1、74HC595电路

引脚功能

管脚序号	符号	管脚功能
10	S C L R ‾ \overline{SCLR} SCLR	复位端(低电平有效)
11	SCK	数据输入时钟端，上升沿移位
12	RCK	输出存储器锁存时钟端(下降沿，输出状态保持不变；上升沿，8 位锁存移位寄存器中的状态值并行输出)
13	G ‾ \overline{G} G	输出使能端，为低电平使，输出选通；为高电平时，输出高阻态
14	SER	串行数据输入端
15、1~7	Q0~Q7	八位数据并行输出端
9	Q7`	串行数据输出端
8	GND	电源地
16	Vcc	电源端

不同原理图对74HC595引脚符号的标注不同，但对应引脚的功能都是相同的。

电路连接

将输出使能引脚 G# 下拉，使之可以输出数据。
复位引脚 SCLR# 上拉，不需要进行复位。
ESP32的GPI/O33连接数据输入端 SER ，输出串行数据。
ESP32的GPI/O26连接数据输入时钟端 SCK ，产生发送数据时需要的时钟。
ESP32的GPI/O27连接锁存寄存器时钟端 RCK ，控制数据输出状态的保持。

级联

级联方法
需要将其中一个595的串行数据输出引脚连接到另一个的数据输入引脚上。
两个595芯片的数据时钟引脚，锁存器引脚分别连接到相同的单片机控制引脚。

数据写入
先写入的数据往后移，例如输入 0000 0000 0000 0101 ，若是从低位开始输入，则第一个数据应该是1，第二个是0，第三个是1，第四个是0，第五个是0，…
输入完成后对 RCK引脚发送一个上升沿，然后发送一个下降沿，使其输出的引脚状态保持。
OUT_0~OUT15的状态应为：0000 0000 0000 0101。

在键盘的原理图设计时，为了在编程时方便写按键扫描驱动，将输出的位置对调了一下，即OUT_0设为OUT_15,OUT_1设为OUT_14，其余部分也是如此。

2、按键矩阵原理

以上为部分按键矩阵，通过二极管的单向导通特性实现按键放冲突(所有按键同时按下也不会高低电平直接连接)。

扫描方法
初始化：
74HC595芯片引脚全部输出低电平，即OUT0~OUT13全为低电平，
5个输入引脚设置为下拉输入。
扫描：
扫描时仅将其中一个的输出状态设为1，其余设为0，然后读取5个输入引脚的状态。
反复上述步骤13次即可扫描一遍键盘状态。

3、扫描驱动程序

引脚初始化

引脚初始化函数为 void pin_init();

输出设置

驱动程序 void write_hc595(uint8_t loc)
将 OUT_loc 设定为1，其余为0。

void write_hc595(uint8_t loc)
{
    //将锁存时钟引脚置低
    //原来为高电平，此时为低电平，产生下降沿
    //保持原来的数据状态，防止在写入新数据时输出引脚也随着新数据变化
    digitalWrite(STC_PIN, LOW);
    for (uint8_t j = 0; j < 16; j++)
    {
    	//将时钟引脚置低，
    	//原来为高电平，此时为低电平，产生下降沿
        digitalWrite(SHC_PIN, LOW);
        //如果当前数据位需要置1
        if (j == loc)
        {
            digitalWrite(OUT_PIN, HIGH);//数据引脚拉高，写入1
        }
        else//否则置0。
        {
            digitalWrite(OUT_PIN, LOW);//数据引脚拉低，写入0
        }
        digitalWrite(SHC_PIN, HIGH);
    	//将时钟引脚置高，
    	//原来为低电平，此时为高电平，产生上升沿，写入的数据向后移，并将数据引脚的状态保存。
    }
    //将锁存时钟引脚置高
    //原来为低电平，此时为高电平，产生上升沿
    //将8位锁存移位寄存器中保存的的状态值并行输出
    digitalWrite(STC_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(1); //此处需要延迟1us，保证输出状态稳定
}

扫描读取

示例

 pin_init();  //引脚初始化
 iir_begin(); //开启IIR滤波
 uint8_t IN_P[5] = {IN0, IN1, IN2, IN3, IN4};
 uint8_t KEY_STATE[KEYBOARD_ROW][KEYBOARD_COLUMN] = {};
 for (;;)
 {
	 //如果允许键盘读取get_scan_keyboard()返回1，否则返回0
     if (get_scan_keyboard() == 1)
     {
         //逐列扫描
         for (int i = 0; i < KEYBOARD_ROW; i++)
         {
         	 //逐行读取
             for (int j = 0; j < KEYBOARD_COLUMN; j++)
             {
             	 //将对应列置1，其余列置0。
                 write_hc595(j);
                 //读取对应行的输入引脚状态
                 KEY_STATE[i][j] = digitalRead(IN_P[i]);
             }
         }
         //由于回车键单独使用一个GPI/O引脚检测，所以
         KEY_STATE[ENTER_X][ENTER_Y] = !digitalRead(ENTER_PIN);
         //将扫描得出的状态写入队列，提供给其他任务读取。
         xQueueOverwrite(KEYBOARD_SATE_QUEUE, &KEY_STATE);
     }
 }

3、参考资料

1、百度百科 74HC595
https://baike.baidu.com/item/74HC595/9886491?fr=aladdin

资料获取

全部工程文件进ESP32工程群(483217976)自行下载，所有文件在 ESP32键盘 目录下。

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