当IO限制在uC上时，如何将逻辑从uC移开？

例如，如果您有一个带有4个数字IO引脚的Arduino，您如何独立点亮> 4个LED或读取> 4个按钮的状态？

诸如74595之类的移位寄存器将使您仅通过2个连接即可获得许多输出：数据引脚和时钟引脚。将数据引脚设置为要移入寄存器的下一个值，然后向时钟引脚发送脉冲。

布鲁诺给出了一个很好的答案，但是我想做一些说明。

臭名昭著70毫安
的74HC595经常被用作I / O扩展，并且如通常用于控制一系列LED。通常被忽视的是，您可能会以这种方式超出规范地进行操作。数据表中说，总电源电流不应超过70 mA（绝对最大额定值（AMR）），因此，最好在一定程度上远离该值。因此，10 mA时8个LED太多了，而在20 mA时，您将比AMR高出不少于130％！该限制可能是由于键合线的电流容量所致，然后太大的电流可能不仅会使零件的性能下降，而且如果该线会折断，则会永久性地使其失效。

但是昨晚我醒来是因为我有一个主意。Icc和接地电流都限制为70 mA，那么为什么不将总电流或80 mA分开，让Icc占一半，而接地电流占另一半？您所要做的就是将LED的4个接地（高电平有效），将另外4个Vcc（低电平有效）接地。然后，前者的电流来自Icc，其他人的电流接地。这样就可以使用15 mA LED。（它是如此简单，以至于我觉得自己真是个白痴，没想到早一点。）

我以为组合时钟
Bruno通过将移位寄存器的时钟与锁存器的时钟相结合节省了一个额外的I / O引脚。似乎我误解了他的答案。我仍然想扩展此选项。

那会发生什么呢？数据表第5页上的表显示：

移位寄存器的内容通过；移位寄存器的先前内容被传输到存储寄存器和并行输出级

（由我突出显示）
因此锁住的不是新数据，而是前一个数据。这不是一个真正的问题，只需确保移入一个额外的虚拟位来锁存最后一个数据，否则所有引脚都会出错。

合并时钟还意味着在移入新数据时，输出将始终切换。锁存器的功能实际上是为了避免这种情况。在许多情况下，如果可以快速完成，这将不是问题，但在最坏的情况下，您可能会得到不希望的效果。最坏的情况是使用74HC595以非常高的扫描频率多路复用显示+移位寄存器链非常长+除1之外全为1，一个LED熄灭+一个暗室。由于该LED经常在黑暗的房间中看到所有1的通过，因此它可能会非常微弱地点亮。

或者，如果您将高频多路复用与继电器控制输出相结合。全零，然后为1的继电器，可能意味着继电器的输出不够长，无法拉入。

诚然，这些都是极端情况，但是如果您要多路复用，否则我会尽可能将串行时钟和锁存时钟分开，否则更新速度会很高。

我同意Ignacio关于使用74XX595，串行并行输出移位寄存器进行输出扩展的观点，但实际上您将需要3个连接，一个用于数据，一个用于时钟，以及一个锁存器使能，以从内部移位寄存器传输数据到输出锁存器。

为了扩展输入，可以使用74XX165并行输入串行移位寄存器，每个74XX165最多可以有8个按钮。

这种方法的好处是，您可以菊花链式连接多个移位寄存器，从而增加输入或输出的数量，更好的是，您可以混合使用74XX595和74XX165，并允许任意数量的输入或输出。

除此之外，您还可以共享时钟和锁存信号，从而减少了所需的连接数量并大大简化了软件。这样，对于任何数量的该移位寄存器，您仅需要4个连接：

• 时钟（与所有移位寄存器共享）
• 锁存使能（与所有移位寄存器共享）
• 数据输入（连接到链中最后一个移位寄存器的串行输出）
• 数据输出（连接到链中第一个移位寄存器的串行输入）

编辑

在搜索图表时，我在该网站上发现了一种非常巧妙的方法，可以将所需的连接数减少到3个。它包括使用相同的引脚进行数据输入和输出。

该软件将为每个时钟脉冲执行以下操作：

1. 将引脚配置为输出
2. 设置数据值
3. 发送时钟脉冲
4. 将引脚配置为输入
5. 读取数据

尼克提到了I / O扩展器，它们绝对值得研究。Digikey列出了上千种，我将以I2C接口为例，因为这需要最少的I / O引脚。最少两个。

恩智浦PCA9505具有40个可配置的I / O引脚，相当于五个74HC595s。这是一个稍微昂贵的解决方案，但是您可以得到更多的功能：

• 任何I / O引脚都可以配置为输入或输出
• 所有I / O引脚上都有100kΩ上拉电阻（PCA9506没有上拉电阻，这可能与低功耗应用有关）
• 所有输出可同时吸收15 mA电流，总封装电流为600 mA
• 电平变化中断输出使输入的连续扫描变得多余
• 仅两条线连接到微控制器。

进一步阅读
GPIO扩展器，NXP手册
PCA9505数据表

对于没有额外IC的解决方案，可以使用诸如Multiplexing和Charliplexing之类的技术：

多路复用（未显示限流电阻）：

多路复用的工作方式非常简单-在上面的示例中，如果要点亮LED1，我们将引脚C1设置为输出高电平，将引脚R1设置为输出低电平，所有其他引脚可以为高电平或Hi-Z（设置为输入，高电平）阻抗，使它们看起来“断开”）
如果我们想点亮LED5，我们将引脚C2设置为输出高电平，将R2设置为输出低电平。

驱动n个LED所需的引脚数可以通过2n个引脚来计算，因此，例如对于16个LED，我们需要（√16）* 2 = 8个引脚。

Charlieplexing：

替代（更简洁）的原理图布局（由Supercat建议）：

这有点复杂，但是使用较少的引脚来驱动更多数量的LED。例如，如上例所示，我们仅可以使用5个引脚来驱动20个LED（相比之下，至少10个具有“正常”矩阵多路复用功能的引脚（不要与使用IC混淆，在这种情况下，所需的引脚数为log2） （nLED）。

对于外部解决方案，您可以使用诸如移位寄存器或多路复用器之类的东西， 例如74HC595和74HC151。
移位寄存器采用时钟控制的串行数据输入流，并并行输出（Serial In Parallel Out SIPO）或以其他方式
输出（PISO）。它们通常有8个输出（或输入），但您可以随意链接任意数量以扩展的东西。缺点是可以更新的速度除以每个输入的输出数量（例如，对于8个输出的一个寄存器，如果您具有8MHz的输入时钟，则可以以1MHz更新，对于16个输出为500kHz，等等）

这些技术也可以反向进行输入。