74HC595驱动8*8点阵LED的原理分析

CHANBAEK 2023-12-16 7062

描述

一、8*8点阵结构

下面图片是8*8点阵内部结构原理图，一共有16根引脚，如果直接用8位单片机进行控制的话，需要占用单片机2个端口（如：P1,P2），实质上就是控制64个LED灯的亮灭，比如我想让左上角第一个LED灯亮起，其它灯全灭，那么需要让h1输出高电平，L1输出低电平就可以了。注意要将L2-L8保持在高电平，否则第一行的其它灯也会亮。

锁存器

二、串并转换（74HC595）

上面这种控制方式虽然简单，但是占用单片机的IO口线过多，所以，我们经常会利用74HC595这样的串并转换芯片作为驱动芯片，一个595具有8个驱动输出端（QA-QH）,那么我们这里需要2个595就够用了。通过第一片595的SQH管脚进行级联，将数据送至第二片595的数据输入端，这样单片机只需要3根线就可以实现对2片595的输出控制。

锁存器

三、控制时序

对于编写595的驱动程序来说，看时序图是最直接了当的方式，手册上会说的比较多，简化来说，就是DATA_IN管脚用来输入数据（实际上就是高低电平），然后SHIFT-CLK管脚提供时钟，每当SHIFT-CLK的上升沿到来，595会读入DATA_IN管脚的电平状态，并存储在内部的锁存器中，当8个上升沿读取结束后，第一片595的8个数据已经全部读完，但是我们这里是级联的接法，所以还要继续读8个上升沿，然后数据从SQH管脚传给第二片595的DATA_IN管脚，到这时，16个上升沿的数据都读进595内部并存储起来了，注意此时还没有放到QA-QH这16个输出口线上，接下来需要LATCH-CLK给出一个下降沿，才将16个管脚的电平状态进行实际输出。

看下时许图，就可以一目了然：

锁存器

四、程序编写（静态显示）

//先做宏定义，目的是给单片机的管脚起个别名，便于我们能够见名知义。共用到3个IO口。

//初始化时用到的端口
#define    cBRDDOT_Port_Shift  GPIO_P4
#define    cBRDDOT_Pin_Shift  GPIO_Pin_2
#define    cBRDDOT_Port_DIn  GPIO_P4
#define    cBRDDOT_Pin_DIn    GPIO_Pin_1
#define    cBRDDOT_Port_Latch  GPIO_P4
#define    cBRDDOT_Pin_Latch  GPIO_Pin_3
//定义让端口输出高低电平
#define    cBRDDOT_Bit_Shift  P42
#define    cBRDDOT_Bit_DIn    P41
#define    cBRDDOT_Bit_Latch  P43

//接下来做管脚的初始化，全部初始化为输出。

//设置Shift的管脚，处于输出模式
  GPIO_SetMode(cBRDDOT_Port_Shift, cBRDDOT_Pin_Shift, GPIO_Mode_OUT_PP);
  //设置DIn的管脚，处于输出模式
  GPIO_SetMode(cBRDDOT_Port_DIn, cBRDDOT_Pin_DIn, GPIO_Mode_OUT_PP);
  //设置Latch的管脚，处于输出模式
  GPIO_SetMode(cBRDDOT_Port_Latch, cBRDDOT_Pin_Latch, GPIO_Mode_OUT_PP);

//接下来目标是点亮左上角第一个LED,下面是实现时序的代码

void  DOT_ScanOut(void)  
{
  u8  V,  i;
  
  cBRDDOT_Bit_Latch  =  1;//看时序图，latch管脚一开始为高电平，这里输出1
  cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;//时钟shift-clk一开始为低电平
  {
    V  =  0xfe;//这里是进行点阵的行选择，为什么是FE，11111110，最低位为0，目的是要选中第一行的8个LED，
    for  (i=0;i< 8;i++)
    {
      if  (V  &  0x80)//每次都将最高位取出来，1000000 & 8位二进制，只有最高位有效
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  1;//如果最高位为高电平，则把DATA-IN输出高电平，这时候我们就把数据放上去了。
      else
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  0;//否则输出低电平
      V  < <=  1;//数据向左移一位，原来的次高位变为最高位，原来的最低为补0，直到8个位全部读完。


      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;//将SHIFT-CLK管脚电平由0变为1，上升沿产生，这时595会读入DATA-IN的电平状态并保存
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;//恢复低电平
    }
  }
  //上面的代码执行完，可以理解为我们已经选中了一行（第一行0XFE）
  //接下来就是要把这一行要亮的灯点亮。
  {
    V  =  0x80;//这里的逻辑是正的，1就代表亮，0代表灭。最左面的灯处于最高位位置。
    for  (i=0;i< 8;i++)
    {
      if  (V  &  0x80)
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  1;
      else
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  0;
      V  < <=  1;


      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
    }
    //8次循环结束，那么就将要这一行要显示的数据（要点亮的LED灯）也存到595内部了。
  }
  cBRDDOT_Bit_Latch  =  0;//将LATCH-CLK拉成低电平，这时下降沿产生，595会把存储的数据真正给到输出口上，对应的LED会亮起。
  cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
}

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五、程序编写（动态扫描）****

//但是现在有个问题是，我们刚才的代码只能同时控制一行的LED亮灭，如果想同时控制8行来显示图案的话，就要用动态扫描的方式，从第1行到第8行快速切换，然后放入数据，形成视觉暂留的效果，让人眼误以为是同时在显示。

//也就是说，我们需要一个定时中断，每次中断过来我都要更新一行的数据。那么我们就要把上面的程序放到中断服务函数里面。

//先进行初始化设置，这里用的是timer2
  Timer2_Init_AsTimer(False,0, 252, 112);
  Timer2_EnaInterrupt();
  Timer2_StartWork();

//全局变量

u8  code  cBRDDOT_Colomn_Sel[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//每一行的模值
u8  xdata  vBRDDOT_Values[8]={0x24,0x7e,0xff,0xff,0x7e,0x3e,0x1b,0x00};//心形图案

// 下面是中断服务程序

void  BRDDOT_ScanOut(void)  interrupt  IntNo_Timer2
{
  u8  V,  i;
  //这2行代码的目的是让vBRDDOT_ColIndex在0-7之间不断循环，
  //比如当vBRDDOT_ColIndex为8时，二进制对应0000 10000，和0000 0111进行与运算，8变为0.
  vBRDDOT_ColIndex++;
  vBRDDOT_ColIndex  &=  7;


  cBRDDOT_Bit_Latch  =  1;
  cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
  //输出Col
  {
    //行选择，这里的V就不能是固定值了，因为要逐行显示，每一次进来会更新一行。
    //需要在第1到第8行不断选择，所以cBRDDOT_Colomn_Sel数组里面应该放好进行每一行选择的IO模值
    V  =  cBRDDOT_Colomn_Sel[vBRDDOT_ColIndex];
    for  (i=0;i< 8;i++)
    {
      if  (V  &  0x80)
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  1;
      else
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  0;
      V  < <=  1;


      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
    }
  }
  
  {
  //这里面vBRDDOT_Values要存储8行LED的显示内容，建议用取模软件去生成。
  //每次中断进来都会换一行显示，因为vBRDDOT_ColIndex一直在变。
    V  =  vBRDDOT_Values[vBRDDOT_ColIndex];
    for  (i=0;i< 8;i++)
    {
      if  (V  &  0x80)
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  1;
      else
        cBRDDOT_Bit_DIn  =  0;
      V  < <=  1;


      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  1;
      cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
    }
  }
  cBRDDOT_Bit_Latch  =  0;
  cBRDDOT_Bit_Shift  =  0;
}

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