? ? ? ??51 單片機(jī)的IO 口非常有限，有時(shí)候若想要連接更多外圍設(shè)備，需要通過(guò) IO 擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文介紹一種 IO 口擴(kuò)展方式——串轉(zhuǎn)并，使用的芯片是 74HC595。若有4個(gè) 74HC595 芯片，僅需單片機(jī) 3 個(gè) IO 口即可擴(kuò)展到 32 個(gè)。而且，還可以將多個(gè) 74HC595 級(jí)聯(lián)擴(kuò)展出更多 IO，從而實(shí)現(xiàn)用少數(shù) IO 資源控制多個(gè)設(shè)備。

74HC595 芯片簡(jiǎn)介

? ? ? ??74HC595 是一個(gè) 8 位串行輸入、并行輸出的位移緩存器，其中并行輸出為三 態(tài)輸出（即高電平、低電平和高阻抗）。

? ? ? ??芯片管腳圖：

? ? ? ??管腳功能說(shuō)明：?

表1? 芯片管腳功能序號(hào)符號(hào)描述

1~7、15	QA~QH	并行數(shù)據(jù)輸出
9	/QH	串行數(shù)據(jù)輸出
10	SCLR非	主復(fù)位（低電平），移位寄存器清零輸入
11	SCK( SRCLK)	移位寄存器時(shí)鐘輸入
12	RCK(RCLK)	存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入
13	G 非	輸出使能控制端（低電平）
14	SI	串行數(shù)據(jù)輸入
8	GND	接地
16	VCC	電源

? ? ? ??內(nèi)部邏輯圖 ：

? ? ? ??真值表如下:

??? ? ? ??74HC595 具有 8 位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器、三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是單獨(dú)的時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在 SCK 的上升沿輸入移位存儲(chǔ)器，在 RCK 的上升沿進(jìn)入到存儲(chǔ)寄存器（鎖存器）中。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行輸入（SI），和一個(gè)串行輸出（/QH），和一個(gè)異步的低電平復(fù)位(SCLK非)，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行 8 位的，具有三態(tài)的總線輸出。當(dāng) /SCLR 為高電平，/G 為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)在 SCK?上升沿進(jìn)入移位寄存器，在 RCK 上升沿輸出到并行端口。

??? ? ? ??有關(guān) 74HC595 芯片的更多詳細(xì)介紹，可以查看芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。鏈接：鏈接: https://pan.baidu.com/s/1DDk9CZuU0bcC1B9b6k6Ahw?pwd=chtn 提取碼: chtn?

硬件部分

??? ? ? ??使用到硬件資源如下：

16*16LED 點(diǎn)陣模塊

74HC595 模塊

? ? ? ? ? 74HC595模塊電路如下圖所示：

? ? ? ? ? ?6*16LED 點(diǎn)陣模塊電路如下圖所示：

? ? ? ? ? ?由上圖可知，模塊電路獨(dú)立，74HC595 模塊內(nèi)使用了 4 塊 74HC595 芯片，采用級(jí)聯(lián)方式，即 RCLK ( RCK ）?和SRCLK（ SCK）?管腳并聯(lián)在一起，并且 74HC595 （A）的輸出 /QH 連接到 74HC595（B）的串行輸入口 SER（SI），而 74HC595（B）的 輸出 /QH 又連接到 74HC595（C）的串行輸入口 SER(SI)，依次類推。并且每塊芯片的輸出端都連接到對(duì)應(yīng)的端子上，74HC595（A）的輸出連接到 J27 端子，74HC595 （B）的輸出連接到 J32 端子，74HC595（C）的輸出連接到 LED 點(diǎn)陣前 8 列，74HC595 （D）的輸出連接到 LED 點(diǎn)陣后 8 列。圖上的 NEGx 是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，74HC595（C）和74HC595 （D）的輸出已經(jīng)與 LED 點(diǎn)陣列相連。74HC595 需要用到的控制管腳 RCLK、SRCLK、SER 并未直接連接到 51 單片機(jī) 的 IO 上，而是連接到 J24 端子上。

? ? ? ? ? ?此處使用 P3.4-P3.6 管腳來(lái)控制 74HC595 輸出數(shù)據(jù)，行為 LED 發(fā)光二極管的陽(yáng)極，列則為發(fā)光二極管的陰極。

? ? ? ? ? ?要想控制 LED 點(diǎn)陣，需將單片機(jī)管腳按照 74HC595 芯片的通信時(shí)序要求來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。使用了 4 片 74HC595 芯片，A、B 兩塊芯片控制點(diǎn)陣的行 POS1-POS16，C、D 兩塊芯片控制點(diǎn)陣列 NEG1-NEG16。這樣即可控制 LED 點(diǎn)陣。根據(jù) LED 發(fā)光二極管導(dǎo)通原理，當(dāng)陽(yáng)極為高電平，陰極為低電平則點(diǎn)亮，否則熄滅。因此通過(guò)單片機(jī)發(fā)送 4 組數(shù)據(jù)，通過(guò) 74HC595 芯片將這四組數(shù)據(jù)分配到對(duì)應(yīng)輸出從而控制 LED 點(diǎn)陣。

源代碼

? ? ? ? ? ? 解釋一下代碼的邏輯順序；

? ? ? ? ? ? 定義好 74HC595 控制管腳，以及點(diǎn)陣列控制口。然后重新定義了一個(gè) ms 級(jí)延時(shí)函數(shù) delay_1ms，該函數(shù)與前面 delay_10us 類似，都是利用循環(huán)占用 CPU 起到延時(shí)效果。

? ? ? ? ? ? 定義 74HC595 的控制函數(shù) HC595_WRITE_DATA，該函數(shù)完全按照 74HC595 的通信時(shí)序要求編寫，需要注意的是 74HC595 是先傳輸字節(jié)的高位后傳輸?shù)臀?#xff0c;所以需要將字節(jié)低位移動(dòng)到高位傳輸。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，要注意移位寄存器時(shí)鐘和存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘的先后順序，將要寫入的數(shù)據(jù)先傳輸?shù)?74HC595 寄存器中，即在準(zhǔn)備好每位數(shù)據(jù)時(shí)要將 SCK 進(jìn)行一個(gè)上升沿變化，此時(shí)即可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭莆患拇嫫鲀?nèi)。循環(huán) 8 次，一個(gè)字節(jié)就傳輸?shù)郊拇嫫髦?#xff0c;就可以來(lái)一個(gè)存儲(chǔ)時(shí)鐘上升沿RCK，此時(shí)就可以將 74HC595 寄存器中的數(shù)據(jù)全部一次傳輸?shù)?595 存儲(chǔ)寄存并從端口輸出。? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? 使用了?4 個(gè) 74HC595 芯片且級(jí)聯(lián)， 所以在函數(shù)入口有 4 個(gè)參數(shù) cs_data1-cs_data4，從函數(shù)中可看到，第一個(gè) for 循環(huán)中首先發(fā)送 cs_data4 數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送 cs_data3，最后發(fā)送 cs_data1，因?yàn)?595 是移位寄存器， 可以理解為一開始發(fā)送的數(shù)據(jù)會(huì)被后面的數(shù)據(jù)向前推走，通過(guò) 4 次 for 循環(huán)后cs_data4 就被移到了 74HC595(D)芯片處，cs_data3 就被移到了 74HC595(C)芯片處，cs_data2 就被移到了 74HC595(B)芯片處，cs_data1 就被移到了 74HC595(A)芯片處。

? ? ? ? ? ? 可以將輸入看成水管中的水流，從cs_data4開始，依次將四個(gè)數(shù)據(jù)放入水管中，最后cs_data4率先流出水管，到達(dá)LED點(diǎn)陣的后8列。然后流出水管的是cs_data3，到達(dá)LED點(diǎn)陣的前8列。然后是cs_data2，到達(dá)LED點(diǎn)陣的后8行。最后是cs_data1，到達(dá)LED點(diǎn)陣的前8行。如此這般依次設(shè)置LED點(diǎn)陣的行列，從而實(shí)現(xiàn)控制LED點(diǎn)亮。

? ? ? ? ? ? 最后就是在 main 函數(shù)中調(diào)用 74HC595 的控制函數(shù) HC595_WRITE_DATA，將實(shí)驗(yàn)中要實(shí)現(xiàn)的效果數(shù)據(jù)寫入進(jìn)去， 從而控制 LED 點(diǎn)陣的陽(yáng)極和陰極。

#include "reg52.h"typedef unsigned int u16;//使用關(guān)鍵字 typedef 對(duì)系統(tǒng)默認(rèn)數(shù)據(jù)類型 unsigned int 重新命名 typedef unsigned char u8;/*定義74HC595控制管腳*/ sbit SI=P3^4; //串行數(shù)據(jù)輸入 sbit RCK=P3^5; //存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入 sbit SCK=P3^6; //移位寄存器時(shí)鐘輸入u8 HC595_buf[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};void delay_10us(u16 ten_us)//延時(shí)函數(shù)，ten_us=1 時(shí)，大約延時(shí) 10us {while(ten_us--); }void delay_1ms(u16 ms) {u16 i,j;for(i=ms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--); }void HC595_WRITE_DATA(u8 cs_data1,u8 cs_data2,u8 cs_data3,u8 cs_data4) //最后兩個(gè)形參表示所有列的數(shù)據(jù)，前面兩個(gè)形參表示所有行的數(shù)據(jù) {u8 i=0;for(i=0;i<8;i++)//傳入第四個(gè)形參{SI=cs_data4>>7; //因?yàn)?95芯片先傳高位，所以將最高位移到最低位（比如 12345678——>00000001,此處12345678這樣寫只為方便理解）,然后給個(gè)上升沿把1傳入寄存器中cs_data4<<=1; /*這一步是將原先cs_data（比如12345678）的第二個(gè)高位（1后面的2）移到第一個(gè)高位（即變成了23455670），這一步是為了執(zhí)行下一次循環(huán)的時(shí)候，將最高位移到最低位做準(zhǔn)備，也就是SI_SER=cs_date4>>7;*/SCK=0; //此處開始產(chǎn)生上升沿，先設(shè)為0，后面再設(shè)置為1，上升沿就有了，數(shù)據(jù)在 SCK 的上升沿輸入存儲(chǔ)器delay_10us(1);SCK=1; //此刻，最高位就輸入到寄存器中了，然后下一次循環(huán)依次按照此方法傳入第二個(gè)高位、第三個(gè)....delay_10us(1);}for(i=0;i<8;i++)//傳入第三個(gè)形參{SI=cs_data3>>7; cs_data3<<=1; SCK=0;delay_10us(1);SCK=1;delay_10us(1);}for(i=0;i<8;i++)//傳入第二個(gè)形參{SI=cs_data2>>7; cs_data2<<=1; SCK=0;delay_10us(1);SCK=1;delay_10us(1);}for(i=0;i<8;i++)//傳入第一個(gè)形參{SI=cs_data1>>7; cs_data1<<=1; SCK=0;delay_10us(1);SCK=1;delay_10us(1);}RCK=0; //這里需要一個(gè)上升沿，將存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，在 RCK 的上升沿的作用下，輸入到鎖存器中（此時(shí)輸出使能控制端/G或/OE接地）delay_10us(1);RCK=1; }void main(void) //主函數(shù) { u8 i=0; while(1) //while循環(huán)一次，LED點(diǎn)陣從第一行到最后一行點(diǎn)亮完成一個(gè)輪回{for(i=0;i<8;i++) //控制16*16LED點(diǎn)陣的前8行LED燈亮滅{HC595_WRITE_DATA(HC595_buf[i],0,0,0);//使74HC595(A)輸出ghc595_buf[i]，控制16*16LED點(diǎn)陣的前8行LED燈亮滅 delay_1ms(500);//延時(shí)500ms}for(i=0;i<8;i++) //控制16*16LED點(diǎn)陣的后8行LED燈亮滅{HC595_WRITE_DATA(0,HC595_buf[i],0,0);//使74HC595(B)輸出ghc595_buf[i]，控制16*16LED點(diǎn)陣的后8行LED燈亮滅delay_1ms(500);//延時(shí)500ms} } }

現(xiàn)象

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的IO 扩展(串转并)-74HC595-16*16LED点阵实验的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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