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BitShifting ist eine Methode, bei welcher einzelne Bits nacheinander über einen Pin des Arduino “geshiftet” – d.h. herausgeschrieben – werden. Diese Funktion kann genutzt werden um z.B. mehrere LEDs mit nur wenigen Pins anzusteuern. Dies kann Sinn machen, wenn man z.B. eine Segmentanzeige mit vielen Stellen steuern möchte.

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Durch alle Kombinationen lassen sich so mit jedem Byte 256 Werte (von 0 bis 255) darstellen, je nachdem, welches Bit “aktiv” und welches “nicht aktiv” ist. Im folgenden Tutorial wird genau dies mit dem “Beispiel ShiftOut 01″ visualisiert.

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byte test = B00100000; // Direkte Zuweisung des Bit Wertes
byte test = 40; // Zuweisung über den Wert des Bytes
byte test = bitWrite(test, 3, HIGH); // Zuweisung des Wertes über die Funktion bitWrite() 

Wenn wir uns nun vorstellen, dass jedes Bit eine LED darstellt, welche je nach Wert des Bits aus EIN od. AUS gesetzt wird, dann können wir mit Hilfe eines Bytes acht unterschiedliche LEDs ansteuern. Es geht also lediglich darum, wie wir ein Byte versenden und dann wieder so decodieren können um damit eine LED zu schalten. Dafür nutzen wir ein ShiftRegister des Types 75HC595. Dieses erlaubt es uns über einen Daten PIN (DATA_PIN) das gesamte Byte zu senden und je nach dessen Wert bis zu acht Ausgänge zu schalten.

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1x Arduino
1x Shift Register 74HC595 (74HC595Datenblatt)
8x Widerstand (220Ohm)
1x Display Kingsbright (Datenblatt)
2x Breadboard Mini

BILDImage Added

Um das Shift Register ansprechen zu können, müssen wir uns zunächst das Timing des Registers ansehen. Hierzu gibt es im Datenblatt der 74HC595 ein sog. Timing Diagramm.

BILDImage Added

Mit Hilfe dieses Diagramms lässt sich erkennen, dass wir zunächst den LATCH_PIN auf LOW setzen müssen. Danach können die Daten an das Register geshiftet werden. Zum Abschluss wird der LATCH_PIN wieder auf HIGH gesetzt um die Ausgänge des Registers zu setzen und die LEDs zum leuchten zu bringen.CODE

#define LATCH_PIN 8  //Pin zu ST_CP vom 74HC595
#define CLOCK_PIN 12 //Pin zu SH_CP vom 74HC595
#define DATA_PIN 11  //Pin zu DS vom 74HC595
 
void setup() 
{
  pinMode(LATCH_PIN, OUTPUT);
  pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DATA_PIN, OUTPUT);
}
 
void loop() 
{
  for (int numberToDisplay = 0; numberToDisplay < 256; numberToDisplay++) 
  {
    digitalWrite(LATCH_PIN, LOW);  // LATCH_PIN auf LOW = Beginn der Daten
 
    shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, numberToDisplay); // Daten shiften
 
    digitalWrite(latchPin, HIGH);  // LATCH_PIN auf HIGH = LEDs leuchten
 
    delay(500);
  }
}

Bei dem ersten Beispiel lässt sich erkennen, wie ein Byte auf Bit Ebene aufgelöst wird. Um wirklich jeden einzelnen Pin des Registers ansprechen zu können hilft folgendes Beispiel.CODE

#define LATCH_PIN 8  //Pin zu ST_CP vom 74HC595
#define CLOCK_PIN 12 //Pin zu SH_CP vom 74HC595
#define DATA_PIN 11  //Pin zu DS vom 74HC595
 
void setup() 
{
  pinMode(LATCH_PIN, OUTPUT);
  pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DATA_PIN, OUTPUT);
}
 
void loop() 
{
  for(int i=0; i<8; i++)
  {
    registerWrite(i, HIGH); // Entsprechende LED anmachen
    delay(1000);
  }
}
 
void registerWrite(int _whichPin, int _whichState) 
{
 
  byte bitsToSend = 0; // Dieses Byte hat acht Bits also: 00000000
 
  digitalWrite(LATCH_PIN, LOW);
 
  bitWrite(bitsToSend, _whichPin, _whichState); // Hier wird das entsprechende Bit im Byte gesetzt (z.B. 00100000)
 
  shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, bitsToSend);
 
  digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH);
 
}

Aufgaben

1. Erstellt ein Lauflicht, welches auf das Shift Register und der Kingsbright Anzeige aufbaut.
2. Verbindet die verbleibenden 2 Anzeigeelemente mit dem Arduino und integriert sie in das Lauflicht.
3. Erstellt ein kleines Spiel, bei dem man im richtigen Moment einen Button drücken muss um das Lauflicht hin und her zu schicken.

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