使用Arduino Zero端口操作的低级位移位寄存器类

基础概念

Arduino Zero 是一款基于 Atmel SAMD21 微控制器的开源硬件开发板。它具有多个数字引脚，可以用于与外部硬件设备通信。位移位寄存器（Shift Register）是一种数字电路，用于将并行数据转换为串行数据，或者反之。它通常用于扩展微控制器的 I/O 引脚数量。

相关优势

1. 扩展 I/O 引脚：通过位移位寄存器，可以扩展微控制器的 I/O 引脚数量，从而控制更多的外部设备。
2. 节省引脚资源：对于需要大量 I/O 引脚的应用，使用位移位寄存器可以显著减少对微控制器引脚的需求。
3. 简化电路设计：位移位寄存器可以简化复杂的并行到串行或串行到并行的数据转换电路设计。

类型

常见的位移位寄存器类型包括：

1. 74HC595：这是一个常用的 8 位移位寄存器，具有 8 个输出引脚。
2. 74HC165：这是一个 8 位并行输入串行输出的位移位寄存器。
3. TPIC6B595：这是一个带有三态输出的 8 位移位寄存器，适用于需要高驱动能力的应用。

应用场景

1. LED 点阵显示：通过位移位寄存器控制 LED 点阵屏的点亮和熄灭。
2. 电机控制：用于控制步进电机或伺服电机的旋转角度。
3. 传感器数据采集：通过位移位寄存器读取多个传感器的并行数据。

示例代码

以下是一个使用 Arduino Zero 控制 74HC595 位移位寄存器的示例代码：

#include <SPI.h>

const int latchPin = 8;
const int clockPin = 12;
const int dataPin = 11;

void setup() {
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(clockPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);
  SPI.begin();
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 256; i++) {
    digitalWrite(latchPin, LOW);
    SPI.transfer(i);
    digitalWrite(latchPin, HIGH);
    delay(10);
  }
}

参考链接

• Arduino 官方文档 - SPI
• 74HC595 数据手册

常见问题及解决方法

1. 位移位寄存器不工作：
   • 检查电源和接地线是否正确连接。
   • 确保微控制器的 SPI 引脚配置正确。
   • 检查时钟和锁存引脚的时序是否正确。

• 数据传输错误：
  • 确保数据传输的时序正确，特别是在使用 SPI 通信时。
  • 检查位移位寄存器的配置是否正确，例如并行输入还是串行输入。
• 引脚冲突：
  • 确保使用的引脚没有被其他功能占用。
  • 使用微控制器的硬件 SPI 功能，而不是软件模拟 SPI。

通过以上步骤，您应该能够成功使用 Arduino Zero 控制位移位寄存器，并解决常见的技术问题。