ESP32 + Arduino 学习笔记：74HC595 移位寄存器与按键检测

一、前言

在嵌入式开发中，常会遇到 I/O 口不够用的情况，74HC595 移位寄存器能帮我们解决这个问题，它可以通过少量 I/O 口控制多个输出设备。同时，按键检测是交互功能的基础，这次就结合 ESP32（用 Arduino 框架），学习 74HC595 用法和按键消抖检测，让你轻松上手硬件交互开发！

二、74HC595 移位寄存器基础

（一）芯片介绍

74HC595 是 8 位串行输入、并行输出的移位寄存器，工作电压 2.2V - 5.5V 。内部有移位寄存器和数据寄存器，串行输入数据逐位移入，最后并行输出，能帮我们节省 ESP32 的 I/O 口，比如用 3 个 I/O 就能控制 8 个输出设备（像数码管、LED 等 ）。

（二）引脚功能（常用关键引脚）

（三）工作流程（以控制数码管为例）

1. 数据串行输入：把要显示的数据（比如数码管段选编码 ），通过 DS 引脚一位一位传进去，配合 SH - CP 上升沿，数据逐位移入移位寄存器。
2. 数据锁存输出：所有数据移完后，给 ST - CP 一个上升沿，移位寄存器里的数据就会锁存到并行输出寄存器，Q0 - Q7 输出对应电平，控制数码管显示。

三、硬件连接（以控制共阴数码管 + 按键检测为例 ）

（一）材料准备

• ESP32 开发板
• 74HC595 芯片
• 共阴数码管
• 按键、10kΩ 电阻（上拉/下拉用 ）
• 面包板、杜邦线

（二）接线图（简化示意）

• 74HC595 与 ESP32：
  • DS → ESP32 任意 GPIO（如 GPIO14 ）
  • SH - CP → ESP32 任意 GPIO（如 GPIO12 ）
  • ST - CP → ESP32 任意 GPIO（如 GPIO13 ）
  • VCC → ESP32 3.3V 或 5V（看 74HC595 工作电压，一般 3.3V 也可 ）
  • GND → ESP32 GND
• 74HC595 与共阴数码管：
  Q0 - Q7 对应连数码管的段选引脚（a - g、dp ），比如 Q0 连 a 段、Q1 连 b 段……
• 按键与 ESP32：
  按键一端接 ESP32 GPIO（如 GPIO34 ），另一端接 GND ，同时在 GPIO 引脚和 3.3V 之间接 10kΩ 上拉电阻（也可用 ESP32 内部上拉，代码里设置 ），这样按键按下时引脚电平变低，松开变高。

四、代码实现（分步讲解 ）

（一）基础按键检测（消抖处理 ）

先写个简单按键检测代码，包含消抖，让串口打印按键状态。

// 定义按键引脚
const int keyPin = 34;  

void setup() {
  // 设置按键引脚为输入模式，启用内部上拉电阻
  pinMode(keyPin, INPUT_PULLUP);  
  // 初始化串口，波特率 9600
  Serial.begin(9600);  
}

void loop() {
  // 读取按键引脚电平
  int buttonValue = digitalRead(keyPin);  

  // 按键按下时（电平为 LOW ，因为内部上拉，按下接地 ）
  if (buttonValue == LOW) {  
    Serial.println("按键按下");
    delay(20);  // 跳过前沿抖动（机械按键按下时电平会抖几下 ）
    // 等待按键松开，避免一直触发
    while (digitalRead(keyPin) == LOW) {}  
    delay(20);  // 跳过后沿抖动
    Serial.println("按键松开");
  }

  delay(20);  // 主循环稍作延时，避免太频繁检测
}

代码说明：

• INPUT_PULLUP 启用 ESP32 内部上拉电阻，这样按键没按下时引脚默认是高电平，按下接地变低电平，省了外部上拉电阻。
• 消抖用了简单的 delay ，实际项目也可用定时器、状态机更高级方法，这里先学基础的。

五、实际调试与拓展

（一）调试注意事项

1. 硬件接线检查：尤其 74HC595 引脚别接反，VCC、GND 接对，数码管段选和 Q0 - Q7 对应好，不然可能显示乱或者不亮。
2. 串口调试：打开 Arduino IDE 串口监视器，看按键按下、松开时打印的信息，判断程序逻辑对不对。要是数码管显示异常，检查编码对不对（共阴、共阳编码不同 ），还有 74HC595 工作电压。

（二）拓展玩法

1. 显示多位数码管：多个 74HC595 级联（把前一个的 Q7’ 接后一个的 DS ），就能控制更多数码管，实现多位数字显示，比如做个简易计数器、时钟。
2. 按键控制更多功能：除了控制数码管显示数字，还能让按键切换显示内容（数字、字母、符号 ），或者结合 ESP32 蓝牙、WiFi 功能，按键触发发送数据。

六、总结

通过这次学习，你应该掌握了：

• 74HC595 移位寄存器基本原理和 ESP32 接线、控制方法，能节省 I/O 口扩展输出。
• Arduino 框架下 ESP32 按键检测（含消抖 ），实现简单交互。
• 把按键和 74HC595 结合，做出有交互的硬件小实验，后续可以拓展更多创意项目，比如用多个按键控制数码管显示不同内容、做个简易密码锁等等，动手试试吧！