clock và drive, và đây là lớp mà bản đồ dòng sản phẩm không nêu đầy đủ. Nguồn là đầu tiên: dòng HC hoạt động ở 2 đến 6 volt với ngưỡng CMOS, dòng HCT ở thế giới TTL 5 volt, và rail của thiết kế chọn dòng sản phẩm, vì board 3.3 volt sử dụng HC và board TTL 5 volt sử dụng HCT khi các mức điện áp yêu cầu. Tốc độ clock là thứ hai: tần số clock tối đa và độ trễ lan truyền quyết định tốc độ thanh ghi dịch nhanh như thế nào, và tốc độ cập nhật của thiết kế cũng như clock của vi điều khiển phải nằm trong khả năng của linh kiện. Drive là thứ ba: dòng điện đầu ra mà thanh ghi có thể source và sink quyết định tải mà các đầu ra điều khiển, LED cần điện trở và dòng điện, và driver relay cần tầng khuếch đại, và dòng sản phẩm có drive thấp hơn thay đổi thiết kế tải. Ba thông số kỹ thuật này là kiểm tra đối với board, và đây là lý do biến thể dòng sản phẩm không phải là thay đổi để thực hiện mà không đọc datasheet.

Việc đọc cũng bao gồm các chân đặc biệt mà 74HC595 và các linh kiện thay thế của nó mang theo, và các tính năng chúng kích hoạt. Output enable và reset trên 595 điều khiển các đầu ra và thanh ghi, và linh kiện thay thế phải đặt cùng các chức năng trên cùng các chân với cùng hành vi, vì phần sụn điều khiển chúng. Latch, tách biệt việc dịch khỏi đầu ra, là tính năng làm cho 595 hoạt động sạch sẽ, và linh kiện thay thế không có latch hoặc có hành vi latch khác sẽ thay đổi cập nhật đầu ra và flicker mà thiết kế thấy. Các tính năng đặc biệt là một phần của chức năng, và việc thay thế xác minh chúng thay vì giả định tên chân là đủ. Việc đọc thông số kỹ thuật và tính năng là lớp datasheet của linh kiện thay thế, và đây là lớp giữ cho việc thay thế an toàn.

Cách khớp tốc độ clock của linh kiện thay thế thanh ghi dịch

Việc khớp tốc độ clock của linh kiện thay thế thanh ghi dịch là vấn đề về headroom và tốc độ cập nhật. Đọc tần số clock tối đa của linh kiện thay thế từ datasheet, và so sánh nó với clock mà vi điều khiển thực sự điều khiển, clock SPI hoặc GPIO trên đường dịch, và chừa headroom, vì tần số tối đa trong datasheet là giới hạn ở điều kiện lý tưởng và điện dung của board cũng như nhiệt độ làm giảm margin thực tế. Đọc độ trễ lan truyền quan trọng, thời gian từ cạnh clock đến đầu ra hoặc serial-out valid, và cộng thêm nó vào mạch nhận nơi thiết kế đọc chuỗi, vì chuỗi càng dài thì các độ trễ tích lũy càng nhiều. Linh kiện thay thế làm giảm tần số clock tối đa xuống dưới tốc độ thiết kế sẽ thất bại trong việc dịch, và linh kiện tăng tốc độ vượt quá kỳ vọng của phần sụn nhận có thể phá vỡ thời gian đọc, vì vậy việc khớp là khớp headroom chứ không phải chỉ con số đơn thuần. Việc đọc clock là discipline thời gian của linh kiện thay thế, và đây là lớp mà kiểm tra trên bàn làm việc xác nhận.

Các Biến Thể Gói của Thanh ghi dịch

Các biến thể gói của thanh ghi dịch là nửa cơ lý của phương án thay thế, và SOIC-16, DIP-16, và TSSOP-16 bao phủ các bo mạch phổ biến. SOIC-16 là tiêu chuẩn gắn bề mặt, DIP-16 là legacy qua lỗ cho các prototype và breadboard, và TSSOP-16 là gắn bề mặt compact cho các bo mạch dày đặc, và phương án thay thế phải khớp với footprint mà bo mạch đã thiết kế, bởi vì bo mạch có pattern SOIC-16 không thể gắn DIP-16 nếu không có adapter. Quyết định gói tách biệt với quyết định chức năng: 74HC595 hoạt động trong bất kỳ gói nào, nhưng bo mạch chọn gói mà footprint phục vụ, và việc thay thế giữ nguyên gói trong khi chức năng và họ được trao đổi. Các biến thể gói cũng mang theo bước chân và kích thước thân mà pick-and-place và reflow đọc, và việc thay thế xác nhận biến thể chính xác đối với bo mạch thay vì giả định SOIC và TSSOP có thể thay thế cho nhau. Gói là hợp đồng vật lý của phương án thay thế, và hợp đồng đó là sự thật đầu tiên của việc thay thế.

Footprint SOIC-16, DIP-16, và TSSOP-16

Footprint SOIC-16, DIP-16, và TSSOP-16 là ba hợp đồng vật lý khác nhau cho cùng một chức năng tám bit. SOIC-16 mang 16 chân trên thân tiêu chuẩn với bước chân 1.27 mm, DIP-16 mang các chân through-hole trên lưới 2.54 mm, và TSSOP-16 mang bước chân mịn hơn 0.65 mm trên thân mỏng hơn, và bo mạch thiết kế cho một loại không gắn được các loại khác. Việc chọn phương án thay thế đọc footprint của bo mạch, tìm nguồn tương đương trong gói đó, và giữ nguyên bản đồ chân trên tất cả các biến thể, bởi vì các chân chức năng xếp thẳng hàng theo quy ước gói. Prototype bắt đầu trên DIP-16 và sản xuất chuyển sang SOIC-16 hoặc TSSOP-16 theo cùng chức năng và cùng firmware, với gói là thay đổi duy nhất. So sánh footprint là nửa cơ lý của phương án thay thế, và đó là nửa mà bài đánh giá schematic giải quyết trước khi bắt đầu đánh giá datasheet.

Khi Nào Thay Thế Thanh ghi dịch và Khi Nào Không

Việc thay thế thanh ghi dịch là động thái đúng trong họ và là động thái sai khi thay đổi hướng, và giới hạn của hướng dẫn này giống như mọi phương án thay thế khác. Thay thế trong họ 74HC595, vòng nhà cung cấp, các cấp họ, và các tương đương chức năng tương thích chân, khi nguồn cung hoặc giá hoặc nguồn cung cấp thứ hai yêu cầu, bởi vì bản đồ họ bảo toàn bo mạch và firmware. Thay thế trong họ 74HC165 theo cách tương tự cho việc đọc đầu vào. Không thay thế ngược hướng, 165 cho 595 hoặc ngược lại, bởi vì chức năng thay đổi và bo mạch điều khiển không thể đọc. Và xác minh các tính năng đặc biệt, latch, enable, reset, nguồn và xung clock, đối với bo mạch và firmware trước khi sản lượng, bởi vì bản đồ họ là danh sách ứng viên và datasheet cùng với bàn thí nghiệm là trọng tài. Việc thay thế thân thiện bởi vì họ được tiêu chuẩn hóa, và các giới hạn là hướng và các tính năng, mà phương pháp kiểm tra.

Phản ứng với giới hạn thay thế giống như mọi linh kiện: tìm nguồn, thay thế, hoặc thiết kế lại. Tìm nguồn linh kiện gốc nơi có sẵn, thay thế bằng thành viên họ đã xác minh nơi chức năng và footprint khớp, và thiết kế lại khối xung quanh linh kiện khác nơi tính năng hoặc mật độ yêu cầu, ghi lại quyết định cùng với bằng chứng. Thanh ghi dịch, do được tiêu chuẩn hóa cao, hiếm khi đạt đến thiết kế lại, và thay thế thường là câu trả lời, đó là sự thân thiện thành thật của danh mục. Giới hạn là kiểm tra hướng và tính năng, và phương pháp kiểm tra chúng là phương pháp mà hướng dẫn này cung cấp, phương pháp tương tự mà các hướng dẫn của trang này áp dụng cho mọi linh kiện mà nó tìm nguồn và thay thế. Câu chuyện của thanh ghi dịch là chức năng được tiêu chuẩn hóa và họ sâu, và thay thế là câu trả lời thân thiện nhất của nguồn cung.

Ví dụ thực tế: Điều khiển ma trận LED bằng 74HC595

Điều khiển ma trận LED bằng 74HC595 là ví dụ thực tế biến thanh ghi dịch từ một khái niệm thành một mạch, và các con số là điều đầu tiên cần xem xét trong thiết kế. Lấy một hàng tám LED trên tám đầu ra song song, mỗi LED có điện trở nối tiếp, giá trị điện trở được tính bằng điện áp nguồn trừ đi sụt áp thuận của LED chia cho dòng điện mong muốn, vậy nguồn 5 volt, LED 2 volt, và mục tiêu 10 milliamp cho điện trở khoảng 300 ohm, điện trở này vừa đặt độ sáng vừa bảo vệ LED và đầu ra. Vi điều khiển điều khiển ba chân, dữ liệu nối tiếp, xung clock dịch, và chân latch, firmware dịch ra một byte, một bit mỗi xung clock, sau đó kích xung latch để chuyển nội dung thanh ghi tới các đầu ra song song trong một bước, đây là cách các đầu ra cập nhật gọn gàng mà không nhấp nháy các trạng thái trung gian. Một byte gồm các số 1 và 0 xen kẽ thắp sáng các LED cách nhau, và mẫu chính là byte mà firmware dịch ra. Ví dụ thực tế là mặt thân thiện nhất của thanh ghi dịch, và đó là nền tảng mà các cascade và các màn hình được xây dựng trên.

Ví dụ cũng xem xét dòng điện mà các đầu ra thực sự cung cấp, bởi vì khả năng lái của 74HC595 là khả năng lái của họ CMOS, tính bằng milliamp chứ không phải hàng trăm milliamp, vậy các LED được lái qua các điện trở nối tiếp và các tải nặng hơn được lái qua các tầng buffer. Một nhóm LED ở 10 milliamp mỗi cái tiêu thụ tổng cộng 80 milliamp từ nguồn nhưng chỉ một vài milliamp qua các chân đầu ra của chip sau khi qua điện trở, và các đoạn hiển thị cần nhiều dòng hơn sử dụng transistor hoặc các tầng driver mà thiết kế thêm vào. Ví dụ thực tế cho thấy thanh ghi dịch là tầng điều khiển chứ không phải tầng công suất, đây là mô hình đúng về vị trí của 74HC595, và đó là mô hình mà cả việc tìm nguồn cung và thay thế đều bảo tồn, bởi vì một phương án thay thế thay đổi khả năng lái sẽ thay đổi thiết kế điện trở và tải. Ma trận LED là giới thiệu thân thiện nhất về thanh ghi dịch, và đó là giới thiệu mà hướng dẫn này sử dụng để dạy phần còn lại.

Tính toán điện trở LED thực tế cho 74HC595

Tính toán điện trở LED thực tế cho 74HC595 là phép tính nhỏ mà ví dụ dựa vào. Với nguồn 5 volt, LED đỏ 2 volt, và mục tiêu 10 milliamp, điện trở bằng điện áp nguồn trừ sụt áp thuận chia cho dòng điện, 3 volt chia cho 0.01 amp, 300 ohm, và giá trị tiêu chuẩn 330 ohm cho dòng mờ hơn và an toàn hơn là 9 milliamp. Với nguồn 3.3 volt và cùng LED, điện trở là 1.3 volt chia cho 0.01, 130 ohm, và giá trị tiêu chuẩn 150 ohm cho khoảng 8.7 milliamp. Tính toán thay đổi theo màu LED, LED xanh hoặc trắng sụt nhiều hơn, và thiết kế đọc điện áp thuận từ datasheet của LED chứ không phải từ trí nhớ, và nó giữ dòng điện dưới định mức của LED và khả năng lái của thanh ghi dịch. Tính toán là con số đầu tiên của ví dụ LED, và đó là con số mà cả độ sáng và tuổi thọ đều phụ thuộc vào.

Kết nối cascade hai thanh ghi dịch cho 16 đầu ra

Kết nối cascade hai thanh ghi dịch 74HC595 là bước từ tám đầu ra lên mười sáu, và đó là mô hình đằng sau các màn hình lớn hơn và các ngân hàng đầu ra lớn hơn. Cascade kết nối đầu ra nối tiếp của thanh ghi đầu tiên, chân QH truyền bit đã dịch ra, tới đầu vào nối tiếp của thanh ghi thứ hai, vậy luồng bit chảy qua cả hai thanh ghi trong một chuỗi. Vi điều khiển dịch ra mười sáu bit, tám bit đầu tiên đi vào thanh ghi thứ hai và tám bit tiếp theo điền vào thanh ghi đầu tiên, sau đó kích xung latch một lần, cả hai thanh ghi đều xuất ra mười sáu đầu ra trong một lần cập nhật gọn gàng. Firmware dịch ra byte có nghĩa nhất hoặc byte có nghĩa ít nhất trước tùy thuộc vào thứ tự mà thiết kế muốn, và thứ tự là chi tiết nhỏ mà một cascade đấu dây sai thể hiện bằng các LED nằm sai nửa. Cascade nhân các đầu ra mà không thêm một chân nào vào vi điều khiển, và đó là lý do một vài chân điều khiển cả một ma trận đầu ra, đây là giá trị định nghĩa của thanh ghi dịch.

Cascade cũng xem xét timing và tải mà chuỗi dài hơn tạo ra. Clock dịch chuỗi phải lái cả hai thanh ghi, và thời gian tăng của clock và độ trễ truyền của thanh ghi đầu tiên thêm một chút trễ vào thanh ghi thứ hai, hoàn toàn nằm trong tốc độ CMOS ở các tốc độ cập nhật thông thường, và đường dẫn nối tiếp giữa các thanh ghi mang dữ liệu mà không cần linh kiện phụ. Xung latch cập nhật cả hai thanh ghi cùng lúc, vậy mười sáu đầu ra giữ trạng thái giữa các lần cập nhật mà không có glitch, và tụ bypass nguồn và đường trở về mass phục vụ cả hai phần. Cascade là bằng chứng thực tế của khả năng mở rộng thanh ghi dịch, và đó là mô hình mà quan điểm tìm nguồn cung xử lý như một khối duy nhất, bởi vì cả hai thanh ghi đều từ cùng họ và cùng phương án thay thế áp dụng cho cả hai, đây là liên kết thực tế giữa phần này và quan điểm thay thế của hướng dẫn.

Đo lường và khắc phục sự cố thanh ghi dịch

Đo thanh ghi dịch trên bàn làm việc là xác nhận rằng thời gian và đường dẫn dữ liệu hoạt động, và nó chạy một chuỗi ngắn. Probe dữ liệu serial, xung clock dịch, và latch bằng oscilloscope trong khi firmware dịch một byte đã biết, và quan sát dữ liệu thay đổi trên các cạnh clock, xung latch di chuyển các output, và các chân output trình bày pattern, và thời gian đo được so với tốc độ dịch của firmware xác nhận mạch. Probe một chân output đơn trong khi dịch một pattern toggle nó, để thấy rõ hành vi của thanh ghi, và probe output serial của cascade để xem dữ liệu chảy sang thanh ghi thứ hai. Phép đo là trọng tài của đường dẫn dịch, và bản ghi, ghi chú waveform và kiểm tra pattern, là bằng chứng rằng block hoạt động, đó là cùng một kỷ luật mà series áp dụng cho mọi block số.

Danh sách khắc phục sự cố cho thanh ghi dịch ngắn và nhất quán. Nếu các output không bao giờ update, kiểm tra latch, vì latch không bao giờ được pulse giữ các output cũ ngay cả khi thanh ghi dịch, đó là miss phổ biến nhất của board đầu tiên. Nếu đèn LED sai sáng, kiểm tra thứ tự bit, chuỗi MSB-versus-LSB mà firmware dịch, và kết nối cascade, vì QH-to-serial bị ngắt khiến thanh ghi thứ hai không dịch và pattern rơi vào nửa sai. Nếu các output nhấp nháy hoặc glitch, kiểm tra sự tách biệt của latch khỏi shift, và nếu các output mờ, đọc các điện trở nối tiếp và drive. Nếu không có gì xuất hiện, kiểm tra nguồn, mass, và clock, vì clock chết hoặc output-enable floating, phải được kéo xuống thấp, giữ các output tắt. Danh sách khắc phục sự cố là bookend thực tiễn cho ví dụ đã làm, và nó là checklist mà một designer giữ cho board thanh ghi dịch đầu tiên, trên một part đơn và trên cascade.

Phía Firmware của thanh ghi dịch

Phía firmware của thanh ghi dịch là nửa phần mềm của block, và hai lựa chọn implementation mà nó thực hiện là hardware SPI và bit-banged GPIO. Hardware SPI dịch dữ liệu tự động trên hardware clock, với clock polarity và phase được đặt bởi SPI configuration, và firmware ghi byte và peripheral clock nó ra, đó là đường dẫn nhanh và low-CPU cho thanh ghi nằm trên SPI bus. Bit-banged GPIO là lựa chọn thay thế, firmware toggle các chân data và clock trực tiếp, một bit mỗi bước, hoạt động trên bất kỳ chân và bất kỳ vi điều khiển nào nhưng tốn CPU cycles, và hai cái được chọn bởi platform và tốc độ update. Xung latch, di chuyển dữ liệu đã dịch đến các output, giống nhau trong cả hai, một GPIO toggle sau khi shift hoàn tất, và sự tách biệt của latch khỏi shift là lý do các output không nhấp nháy khi các bit chảy qua. Phía firmware cũng đọc thứ tự bit, vì byte làm sáng các LED có thể được dịch most-significant hoặc least-significant first, và thứ tự là một convention mà firmware và wiring phải đồng ý, đó là chi tiết phần mềm nhỏ mà hardware troubleshooting thường trace lại.

Firmware cũng sở hữu thời gian mà block phụ thuộc vào, vì shift clock và latch phải đáp ứng timing của thanh ghi và tốc độ update của thiết kế. Một byte được dịch ở tốc độ loop của firmware update các output ở tốc độ đó, và cascade dịch mười sáu bit ở cùng tốc độ, vì vậy thiết kế đọc tốc độ update so với nhu cầu của ứng dụng, một display update ở 50 hertz so với bank relay hiếm khi update. SPI hardware offload bit-shifting cho peripheral và CPU tự do, và phiên bản bit-banged tiêu tốn cycles cho mỗi bit, đó là trade-off hiệu năng mà firmware thực hiện. Phía firmware là hoàn thiện của block thanh ghi dịch, và nó là nửa mà sourcing view inherit không đổi, vì một lựa chọn thay thế phù hợp với các chân và timing chạy cùng firmware, đó là liên kết thực tiễn giữa phần mềm và replacement. Thanh ghi dịch là một hardware part được điều khiển bởi firmware, và hai nửa cùng nhau là block mà guide này đã xây dựng từ pinout đến pattern.

Các lựa chọn thay thế IC thanh ghi dịch: Góc nhìn tìm nguồn cung

Góc nhìn tìm nguồn cung của thanh ghi dịch thay thế là kết thúc thực tiễn, và nó là cùng một kỷ luật mà series đã sử dụng. Một thiết kế chuẩn hóa trên 74HC595 hoặc 74HC165 chọn một family mà mọi vendor và các nhà sản xuất trong nước tái sản xuất trên cùng footprint, vì vậy sourcing có thể di chuyển qua các vendor và giữ hai supplier trên cùng một board, đó là độ sâu second-source mà cộng đồng luôn sử dụng. Việc qualification của lựa chọn thay thế chạy cùng review ba lớp, package và pinout, nguồn, clock và drive, và các tính năng đặc biệt, và bench test trên toàn dải nhiệt độ, và lựa chọn thay thế đã xác minh được ghi bên cạnh part trong BOM và cross-reference. Việc chuẩn hóa thanh ghi dịch biến lựa chọn thay thế từ rủi ro thành tùy chọn tìm nguồn cung, và tùy chọn là giá trị mà toàn bộ so sánh mang lại. Một designer đọc lựa chọn thay thế IC thanh ghi dịch theo cách này chọn family, direction, và vendor đã xác minh, và lựa chọn là câu trả lời làm việc mà schematic, firmware, và board đều chấp nhận.