电子设计教程49：16*16LED点阵屏驱动-74HC595的原理

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-03-02 05:14 64阅读 0赞

我尝试通过移位寄存器级联+三八译码器，实现用3跟控制线，驱动16\*16LED点阵屏的效果。这是第一篇博客，讲述74HC595芯片的工作原理

一般情况下，使用单片机来控制LED。一个引脚，控制一个LED，是最直观的方法。但也是最笨的方法。引脚对于单片机来说是珍贵的资源，同样性能的芯片引脚越多，价格就越贵。然而有些外设会占用很多引脚，例如LED屏幕。理论上来讲，一个LED需要一个引脚来操作，64个LED组成8×8屏幕，就需要多达64个引脚。但聪明的工程师会节省引脚，把LED按照行列连接，形成矩阵，只需要16个引脚。如果感觉用16个引脚还是有点多的话，可以考虑使用移位寄存器级联应用电路，最少只需要3个引脚，就可以控制很多个LED，多于64个，理论上甚至无限多。

74HC595具有1个8位移位寄存器和1个存储器，具备三态输出功能。移位寄存器和存储寄存器有相互独立的时钟。数据在移位寄存器时钟输入的上升沿输入到移位寄存器中，在存储寄存器时钟输入的上升沿输入到存储寄存器中去。移位寄存器有1个串行移位输入，和1个串行输出，还有1个异步的低电平复位，存储寄存器有1个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平时），存储寄存器的数据输出到总线。  
  很多厂家都有生产该类芯片（比如TI、NXP等），虽然都是595芯片，但名称略有区别，如74lv595、74ls595、74hc595等，除此之外，引脚名称、速度、电压、电路、输入输出电平等，也不尽相同，具体的需要参考对应的元件手册。595芯片最大的一个特点就是可以级联，最少只需要占用控制器3个IO口就可以控制很多片595。只要电路设计合理，级联上百片不成问题。想象一下如果用来驱动继电器、LED等1个引脚就能控制的设备，级联100片595，每片可以驱动8个设备，总共可以驱动800个，所占用的只是控制器3个IO口

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th>引脚</th> 
 <th>名称</th> 
 <th>别名</th> 
 <th>电路板丝印</th> 
 <th>功能</th> 
 <th>说明</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td>15,1-7</td> 
 <td>QA-QH</td> 
 <td>Q0-Q7</td> 
 <td></td> 
 <td>并行数据输出</td> 
 <td></td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>9</td> 
 <td>QH’</td> 
 <td>Q7S</td> 
 <td></td> 
 <td>串行数据输出</td> 
 <td>当移位寄存器内的数据溢出时，把最先存入的1bit数据从此脚挤出去。常用于级联。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>10</td> 
 <td> SRCLR ‾ \overline{\text{SRCLR}} SRCLR</td> 
 <td> MR ‾ \overline{\text{MR}} MR</td> 
 <td>nRESET</td> 
 <td>复位</td> 
 <td>低电平有效，可以清除移位寄存器中的数据。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>11</td> 
 <td>SRCLK</td> 
 <td>SHCP</td> 
 <td>CLOCK</td> 
 <td>移位寄存器时钟输入</td> 
 <td>上升沿时，把新的1bit数据挤入移位寄存器</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>12</td> 
 <td>RCLK</td> 
 <td>STCP</td> 
 <td>LANCH</td> 
 <td>存储寄存器时钟输入</td> 
 <td>上升沿时，把移位寄存器的8bit数据全部存入存储寄存器。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>13</td> 
 <td> OE ‾ \overline{\text{OE}} OE</td> 
 <td></td> 
 <td></td> 
 <td>输出使能</td> 
 <td>低电平有效，把存储寄存器中的8bit数据输出给QA-QH</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>14</td> 
 <td>SER</td> 
 <td>DS</td> 
 <td>DI</td> 
 <td>数据串行输入</td> 
 <td>数据在此引脚上一位一位输入。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>8,16</td> 
 <td>GND,VCC</td> 
 <td></td> 
 <td></td> 
 <td>地，电源</td> 
 <td></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

一般情况下为了说明74HC595的工作原理，都要讲解它的真值表与时序图。但是这两者都没有体现出移位寄存器与存储寄存器的工作逻辑，并且有些信息并不实用，所以本文不讲真值表与时序图，只结合下图来讲解74HC595的工作原理，并梳理关键点。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dlZWtfbW9ua2V5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

1：在SRCLK上升沿时，来自SER的数据可以存入移位寄存器。移位寄存器只有8位，如果数据溢出，溢出的数据从QH’输出（图中用空心箭头表示）。  
  2：在RCLK上升沿时，移位寄存器的8位数据全部传给存储寄存器（图中用虚线表示）。此时如果OE是低电平，8位数据会并行输出。  
  3：SRCLR在低电平时可以清空移位寄存器，一般只在第一次安全上电时拉低，其它时间置高。OE在低电平时允许输出，高电平输出三态。三态既不是高电平，也不是低电平，被称为高阻态。实际应用时OE常常设为低电平。  
  4：假设来自于控制芯片的数据是ABCD EFGH，每个字母表示1bit数据，非0即1。那么会把高位的数字A最先存入移位寄存器，第1个数据会从QH输出，存入的第8个数据会从QA输出。

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