Résumé

Le SN74HC595N est un circuit intégré à registre à décalage (CI) produit par Texas Instruments, une société réputée pour ses innovations dans l'industrie des semi-conducteurs. Le SN74HC595N fait partie de la famille HC (High-speed CMOS), qui représente une avancée significative dans l'électronique numérique, offrant une vitesse plus élevée et une consommation d'énergie plus faible par rapport aux technologies précédentes. Présenté comme une solution polyvalente et efficace pour le traitement des données dans divers projets électroniques, ce CI est largement utilisé pour augmenter le nombre de broches de sortie disponibles sur les microcontrôleurs, ce qui en fait un composant de base dans la conception électronique moderne. Texas Instruments, fondée en 1930, a une riche histoire de contributions au domaine des semi-conducteurs. L'introduction par la société de la série 5400 de circuits intégrés TTL en 1964 et de la série 7400 plus populaire en 1966 a jeté les bases du développement de systèmes numériques avancés

Le SN74HC595N, qui s'appuie sur la technologie HC, étend encore cet héritage en offrant des performances robustes dans de nombreuses applications, notamment les matrices LED, les affichages multiplexés à sept segments et les opérations logiques à usage général. Le registre à décalage SN74HC595N fonctionne comme un périphérique 8 bits à entrée série et sortie parallèle avec des verrous de sortie, facilitant le transfert et le stockage efficaces des données. Sa configuration à 16 broches comprend des broches désignées pour l'entrée de données, les entrées d'horloge et les commandes de sortie, permettant une interface transparente avec les microcontrôleurs et autres circuits intégrés de contrôle. Ce circuit intégré prend en charge le transfert de données série et la sortie parallèle, ce qui le rend très efficace pour les applications nécessitant une extension d'entrée/sortie supplémentaire avec une utilisation minimale des broches. Malgré son adoption généralisée et sa polyvalence, le SN74HC595N présente des limites, en particulier dans les applications à grande vitesse où ses performances peuvent ne pas répondre aux exigences strictes de certains systèmes avancés. Cependant, ses avantages, tels qu'une utilisation réduite des broches, un câblage simplifié et une gestion fiable des données, en font un composant essentiel dans une large gamme de projets électroniques. Texas Instruments continue de jouer un rôle central dans l'évolution de la technologie des semi-conducteurs, le SN74HC595N illustrant l'engagement de l'entreprise envers l'innovation et les solutions pratiques en électronique numérique.

Histoire

Le SN74HC595N est un registre à décalage produit par Texas Instruments, qui a joué un rôle important dans l'électronique numérique et l'ingénierie informatique. Les registres à décalage, y compris le SN74HC595N, sont des circuits numériques qui utilisent une cascade de bascules pour décaler les données d'un étage à l'autre à chaque impulsion d'horloge

Ils sont devenus particulièrement populaires à la fin des années 1960 et au début des années 1970, remplaçant les anciens systèmes de mémoire à ligne de retard. Texas Instruments, fondée en 1930, a une longue histoire d'innovation dans l'industrie des semi-conducteurs. En 1963, Sylvania Electric Products a lancé les premiers circuits intégrés commerciaux à logique transistor-transistor (TTL). Texas Instruments a ensuite lancé la série 5400 de circuits intégrés TTL en 1964 et la série 7400, plus populaire, en 1966. Ces séries ont joué un rôle essentiel dans l'adoption généralisée de la technologie TTL, qui est devenue fondamentale dans le développement de l'électronique numérique. Le SN74HC595N lui-même fait partie de la famille plus large HC (High-speed CMOS), une évolution ultérieure de la gamme de circuits intégrés produits par Texas Instruments. Cette famille de circuits intégrés visait à offrir une vitesse plus élevée et une consommation d'énergie plus faible par rapport aux technologies antérieures, répondant aux besoins des systèmes numériques plus avancés. En outre, le climat géopolitique de l'ère de la guerre froide a également influencé l'industrie des semi-conducteurs. L'Union soviétique et ses alliés ont été largement exclus de la révolution des semi-conducteurs en raison des embargos stricts imposés par les pays du Premier Monde sur les équipements de fabrication et le savoir-faire. Cet embargo a créé un fossé technologique important entre l'Est et l'Ouest, influençant le développement mondial des semi-conducteurs et l'adoption de dispositifs tels que le SN74HC595N.  

Spécifications techniques

Le SN74HC595N est un circuit intégré de registre à décalage de Texas Instruments, couramment utilisé dans divers projets électroniques pour augmenter le nombre de broches de sortie disponibles sur un microcontrôleur. Ce circuit intégré comprend 16 broches, chacune remplissant des fonctions spécifiques pour le transfert et le contrôle des données.

Configuration des broches

• Broches 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 15:Ce sont les broches de sortie utilisées pour connecter des périphériques d'affichage tels que des LED ou des écrans à 7 segments, affichant les données stockées dans le registre.
• Broche 8 (GND):Cette broche est connectée à la masse du circuit.
• Broche 9 (Q7):Il s'agit de la broche de sortie des données série.
• Broche 11 (SH_CP):Il s'agit de la broche d'entrée d'horloge pour le registre à décalage. Les données peuvent être déplacées de la broche d'entrée série vers le registre 8 bits à chaque transition de signal d'horloge positive appliquée à cette broche.
• Broche 12 (ST_CP): Il s'agit d'une entrée d'horloge avec une broche active haute pour le registre. Un changement de signal positif sur cette broche met à jour les données vers les broches de sortie.
• Broche 13 (OE): Il s'agit d'une broche active basse. Lorsqu'elle est basse, les données du registre de stockage apparaissent sur les broches de sortie. Lorsqu'un signal haut est appliqué, les sorties sont désactivées et poussées dans un état de haute impédance, bien que la sortie série ne soit pas affectée.
• Broche 14 (DS):Il s'agit de la broche d'entrée de données série, utilisée pour fournir des données d'entrée.
• Broche 16 (Vcc):Cette broche est celle où l'alimentation positive est fournie.

Caractéristiques et spécifications

• Le SN74HC595N permet le transfert de données bit par bit en série vers le registre de stockage lorsque la broche de verrouillage des données est haute.
• Il prend en charge une interface facile avec les microcontrôleurs et divers autres circuits intégrés de contrôleur.
• Ce circuit intégré fait partie de la série 74HC595, connue pour sa capacité à piloter plusieurs types d'écrans et à gérer efficacement diverses opérations de données. La polyvalence et la fiabilité du SN74HC595N en font un élément incontournable de la conception électronique moderne, comblant le fossé entre les microcontrôleurs et de nombreux périphériques.

Description fonctionnelle

Le SN74HC595N est un registre à décalage 8 bits à entrée série et sortie parallèle avec verrous de sortie. Il fait partie de la famille 74HC et est utilisé pour convertir des données série en données parallèles. Cette fonctionnalité est très utile dans les applications où les broches du microcontrôleur sont limitées et où une extension d'E/S supplémentaire est nécessaire.

Fonctionnement du registre à décalage

Entrée d'horloge de registre à décalage

Le SN74HC595N dispose d'une entrée d'horloge de registre à décalage (SH_CP), essentielle pour décaler les données de l'entrée série vers les registres de stockage internes

Cette entrée d'horloge garantit que les données sont synchronisées et décalées avec précision bit par bit.  

Entrée de données série

Le registre à décalage comporte une broche d'entrée de données série (DS) où les données sont entrées séquentiellement

Cela permet une gestion efficace des données, en particulier dans les situations où plusieurs bits de données doivent être traités de manière sérialisée.  

Sortie de données série

L'une des caractéristiques notables du SN74HC595N est sa broche de sortie de données série (Q7S). Cette broche facilite la mise en cascade de plusieurs registres à décalage, permettant l'extension des capacités de sortie sans câblage complexe ni logique de contrôle supplémentaire

.  

Entrées de contrôle

Effacer les entrées

L'entrée d'effacement (MR) est utilisée pour réinitialiser les registres de stockage internes. L'activation de cette entrée effacera toutes les données stockées et réinitialisera les broches de sortie à un état connu, garantissant ainsi que le registre à décalage démarre à partir d'une table rase

.  

Activation de la sortie

La broche d'activation de sortie (OE) contrôle si les données de sortie apparaissent sur les broches de sortie. Lorsque cette broche est activée, les données stockées dans les verrous internes du registre à décalage sont présentées sur les broches de sortie (Q0-Q7), rendant les données disponibles pour le traitement ou l'affichage en aval

.

Configuration des broches

Le SN74HC595N est livré avec une configuration à 16 broches, chacune remplissant un rôle spécifique.

• SER (Entrée de données série) : Reçoit les données à décaler dans le registre.
• SRCLK (horloge à registre à décalage) : Synchronise le déplacement des données.
• RCLK (Horloge de registre) : Contrôle le stockage des données décalées dans le registre.
• OE (activation de sortie) : Permet aux données de sortie d'apparaître sur les broches de sortie lorsqu'elle est activée.
• Q0-Q7 (broches de sortie) : Broches de sortie parallèles où les données décalées apparaissent.

Faible consommation d'énergie

Conçu pour l'efficacité, le SN74HC595N fonctionne avec une faible consommation d'énergie, ce qui le rend adapté aux applications alimentées par batterie ou aux projets sensibles à l'énergie

Cette caractéristique est cruciale pour maintenir l’efficacité énergétique des systèmes embarqués.  

Interface avec Arduino

L'interfaçage du SN74HC595N avec un Arduino nécessite de connecter la broche VCC du registre à décalage à la broche 5V de l'Arduino. Cette configuration garantit une alimentation électrique et une interface logique appropriées, facilitant une communication transparente entre l'Arduino et le registre à décalage

.  

En comprenant la description fonctionnelle du SN74HC595N, les utilisateurs peuvent implémenter efficacement ce registre à décalage dans leurs projets, en tirant parti de ses fonctionnalités robustes pour des capacités d'E/S étendues et une gestion efficace des données.

Applications

Le registre à décalage SN74HC595N est largement utilisé dans diverses applications électroniques en raison de sa capacité à contrôler plusieurs sorties avec des broches de microcontrôleur limitées. Une utilisation courante est dans les matrices LED, où le registre à décalage simplifie la complexité du câblage en utilisant la communication série pour contrôler efficacement les grands réseaux de LED

Une autre application importante est celle des affichages à sept segments multiplexés, souvent présents dans les horloges et compteurs numériques, où le registre à décalage permet de piloter plusieurs segments en utilisant moins de broches. De plus, le SN74HC595N est précieux dans les opérations logiques à usage général et la conversion de données série-parallèle. Il est particulièrement efficace pour conserver des données pendant des périodes prolongées, ce qui est crucial dans les applications nécessitant une conservation stable des données dans le temps. Le registre à décalage est également utilisé dans le contrôle des LED, permettant l'affichage de motifs binaires via la communication série et le verrouillage ultérieur sur les broches de sortie. Dans le contexte des projets Arduino, le SN74HC595N est souvent utilisé pour augmenter le nombre de lignes d'entrée/sortie disponibles sur un microcontrôleur. Ceci est particulièrement utile lors de la conception de circuits avec des broches limitées, permettant la connexion d'entrées ou de sorties supplémentaires sans avoir besoin de matériel supplémentaire. Les applications pratiques incluent le contrôle d'un affichage à sept segments ou la connexion en guirlande de plusieurs registres à décalage pour gérer des configurations plus complexes.  

Comparaison avec des circuits intégrés similaires

Le SN74HC595N de Texas Instruments est un registre à décalage 8 bits largement utilisé qui sert de dispositif d'entrée série, sortie parallèle (SIPO). Il est essentiel de le comparer à des circuits intégrés similaires pour comprendre ses avantages et les alternatives possibles pour diverses applications.

74LVC595

Le 74LVC595 est une variante TTL basse tension de la série 595, optimisée pour les opérations à basse tension, généralement entre 1,65 V et 3,6 V. Ce circuit intégré convient aux applications qui nécessitent une consommation d'énergie plus faible tout en maintenant la compatibilité TTL

.  

74AHCT595

Le 74AHCT595 est une variante CMOS haute vitesse avancée qui reste compatible TTL. Il offre des performances plus rapides que la série HC standard, ce qui le rend adapté aux circuits numériques haute vitesse qui doivent s'interfacer avec les niveaux logiques TTL

.  

74AC595

Le 74AC595 est une autre version CMOS avancée, offrant des performances à grande vitesse et une faible consommation d'énergie. Cela en fait un bon choix pour les applications nécessitant un traitement rapide des données et une consommation d'énergie minimale

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74ALS595

Le 74ALS595 est une variante TTL Schottky basse consommation avancée, optimisée pour une très faible consommation d'énergie avec une vitesse légèrement réduite par rapport aux autres versions CMOS haute vitesse. Ce circuit intégré est idéal pour les applications sensibles à la puissance où la vitesse est moins critique

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74F595

Le 74F595 est classé dans la catégorie des registres à décalage à très grande vitesse, offrant le fonctionnement le plus rapide parmi les variantes 595. Ce circuit intégré convient aux applications nécessitant des transferts de données extrêmement rapides et des délais minimes

.  

Alternatives

Si le SN74HC595N ou ses variantes directes ne sont pas disponibles, plusieurs autres circuits intégrés peuvent servir de remplacement.

• 74×164:Un registre à décalage 8 bits en série et en parallèle, dont la fonction est similaire mais qui diffère par la configuration des broches et les caractéristiques électriques.
• 74×594:Un autre registre à décalage série-sortie parallèle 8 bits avec sorties tamponnées, offrant une puissance de pilotage accrue.
• 74×596:Une variante à collecteur ouvert du registre à décalage série-sortie parallèle 8 bits, qui peut être utilisée pour la logique ET câblée et d'autres applications spécifiques.
• 74×599:Une variante offrant des sorties à collecteur ouvert pour certains types d'opérations logiques.
• CD4035:Un registre à décalage parallèle à 4 étages, qui offre plus de flexibilité en termes de configurations d'entrée/sortie. Ces alternatives offrent aux concepteurs des options de choix en fonction des exigences spécifiques de l'application, telles que la vitesse, la consommation d'énergie et la compatibilité des niveaux logiques. Chaque variante et alternative possède son propre ensemble de caractéristiques qui peuvent être exploitées en fonction des besoins particuliers d'un projet.

Avantages et limites

Le registre à décalage SN74HC595N de Texas Instruments offre plusieurs avantages importants, ce qui en fait un choix populaire dans divers projets électroniques. L'un des principaux avantages est sa capacité de sortie accrue, qui permet aux utilisateurs d'augmenter le nombre de sorties en utilisant moins de broches de microcontrôleur. Cette fonctionnalité est particulièrement utile dans les applications où les broches du microcontrôleur sont limitées et doivent être conservées pour d'autres fonctionnalités

De plus, le SN74HC595N réduit l'utilisation des broches, libérant ainsi des broches du microcontrôleur pour d'autres fins. Cela est possible grâce à la communication série, qui simplifie également la complexité du câblage du circuit. Une telle simplification est particulièrement bénéfique dans les projets à grande échelle où la minimisation du câblage peut réduire les erreurs et rendre le processus d'assemblage plus gérable. Un autre avantage significatif du SN74HC595N est son application dans le contrôle de matrice LED. Le registre à décalage permet un contrôle efficace de grandes matrices LED, ce qui est crucial pour les écrans et la signalisation. De plus, il facilite le multiplexage de plusieurs écrans ou appareils en utilisant un nombre minimal de broches, ce qui en fait un composant polyvalent dans divers systèmes électroniques. Cependant, le SN74HC595N n'est pas sans limites. L'un des principaux inconvénients est sa vitesse. Bien qu'il soit adapté à de nombreuses applications, le registre à décalage peut ne pas répondre aux exigences de vitesse des systèmes hautes performances. De plus, il a une capacité de stockage limitée, ce qui peut être une contrainte dans les applications nécessitant de grandes quantités de stockage et de manipulation de données. Malgré ces limitations, les avantages du SN74HC595N dépassent largement ses inconvénients, ce qui en fait un élément essentiel des systèmes numériques modernes. Sa capacité à étendre les sorties, à réduire l'utilisation des broches et à simplifier le câblage, ainsi que ses applications dans le contrôle de matrices LED et le multiplexage, en font un composant très apprécié dans le domaine de l'électronique.

Fabricant

Texas Instruments Incorporated (TI), dont le siège social se trouve à Dallas, au Texas, est une société technologique américaine de premier plan, connue pour ses contributions importantes à l'industrie des semi-conducteurs et au-delà. L'histoire de TI remonte à 1951, date à laquelle elle a été créée suite à la restructuration de Geophysical Service Incorporated, une société initialement fondée en 1930

Initialement axée sur la fabrication d'équipements pour l'industrie sismique et l'électronique de défense, TI a commencé à s'orienter vers la technologie des semi-conducteurs au début des années 1950. En 1952, TI a acquis une licence de brevet pour $25,000 auprès de Western Electric, la branche de fabrication d'AT&T, pour produire des transistors au germanium, marquant le début de son incursion dans la fabrication de semi-conducteurs. La production a commencé plus tard dans l'année, positionnant TI comme un acteur clé sur le marché florissant des semi-conducteurs. TI possède un large éventail de filiales à travers le monde, notamment Amati Communications Corporation, Burr-Brown AG en Suisse et Texas Instruments Japan Limited, entre autres. Ce vaste réseau souligne la portée mondiale de TI et son influence dans l'industrie des semi-conducteurs dans le monde entier. Notamment, la série 7400 de circuits intégrés Transistor-Transistor Logic (TTL) de TI est devenue une norme industrielle, fabriquée par diverses autres sociétés, dont Motorola, AMD et Intel. Tout au long de son histoire, TI s'est engagée dans de nombreux partenariats et acquisitions stratégiques pour renforcer ses capacités technologiques et sa présence sur le marché. En 1988, TI s'est par exemple associée à Hitachi Ltd. pour développer la technologie DRAM de 16 mégabits. En 1991, elle s'est associée à Canon, Hewlett-Packard et au gouvernement de Singapour pour construire une usine de semi-conducteurs à Singapour. À la fin du XXe siècle, TI avait encore renforcé sa position sur le marché grâce à des acquisitions et des alliances stratégiques, notamment un partenariat avec Qualcomm Inc. et des collaborations avec des fabricants basés en Chine pour développer des téléphones portables sans fil et des appareils électroniques grand public. L'engagement de TI en matière d'innovation se reflète dans le développement et le déploiement continus de technologies de pointe, ce qui en fait une pierre angulaire de l'industrie des semi-conducteurs.