单片机学习 7-IO拓展（串转并）-74HC595

I/O拓展-串转并

74HC595芯片介绍

​ 上面两张都是 74HC595 芯片管脚图，左侧的 1 脚是 QB，而右侧芯片的 1 脚是 Q1，左侧芯片的 11 脚是 SCK，而右侧芯片的 11 脚是 SH_CP，还有很多其他管脚不一样，其实这个都没有什么，每个人在绘制芯片管脚图时命名可能不一样而已，看一个芯片重点是管脚功能。

1. 15 和 1 到 7 脚 QA–QH：并行数据输出

2. 9 脚 QH 非：串行数据输出

3. 10 脚 SCLK 非（ MR） ： 低电平复位引脚

4. 11 脚 SCK（ SHCP） ： 移位寄存器时钟输入

5. 12 脚 RCK（ STCP） ： 存储寄存器时钟输入

6. 13 脚 G 非（ OE） ： 低电平输出有效

7. 14 脚 SER（ DS） ： 串行数据输入

74HC595 是具有 8 位移位寄存器（SCK）和一个存储器（RCK），三态输出功能。移位寄存器和存储器是单独的时钟。数据在 SCK 的时钟脉冲上升沿输入，在 RCK 的上升沿进入到存储器中。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行输入（DS），和一个串行输出（Q7 非），和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行 8 位的，具有三态的总线输出，当 MR 为高电平，OE 为低电平时，数据在 SHCP 上升沿进入移位寄存器，在 STCP 上升沿输出到并行端口。前一片芯片的Q7非连接下一片的DS，则两个74HC595芯片就实现了级联。

硬件设计

本实验使用到硬件资源如下：
（1）8*8LED 点阵模块
（2）74HC595(A)模块
开发板上的 74HC595 模块电路如下图所示：

A2-A4：

A5-A7：

​ 在A2-A4板子上：当J24端子上的VCC与OE短接时，OE输出高电平，因为74HC595芯片是OE输入低电平有效，因此就无法使用LED点阵。而GND与OE短接时，OE输出低电平，此时使用LED点阵。

​ 在A5-A7板子上：GND直接连接OE非，因此默认使用LED点阵。而在J24端子上的三个脚是用来连接74HC595芯片上的RCLK、SRCLK和SER的。可和A2-A4开发板一样使用P35连接第一个脚，P36连接第二个脚，P34连接第三个脚。

​ 芯片工作时通过SER传入一个字节，按字节的八位从高到低传入，从而QA到QH输出SER的八位。QA为最低位，QH为最高位。SER数据的每一位在SRCLK的时钟脉冲上升沿每上升一次存储一位数据在寄存器SCK中，在RCLK上升沿时一次性传输到存储器RCK中。

---

​ 从上图中可以看出，该电路是独立的，74HC595 模块内使用了 2 块 74HC595芯片，它们采用了级联方式，即 RCLK 和 SRCLK 管脚并联在一起，并且 74HC595（A）的输出 QH 非连接到 74HC595（B）的串行输入口 SER。并且每块芯片的输出端都连接到对应的端子上，74HC595（A）的输出连接到 J27 端子，74HC595（B）的输出连接到 J32 端子。74HC595 需要用到的控制管脚 RCLK、SRCLK、SER 并未直接连接到 51 单片机的 IO 上，而是连接到 J24 端子上。

​ 如果要想 51 单片机能够控制 74HC595 输出数据，就必须将单片机管脚通过导线连接到 J24 端子上。因此需使用 3 根杜邦线将单片机的管脚与 J24 端子连接。由于 74HC595 模块电路是独立的，所以使用任意单片机管脚都可以，为了与A2-A4开发板同步方法，这里使用 P3.4-P3.6 管脚来控制 74HC595 输出数据，将 74HC595（A）的输出端子 J27 连接在点阵模块行端口上，将单片机 P0 口连接到点阵模块列端口上，即行端口连接 LED 发光二极管的阳极，LED 点阵的列则连接发光二极管的阴极。如果想让发光二极管点亮，则阴极为低电平，阴极为高电平。

软件编程

#include"reg52.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

sbit SRCLK=P3^6;
sbit rCLK=P3^5;//RCLK c51内已经定义过了，避免重定义，所以定义为rCLK
sbit SER=P3^4;

#define LEDDZ_COL_PORT P0//定义点阵列的控制端口P0

u8 ghc595_buf[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//全局数组存储595输入数据的缓存，实现点阵从下往上点亮

void delay_10us(u16 ten_us)
{
	while(ten_us--);
}

//HC595发送数据函数
void hc595_write_data(u8 dat)//不能定义u8 data，因为data为c51的内部关键字。
{
		u8 i=0;
		for(i=0;i<8;i++)
		{
				SER=dat>>7;
				dat<<=1; //dat=dat<<1
				SRCLK=0;			//设置时钟脉冲
				delay_10us(1);//设置持续时间
				SRCLK=1;
				delay_10us(1);		
		}
		rCLK=0;
		delay_10us(1);
		rCLK=1;
}

void main()
{
		u8 i=0;//c51规定变量必须在开头定义，否则会报错
		LEDDZ_COL_PORT=0x00;
		
		while(1)
		{
				for(i=0;i<8;i++)
			{
				hc595_write_data(ghc595_buf[i]);
				delay_10us(50000);//延时500ms
				hc595_write_data(ghc595_buf[0x00]);//消隐
			}
		}
}

​ 首先定义好 74HC595 控制管脚，以及点阵列控制口，代码中重新定义了一个 ms 级延时函数delay_ms，该函数与前面 delay_10us类似，都是利用循环占用 CPU 起到延时效果。然后又定义了 74HC595 的控制函数hc595_write_data，该函数完全按照 74HC595 的通信时序要求编写，主要要注意
的是 74HC595 是先传输字节的高位后传输低位，所以需要将字节低位移动到高位传输，在传输数据时，要注意移位寄存器时钟和存储寄存器时钟的先后顺序，将要写入的数据先传输到 74HC595 寄存器中，即在准备好每位数据时要将 SRCLK进行一个上升沿变化，此时即可将数据传输到寄存器内，待循环 8 次即一个字节传输到寄存器中时，就可以来一个存储时钟上升沿，此时就可以将 74HC595 寄存器中的数据全部一次传输到 595 端口输出。最后就是在 main 函数中调用 74HC595的控制函数，将实验中要实现的效果数据写入进去，从而控制 LED 点阵的阳极，而阴极由 P0 口控制，默认初始化时已经设置为 0，也就是说只要 595 输出高电平，那么对应的行就会点亮。

实验现象

74HC595级联硬件设计

硬件设计

​ 最先发送的字节经过后面发送的字节的推送，依次往前推送。例如先发送0x01，在发送0x02，在发送0x03，再发送0x04。则经过四次传输，0x01存储在第四个595芯片，0x02存储在第三个595芯片，0x03存储在第二个595芯片，0x04存储在第一个595芯片。

​ 74HC595（A和B）连接的是16 *16点阵的行；74HC595（C和D）连接的是16 *16点阵的列。

​ 根据点阵中二极管的特性。点阵的列为发光二极管的阴极，点阵的行为发光二极管的阳极。想让某个二极管点亮，则使其所在行为高电平，列为低电平。

软件编程

#include"reg52.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

sbit SRCLK=P3^6;
sbit rCLK=P3^5;//RCLK c51内已经定义过了，避免重定义，所以定义为rCLK
sbit SER=P3^4;


u8 ghc595_buf[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//全局数组存储595输入数据的缓存，实现点阵从下往上点亮

void delay_1ms(u16 ms)
{
	u16 i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
		for(j=110;j>0;j--);//注意分号
}

//HC595发送数据函数
void hc595_write_data(u8 dat1,u8 dat2,u8 dat3,u8 dat4)//dat1对应HC595芯片A，dat2对应B...
{
		u8 i=0;
		for(i=0;i<8;i++)
		{
				SER=dat4>>7;
				dat4<<=1; //dat4=dat4<<1
				SRCLK=0;			//设置时钟脉冲
				delay_1ms(1);//设置持续时间
				SRCLK=1;
				delay_1ms(1);		
		}
		for(i=0;i<8;i++)
		{
				SER=dat3>>7;
				dat3<<=1; //dat3=dat3<<1
				SRCLK=0;			//设置时钟脉冲
				delay_1ms(1);//设置持续时间
				SRCLK=1;
				delay_1ms(1);		
		}
		for(i=0;i<8;i++)
		{
				SER=dat2>>7;
				dat2<<=1; //dat2=dat2<<1
				SRCLK=0;			//设置时钟脉冲
				delay_1ms(1);//设置持续时间
				SRCLK=1;
				delay_1ms(1);		
		}
		for(i=0;i<8;i++)
		{
				SER=dat1>>7;
				dat1<<=1; //dat1=dat1<<1
				SRCLK=0;			//设置时钟脉冲
				delay_1ms(1);//设置持续时间
				SRCLK=1;
				delay_1ms(1);		
		}
		rCLK=0;				
		delay_1m(1);//RCLK的上升沿
		rCLK=1;
}

void main()
{
		u8 i=0;//c51规定变量必须在开头定义，否则会报错
		
		while(1)
		{
				for(i=0;i<8;i++)
			{
				hc595_write_data(ghc595_buf[i],0,0,0);
				delay_1ms(500);//延时500ms
				hc595_write_data(0,0,0,0);//消隐
			}
							for(i=0;i<8;i++)
			{
				hc595_write_data(0,ghc595_buf[i],0,0);
				delay_1ms(500);//延时500ms
				hc595_write_data(0,0,0,0);//消隐
			}
		}
}