单片机读取74HC165数据异常原因分析

　　0、引言

　　74HC165是一款高速CMOS移位寄存器，电压为2.0～6.0V，驱动电流为+/-5.2mA。74HC165引脚兼容TTL（LSTTL）系列（定义于JEDEC标准№.7A）。

　　74HC165是8位并行输入串行输出移位寄存器，可在末级得到互斥的串行输出（Q0和Q7），当并行读取（PL）输入为低时，从D0到D7口输入的并行数据将被异步地读取进寄存器内。而当PL为高时，数据将从DS输入端串行进入寄存器，在每个时钟脉冲的上升沿向右移动一位（Q0→Q1→Q2，等等）。利用这种特性，只要把Q7输出绑定到下一级的DS输入，即可实现并转串扩展。

　　74HC165的时钟输入是一个“门控或”结构，允许其中一个输入端作为低有效时钟使能（CE）输入。CP和CE的引脚分配是独立的并且在必要时，为了布线的方便可以互换。只有在CP为高时，才允许CE由低转高。在PL上升沿来临之前，CP或者CE应当置高，以防止数据在PL的活动状态发生位移。

　　图174HC165逻辑图

　　单片机的开漏口输出高电平时，需要上拉电阻，否则无法输出高电平，同时为了提高抗干扰能力还要接一个瓷片电容进行滤波。

　　1、现象描述

　　74HC165的数据装载口上拉一个10K欧姆的电阻（R160）到5V，串联一个510Ω（R260）的限流电阻和滤波电容102（C69）到单片机开漏口。通过计算RC充电时间，R=R160+R260=10510Ω，C=C69=1000PF，充电电压为5V，算出充电时间为42.04us。实际测量的充电时间为42us左右，同计算的时间基本一致。（若为推挽输出口控制PL脚，充电时只通过R260=510Ω和电容C69=1000PF，充电时间约为2.04us）。如图2，时钟口波形为脉冲数较多的，数据装载口为脉冲数较少的，可知数据装载口还没有完全达到高电平时，就有了移位脉冲，导致移位失效，数据读取错误。

　　图2C为102时74HC165数据装载口和时钟口波形

　　若电容C改为101时，通过计算和实际测量，得到充电时间为4.204us，充电速度快了十倍，如下图3。数据装载口变为可靠的高电平后，才有移位时钟脉冲，移位成功，数据读取成功。

　　图3C为101时74HC165数据装载口和时钟口波形

　　2、原因分析

　　74HC165是一个8位移位寄存器（并行输入、互补串行输出），当移位/置入控制端PL为低电平时，并行数据A-H（D0-D7）被置入寄存器，而与时钟（CP）及串行数据（Ds）均无关。当PL为高电平时，并行置数功能被禁止。要特别注意，移位时，PL为低电平时，移位无效。PL为高电平时，才能移位。当PL为高电平，而且CE为低电平时，与非门的输出完全由CP控制。当PL为低电平时，虽然CE为低电平，但是与非门的输出固定为高电平，不论CP电平如何变化，与非门的输出始终固定为高电平。所以，显然只有CE低电平去使能CP脉冲是不够的，同时PL也为高电平才能使CP脉冲有效。如图1中的D触发器1。

　　2.1PL为高电平时，由于SD和RD连接的与非门，有一个管脚连接PL的非门，是低电平，故SD（直接置1端）和RD（直接清零端）都是高电平，不影响电路工作。所以每次CP的上升沿，D端数据会移动到Q端，并且锁存起来。

　　2.2PL为低电平时，由于SD和RD连接的与非门有一个管脚连接PL的非门，是高电平，故SD（直接置1端）和RD（直接清零端）的状态都完全根据D0决定。当D0为1时，SD为0（低电平有效），RD为1，故Q1直接置1。当D0为0时，SD为1，RD为0（低电平有效），故Q1直接清0。这就是数据装载的原理。同时，由于PL为低电平时，CP被与非门无效了，所以每次CP的上升沿，D端数据不会移动到Q端。

　　3、结论

　　若PL的高电平不可靠时，会出现移位失败的问题，从而导致数据读取错误。要使CP的移位有效，提前必须使CE为可靠低电平且PL为可靠的高电平。当开漏口控制PL引脚时，务必注意查看由低电平到高电平的波形，是否提前于CP的上升沿。若变为高电平以后，才有CP上升沿，则没有问题;若还没有完全变为高电平，此时CP上升沿出现，则有可能移位不成功。