Shrnutí

SN74HC595N je integrovaný obvod s posuvným registrem (IC) vyráběný společností Texas Instruments, která je známá svými inovacemi v polovodičovém průmyslu. SN74HC595N je součástí rodiny HC (High-speed CMOS), která představuje významný pokrok v digitální elektronice a ve srovnání s dřívějšími technologiemi nabízí vyšší rychlost a nižší spotřebu energie. Tento integrovaný obvod, který byl představen jako univerzální a efektivní řešení pro zpracování dat v různých elektronických projektech, je široce používán k rozšíření počtu výstupních pinů dostupných na mikrokontrolérech, což z něj činí základní součástku v moderním elektronickém designu. Společnost Texas Instruments, která byla založena v roce 1930, má za sebou bohatou historii přínosu v oblasti polovodičů. Uvedením řady integrovaných obvodů TTL 5400 v roce 1964 a populárnější řady 7400 v roce 1966 položila společnost základy pro vývoj pokročilých digitálních systémů.

. SN74HC595N, využívající technologii HC, dále rozšiřuje toto dědictví tím, že poskytuje robustní výkon v mnoha aplikacích, včetně LED matic, multiplexovaných sedmisegmentových displejů a univerzálních logických operací. Posuvný registr SN74HC595N pracuje jako 8bitové zařízení se sériovým vstupem a paralelním výstupem s výstupními západkami, což usnadňuje efektivní přenos a ukládání dat. Jeho 16pólová konfigurace zahrnuje vývody určené pro vstup dat, vstupy hodin a výstupní ovládání, což umožňuje bezproblémové propojení s mikrokontroléry a dalšími řídicími obvody. Tento integrovaný obvod podporuje sériový přenos dat a paralelní výstup, takže je velmi efektivní pro aplikace vyžadující další rozšíření vstupů/výstupů s minimálním využitím pinů. Navzdory svému širokému rozšíření a všestrannosti má SN74HC595N určitá omezení, zejména ve vysokorychlostních aplikacích, kde jeho výkon nemusí splňovat přísné požadavky některých pokročilých systémů. Nicméně jeho výhody, jako je menší využití pinů, zjednodušené zapojení a spolehlivá manipulace s daty, z něj činí nezbytnou součástku v široké škále elektronických projektů. Společnost Texas Instruments hraje i nadále klíčovou roli ve vývoji polovodičových technologií a SN74HC595N je příkladem jejího úsilí o inovace a praktická řešení v oblasti digitální elektroniky.

Historie

SN74HC595N je posuvný registr vyráběný společností Texas Instruments, který hraje významnou roli v digitální elektronice a výpočetní technice. Posuvné registry, včetně SN74HC595N, jsou digitální obvody, které používají kaskádu flip-flopů k posunu dat z jednoho stupně do druhého s každým hodinovým impulsem.

. Obzvláště populární se staly na přelomu 60. a 70. let 20. století, kdy vytlačily starší paměťové systémy se zpožděním. Společnost Texas Instruments, založená v roce 1930, má dlouhou historii inovací v polovodičovém průmyslu. V roce 1963 představila společnost Sylvania Electric Products první komerční tranzistorové logické obvody (TTL). Společnost Texas Instruments později v roce 1964 představila řadu integrovaných obvodů TTL 5400 a v roce 1966 populárnější řadu 7400. Tyto řady měly zásadní význam pro široké rozšíření technologie TTL, která se stala základem vývoje digitální elektroniky. Samotný obvod SN74HC595N je součástí širší rodiny HC (High-speed CMOS), pozdějšího vývoje řady integrovaných obvodů vyráběných společností Texas Instruments. Cílem této rodiny integrovaných obvodů bylo nabídnout vyšší rychlost a nižší spotřebu energie ve srovnání s dřívějšími technologiemi, což odpovídalo potřebám pokročilejších digitálních systémů. Kromě toho ovlivnilo polovodičový průmysl také geopolitické klima v období studené války. Sovětský svaz a jeho spojenecké země byly z polovodičové revoluce do značné míry vyloučeny kvůli přísným embargům na výrobní zařízení a know-how ze strany zemí prvního světa. Toto embargo vytvořilo významnou technologickou propast mezi Východem a Západem, která ovlivnila celosvětový vývoj polovodičů a přijetí zařízení, jako je SN74HC595N.  

Technické specifikace

SN74HC595N je integrovaný obvod s posuvným registrem od společnosti Texas Instruments, který se běžně používá v různých elektronických projektech k rozšíření počtu výstupních pinů mikrokontroléru. Tento integrovaný obvod obsahuje 16 pinů, z nichž každý plní specifické funkce pro přenos dat a řízení.

Konfigurace pinů

• Kolíky 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 15: Jedná se o výstupní piny, které slouží k připojení zobrazovacích zařízení, jako jsou LED diody nebo 7segmentové displeje, zobrazující data uložená v registru.
• Pin 8 (GND): Tento pin je připojen k zemi obvodu.
• Pin 9 (Q7): Jedná se o sériový datový výstupní pin.
• Pin 11 (SH_CP): Jedná se o vstupní pin hodin pro posuvný registr. Data mohou být přesunuta ze sériového vstupního kolíku do 8bitového registru při každém kladném přechodu hodinového signálu přivedeného na tento kolík.
• Pin 12 (ST_CP): Jedná se o hodinový vstup s aktivním vysokým pinem pro registr. Kladná změna signálu na tomto pinu aktualizuje data směrem k výstupním pinům.
• Pin 13 (OE): Jedná se o aktivní pin. Při nízkém stavu se data v paměťovém registru objeví na výstupních pinech. Při přivedení vysokého signálu se výstupy vypnou a přejdou do vysokoimpedančního stavu, sériový výstup však není ovlivněn.
• Pin 14 (DS): Jedná se o sériový datový vstupní pin, který slouží k poskytování vstupních dat.
• Pin 16 (Vcc): Na tento pin je přivedeno kladné napájení.

Funkce a specifikace

• SN74HC595N umožňuje přenášet data bit po bitu sériově do paměťového registru, když je pin datové západky vysoký.
• Podporuje snadné propojení s mikrokontroléry a různými dalšími řídicími obvody.
• Tento integrovaný obvod je součástí řady 74HC595, která je známá svou schopností řídit více typů displejů a efektivně zpracovávat různé datové operace. Díky své všestrannosti a spolehlivosti je SN74HC595N základním prvkem moderního elektronického designu, který překlenuje mezeru mezi mikrokontroléry a četnými periferními zařízeními.

Funkční popis

SN74HC595N je 8bitový sériově zapojený, paralelně vyvedený posuvný registr s výstupními západkami. Je součástí rodiny 74HC a používá se k převodu sériových dat na paralelní. Tato funkce je velmi cenná v aplikacích, kde jsou omezené vývody mikrokontroléru a je potřeba další rozšíření I/O.

Operace s posuvným registrem

Vstup hodinového registru posunu

SN74HC595N má hodinový vstup posuvného registru (SH_CP), který je nezbytný pro posun dat ze sériového vstupu do interních paměťových registrů.

. Tento hodinový vstup zajišťuje synchronizaci dat a jejich přesný posun bit po bitu.  

Sériový vstup dat

Posuvný registr je vybaven sériovým vstupním pinem pro data (DS), do kterého se data vkládají postupně.

. To umožňuje efektivní zpracování dat, zejména v situacích, kdy je třeba zpracovat více datových bitů serializovaným způsobem.  

Sériový datový výstup

Jednou z pozoruhodných vlastností SN74HC595N je jeho sériový datový výstup (Q7S). Tento pin usnadňuje kaskádové zapojení více posunovacích registrů, což umožňuje rozšíření výstupních možností bez složitého zapojení nebo další řídicí logiky.

.  

Řídicí vstupy

Vymazat vstup

Vstup clear (MR) slouží k vynulování vnitřních paměťových registrů. Aktivací tohoto vstupu se vymažou všechna uložená data a výstupní piny se vynulují do známého stavu, čímž se zajistí, že posuvný registr začíná od nuly.

.  

Povolení výstupu

Výstupní povolovací pin (OE) řídí, zda se výstupní data objeví na výstupních pinech. Když je tento pin aktivován, data uložená v interních západkách posuvného registru se zobrazí na výstupních pinech (Q0-Q7), čímž jsou data k dispozici pro následné zpracování nebo zobrazení.

.

Konfigurace pinů

SN74HC595N se dodává s 16pólovou konfigurací, z nichž každý plní specifickou úlohu.

• SER (Serial Data Input): Přijímá data, která mají být posunuta do registru.
• SRCLK (Shift Register Clock): Synchronizuje posun dat.
• RCLK (Register Clock): Řídí ukládání posunutých dat do registru.
• OE (Output Enable): Umožňuje, aby se výstupní data objevila na výstupních pinech, pokud je to povoleno.
• Q0-Q7 (výstupní piny): Paralelní výstupní piny, na kterých se zobrazují posunutá data.

Nízká spotřeba energie

SN74HC595N je navržen s ohledem na efektivitu a pracuje s nízkou spotřebou energie, takže je vhodný pro aplikace napájené z baterií nebo pro projekty citlivé na spotřebu energie.

. Tato vlastnost má zásadní význam pro zachování energetické účinnosti vestavných systémů.  

Propojení s Arduinem

Propojení SN74HC595N s Arduinem vyžaduje připojení pinu VCC posuvného registru k pinu 5V na Arduinu. Toto nastavení zajišťuje správné napájení a logické propojení a usnadňuje bezproblémovou komunikaci mezi Arduinem a posuvným registrem.

.  

Pokud uživatelé porozumí funkčnímu popisu SN74HC595N, mohou tento posuvný registr efektivně implementovat do svých projektů a využít jeho robustní funkce pro rozšířené možnosti I/O a efektivní zpracování dat.

Aplikace

Posuvný registr SN74HC595N je široce využíván v různých elektronických aplikacích díky své schopnosti řídit více výstupů s omezeným počtem pinů mikrokontroléru. Jedním z častých použití je v maticích LED, kde posuvný registr zjednodušuje složitost zapojení tím, že využívá sériovou komunikaci k efektivnímu ovládání velkých polí LED.

. Další významnou aplikací jsou multiplexované sedmisegmentové displeje, které se často vyskytují v digitálních hodinách a čítačích, kde posunovací registr pomáhá řídit více segmentů s využitím menšího počtu pinů. Kromě toho je SN74HC595N cenný při univerzálních logických operacích a při převodu dat ze sériového na paralelní signál. Zvláště efektivní je při uchovávání dat po delší dobu, což je klíčové v aplikacích vyžadujících stabilní uchovávání dat v čase. Posuvný registr najde uplatnění také při řízení LED diod, kdy umožňuje zobrazování binárních vzorů prostřednictvím sériové komunikace a následné latování na výstupní piny. V rámci projektů Arduino se SN74HC595N často používá k rozšíření počtu vstupních/výstupních linek dostupných na mikrokontroléru. To je užitečné zejména při návrhu obvodů s omezeným počtem pinů, kdy je možné připojit další vstupy nebo výstupy bez potřeby dalšího hardwaru. Mezi praktické aplikace patří ovládání sedmisegmentového displeje nebo řetězení více posunovacích registrů pro správu složitějších nastavení.  

Srovnání s podobnými integrovanými obvody

SN74HC595N od společnosti Texas Instruments je široce používaný 8bitový posuvný registr, který slouží jako zařízení SIPO (Serial-in, Parallel-out). Je nezbytné jej porovnat s podobnými integrovanými obvody, abychom pochopili jeho výhody a možné alternativy pro různé aplikace.

74LVC595

74LVC595 je nízkonapěťová TTL varianta řady 595, optimalizovaná pro nízkonapěťové operace, typicky mezi 1,65 V a 3,6 V. Tento integrovaný obvod je vhodný pro aplikace, které vyžadují nižší spotřebu energie při zachování kompatibility s TTL.

.  

74AHCT595

74AHCT595 je pokročilá vysokorychlostní varianta CMOS, která zůstává kompatibilní s TTL. Ve srovnání se standardní řadou HC nabízí vyšší výkon, takže je vhodná pro vysokorychlostní digitální obvody, které potřebují rozhraní s logickými úrovněmi TTL.

.  

74AC595

74AC595 je další pokročilou verzí CMOS, která poskytuje vysokorychlostní výkon a nízkou spotřebu energie. Díky tomu je vhodnou volbou pro aplikace vyžadující rychlé zpracování dat a minimální spotřebu energie.

.  

74ALS595

74ALS595 je pokročilá nízkopříkonová varianta Schottkyho TTL, optimalizovaná pro velmi nízkou spotřebu energie s mírně sníženou rychlostí ve srovnání s jinými vysokorychlostními verzemi CMOS. Tento integrovaný obvod je ideální pro aplikace citlivé na spotřebu, kde rychlost není tak důležitá.

.  

74F595

74F595 je zařazen do kategorie velmi rychlých posuvných registrů a nabízí nejrychlejší provoz mezi variantami 595. Tento integrovaný obvod je vhodný pro aplikace vyžadující extrémně rychlý přenos dat a minimální zpoždění.

.  

Alternativy

Pokud není SN74HC595N nebo jeho přímé varianty k dispozici, může jako náhrada posloužit několik dalších integrovaných obvodů.

• 74×164: 8bitový sériový paralelně-výstupní posuvný registr, který má podobnou funkci, ale liší se konfigurací vývodů a elektrickými vlastnostmi.
• 74×594: Další 8bitový sériový paralelně-výstupní posuvný registr s vyrovnávacími výstupy, který nabízí zvýšenou řídicí sílu.
• 74×596: Varianta 8bitového paralelně-výstupního posunovacího registru s otevřeným kolektorem, kterou lze použít pro logiku Wired-AND a další specifické aplikace.
• 74×599: Varianta nabízející výstupy s otevřeným kolektorem pro určité typy logických operací.
• CD4035: Čtyřstupňový paralelně vstupující/paralelně vystupující posuvný registr, který poskytuje větší flexibilitu, pokud jde o konfigurace vstupů a výstupů. Tyto alternativy poskytují konstruktérům možnosti volby na základě specifických aplikačních požadavků, jako je rychlost, spotřeba energie a kompatibilita logických úrovní. Každá varianta a alternativa má svůj vlastní soubor vlastností, které lze využít v závislosti na konkrétních potřebách projektu.

Výhody a omezení

Posuvný registr SN74HC595N od společnosti Texas Instruments nabízí několik významných výhod, díky nimž je oblíbenou volbou v různých elektronických projektech. Jednou z hlavních výhod je jeho zvýšená výstupní kapacita, která uživatelům umožňuje rozšířit počet výstupů s použitím menšího počtu pinů mikrokontroléru. Tato vlastnost je obzvláště cenná v aplikacích, kde jsou vývody mikrokontroléru omezené a je třeba je šetřit pro jiné funkce.

. SN74HC595N navíc snižuje využití pinů, čímž uvolňuje piny mikrokontroléru pro jiné účely. Toho je dosaženo prostřednictvím sériové komunikace, která rovněž zjednodušuje složitost zapojení obvodu. Takové zjednodušení je výhodné zejména u rozsáhlých projektů, kde minimalizace zapojení může snížit počet chyb a usnadnit proces montáže. Další významnou výhodou obvodu SN74HC595N je jeho použití při řízení matic LED. Posunovací registr umožňuje efektivní řízení velkých matic LED, což je pro displeje a reklamní nápisy klíčové. Navíc usnadňuje multiplexování více displejů nebo zařízení s využitím minimálního počtu pinů, což z něj činí univerzální součástku v různých elektronických systémech. SN74HC595N však není bez omezení. Jednou z hlavních nevýhod je jeho rychlost. Přestože je vhodný pro mnoho aplikací, nemusí tento posuvný registr splňovat požadavky na rychlost vysoce výkonných systémů. Navíc má omezenou kapacitu paměti, což může být omezením v aplikacích vyžadujících ukládání velkého množství dat a manipulaci s nimi. Navzdory těmto omezením výhody SN74HC595N značně převažují nad jeho nevýhodami a činí z něj nezbytnou součást moderních digitálních systémů. Jeho schopnost rozšiřovat výstupy, snižovat využití pinů a zjednodušovat zapojení spolu s jeho aplikacemi v oblasti řízení matic LED a multiplexování z něj činí vysoce ceněnou součástku v oblasti elektroniky.

Výrobce

Texas Instruments Incorporated (TI) se sídlem v texaském Dallasu je významná americká technologická společnost, která je známá svým významným přínosem nejen pro polovodičový průmysl. Historie společnosti TI sahá až do roku 1951, kdy vznikla restrukturalizací společnosti Geophysical Service Incorporated, která byla původně založena v roce 1930.

. Společnost TI se původně zaměřovala na výrobu zařízení pro seizmický průmysl a obrannou elektroniku, ale na počátku 50. let se začala orientovat na polovodičovou technologii. V roce 1952 získala společnost TI od Western Electric, výrobní divize AT&T, patentovou licenci na $25 000 na výrobu germaniových tranzistorů, což znamenalo začátek jejího pronikání do výroby polovodičů. Výroba byla zahájena ještě téhož roku, čímž se společnost TI stala klíčovým hráčem na rozvíjejícím se trhu s polovodiči. Společnost TI má po celém světě řadu dceřiných společností, mimo jiné Amati Communications Corporation, Burr-Brown AG ve Švýcarsku a Texas Instruments Japan Limited. Tato rozsáhlá síť podtrhuje globální dosah společnosti TI a její vliv v polovodičovém průmyslu po celém světě. Zejména řada integrovaných obvodů TI 7400 s tranzistorovou logikou (TTL) se stala průmyslovým standardem, který vyrábějí různé další společnosti včetně Motoroly, AMD a Intelu. V průběhu své historie se společnost TI zapojila do mnoha strategických partnerství a akvizic, aby posílila své technologické schopnosti a přítomnost na trhu. Například v roce 1988 uzavřela společnost TI partnerství se společností Hitachi Ltd. při vývoji 16megabitové technologie DRAM a v roce 1991 spojila síly se společnostmi Canon, Hewlett-Packard a singapurskou vládou při výstavbě polovodičového závodu v Singapuru. Do konce 20. století společnost TI dále upevnila svou pozici na trhu prostřednictvím akvizic a strategických aliancí, včetně partnerství se společností Qualcomm Inc. a spolupráce s čínskými výrobci na vývoji bezdrátových telefonů a spotřební elektroniky. Závazek společnosti TI k inovacím se odráží v neustálém vývoji a zavádění nejmodernějších technologií, díky čemuž se stala základním kamenem polovodičového průmyslu.