树莓派GPIO入门08-使用74HC595芯片驱动数码管（二）

电子工程师 2019-04-02 1670

嵌入式技术

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描述

我们学习了如何利用74HC595这块显示驱动芯片来驱动1位8段数码管的方法。并逐一讲解了该芯片各引脚的功能。细心的童鞋可能注意到了，上次我们有一个Q7S引脚没有用到。这一篇我们就用这个引脚来级联两块74HC595芯片同时驱动8个8段数码管。在两块74HC595芯片的配合下，同样只需要3个GPIO口就能驱动八只8段数码管。而如果直接用GPIO驱动则需要至少16个GPIO口，节省了13个GPIO！而且按照本文的方法，你还可以级联更多的74HC595芯片，每多级联一片就能多驱动8只数码管，而需要的IO口仍然只有3个！妈妈再也不用担心我的IO口不够用了。

最终效果

视频演示

硬件

74HC595显示芯片 X 2
共阳（或共阴）4位数码管 X 2
硬件图由于大面包板已经被我插满了，所以用另一块小面包板来安放第二片74HC595

原理说明

我们已经知道，每次制造一次移位寄存器时钟引脚的上升沿，74HC595都会在这个上升沿将DS引脚上的数据存入内部的移位寄存器D0，同时D0原来的数据会顺移到D1，D1的数据位移到D2。。。D6的数据位移到D7。而D7的数据会被输出到引脚Q7S上，如果Q7S引脚没有被使用，那么这一位数据就被丢掉了。
如果我们将Q7S引脚连接上另一块74HC595的DS引脚并保证两块芯片上的移位时钟的上升沿同时发生（将两块芯片的SHCP连在一起即可）的话，第一块74HC595的串行输出引脚Q7S就变成了第二块74HC595的串行输入数据源。Q7S上的数据会继续移位到第二块74HC595芯片的移位寄存器D0里（同样的，D0→D1→D2→…→D6→D7→Q7S）。
16位数据全部这样串行传输完毕后，制造两块芯片的锁存时钟STCP的上升沿（跟SHCP一样，两块芯片的STCP连在一起即可）即可同时输出16位数据。
利用上述级联原理加上前一篇学习的内容，我们可以这样静态驱动2只数码管：两只数码管的共阳(阴)极连接VCC(GND)，第一片595的Q0-Q7连到第一个数码管的A-G，Dp上，级联的第二片595的Q0-Q7连到第二只数码管的A-G,Dp上，然后用3根GPIO口驱动两片级联的74HC595芯片，连续串行输入两个数字的显示码共16位数据，然后同时制造锁存上升沿，将两个数字的显示码分别输出到两只数码管上即可。这样连接的话，N片级联的74HC595就能驱动N只数码管了。（咦，说好的驱动8位数码管的呢）
上面的做法当然没问题，而且有一个优点是静态显示所以显示很稳定，有兴趣自己试着做一下。缺点是浪费芯片，价格倒不贵可是连线复杂，占用电路板面积太多。本文采用动态扫描（原理参见本系列第5篇）的方式来使用两块级联的74HC595芯片驱动8位数码管。原理也很简单，稍微调整一下硬件的连接方式和传输数据的方式即可。
依然是两块74HC595级联，第一块595的输出引脚连到所有数码管的段引脚上（8只数码管的A-G,Dp引脚连在一起）,第二块595的输出引脚Q0-Q7分别连上8只数码管的共阳(阴)极上。第一块芯片的输出决定了数码管上显示什么数字。而8只数码管中哪一只会被点亮则取决于第二块芯片哪只数码管的共阳(阴)端是高(低)电平。
由于在我的硬件连接里，级联的第二块74HC595是负责位选的，所以应该先发送8位位选信号，再发送8位段选信号，在连续发完了16位数据以后，第一块74HC595的移位寄存器里保存着8位的段选信息，而在第二块74HC595的移位寄存器里保存着8位的位选信息。由于两片芯片的STCP是连在同一个GPIO口的，这个时候如果制造一次STCP的上升沿，两块595的位移寄存器里的数据会同时保存到自己的锁存器里，由于我的使能端OE连在GND始终有效，锁存器里的数据就直接输出到了芯片的输出引脚上。第二块芯片的8根输出引脚连接的是8位数码管的共阳端。只有输出高电平的引脚连接的数码管才会被点亮。
当然如果你喜欢，你也可以让8个数码管全部同时点亮，你只要让第二块595输出11111111就行了。不过显示的数字都是一样的。想显示不同的数字就要进行动态扫描，每次输出一个数字的显示码跟一个位选码，快速循环切换显示即可。

跟上一篇一样，我也做了一个动画帮助你理解级联的过程。这个动画一开始已经是传输完前8位位选数据的状态了，动画里的位选数据是1000000，点亮第一个数码管，显示的内容由后8位段选数据决定，动画里是数字5。
74HC595

硬件连接

模块1引脚模块2引脚74HC595_1Q0数码管1/2DP74HC595_1Q1数码管1/2G74HC595_1Q2数码管1/2F74HC595_1Q3数码管1/2E74HC595_1Q4数码管1/2D74HC595_1Q5数码管1/2C74HC595_1Q6数码管1/2B74HC595_1Q7数码管1/2A74HC595_1Q7S74HC595_2DS74HC595_2Q0数码管1DIG1的共阳极74HC595_2Q1数码管1DIG2的共阳极74HC595_2Q2数码管1DIG3的共阳极74HC595_2Q3数码管1DIG4的共阳极74HC595_2Q4数码管2DIG1的共阳极74HC595_2Q5数码管2DIG2的共阳极74HC595_2Q6数码管2DIG3的共阳极74HC595_2Q7数码管2DIG4的共阳极树莓派GPIO1374HC595_1DS树莓派GPIO1974HC595_1/2SHCP树莓派GPIO2674HC595_1/2SHTP树莓派VCC74HC595_1/2VCC,MR树莓派GND74HC595_1/2GND,OE

代码（Python）

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172

#!/usr/bin/env python# encoding: utf-8import RPi.GPIOimport time# 串行数据输入引脚连接的GPIO口DS = 13# 移位寄存器时钟控制引脚连接的GPIO口——上升沿有效SHCP = 19# 数据锁存器时钟控制引脚连接的GPIO口——上升沿有效STCP = 26RPi.GPIO.setmode(RPi.GPIO.BCM)RPi.GPIO.setup(DS, RPi.GPIO.OUT)RPi.GPIO.setup(STCP, RPi.GPIO.OUT)RPi.GPIO.setup(SHCP, RPi.GPIO.OUT)RPi.GPIO.output(STCP, False)RPi.GPIO.output(SHCP, False)# 通过串行数据引脚向74HC595的传送一位数据def setBitData(data):# 准备好要传送的数据RPi.GPIO.output(DS, data)# 制造一次移位寄存器时钟引脚的上升沿（先拉低电平再拉高电平）# 74HC595会在这个上升沿将DS引脚上的数据存入移位寄存器D0# 同时D0原来的数据会顺移到D1，D1的数据位移到D2。。。D6的数据位移到D7# 而D7的数据已经没有地方储存了，这一位数据会被输出到引脚Q7S上# 如果Q7S引脚没有被使用，那么这一位的数据就被丢掉了。# 而如果将Q7S引脚连接到另一块74HC595上的DS引脚，# 那么这一位数据就会继续位移到第二块595芯片的位移寄存器里去。# 这就是多块595芯片级联的原理。RPi.GPIO.output(SHCP, False)RPi.GPIO.output(SHCP, True)# 指定第dig位(1-8)数码管显示数字num(0-9)，参数showDotPoint是显示不显示小数点（true/false）# 由于我使用的数码管是共阳数码管，所以设置为低电平的段才会被点亮# 如果你用的是共阴数码管，那么要将下面的True和False全部颠倒过来，或者统一在前面加上notdef showDigit(dig, num, showDotPoint):# 由于在我的硬件连接里，级联的第二块74HC595是负责位选的，# 所以应该先发送8位位选信号，再发送8位段选信号，在连续发完了16位数据以后，# 第一块74HC595的移位寄存器里保存着8位的段选信息，而在第二块74HC595的移位寄存器里保存着8位的位选信息。# 由于两片芯片的STCP是连在同一个GPIO口的，这个时候如果制造一次STCP的上升沿，# 两块595的位移寄存器里的数据会同时保存到自己的锁存器里，由于我的使能端OE连在GND始终有效，锁存器里的数据就直接输出到了芯片的输出引脚上。# 第一块芯片的8根输出引脚连接的是所有数码管共用的abcdefg,dp引脚，决定了数码管上显示什么数字。而8只数码管中哪一只会被点亮则取决于哪只数码管的共阳端是高电平。# 第二块芯片的8根输出引脚连接的是8位数码管的共阳端。只有输出高电平的引脚连接的数码管会点亮。# 当然如果你喜欢，你也可以让8个数码管全部同时点亮，你只要让第二块595输出11111111就行了。不过显示的数字都是一样的。# 想显示不同的数字就要进行动态扫描，原理不再说明请参考本系列教程第5篇。for x in range(1,9):if (x == dig):setBitData(True)else:setBitData(False)if (num == 0) :setBitData(not showDotPoint) # DPsetBitData(True) # GsetBitData(False) # FsetBitData(False) # EsetBitData(False) # DsetBitData(False) # CsetBitData(False) # BsetBitData(False) # Aelif (num == 1) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)elif (num == 2) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)elif (num == 3) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)elif (num == 4) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)elif (num == 5) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(False)elif (num == 6) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(False)elif (num == 7) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)elif (num == 8) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)elif (num == 9) :setBitData(not showDotPoint)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(True)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)setBitData(False)# 移位寄存器的8位数据全部传输完毕后，制造一次锁存器时钟引脚的上升沿（先拉低电平再拉高电平）# 74HC595会在这个上升沿将移位寄存器里的8位数据复制到8位的锁存器中（锁存器里原来的数据将被替换）# 到这里为止，这8位数据还只是被保存在锁存器里，并没有输出到数码管上。# 决定锁存器里的数据是否输出是由“输出使能端口”OE决定的。当OE设置为低电平时，锁存器里数据才会被输出到Q0-Q7这8个输出引脚上。# 在我的硬件连接里，OE直接连接在了GND上，总是保持低电平，所以移位寄存器的数据一旦通过时钟上升沿进入锁存器，也就相当于输出到LED上了。RPi.GPIO.output(STCP, True)RPi.GPIO.output(STCP, False)try:# 测试代码while (True):# 8位数码管显示1-8，不显示小数点for dig in range(1,9):showDigit(dig, 9-dig, False)time.sleep(0.001)except KeyboardInterrupt:pass# 最后清理GPIO口RPi.GPIO.cleanup()

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