基于74HC595单片机驱动数码管设计

杨桂花 2018-07-31 34073

电子说

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描述

74HC595是我们在电路中比较常见的一种CMOS器件，本文只要探讨的是基于74HC595的单片机驱动数码管设计，这个电路说复杂也复杂，说简单那也简单，我们首先来了解一下74HC595的作用。

74HC595

74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。

74HC595是一个8位串行输入、平行输出的位移缓存器：平行输出为三态输出。在SCK的上升沿，单行数据由SDL输入到内部的8位位移缓存器，并由Q7‘输出，而平行输出则是在LCK的上升沿将在8位位移缓存器的数据存人到8位平行输出缓存器。当串行数据输人端OE的控制信号为低使能时，平行输出端的输出值等于平行输出缓存器所存储的值。而当OE为高电位，也就是输出关闭时，平行输出端会维持在高阻抗状态。

单片机

74HC595引脚图

单片机

74HC595管脚功能

单片机

上图是74HC595芯片逻辑图，输出使能端13脚我们一直让它使能，复位端10脚我们一直让它无效，这两个引脚在硬件设计时为了方便，就直接给它们连到相应的电平上了。程序中我们只需要关注数据输入引脚14脚、移位脉冲引脚11脚和锁存脉冲引脚12脚。

图中的SRA——SRH是移位寄存器（ShiftRegister），数据从它们的D引脚输入，从Q引脚输出，每次移位脉冲引脚（ShiftClock）提供一个脉冲，D引脚的数据就会输出并保持到Q引脚，因为这里的移位脉冲引脚（ShiftClock）是连到每一个SR上的，所以自然每次给一个移位脉冲的时候，所有的数据都向后移动了一位。

这里我们注意到，SRA的D脚连接的是串行数据输入，也就是我们的数据引脚。所以每次给脉冲移位之前，我们需要准备好该引脚的值，因为每次给一个脉冲，它的数据就会移入后方。

很直观的看到，我们给几个脉冲，数据引脚就会有几次被移入移位寄存器，并且这些值会保持在各个SR的Q脚。所以假设我们要将一个字节移入移位寄存器，因为1个字节是8位的，所以我们需要给出8个脉冲，那么SRA——SRH的Q脚就保持了这8位值，再看看这8位值，它是先在数据引脚输出的值就会走得越远，所以如果我们先输出数据高位的话，最高位在8个脉冲后就会跑到SRH的Q脚。这就像我们排队一样，一个寄存器里面有8个位置，每次给一个脉冲就好比一次呼叫：“大家可以往前移一位了！”就这样，队伍不断得往前移。

然后我们看到LRA——LRH，它们是锁存寄存器（LatchRegister），每次锁存脉冲引脚（LatchClock）给一个脉冲，Q脚就会输出并保持D脚的值。LR和SR其实是差不多的功能，只是SR多了个复位脚。

我们可以把LR看成是照相机，锁存脉冲引脚就相当于是照相机的快门，我们给一个锁存脉冲，那么数据就被锁存在了对应的Q脚。而当我们没有操作锁存引脚的时候，照相机只是摆在那里，不管队伍怎么前进了，照相机的输出始终是不变的。只有某次按下了快门，所有的照相机的照片就都更新了一次。

大概有人会问，图中的三角形加小圆圈是什么呢？那是非门，说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。还有就是贴在方形锁存器上的那些小圆圈，也是起到反向的左右。

基于74HC595单片机驱动数码管设计

数码管显示系统需要占用过多的单片机口线，但是可以保证正常的亮度。为了解决占用口线较多而浪费硬件资源等问题，研究人员开发了一系列诸如74HC595的数码管驱动芯片，该类芯片可以实现串行转并行的工作方式，驱动数码管实现静态和动态显示。但是，这样一种工作方式暴露出控制系统实时性不足等问题，在某些对系统响应时间要求比较高的场合的应用产生了一定的限制。为了解决上述几个弊端，本文提出了一种基于单片机的数码管动态显示器的设计方案，以IAP15F2K61S2系列单片机做控制核心，并采用全新的软硬件电路实现数码管的动态显示。

数码管外观设计

本显示器采用六个共阳极的数码管，按照通常的做法，六个数码管水平排列在产品的最上方，如图1所示，这样的设计可以方便的将控制系统的控制状态显示出来。下方采用的是40管脚DIP封装的单片机，所有并行口线都安排了插针，可以方便的实现系统的外部扩展，增强本显示器的可移植性。

数码管外观图

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控制电路原理图

本产品采用六个共阳极数码管制作了本显示器。设计共阳极数码管显示代码表如下：

单片机

为了充分发挥C语言的模块化编程优势，将动态显示子函数封装为一个通用的模块，程序如下：

单片机

总结

74HC595芯片是一种串入并出的芯片，在电子显示屏制作当中有广泛的应用。 74HC595是8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻、关、断状态。用74HC595做数码管静态显示电路，一片595接一个数码管，数码管用共阳，共阴的都行。共阳的数码管，公共端接到电源上，共阴的，公共端就接到地上，不用采用动态扫描的方式，就是静态显示电路了。

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