Arduino でシフトレジスタ 74HC597 を制御する

シフトレジスタ 74HC597 (PISO) を使って、8ビットのデータを shiftIn() 関数で Arduino へ読み込む動作の実験をしてみました。

この記事は「meyon's STUDY」に投稿した記事の抜粋です。

74HC597 はパラレル入力シリアル出力 (Parallel-In, Serial-Out, PISO) タイプのシフトレジスタです。入力側にストレージレジスタを内蔵しています。

基本的な制御方法は、

ストレージクロック $\text{ST}_\text{CP}$ を送り、パラレルデータをストレージレジスタに読み込む
パラレルロード $\overline\text{PL}$ でストレージレジスタのデータをシフトレジスタへ移す
シフトクロック $\text{SH}_\text{CP}$ によりデータを順次シフトし、シリアル信号 $\text{Q7}$ としてに出力する

Arduinoでは、 $\text{ST}_\text{CP}$ と $\overline\text{PL}$ を送信した後、shiftIn() 関数で $\text{SH}_\text{CP}$ を送ってシリアルデータを受け取ります。

Dipスイッチで 8ビットのデータを作り、それを 74HC597 のパラレル入力に渡します。
ストレージクロック $\text{ST}_\text{CP}$ 、シフトクロック $\text{SH}_\text{CP}$ 、マスタリセット $\overline\text{MR}$ は、それぞれ Arduino より制御します。 $\overline\text{MR}$ は抵抗でプルダウンし、Arduino の起動前に LOW にしておくことでシフトレジスタを初期化します。
シリアル出力 $\text{Q7}$ は Arduino へ送ります。Arduino では shiftIn() 関数を使用してデータを読み込みます。

JKフリップフロップ CD4027 を利用した RSラッチは、パラレルロード $\overline\text{PL}$ の制御を行なっています。Arduino からのパラレルロード制御信号 $\text{PARL}$ で RSラッチをセットし、シフトクロック $\text{SH}_\text{CP}$ でリセットします。

$\overline\text{PL}$ が送られたときに $\text{Q7}$ にはビットデータ D7 が出力されますから、shiftIn() 関数が $\text{SH}_\text{CP}$ を HIGH にするとデータがシフトしてしまいます。shiftIn() 関数は $\text{SH}_\text{CP}$ を HIGH にしてからデータを読み込むので、結果的に D7 を読み落としてしまいます。

この不具合を改善するために、 $\text{SH}_\text{CP}$ が入るまで RSラッチで $\overline\text{PL}$ を保持するようにしました。 $\overline\text{PL}$ は RSラッチの遅延時間の後に HIGH になりますから、データのシフトは 2つ目の $\text{SH}_\text{CP}$ が入ったときから始まり、8ビットすべてのビットを読み込めるようになります。

setup() で、マスターリセット $\overline\text{MR}$ を HIGH にしてシフトレジスタを初期化しています。
loop() で、Arduino よりストレージクロック $\text{ST}_\text{CP}$ 、パラレルロード $\text{PARL}$ を送り、次に shiftIn() 関数でデータを読み込みます。読み込んだデータはシリアルモニタへ出力します。

74hc597.ino
// Shift Register 74HC597 Test Sketch 2023.9.6 meyon230

const byte STcp_Pin = 9;    // Storage Clock
const byte SHcp_Pin = 13;   // Shift Clock
const byte PARL_Pin = 10;   // Parallel Load
const byte MR_Pin = 8;      // Master Reset
const byte Q7_Pin = 12;     // Serial Data

void setup() {
  pinMode(STcp_Pin, OUTPUT);
  pinMode(SHcp_Pin, OUTPUT);
  pinMode(PARL_Pin, OUTPUT);
  pinMode(MR_Pin, OUTPUT);

  Serial.begin(9600);

  digitalWrite(MR_Pin, HIGH);
}

void loop() {
  static byte serialData = 0;

  digitalWrite(STcp_Pin, HIGH);
  digitalWrite(STcp_Pin, LOW);
  digitalWrite(PARL_Pin, HIGH);
  digitalWrite(PARL_Pin, LOW);

  serialData = shiftIn(Q7_Pin, SHcp_Pin, MSBFIRST);

  Serial.println(serialData, BIN);

  delay(100);
}