Mixly開源項目設計28：秒懂74HC595移位寄存器（三）

隋杰峰

在秒懂74HC595移位寄存器（一）的最后，我們提到，我們輸入的數值盡量不要超過255，0到255這總共256個數值就已經能全部體現出8個LED燈亮滅的所有情形。

如果我們一定要輸入一個大于255的數值可不可以呢？接下來，我們就實驗一下。

需要的元件（如下表）

輸入一個大于255的數值會發生什么

電路連接（沿用上兩期的電路圖）如圖1所示。

檢查電路連接沒有錯誤后，我們開始編寫程序，回到上面的問題——我們輸入一個大于255的數值會發生什么，如我們輸入259，程序如圖2所示。上傳程序后，結果如圖3所示。

從運行結果可以看出，輸入數值259，程序的運行結果和輸入數值3是一樣的，我們將259轉換為二進制數為100000011，這是個9位的二進制數，已經超出了8位，實際上，這時候只有右面的8位，即00000011，能進入移位寄存器，所以Q6和Q7兩個腳連的LED是亮的。

同樣，程序改為高位先入，也是右面的8位（00000011），能進入移位寄存器，這時是左邊高位的0開始進入，所以最終Q0和Q1連的LED（左邊的2個LED）是亮的，也就是說，最高位的1始終進不了移位寄存器，所以無論我們輸入的數值有多大（也不要無限大），將它轉換為二進制，進入移位寄存器的始終是從最低位開始的8位（最右邊的8位）。為什么會這樣呢？這是因為shiftOut（）函數（在Mixly就是我們用的這個shiftOut模塊）一次只能送一個位元組（概念請參考下面的注釋），所以程序4，我們只用了一個shiftOut模塊，因此也只能向移位寄存器里送一個位元組，從結果來看，送往移位寄存器的位元組只能是從二進制最低位開始的8位。

注：位元組一般指字節，字節（Byte）是計算機信息技術用于計量存儲容量的一種計量單位，通常情況下一字節等于有8位。（這是來自百度百科的解釋）

位元組是計算機的一個記憶單元。位元是電腦最小的記憶單元，一個位元只能儲存0或1的資料，將8個位元組合起來稱為位元組。（這是來自互動百科的解釋）

如果我們一定要讓二進制100000011最高位的這個1進入移位寄存器，需要怎么辦呢？

這就需要將它加0補足16位，即0000000100000011，然后，把它拆分成2個位元組即00000001（高位元組）和00000011（低位元組），第一次shiftOut，讓00000011進入移位寄存器，然后再一次shiftOut，讓00000001進入移位寄存器，之前進入移位寄存器的數據00000011，就會丟失（不是一個一個丟失，是整個8位一起丟失，這很關鍵），這樣我們就會發現，只有一個LED亮了（如果是低位先入，Q7連的LED會亮，如圖4所示）。當然，如果再級聯一片74HC595，之前的數據會通過Q7S進入級聯的這片74HC595，這就是74HC595串行輸出的功能。

兩片74HC595級聯

通過上面的案例，我們知道74HC595有串行輸出的功能，也就是串行輸出引腳Q7S接下一片74HC595的DS，將兩片74HC595的SH和ST連在一起，即兩者共用一個串行時鐘輸入和鎖存，這就是74HC595的級聯，通過兩片74HC595的級聯，我們可以只用UNO的3個管腳即可控制16個LED的亮滅，下面我們就通過一個實驗來了解一下兩片74HC595級聯。電路連接如圖5所示。

電路連接沒有問題，我們就來設計一下輸入259的程序，在上面的分析中，我們知道259轉換為二進制100000011，這是個9位的二進制數，而每次shiftOut只能將低位的8位二進制送入移位寄存器（這里是00000011），所以，需要將它補足16位，即0000000100000011，然后，把它拆分成2個位元組即00000001（高位元組）和00000011（低位元組），分兩次shiftOut，將它們送入移位寄存器，第一次shiftOut送入的是00000011（低位元組），由于我們采用了級聯，第二次shiftOut后，00000011（低位元組）會從第一片74HC595的Q7S串行輸出后進入第二片74HC595，00000001（高位元組）則被送入第一片74HC595。

但我們在Mixly中沒有找到把一個數字拆分成2個位元組的模塊，在這里，我們采用了移位的辦法（上期最后一個流水燈程序采用的就是移位）。由于shiftOut只能將低位的8位二進制送入移位寄存器，所以低位元組可以直接進入移位寄存器，不存在問題。關鍵在于高位元組，我們可以讓輸入的數值向右移（低位方向，符號>>）8位，低位元組的數據將會移出而永遠丟失，高位元組右移后將成為新的低位元組，新的高位元組將補0。我們還是以259為例，0000000100000011右移8位后，00000011直接丟失，00000001成為低位元組，左邊缺少的高位元組通過0補充，即右移的結果為0000000000000001。由此，我們可以設計如圖6所示的程序。上傳程序后，結果如圖7所示，與理論上的結果一致。

設計16位二進制計數器

電路連接與上面相同，程序設計如圖8所示。這個程序需要注意的是，16位二進制最大的數位1111111111111111，即十進制的65535，因此，變量i的取值范圍為0-65535。

設計16位流水燈

如同上期的8位流水燈程序，用數組的16位流水燈程序比較容易設計，這里就不再提供，感興趣的小伙伴可以自行設計。下面，我們依然采用移位的方式設計程序，如圖9所示。同樣，通過改變需要移位的數值（上面移位的是1），也可以設計出更多的流水燈效果。

在本期的內容中，我們僅用了UNO的3個管腳就控制了16個LED，通過74HC595或者多片74HC595級聯，僅需要少量管腳就可控制更多輸出，可以大大節省UNO的管腳使用數量，這對于設計更多功能的作品，非常有利。

實際上，74HC595的用途非常廣泛，如通過它驅動7段數碼管、4位數碼管、8×8點陣LED燈，也可以通過它控制更多的LED，制作出效果更炫的流水燈，也可以制作光立方等，至于它的更多的用途，還需要感興趣的小伙伴們自己去開發。