8位二进制计数器项目实战：从单寄存器到双寄存器应用

### 8位二进制计数器项目实战：从单寄存器到双寄存器应用 #### 1. 项目17：移位寄存器8位二进制计数器 - 硬件部分 在这个项目中，我们使用的是74HC595移位寄存器。它是一个8位串行输入、串行或并行输出的移位寄存器，带有输出锁存器。这意味着我们可以将数据串行输入到移位寄存器，然后并行输出。串行输入是指一次输入1位数据，而并行输出则是一次输出多个位（这里是8位）。 当锁存器（LATCH）设置为低电平（LOW）时，数据可以输入到芯片；当锁存器设置为高电平（HIGH）时，数据会被输出。我们逐位将数据（以1和0的形式）输入到移位寄存器，然后一次性输出8位数据。每输入一位新数据，之前的数据就会依次移位。如果在锁存器设置为高电平之前输入了第9位数据，那么最先输入的那一位数据将被移出并丢失。 移位寄存器通常用于串行到并行的数据转换。在本项目中，输出的数据是1和0（对应0V和3.3V），因此可以用它来控制一组8个LED的开关。 该移位寄存器只需要Arduino的三个输入引脚，具体的引脚连接如下表所示： | Arduino引脚 | 595引脚 | 描述 | | --- | --- | --- | | 8 | 12 | 存储寄存器时钟输入 | | 11 | 14 | 串行数据输入 | | 12 | 11 | 移位寄存器时钟输入 | 为了方便描述，我们将引脚12称为时钟引脚（Clock Pin），引脚14称为数据引脚（Data Pin），引脚11称为锁存引脚（Latch Pin）。可以把锁存器想象成一个门，当门放下（低电平）时，595芯片内的数据无法输出，但可以输入数据；当门升起（高电平）时，数据不能再输入，但移位寄存器中的数据会被释放到8个引脚（QA - QH或Q0到Q7，具体取决于数据手册）。时钟引脚只是一个0和1的脉冲信号，而数据引脚则是从Arduino向595芯片发送数据的地方。 使用移位寄存器时，锁存引脚和时钟引脚必须先设置为低电平。锁存引脚会一直保持低电平，直到8位数据全部设置完毕。这样可以将数据输入到存储寄存器（存储寄存器是芯片内部用于存储1或0的地方）。然后在数据引脚提供高电平或低电平信号，接着将时钟引脚设置为高电平，此时数据引脚提供的数据会被存储到存储寄存器中。完成后，再将时钟引脚设置为低电平，然后在数据引脚提供下一位数据。重复这个过程8次，就可以将一个完整的8位数字输入到595芯片中。最后，将锁存引脚设置为高电平，数据会从存储寄存器转移到移位寄存器，并从Q0到Q7（引脚15、1到7）输出。 这个过程的事件序列如下表所示： | 引脚 | 状态 | 描述 | | --- | --- | --- | | Latch | LOW | 锁存器放下，允许数据输入 | | Data | HIGH | 第一位数据（1） | | Clock | HIGH | 时钟变为高电平，数据存储 | | Clock | LOW | 准备下一位数据，防止新数据输入 | | Data | HIGH | 第二位数据（1） | | Clock | HIGH | 第二位数据存储 | | ... | ... | ... | | Data | LOW | 第八位数据（0） | | Clock | HIGH | 存储数据 | | Clock | LOW | 防止新数据存储 | | Latch | HIGH | 并行输出8位数据 | 下面是使用移位寄存器的流程mermaid图： ```mermaid graph LR A[开始] --> B[设置Latch和Clock为LOW] B --> C[输入第一位数据到Data] C --> D[设置Clock为HIGH，存储数据] D --> E[设置Clock为LOW] E --> F{是否输入8位数据} F -- 否 --> C F -- 是 --> G[设置Latch为HIGH，输出数据] G --> H[结束] ``` #### 2. 项目17：移位寄存器8位二进制计数器 - 代码部分 项目的代码乍一看可能比较复杂，但将其分解后会发现并没有那么难。 首先，初始化三个变量来表示要使用的三个引脚： ```cpp int latchPin = 8; int clockPin = 12; int dataPin = 11; ``` 然后，在`setup`函数中，将这些引脚设置为输出模式： ```cpp void setup() { pinMode(latchPin, OUTPUT); pinMode(clockPin, OUTPUT); pinMode(dataPin, OUTPUT); } ``` 主循环部分是一个从0到255的`for`循环。在每次循环中，将锁存引脚设置为低电平以允许数据输入，调用`shiftOut`函数并传入循环变量`i`的值，然后将锁存引脚设置为高电平以锁定并输出数据，最后延迟半秒后开始下一次循环： ```cpp void loop() { // 从0到255计数 for (int i = 0; i < 256; i++) { // 设置锁存引脚为低电平，允许数据流动 digitalWrite(latchPin, LOW); shiftOut(i); // 设置锁存引脚为高电平，锁定并发送数据 digitalW ```