Сдвиговый регистр 74HC165 и adruino. Добавление пинов

Не редко в процессе разработки на arduino приходиться использовать больше количество пинов для считывания событий. Это могут быть кнопки, концевики, цифровые датчики и тд. Но ардуино имеет ограниченное количество пинов, что может стать проблемой для больших проектов. В этой статье описано, как выйти из ситуации с нехваткой входов arduino.

Добавление пинов arduino

Чтобы увеличить количество пинов есть несколько способов. Самый простой, это подключить кнопки или датчики к одному аналоговому пину через резисторы разного сопротивления, тогда в коде можно добавить условия для каждого уровня сигнала. Второй способ – использовать сдвиговый регистр, который позволяет принимать до восьми цифровых сигналов. А так же регистры можно выстраивать каскадами, один за другим, каждый раз добавляя 8 новых пинов.
Ниже будет рассмотрен второй вариант с использованием сдвигового регистра 74HC165. Я уже как-то описывал работу со сдвиговым регистром 74HC595, который может передавать данные. Сегодняшний регистр работает наоборот – принимает сигналы.

Подключение сдвигового регистра 74HC165 к arduino

Для подключения 74HC165 потребуется четыре пина ардуино, 5V и GND. Таким образом, при занятых четырех пинах появляется возможность считывать данные с восьми кнопок. А при составлении каскадов из регистров, количество возможных подключений кнопок, увеличивается на 8 штук, при тех же занятых 4х пинах. Ниже приведена схема подключения одного 74HC165 и восьми кнопок к arduino.
Каждая кнопка как обычно притянута к земле через резистор 10 кОм.
Примечание: Если количество кнопок будет меньше восьми, то свободные входы регистра нужно соединить с землей.

Пример использования 74HC165

В качестве примера я спаял а «макетке» простенький джойстик с восемью кнопками. А также напечатал для него простенький корпус на 3D принтере. Возможно, в следующих статьях и проектах он пригодится. Вот что получилось:

Скетч для arduino, который считывает данные с регистра 74HC165

В завершение прикладываю код, для считывания сигналов с регистра. Скетч с подробными комментариями, описывать что-то еще нет смысла, поэтому приведу просто листинг:

#define NUMBER_OF_SHIFT_CHIPS   1 // количество регистров
#define DATA_WIDTH   NUMBER_OF_SHIFT_CHIPS * 8 // количество входов
#define PULSE_WIDTH_USEC   5 // задержка при считывании данных 

// для хранения считаных байт
// если регистров больше двух, то int меняется на long
#define BYTES_VAL_T unsigned int 

// пины для подключения регистра
int ploadPin = 8;
int clockEnablePin = 9;
int dataPin = 11;
int clockPin = 12;

BYTES_VAL_T pinValues; // текущее значение пинов 
BYTES_VAL_T oldPinValues; // предыдущее значение пинов

// функция для считывания пинов
BYTES_VAL_T read_shift_regs() {
    long bitVal;
    BYTES_VAL_T bytesVal = 0;

	// опрашиваем регистр о состоянии пинов
    digitalWrite(clockEnablePin, HIGH);
    digitalWrite(ploadPin, LOW);
    delayMicroseconds(PULSE_WIDTH_USEC);
    digitalWrite(ploadPin, HIGH);
    digitalWrite(clockEnablePin, LOW);

	// считываем полученные данные о пинах
    for(int i = 0; i < DATA_WIDTH; i++){
        bitVal = digitalRead(dataPin);
        bytesVal |= (bitVal << ((DATA_WIDTH-1) - i));
        digitalWrite(clockPin, HIGH);
        delayMicroseconds(PULSE_WIDTH_USEC);
        digitalWrite(clockPin, LOW);
    }
	
	// возвращяем результат опроса регистра
    return(bytesVal);
}

// функция для вывода состояния пинов
void display_pin_values(){
	// перебор всех пинов 
	for(int i = 0; i < DATA_WIDTH; i++){
		Serial.print("  Button-");
		Serial.print(i);
		Serial.print(": ");
		if((pinValues >> i) & 1){
		  Serial.print("ON");
		}else{
		  Serial.print("OFF"); 
		}   
		Serial.println();
	}
	Serial.println();
}

void setup(){
	// для вывода данных в монитор порта
	Serial.begin(9600);

	// установка режима работа пинов
	pinMode(ploadPin, OUTPUT);
	pinMode(clockEnablePin, OUTPUT);
	pinMode(clockPin, OUTPUT);
	pinMode(dataPin, INPUT);
	digitalWrite(clockPin, LOW);
	digitalWrite(ploadPin, HIGH);

	// считываем значения с пинов
	pinValues = read_shift_regs();
	// выводим результат
	display_pin_values();
	// сохраняем текущее значение
	oldPinValues = pinValues;
}

void loop(){
	// считываем значения с пинов
    pinValues = read_shift_regs();
	// если значения изменились, то выводим их
    if(pinValues != oldPinValues){
		// выводим результат в монитор порта
        display_pin_values();
		// сохраняем текущее значение
        oldPinValues = pinValues;
    }
    delay(50);
}

Что использовалось:

• Arduino (я использовал arduino nano, но можно любую другую). Покупал тут: arduino nano
• Сдвиговый регистр 74HC165. Покупал тут: сдвиговые регистры 74HC165 10 штук
• Резисторы сопротивлением 10 кОм. Покупал тут:набор резисторов 700 шт. От 10 Ом до 1 МОм
• Тактовые кнопки 6x6x5мм. Покупал тут: Тактовые кнопки 6x6x5мм, 100шт

Послесловие

В этой статье не было описания составления каскадов из регистров. Если кому-то необходимо, то можете найти распиновку 74HC165 и самостоятельно собрать каскад. Подключается все довольно просто: необходимо соединить последовательный ввод SER одного регистра с последовательным выходом QH другого. Если кому-то тема интересна, то можете писать мне на почту или в комментарии, тогда я напишу отдельную статью про каскады из регистров.