? ? ? ??51 單片機的IO 口非常有限，有時候若想要連接更多外圍設備，需要通過 IO 擴展來實現。本文介紹一種 IO 口擴展方式——串轉并，使用的芯片是 74HC595。若有4個 74HC595 芯片，僅需單片機 3 個 IO 口即可擴展到 32 個。而且，還可以將多個 74HC595 級聯擴展出更多 IO，從而實現用少數 IO 資源控制多個設備。

74HC595 芯片簡介

? ? ? ??74HC595 是一個 8 位串行輸入、并行輸出的位移緩存器，其中并行輸出為三 態輸出（即高電平、低電平和高阻抗）。

? ? ? ??芯片管腳圖：

? ? ? ??管腳功能說明：?

表1? 芯片管腳功能序號符號描述

1~7、15	QA~QH	并行數據輸出
9	/QH	串行數據輸出
10	SCLR非	主復位（低電平），移位寄存器清零輸入
11	SCK( SRCLK)	移位寄存器時鐘輸入
12	RCK(RCLK)	存儲寄存器時鐘輸入
13	G 非	輸出使能控制端（低電平）
14	SI	串行數據輸入
8	GND	接地
16	VCC	電源

? ? ? ??內部邏輯圖 ：

? ? ? ??真值表如下:

??? ? ? ??74HC595 具有 8 位移位寄存器和一個存儲器、三態輸出功能。移位寄存器和存儲器是單獨的時鐘。數據在 SCK 的上升沿輸入移位存儲器，在 RCK 的上升沿進入到存儲寄存器（鎖存器）中。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行輸入（SI），和一個串行輸出（/QH），和一個異步的低電平復位(SCLK非)，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具有三態的總線輸出。當 /SCLR 為高電平，/G 為低電平時，數據在 SCK?上升沿進入移位寄存器，在 RCK 上升沿輸出到并行端口。

??? ? ? ??有關 74HC595 芯片的更多詳細介紹，可以查看芯片數據手冊。鏈接：鏈接: https://pan.baidu.com/s/1DDk9CZuU0bcC1B9b6k6Ahw?pwd=chtn 提取碼: chtn?

硬件部分

??? ? ? ??使用到硬件資源如下：

16*16LED 點陣模塊

74HC595 模塊

? ? ? ? ? 74HC595模塊電路如下圖所示：

? ? ? ? ? ?6*16LED 點陣模塊電路如下圖所示：

? ? ? ? ? ?由上圖可知，模塊電路獨立，74HC595 模塊內使用了 4 塊 74HC595 芯片，采用級聯方式，即 RCLK ( RCK ）?和SRCLK（ SCK）?管腳并聯在一起，并且 74HC595 （A）的輸出 /QH 連接到 74HC595（B）的串行輸入口 SER（SI），而 74HC595（B）的 輸出 /QH 又連接到 74HC595（C）的串行輸入口 SER(SI)，依次類推。并且每塊芯片的輸出端都連接到對應的端子上，74HC595（A）的輸出連接到 J27 端子，74HC595 （B）的輸出連接到 J32 端子，74HC595（C）的輸出連接到 LED 點陣前 8 列，74HC595 （D）的輸出連接到 LED 點陣后 8 列。圖上的 NEGx 是網絡標號，74HC595（C）和74HC595 （D）的輸出已經與 LED 點陣列相連。74HC595 需要用到的控制管腳 RCLK、SRCLK、SER 并未直接連接到 51 單片機 的 IO 上，而是連接到 J24 端子上。

? ? ? ? ? ?此處使用 P3.4-P3.6 管腳來控制 74HC595 輸出數據，行為 LED 發光二極管的陽極，列則為發光二極管的陰極。

? ? ? ? ? ?要想控制 LED 點陣，需將單片機管腳按照 74HC595 芯片的通信時序要求來傳輸數據。使用了 4 片 74HC595 芯片，A、B 兩塊芯片控制點陣的行 POS1-POS16，C、D 兩塊芯片控制點陣列 NEG1-NEG16。這樣即可控制 LED 點陣。根據 LED 發光二極管導通原理，當陽極為高電平，陰極為低電平則點亮，否則熄滅。因此通過單片機發送 4 組數據，通過 74HC595 芯片將這四組數據分配到對應輸出從而控制 LED 點陣。

源代碼

? ? ? ? ? ? 解釋一下代碼的邏輯順序；

? ? ? ? ? ? 定義好 74HC595 控制管腳，以及點陣列控制口。然后重新定義了一個 ms 級延時函數 delay_1ms，該函數與前面 delay_10us 類似，都是利用循環占用 CPU 起到延時效果。

? ? ? ? ? ? 定義 74HC595 的控制函數 HC595_WRITE_DATA，該函數完全按照 74HC595 的通信時序要求編寫，需要注意的是 74HC595 是先傳輸字節的高位后傳輸低位，所以需要將字節低位移動到高位傳輸。在傳輸數據時，要注意移位寄存器時鐘和存儲寄存器時鐘的先后順序，將要寫入的數據先傳輸到 74HC595 寄存器中，即在準備好每位數據時要將 SCK 進行一個上升沿變化，此時即可將數據傳輸到移位寄存器內。循環 8 次，一個字節就傳輸到寄存器中，就可以來一個存儲時鐘上升沿RCK，此時就可以將 74HC595 寄存器中的數據全部一次傳輸到 595 存儲寄存并從端口輸出。? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? 使用了?4 個 74HC595 芯片且級聯， 所以在函數入口有 4 個參數 cs_data1-cs_data4，從函數中可看到，第一個 for 循環中首先發送 cs_data4 數據，然后再發送 cs_data3，最后發送 cs_data1，因為 595 是移位寄存器， 可以理解為一開始發送的數據會被后面的數據向前推走，通過 4 次 for 循環后cs_data4 就被移到了 74HC595(D)芯片處，cs_data3 就被移到了 74HC595(C)芯片處，cs_data2 就被移到了 74HC595(B)芯片處，cs_data1 就被移到了 74HC595(A)芯片處。

? ? ? ? ? ? 可以將輸入看成水管中的水流，從cs_data4開始，依次將四個數據放入水管中，最后cs_data4率先流出水管，到達LED點陣的后8列。然后流出水管的是cs_data3，到達LED點陣的前8列。然后是cs_data2，到達LED點陣的后8行。最后是cs_data1，到達LED點陣的前8行。如此這般依次設置LED點陣的行列，從而實現控制LED點亮。

? ? ? ? ? ? 最后就是在 main 函數中調用 74HC595 的控制函數 HC595_WRITE_DATA，將實驗中要實現的效果數據寫入進去， 從而控制 LED 點陣的陽極和陰極。

#include "reg52.h"typedef unsigned int u16;//使用關鍵字 typedef 對系統默認數據類型 unsigned int 重新命名 typedef unsigned char u8;/*定義74HC595控制管腳*/ sbit SI=P3^4; //串行數據輸入 sbit RCK=P3^5; //存儲寄存器時鐘輸入 sbit SCK=P3^6; //移位寄存器時鐘輸入u8 HC595_buf[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};void delay_10us(u16 ten_us)//延時函數，ten_us=1 時，大約延時 10us {while(ten_us--); }void delay_1ms(u16 ms) {u16 i,j;for(i=ms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--); }void HC595_WRITE_DATA(u8 cs_data1,u8 cs_data2,u8 cs_data3,u8 cs_data4) //最后兩個形參表示所有列的數據，前面兩個形參表示所有行的數據 {u8 i=0;for(i=0;i<8;i++)//傳入第四個形參{SI=cs_data4>>7; //因為595芯片先傳高位，所以將最高位移到最低位（比如 12345678——>00000001,此處12345678這樣寫只為方便理解）,然后給個上升沿把1傳入寄存器中cs_data4<<=1; /*這一步是將原先cs_data（比如12345678）的第二個高位（1后面的2）移到第一個高位（即變成了23455670），這一步是為了執行下一次循環的時候，將最高位移到最低位做準備，也就是SI_SER=cs_date4>>7;*/SCK=0; //此處開始產生上升沿，先設為0，后面再設置為1，上升沿就有了，數據在 SCK 的上升沿輸入存儲器delay_10us(1);SCK=1; //此刻，最高位就輸入到寄存器中了，然后下一次循環依次按照此方法傳入第二個高位、第三個....delay_10us(1);}for(i=0;i<8;i++)//傳入第三個形參{SI=cs_data3>>7; cs_data3<<=1; SCK=0;delay_10us(1);SCK=1;delay_10us(1);}for(i=0;i<8;i++)//傳入第二個形參{SI=cs_data2>>7; cs_data2<<=1; SCK=0;delay_10us(1);SCK=1;delay_10us(1);}for(i=0;i<8;i++)//傳入第一個形參{SI=cs_data1>>7; cs_data1<<=1; SCK=0;delay_10us(1);SCK=1;delay_10us(1);}RCK=0; //這里需要一個上升沿，將存儲器的數據，在 RCK 的上升沿的作用下，輸入到鎖存器中（此時輸出使能控制端/G或/OE接地）delay_10us(1);RCK=1; }void main(void) //主函數 { u8 i=0; while(1) //while循環一次，LED點陣從第一行到最后一行點亮完成一個輪回{for(i=0;i<8;i++) //控制16*16LED點陣的前8行LED燈亮滅{HC595_WRITE_DATA(HC595_buf[i],0,0,0);//使74HC595(A)輸出ghc595_buf[i]，控制16*16LED點陣的前8行LED燈亮滅 delay_1ms(500);//延時500ms}for(i=0;i<8;i++) //控制16*16LED點陣的后8行LED燈亮滅{HC595_WRITE_DATA(0,HC595_buf[i],0,0);//使74HC595(B)輸出ghc595_buf[i]，控制16*16LED點陣的后8行LED燈亮滅delay_1ms(500);//延時500ms} } }

現象

?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的IO 扩展(串转并)-74HC595-16*16LED点阵实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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