74HC595在LED點陣顯示系統中的應用

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點陣顯示、雙色LED點陣顯示及多位LED點陣顯示應用中的硬件設計及軟件設計，對硬件設計及軟件設計的關鍵環節進行了詳細闡述。

關鍵詞：74HC595;LED點陣;顯示系統

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

隨著單片機技術的不斷發展以及高亮度LED發光管的出現，LED點陣顯示屏作為一種新型的傳播媒體迅速發展起來。LED顯示屏主要應用在醫院、銀行、車站、碼頭、廣告窗等各種公共場所。LED點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，是目前較為先進的宣傳顯示媒體。LED點陣顯示屏的驅動需要占用多個并行口資源，而用于驅動LED點陣的51單片機只有常用的P0至P2三個并口，在實際應用系統設計中往往采用74HC595進行串行到并行的擴展，這樣就節約了大量的并口資源。本文詳細介紹了74HC595芯片在LED點陣顯示、雙色LED點陣顯示及多位LED點陣顯示應用中的硬件設計及軟件設計。

1 74HC595的結構和工作原理

74HC595是8位串行輸入/輸出或串行輸入/并行輸出的器件。內部具有8位移位寄存器、一個鎖存器、三態輸出。其功能結構如圖1。

74HC595的工作過程如下：每當SHcp上升沿到來時，Ds引腳當前電平值在移位寄存器中左移一位，在下一個上升沿到來時移位寄存器中的所有位都會向左移一位，同時Q7'也會串行輸出移位寄存器中高位的值，這樣連續進行8次，就可以將一個數（8位）送到移位寄存器;然后當STcp上升沿到來時，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，數據從Q0～7引腳輸出。

2 LED點陣顯示

LED點陣顯示屏是由多個發光二極管組成。按點陣可以分為5×7、8×8以及16×16規格的顯示屏模塊。它是一種通過控制發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點陣結構原理如圖2所示，顯示時，先通過單片機的并口輸出位選擇信息0111111，即選中第一行，然后通過單片機另一個并口輸出第一行對應的幀信息，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定的字符或圖形顯示。

3 74HC595在LED點陣顯示中的應用

3.1 74HC595在單色LED點陣顯示中的應用

從上面的LED點陣顯示原理上，可以看出，一個8×8點陣顯示就需要占用單片機的2個并口資源，在實際使用中，可以用2片74HC595芯片，一個74HC595芯片只需連接單片機的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。相關程序如下：

sbit LATCH =P1^0; 鎖存時鐘輸入

sbit SRCLK=P1^1;移位時鐘輸入

sbit SER= P1^2;位數據線輸入

void Send（unsigned char dat）

{unsigned char i;

for（i=0;i<8;i++）? //發送字節

{SRCLK=0;

SER=dat&0x80;? //發送dat的最高位

SRCLK_B=1;

dat<<=1;}

LATCH=0;? ? //鎖存

_nop_（）;

LATCH=1;}

3.2 74HC595在雙色LED點陣顯示中的應用

一個雙色8×8LED點陣的驅動需要3個并口，一個并口輸出位選擇信號，一個并口輸出一種顏色的幀信息，另一個并口輸出另一個顏色的幀信息。顯然占用了單片機太多的并口資源。實際使用中，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在連接上要進行級聯。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。在軟件設計中，需考慮級連的情況，先將二種顏色的幀信息發完，再進行鎖存。相關程序如下：

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）//發送2個字節

{? SendByte（dat1）;

SendByte（dat2）; }

void Out595（void）? ?//鎖存幀信息

{? LATCH=0;

_nop_（）;

LATCH=1;}

3.3 74HC595在多位LED點陣顯示中的應用

在多位LED點陣的顯示系統中，也可以使用74HC595的級連來驅動每個LED點陣。設有4個8×8的LED點陣，若要在這四個LED上同時顯示4個字符的話，則需要5個并口資源。這就占用了單片機太多的并口資源。實際上，51單片機最多可以使用4個并口。現在考慮使用5個74HC595，一個74HC595作為位選擇信號輸出，另外4個74HC595級連，每個74HC595驅動一個LED點陣。在硬件連接上，將四個LED點陣的位選擇端連接再一起，用來輸出幀信息的4個74HC595采用級聯，芯片的SHcp引腳和STcp引腳需分別連接在一起。再軟件設計上需考慮到74HC595的級連，先發出4個LED的幀信息，然后再發出鎖存信號。相關程序如下：

void Send4Byte（unsigned char dat1，…，unsigned char dat4）//發送4個字節

{? SendByte（dat1）;

SendByte（dat2）;

SendByte（dat3）;

SendByte（dat4）;}

void Out595（void）? ?//鎖存幀信息

{? LATCH=0;

_nop_（）;

LATCH=1;}

4 結束語

本文詳細地闡述了74HC595在LED點陣顯示系統、雙色LED點陣顯示系統及多位LED點陣顯示系統中的硬件設計及軟件設計的關鍵環節。并給出了硬件連接方案和關鍵程序段。

參考文獻：

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[2] 楊富強，朱利強.基于單片機的LED 點陣動態顯示系統[J].工業控制計算機，2013，26（1）：101-102

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[通聯編輯：王力]