使用74HC595实现IO口的扩展

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1、使用74H595实现I/O口的扩展一、实验目的1.理解 495（串入并出）基本原理和使用2. 理解数码管的基本原理和驱动方式3.学会使用74H59来驱动静态数码管二、实验器材单片机开发板（含745芯片，静态数码管） 1块PIN排线 1根数据线 根三、实验原理1.数码管数码管是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管(尚有一种“米”字型的数码管，其段数更多），八段数码管比七段数码管多一种发光二极管单元（多一种小数点显示)，其基本原理是:将所有LE的一端(正极、负极均可）连在一起作为一种公共端,然后通过度别控制这组LED的另一种端口来使部分LED点亮，从而

2、达到显示一定字形的目的。（1）数码管的分类按能显示多少个“8”可分为1位、位、位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(C)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极OM接到+5,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(CM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。我们在实际使用中

3、一定要弄清晰数码管是共阴极的还是共阳极的。(2)数码管段、位引脚的拟定(以4位段数码管为例)数码管引脚测量分三步:极性判断（共阳极还是共阴极)、公共端判断（位选端口）、段码端判断(段选端口）。一方面要拟定数码管是共阴极还是共阳极的:找一种到V的直流电源,准备几种K或者几百欧姆的电阻。将电源的正极串接一种电阻后连在数码管的任意一种脚上,然后将电源的负极逐个接到数码管的其他引脚上，观测数码管的某一段与否会点亮,如果所有引脚试过都没有亮的,那么将电源正极（串电阻）换一种引脚再试，直到有一种LED发光，这时固定电源负极不动，电源正极（串电阻)逐个接到数码管的其他引脚上，如果有8段LD都亮，阐明该数码管

4、是共阴极的。相反,按住电源正极不动，电源负极逐个接到数码管的其他引脚上,如果有8个数码管全亮，那么该数码管是共阳极的。拟定了数码管的极性后,下面该拟定数码管的位选端口了。仍旧按照第一步的测量措施,如果测量过程中发现当一种引脚固定后,逐个连接到其他端口上的时候,会有一种数码管的所有段都被点亮了，那么这个固定端就是一种位选端。根据这种措施依次找出其他的3个位选端即可。最后拟定段选端口，根据数码管的极性将电源正极(串电阻)或负极固定在一种位选端上,然后将电源的另一端逐个连接数码管的位选端口以外的引脚,当接到一种引脚上数码管的哪一段点亮,就可以拟定该引脚相应那一段了，依次量出所有段分别相应那个引脚。通

5、过上面的环节后,我们就完毕了数码管引脚的拟定，其实在实际使用过程中，操作纯熟的话是不必通过这样繁琐的环节来拟定数码管的引脚的。()数码管的驱动方式:数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字，根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动:静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指将公共端接到电源正极或者电源地上,每个数码管的每一种段码都由一种单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的长处是编程简朴,显示亮度高，缺陷是占用I/端口多,如驱动个数码管静态显示则需要58=40根/O端口来驱动，要懂得一种8

6、9S51单片机可用的I/端口才32个呢：）,实际应用时必须增长译码驱动器进行驱动，增长了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划,b,c，d,e,f,g,dp的同名端连在一起,此外为每个数码管的公共极O增长位选通控制电路,位选通由各自独立的I/线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接受到相似的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通M端电路的控制，因此我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过度时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各

7、个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为1ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管事实上各位数码管并非同步点亮，但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是同样的，可以节省大量的/O端口，并且功耗更低。在实际使用中，一般都是采用动态显示驱动的措施。在本实例中我们采用的静态驱动的措施。2. 74H595功能描述在本实例中我们使用了一片7H59来驱动8位数码管的位选端口,下面就简朴简介一下7HC59的功能。74HC595是带锁存功能的三态输出的位串行输入/并行输出的移位寄存器。由于它自带锁存器

8、,因此其数据在移位寄存器中的移位与锁存器的输出是独立的，当数据移位时，可以保持锁存器输出的数据不变化,等所有8位数据所有串入完毕移位操作后,一次性的将数据打入锁存器中,从而实现了并行输出的同步变化。此外该芯片可以进行级联,可以实现8Xn个并口扩展。下图是HC59的逻辑功能表输入输出功能SHcpTpOERD7QnLLNCMR为低电平时仅仅影响移位寄存器LLLL空移位寄存器到输出移位寄存器HLZ清空移位寄存器,并行输出为高阻态HHQN逻辑高电平移入移位寄存器状态,涉及所有的移位寄存器状态移入，例如，此前的状态6(内部Q)出目前串行输出位HNCn移位寄存器的内容达到保持寄存器并从并口输出LHQ6Qn

9、移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容达到保持寄存器并输出74C55管脚描述:QA-Q： 八位并行输出端,可以直接控制数码管的8个段。QH： 级联输出端。我将它接下一种59的I端。I: 串行数据输入端。749的控制端阐明:/L(10脚): 复位引脚，低电平时将移位寄存器的数据清零。一般状况下接Vcc。SK(1脚）:时钟引脚,上升沿时数据寄存器的数据移位。QA-BQC-.-QH;下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时,不小于几十纳秒就行了。K(12脚）：锁存引脚,上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器,下降沿时存储寄存器数据不变。一般将RCK置为低电平，当移位结束后,在RCK端产生

10、一种正脉冲(5V时,不小于几十纳秒就行了），更新显示数据。/(13脚)：使能引脚。高电平时严禁输出(高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一种引脚控制它,可以以便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力，一般可以直接接地GN。A（1脚）：数据串入引脚。745的重要长处是具有数据存储寄存器,在移位的过程中,输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处,数码管没有闪烁感。 7H55还具有PI功能,但在本例中我们先不使用,我们直接用单片机的一般I/O口模拟74H595的时序来实现数据的串入并出功能。从74C95的逻辑功能表中我们可以分析出H595的工作过程：数据的串入和内部数据移

11、位的操作由SCLK控制。SCL的上升沿将移位寄存器中的数据由a向Qh依次移动一位，同步将数据线上的电平打入a，而最高位的数据Qh从Q端移出。如果把h与另一片HC95的数据端连接,那么SQ的串行输出就是第2片H595的串行数据输入，从而实现级联。74HC5在移位的过程中并不影响其锁存器的输出,移位寄存器中的数据是通过锁存端的上升沿打入到锁存器中的。正是由于459具有了锁存功能,因而可以保证并行输出数据的稳定和数据同步变化的功能。通过以上分析我们可以得出74HC55控制数据输入输出的实现环节：1、在SCL上升沿期间将数据端串入的数据通过发送到移位寄存器中，如果需要发送8位的数据，则需要8个SCLK

12、上升沿才干将8位数据所有输入到移位寄存器中。2、使锁存端产生一种上升沿,从而将移位寄存器中的数据打入到锁存器中并输出。 本实例中8位数码管显示电路的工作原理:位数码管的个段选端口所有并联接到单片机的B口上。74HC595控制位数码管的8个位选端，当某位选通后,点亮该位的数码管,使它显示相应的数字。3.实验原理图（rots仿真图）四、实验操作环节1.JP5用跳线冒短接，JP132跳线帽断接或取下，JP3和JP 用PIN排线连接。.用数据线将单片机开发板与PC机连接好。.打开Kl软件,新建一种工程（记住工程所保存的位置），将所给HC595_LED.c（或H95LE.am)文献添加到这个工程中，然后

13、进行编译，编译完毕后,打动工程所保存的文献夹，可以看到此工程中生成了一种C55_LEDhex的文献。4.打开烧录软件,单击窗口中的“打开文献”，选中上述生成的HC95_LEDhex的文献，然后打开单片机开发板的电源，再单击烧录软件窗口中的“下载程序”， 当窗口中浮现“文献下载完毕,数据下载成功”字样后,程序下载成功。.程序下载成功后，观测单片机开发板上静态数码管的现象：最开始静态数码管会显示数字2，然后依次跳变为3,4,6,7,8,9，A，B，C,E,F。显示F后会跳变为0,再依次增长，循环显示0-F。如果想再次从头观测现象可以按复位键RST。6实验完毕后，先关闭单片机开发板的电源,再将接线拆

14、下，最后要将实验仪器放回原处。五、实验流程图 N Y MOSIC记住了HC595sendVal左 起第i+1位的值，实现串行输入, 将数据输入到移位寄存器中) Y N开始定义LED的字模(共阴极与共阳极各为不同的定值数组)Unsigned char HC595sendValUnsigned int LedNumVal=1LedNumVal+LedNumVal的值与16求余使得其值为0F，在LED7Code中获取相应的16进制数据赋值给HC595sendValint i=0i+HC595sendVal左移i位与0x80相与所得成果不小于0？MOSIC=0MOSIC=1将移位寄存器控制引脚置为低，

15、再置为高，产生移位时钟上升沿，上升沿时数据寄存器的数据移位i8将存储寄存器引脚置为低，再置为高，产生移位时钟上升沿，上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储器，更新显示数据（实现并行输出）延时结束六、小结1 通过此例程，可以熟悉我们所使用的5单片机开发板,理解7H5芯片和数码管的构造和原理，理解串入并出的原理与措施，也更进一步纯熟Po仿真图的制作。2 作此实验之前最佳先查某些资料，理解本例程所要用的C5芯片、7H595芯片和数码管,理解它们各引脚的作用和工作原理，协助看懂此例程的程序和仿真图。3 仿真图中所用芯片也许与开发板上的或程序所给的不是同一款，但它们可以实现相似的功能,通过理解各引脚功能可得知它们引脚的相应关系。七、实物图