74HC595在LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃勇

摘要：74HC595是一串行輸入/串行輸出或并行輸出的8位芯片，介紹了該芯片在LED點(diǎn)陣顯示、雙色LED點(diǎn)陣顯示及多位LED點(diǎn)陣顯示應(yīng)用中的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，對硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：74HC595;LED點(diǎn)陣;顯示系統(tǒng)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）36-0256-02

隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及高亮度LED發(fā)光管的出現(xiàn)，LED點(diǎn)陣顯示屏作為一種新型的傳播媒體迅速發(fā)展起來。LED顯示屏主要應(yīng)用在醫(yī)院、銀行、車站、碼頭、廣告窗等各種公共場所。LED點(diǎn)陣顯示屏具有成本低、亮度高、耗電省、使用壽命長、色彩鮮艷、視角廣、屏幕尺寸大、可視性好等特點(diǎn)，是目前較為先進(jìn)的宣傳顯示媒體。LED點(diǎn)陣顯示屏的驅(qū)動需要占用多個(gè)并行口資源，而用于驅(qū)動LED點(diǎn)陣的51單片機(jī)只有常用的P0至P2三個(gè)并口，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中往往采用74HC595進(jìn)行串行到并行的擴(kuò)展，這樣就節(jié)約了大量的并口資源。本文詳細(xì)介紹了74HC595芯片在LED點(diǎn)陣顯示、雙色LED點(diǎn)陣顯示及多位LED點(diǎn)陣顯示應(yīng)用中的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。

1 74HC595的結(jié)構(gòu)和工作原理

74HC595是8位串行輸入/輸出或串行輸入/并行輸出的器件。內(nèi)部具有8位移位寄存器、一個(gè)鎖存器、三態(tài)輸出。其功能結(jié)構(gòu)如圖1。

74HC595的工作過程如下：每當(dāng)SHcp上升沿到來時(shí)，Ds引腳當(dāng)前電平值在移位寄存器中左移一位，在下一個(gè)上升沿到來時(shí)移位寄存器中的所有位都會向左移一位，同時(shí)Q7'也會串行輸出移位寄存器中高位的值，這樣連續(xù)進(jìn)行8次，就可以將一個(gè)數(shù)（8位）送到移位寄存器;然后當(dāng)STcp上升沿到來時(shí)，移位寄存器的值將會被鎖存到鎖存器里，在OE引腳為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)從Q0～7引腳輸出。

2 LED點(diǎn)陣顯示

LED點(diǎn)陣顯示屏是由多個(gè)發(fā)光二極管組成。按點(diǎn)陣可以分為5×7、8×8以及16×16規(guī)格的顯示屏模塊。它是一種通過控制發(fā)光二極管的顯示方式，即靠燈的亮滅來顯示字符。一般用來顯示文字、圖形、圖像等各種信息。在物理連接上分共陰極連接和共陽極連接兩種。LED點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，顯示時(shí)，先通過單片機(jī)的并口輸出位選擇信息0111111，即選中第一行，然后通過單片機(jī)另一個(gè)并口輸出第一行對應(yīng)的幀信息，1表示亮，0表示不亮。然后再輸出位選擇信息10111111，選擇第二行，再輸出第二行對應(yīng)的幀信息，如此，一直掃描到第8行。再軟件中，按一定的頻率依次輸出位選擇信號及每行的幀信息，利用人的視覺慣性就能看到穩(wěn)定的字符或圖形顯示。

3 74HC595在LED點(diǎn)陣顯示中的應(yīng)用

3.1 74HC595在單色LED點(diǎn)陣顯示中的應(yīng)用

從上面的LED點(diǎn)陣顯示原理上，可以看出，一個(gè)8×8點(diǎn)陣顯示就需要占用單片機(jī)的2個(gè)并口資源，在實(shí)際使用中，可以用2片74HC595芯片，一個(gè)74HC595芯片只需連接單片機(jī)的3位輸入輸出口即可輸出8位信息。具體連接是：74HC595芯片的Ds引腳（串行輸入）、SHcp引腳（移位寄存器的移位脈沖輸入）、STcp引腳（鎖存器的鎖存脈沖信號輸入）。輸出使能端OE接地。相關(guān)程序如下：

sbit LATCH =P1^0; 鎖存時(shí)鐘輸入

sbit SRCLK=P1^1;移位時(shí)鐘輸入

sbit SER= P1^2;位數(shù)據(jù)線輸入

void Send（unsigned char dat）

{unsigned char i;

for（i=0;i<8;i++）? //發(fā)送字節(jié)

{SRCLK=0;

SER=dat&0x80;? //發(fā)送dat的最高位

SRCLK_B=1;

dat<<=1;}

LATCH=0;? ? //鎖存

_nop_（）;

LATCH=1;}

3.2 74HC595在雙色LED點(diǎn)陣顯示中的應(yīng)用

一個(gè)雙色8×8LED點(diǎn)陣的驅(qū)動需要3個(gè)并口，一個(gè)并口輸出位選擇信號，一個(gè)并口輸出一種顏色的幀信息，另一個(gè)并口輸出另一個(gè)顏色的幀信息。顯然占用了單片機(jī)太多的并口資源。實(shí)際使用中，可以用3片74HC595，一片輸出位選擇信息，另二片輸出顏色的幀信息。二片輸出顏色的幀信息的74HC595在連接上要進(jìn)行級聯(lián)。即一片74HC595的輸入端連接在另一74HC595芯片的串行輸出端Q7，特別注意的是，二片芯片的SHcp引腳和STcp引腳需分別連接在一起，使用相同的移位脈沖源及相同的鎖存信號。在軟件設(shè)計(jì)中，需考慮級連的情況，先將二種顏色的幀信息發(fā)完，再進(jìn)行鎖存。相關(guān)程序如下：

void SendByte（unsigned char dat）

{? unsigned char i;

for（i=0;i<8;i++）

{SRCLK=0;

SER=dat&0x80;

SRCLK=1;

dat<<=1; }}

void Send2Byte（unsigned char dat1，unsigned char dat2）//發(fā)送2個(gè)字節(jié)

{? SendByte（dat1）;

SendByte（dat2）; }

void Out595（void）? ?//鎖存幀信息

{? LATCH=0;

_nop_（）;

LATCH=1;}

3.3 74HC595在多位LED點(diǎn)陣顯示中的應(yīng)用

在多位LED點(diǎn)陣的顯示系統(tǒng)中，也可以使用74HC595的級連來驅(qū)動每個(gè)LED點(diǎn)陣。設(shè)有4個(gè)8×8的LED點(diǎn)陣，若要在這四個(gè)LED上同時(shí)顯示4個(gè)字符的話，則需要5個(gè)并口資源。這就占用了單片機(jī)太多的并口資源。實(shí)際上，51單片機(jī)最多可以使用4個(gè)并口?，F(xiàn)在考慮使用5個(gè)74HC595，一個(gè)74HC595作為位選擇信號輸出，另外4個(gè)74HC595級連，每個(gè)74HC595驅(qū)動一個(gè)LED點(diǎn)陣。在硬件連接上，將四個(gè)LED點(diǎn)陣的位選擇端連接再一起，用來輸出幀信息的4個(gè)74HC595采用級聯(lián)，芯片的SHcp引腳和STcp引腳需分別連接在一起。再軟件設(shè)計(jì)上需考慮到74HC595的級連，先發(fā)出4個(gè)LED的幀信息，然后再發(fā)出鎖存信號。相關(guān)程序如下：

void Send4Byte（unsigned char dat1，…，unsigned char dat4）//發(fā)送4個(gè)字節(jié)

{? SendByte（dat1）;

SendByte（dat2）;

SendByte（dat3）;

SendByte（dat4）;}

void Out595（void）? ?//鎖存幀信息

{? LATCH=0;

_nop_（）;

LATCH=1;}

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)地闡述了74HC595在LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)、雙色LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)及多位LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。并給出了硬件連接方案和關(guān)鍵程序段。

參考文獻(xiàn)：

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[通聯(lián)編輯：王力]