单条I/O线驱动带选通控制的移位寄存器 寄存器, 继电器, 通用

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关键字：移位寄存器   微控制器  
本文将展示单个微控制器端口如何通过移位寄存器控制多个输出线路。在本实例中，我们使用的是带选通脉冲控制的移位寄存器，以期达到完美控制输出线路的效果。
移位寄存器输出可驱动LED和继电器等器件。换言之，它们可用作（附加的）通用输出。

如今，移位寄存器可分为仅有数据（DATA）和时钟（CLOCK）输入的移位寄存器（如74HC164）以及带数据、时钟以及选通脉冲（STROBE）控制输入的移位寄存器（如74HC4094或74HC595）。由于不带选通脉冲控制的移位寄存器直连输出线路，因此在移位时，输出线路上会出现短期瞬变。为此，此类移位寄存器可用作驱动不受短期瞬变影响的LED及类似器件——人眼是察觉不到短于10毫秒的LED闪烁的。带有选通脉冲控制的移位寄存器包括两个寄存器。



图1：带选通脉冲输入的移位寄存器逻辑图（74HC4094）。
8-stage shift register：8级移位寄存器
8-bit storage register：8位存储寄存器
3-stage outputs：3级输出


一个是移位寄存器，另一个是存储寄存器。当有新数据加载至移位寄存器时，存储寄存器会将其中保存的数据冻结。当所有新数据移入后，选通脉冲会立即将所有数据位移至存储寄存器。这样，输出线路就不会发生瞬变。这一新特性使该类移位寄存器可以用于驱动瞬变敏感器件，如双向晶闸管（TRIAC）和高亮LED等。

目前有多个仅用少量I/O线路即可驱动移位寄存器的解决方案。本设计实例中引用的一些方案描述的是不带选通脉冲控制的移位寄存器的驱动方法。1, 2

图2至图4展示了如何通过单条I/O线路驱动带选通脉冲控制的移位寄存器。图2展示了通过数据、时钟和选通脉冲三条线路控制的移位寄存器。3



图2：通过数据、时钟和选通脉冲三条线路控制的移位寄存器。
DATA：数据
CLOCK：时钟
STROBE：选通脉冲


如果将选通脉冲控制输入连接至5V电压（逻辑1），就可以得到实际意义上的不带选通脉冲控制的移位寄存器。这种情况下，我们可采用参考文献1中的解决方案，使用单条I/O线路驱动数据和时钟输入（见图3）。



图3：一个微控制器端口控制移位寄存器的数据和时钟输入。处于未激活状态的选通脉冲输入连接至5V电压（逻辑1）。


但是，当想要使用选通脉冲信号获得无瞬变输出信号时，我们需要使用到CLOCK和STROBE端口。此外，我们也可以如参考文献4所示，增加一个单稳多谐振荡器电路来进一步改善输出效果。

最后，我们提出的是一种最简单的方案：通过RCD网络控制选通脉冲输入（见图4）。



图4：使用RCD网络，通过一条I/O线路控制移位寄存器（带选通脉冲输入）。


RCD网络由分立电阻器Rn（220KΩ）、电容器Cn（47p）和二极管Dn组成。该网络能够使选通脉冲信号迅速降为0，但在10.34微秒内（时间常量Rn×Cn之积）缓慢升至1。