Подключение семисегментных индикаторов с помощью сдвигового регистра 74HC595. Делаем простой термометр на Attiny13 и LM35

Сдвиговый регистр 74HC595 находит то же применение что и регистр 74HC164, но у первого больше функций и возможностей. У него есть так называемая "защелка", которая управляет выходами регистра, т.е. как только все биты поступят в регистр их надо "защелкнуть", зафиксировать, чтобы данные появились на его выходе, данные на выходах не изменятся пока мы вновь не "защёлкнем" их. Выходы регистра можно установить в высокоомное состояние(HI-Z), т. е. они будут висеть в воздухе, нагрузка полностью отключается. Также как и 74HC164, регистры 74HC595 можно соединять последовательно цепочками, это применяется например в матричных светодиодных индикаторах.

Описание выводов регистра:

- Q0…Q7 – выходы;
- GND – земля;
- 'Q7 – выход предназначенный для последовательного соединения регистров;
- MR – сброс регистра;
- SH_CP – вход для тактовых импульсов;
- ST_CP – вход «защёлкивающий» данные;
- OE – вход переводящий выходы из HI-Z в рабочее состояние;
- DS – вход данных;
- VCC – питание 5 вольт.

Для управления регистром в обычной ситуации достаточно всего лишь трёх  выводов : SH_CP, ST_CP, DS. Рассмотрим работу регистра на примере цифрового термометра с датчиком LM35. LM35 - прецизионный датчик температуры с аналоговым выходом. В нашем примере будет измеряет температуру от 0 до 150 градусов Цельсия. При подаче двухполярного питания может измерять отрицательную температуру.

Характеристики датчика LM35:

- отображение в градусах Цельсия;
- линейная зависимость 10 мВ/°С;
- точность измерения 0,5°С;
- предел измерения температуры от -55°С до +150°С;
- напряжение питания 4-30В;
- выпускаются в корпусах TO-46, SO-8, TO-92, TO-220.

Контроллер используем наиболее подходящий - Attiny13, который работает от внутреннего генератора частотой 4,8 MHz. Семисегментные индикаторы используются любые с общим катодом, они подключаются к регистрам через токоограничительные ризисторы сопротивлением 220 Ом.

Функция write_display отвечает за передачу данных в регистры, в переменную data заносятся передаваемые данные, переменная nbytes определяет количество регистров, в нашем примере их 3 штуки.

Измерение сигнала с датчика происходит по окончанию преобразования АЦП, затем это значение конвертируется, усредняется и передается в регистры, в общем ничего сложного. Ниже исходный текст программы c подробным описанием:

// Подключение семисегментных индикаторов с помощью сдвигового регистра 74HC595.
// Делаем простой термометр на Attiny13 и LM35.
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>
 
volatile unsigned char adc_counter;
volatile unsigned long adc_buffer;
unsigned int temperature;
unsigned char display[3];

// Массив значениий для семисегментного индикатора
unsigned char SEGMENTE[] = 
{
0x3F, // 0
0x06, // 1
0x5B, // 2
0x4F, // 3
0x66, // 4
0x6D, // 5
0x7D, // 6
0x07, // 7
0x7F, // 8
0x6F, // 9
0x00  // blank
};

// Прерывание по окончанию преобразования АЦП
ISR(ADC_vect)
{
adc_buffer += ADC; // Накапливаем в буфер значения АЦП
adc_counter++; // Увеличиваем счетчик измерений
}
 
// Функция вывода данных через регистр
void write_display(unsigned char *data, unsigned char nbytes)
{
unsigned char mask,i;
 
for(i = 0; i < nbytes; i++)
{
mask = 0x80;
 
for(char k = 0; k < 8; k++)
{
// Сравниваем каждый бит с единицей
if(data[i] & mask)
{
PORTB |= (1 << PB0); // DATA 1
PORTB |= (1 << PB2); // CLK 1
PORTB &= ~(1 << PB2); // CLK 0
}
else
{
PORTB &= ~(1 << PB0); // DATA 0
PORTB |= (1 << PB2); // CLK 1
PORTB &= ~(1 << PB2); // CLK 0
}
mask = mask >> 1; // Сдвигаем биты
}
}
// Защелкиваем регистр
PORTB |= (1 << PB1);
PORTB &= ~(1 << PB1);
}
 
int main(void)
{
// Настройка портов ввода/вывода
DDRB = 0b00000111;
PORTB = 0b00000000;

// Настойка АЦП
ADMUX |= (1 << MUX1)|(1 << MUX0);  // Вход ADC3
ADCSRA |= (1 << ADEN) // Разрешение АЦП
       |(1 << ADSC)  // Начинаем преобразование
       |(1 << ADATE)   // Непрерывный режим работы АЦП
       |(1 << ADPS2)|(1 << ADPS1) // Предделитель на 64
       |(1 << ADIE); // разрешаем прерывание по окончанию преобразования
 
ACSR |= (1 << ACD); // Выключаем аналаговый компаратор
DIDR0 |= (1 << ADC3D); // Отключаем неиспользуемые цифровые входы
 
sei(); // Глобально разрешаем прерывания
 
while(1)
{

if(adc_counter > 250)
{
// Усредняем и преобразуем в мВ, U = ADC*Uref/1024
temperature = ((adc_buffer*5*100)/1024)/adc_counter;
adc_counter = 0;
adc_buffer = 0;
}
 
display[0] =  SEGMENTE[temperature%10];
display[1] =  SEGMENTE[temperature/10%10];
// Если температура меньше 100 гасим незначащий ноль
if(temperature < 100) display[2] =  SEGMENTE[10];
else display[2] =  SEGMENTE[temperature/100%10]; 

write_display(display,3); // Отправляем данные на индикатор

}
}