在使用LED的設(shè)計(jì)中，移位寄存器可能是十分有用的器件。例如，假設(shè)系統(tǒng)包括七段顯示器、單個(gè)指示器或LED陣列組成網(wǎng)格或面板，可以使用標(biāo)準(zhǔn)8位移位寄存器，以便允許低引腳數(shù)微控制器驅(qū)動多個(gè)LED。

圖1給出一個(gè)例子。單個(gè)5V 74HC595移位寄存器集成串行輸入和串行或并行輸出，為微控制器提供I/O擴(kuò)展。串行數(shù)據(jù)施加至74HC595的串行輸入，并通過輸入時(shí)鐘獲取時(shí)鐘信息。74HC595載入后，輸出時(shí)鐘將數(shù)據(jù)施加至存儲寄存器和并行與串行輸出。74HC595控制的外部驅(qū)動器隨后便激活相應(yīng)的LED。

圖1. 8位移位寄存器7HC595驅(qū)動多個(gè)LED

將7HC595用于I/O擴(kuò)展意味著它只需三個(gè)MCU控制引腳便可驅(qū)動多達(dá)八個(gè)LED。降低控制引腳數(shù)使得使用低引腳數(shù)的MCU成為可能，最終實(shí)現(xiàn)尺寸更小、性價(jià)比更高的設(shè)計(jì)。

另外，由于7HC595集成串行輸出，因此可級聯(lián)多個(gè)器件。圖2為布局圖。

圖2. 級聯(lián)74HC595器件以驅(qū)動更多LED

這樣，級聯(lián)之后，同樣三個(gè)微控制器引腳可以用來控制多達(dá)16或24個(gè)LED，而非僅僅8個(gè)。移位寄存器的級聯(lián)能力可降低設(shè)計(jì)所需的微控制器總數(shù)，有助于降低成本并縮小尺寸。

某些情況下，5 V、8位寄存器（比如75HC595）可用來直接驅(qū)動LED。當(dāng)LED額定具有相對較低的電壓和正向電流時(shí)，這樣做可獲得最佳效果。若LED工作電壓高于6 V，或者要求正向電流超過70 mA，那么通常需要用到外部驅(qū)動器。

開漏輸出

為移位寄存器加入開漏輸出可構(gòu)成單芯片解決方案，無需使用外部驅(qū)動器。這樣可以大幅減少物料清單，因?yàn)槊總€(gè)移位寄存器輸出都能直接驅(qū)動LED。

圖3給出了這類器件——恩智浦的NPIC6C596A LED驅(qū)動器——的輸出原理圖，它結(jié)合了類似于74HC595的移位寄存器功能，具有高壓（HV） MOSFET驅(qū)動器。

圖3. 帶開漏輸出的移位寄存器輸出原理圖

圖4顯示使用NPIC6C596A代替74HC595。

圖4. 帶開漏輸出的移位寄存器輸出原理圖

以NPIC6C596A代替74HC595后，無需使用外部驅(qū)動器，從而建立了更為緊湊且物料更少的設(shè)計(jì)。

NPIC6C器件具有33 V容壓開漏輸出。每個(gè)輸出設(shè)計(jì)為可吸收100 mA電流，沒有接地電流限制。所有輸出可同時(shí)主動吸收100 mA。輸出包括限流電路，將可吸收的電流最大值設(shè)為250 mA，每路輸出還包括熱保護(hù)。集成這些保護(hù)功能意味著相比74HC595，NPIC6C496A器件可用來驅(qū)動更多種類的LED，包括工作電壓更高以及具有更高正向電流的LED。

保護(hù)特性

圖5顯示NPIC6496A開漏輸出的限流電路特性。該電路限制每個(gè)輸出可以吸收的最大電流。漏極-源極電流隨著漏極電壓的增加而降低。它可以保護(hù)所驅(qū)動的輸出和元器件。25 °C時(shí)，輸出鉗位通常在漏極-源極電流為250 mA時(shí)激活。

圖6顯示NPIC6C596A的開漏輸出如何提供熱保護(hù)。鉗位電流與溫度成反比。隨著溫度升高，輸出電阻也會增加，從而限制漏極-源極電流，并防止輸出以及它所驅(qū)動的元器件受損。25 °C時(shí)，輸出通常將漏極-源極電流限制在120 mA。

圖5. NPIC6C596A中的限流特性

圖6. NPIC6C596A中的熱保護(hù)

多種選項(xiàng)：

表1顯示恩智浦提供的NPIC6C LED驅(qū)動器。NPIC6C596和NPIC6C596A均為8位解決方案，而NPIC6C4894是12位解決方案。所有這些器件都集成可用來級聯(lián)的串行輸出。數(shù)據(jù)在輸入時(shí)鐘的上升沿通過移位寄存器傳播。使用NPIC6C595和NPIC6C4894時(shí)，相同的上升沿可用來將數(shù)據(jù)送至串行輸出QS。NPIC6C596和NPIC6C596A將串行輸出延遲至輸入時(shí)鐘的下一個(gè)下降沿執(zhí)行。延遲會延長數(shù)據(jù)保持時(shí)間，改善時(shí)序裕量并使多個(gè)移位寄存器的級聯(lián)變得簡單。

可在4.5和5.5 V范圍內(nèi)使用NPIC6C596和NPIC6C4894，以便讓這些器件適用于5.0 V控制邏輯接口。可在2.3至5.5 V范圍內(nèi)使用NPIC6C596A，以便它能用于5.0、3.3和2.5 V控制邏輯接口。所有NPIC6C器件均在-40至+125 °C范圍內(nèi)工作，且輸入時(shí)鐘頻率至少為10 MHz。

表1. 恩智浦NPIC6C LED驅(qū)動器

NPIC6C LED驅(qū)動器采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)SO和TSSOP封裝，以及節(jié)省空間的DQFN無引腳封裝，相比TSSOP封裝最高減少76%的面積，相比QFN最高減少40%面積。DQFN封裝還集成散熱片，是使用更高電流的空間受限型應(yīng)用首選封裝。另外還提供汽車級版本。

表2. NPIC6C LED驅(qū)動器封裝選項(xiàng)

結(jié)論

當(dāng)設(shè)計(jì)中含有LED時(shí)，采用移位寄存器使得尺寸更小、成本更低的微控制器應(yīng)用成為可能。包括恩智浦在內(nèi)的很多供應(yīng)商都提供標(biāo)準(zhǔn)8位移位寄存器（比如75HC595）。使用集成開漏輸出的移位寄存器（比如恩智浦NPIC6C系列）則可在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，無需使用外部LED驅(qū)動器。

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