基于74HC595單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管設(shè)計(jì)

74HC595是我們?cè)陔娐分斜容^常見(jiàn)的一種CMOS器件，本文只要探討的是基于74HC595的單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管設(shè)計(jì)，這個(gè)電路說(shuō)復(fù)雜也復(fù)雜，說(shuō)簡(jiǎn)單那也簡(jiǎn)單，我們首先來(lái)了解一下74HC595的作用。

74HC595

74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7’）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。

74HC595是一個(gè)8位串行輸入、平行輸出的位移緩存器：平行輸出為三態(tài)輸出。在SCK的上升沿，單行數(shù)據(jù)由SDL輸入到內(nèi)部的8位位移緩存器，并由Q7‘輸出，而平行輸出則是在LCK的上升沿將在8位位移緩存器的數(shù)據(jù)存人到8位平行輸出緩存器。當(dāng)串行數(shù)據(jù)輸人端OE的控制信號(hào)為低使能時(shí)，平行輸出端的輸出值等于平行輸出緩存器所存儲(chǔ)的值。而當(dāng)OE為高電位，也就是輸出關(guān)閉時(shí)，平行輸出端會(huì)維持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。

74HC595引腳圖

74HC595管腳功能

上圖是74HC595芯片邏輯圖，輸出使能端13腳我們一直讓它使能，復(fù)位端10腳我們一直讓它無(wú)效，這兩個(gè)引腳在硬件設(shè)計(jì)時(shí)為了方便，就直接給它們連到相應(yīng)的電平上了。程序中我們只需要關(guān)注數(shù)據(jù)輸入引腳14腳、移位脈沖引腳11腳和鎖存脈沖引腳12腳。

圖中的SRA——SRH是移位寄存器（ShiftRegister），數(shù)據(jù)從它們的D引腳輸入，從Q引腳輸出，每次移位脈沖引腳（ShiftClock）提供一個(gè)脈沖，D引腳的數(shù)據(jù)就會(huì)輸出并保持到Q引腳，因?yàn)檫@里的移位脈沖引腳（ShiftClock）是連到每一個(gè)SR上的，所以自然每次給一個(gè)移位脈沖的時(shí)候，所有的數(shù)據(jù)都向后移動(dòng)了一位。

這里我們注意到，SRA的D腳連接的是串行數(shù)據(jù)輸入，也就是我們的數(shù)據(jù)引腳。所以每次給脈沖移位之前，我們需要準(zhǔn)備好該引腳的值，因?yàn)槊看谓o一個(gè)脈沖，它的數(shù)據(jù)就會(huì)移入后方。

很直觀的看到，我們給幾個(gè)脈沖，數(shù)據(jù)引腳就會(huì)有幾次被移入移位寄存器，并且這些值會(huì)保持在各個(gè)SR的Q腳。所以假設(shè)我們要將一個(gè)字節(jié)移入移位寄存器，因?yàn)?個(gè)字節(jié)是8位的，所以我們需要給出8個(gè)脈沖，那么SRA——SRH的Q腳就保持了這8位值，再看看這8位值，它是先在數(shù)據(jù)引腳輸出的值就會(huì)走得越遠(yuǎn)，所以如果我們先輸出數(shù)據(jù)高位的話，最高位在8個(gè)脈沖后就會(huì)跑到SRH的Q腳。這就像我們排隊(duì)一樣，一個(gè)寄存器里面有8個(gè)位置，每次給一個(gè)脈沖就好比一次呼叫：“大家可以往前移一位了！”就這樣，隊(duì)伍不斷得往前移。

然后我們看到LRA——LRH，它們是鎖存寄存器（LatchRegister），每次鎖存脈沖引腳（LatchClock）給一個(gè)脈沖，Q腳就會(huì)輸出并保持D腳的值。LR和SR其實(shí)是差不多的功能，只是SR多了個(gè)復(fù)位腳。

我們可以把LR看成是照相機(jī)，鎖存脈沖引腳就相當(dāng)于是照相機(jī)的快門，我們給一個(gè)鎖存脈沖，那么數(shù)據(jù)就被鎖存在了對(duì)應(yīng)的Q腳。而當(dāng)我們沒(méi)有操作鎖存引腳的時(shí)候，照相機(jī)只是擺在那里，不管隊(duì)伍怎么前進(jìn)了，照相機(jī)的輸出始終是不變的。只有某次按下了快門，所有的照相機(jī)的照片就都更新了一次。

大概有人會(huì)問(wèn)，圖中的三角形加小圓圈是什么呢？那是非門，說(shuō)白了就是如果它前面是0，后面就是1；前面是1，后面就是0。還有就是貼在方形鎖存器上的那些小圓圈，也是起到反向的左右。

基于74HC595單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管設(shè)計(jì)

數(shù)碼管顯示系統(tǒng)需要占用過(guò)多的單片機(jī)口線，但是可以保證正常的亮度。為了解決占用口線較多而浪費(fèi)硬件資源等問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了一系列諸如74HC595的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，該類芯片可以實(shí)現(xiàn)串行轉(zhuǎn)并行的工作方式，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示。但是，這樣一種工作方式暴露出控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不足等問(wèn)題，在某些對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要求比較高的場(chǎng)合的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的限制。為了解決上述幾個(gè)弊端，本文提出了一種基于單片機(jī)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示器的設(shè)計(jì)方案，以IAP15F2K61S2系列單片機(jī)做控制核心，并采用全新的軟硬件電路實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。

數(shù)碼管外觀設(shè)計(jì)

本顯示器采用六個(gè)共陽(yáng)極的數(shù)碼管，按照通常的做法，六個(gè)數(shù)碼管水平排列在產(chǎn)品的最上方，如圖1所示，這樣的設(shè)計(jì)可以方便的將控制系統(tǒng)的控制狀態(tài)顯示出來(lái)。下方采用的是40管腳DIP封裝的單片機(jī)，所有并行口線都安排了插針，可以方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的外部擴(kuò)展，增強(qiáng)本顯示器的可移植性。

數(shù)碼管外觀圖

控制電路原理圖

本產(chǎn)品采用六個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管制作了本顯示器。設(shè)計(jì)共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示代碼表如下：

為了充分發(fā)揮C語(yǔ)言的模塊化編程優(yōu)勢(shì)，將動(dòng)態(tài)顯示子函數(shù)封裝為一個(gè)通用的模塊，程序如下：

總結(jié)

74HC595芯片是一種串入并出的芯片，在電子顯示屏制作當(dāng)中有廣泛的應(yīng)用。 74HC595是8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻、關(guān)、斷狀態(tài)。用74HC595做數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，一片595接一個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管用共陽(yáng)，共陰的都行。共陽(yáng)的數(shù)碼管，公共 端接到電源上，共陰的，公共端就接到地上，不用采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，就是靜態(tài)顯示電路了。