74HC595對單片機IO口的擴展及應用

曹少科 楊晴 陳海宇 王碩

摘要：74HC595是美國國家半導體公司生產的通用位移寄存器芯片，它可以實現8位串行輸入輸出或者并行輸出，操作方便簡單，可以很容易的完成對單片機IO口的擴展。[1]本文主要是介紹用74HC595芯片來擴展IO口詳細原理，并利用此方法進行實驗，實現流水燈效果。

關鍵詞：單片機;74HC595;擴展IO口;流水燈

上世紀70年代到80年代期間，單片機憑借著它體積小，低功耗，性價比高的優勢，被越來越多的人所使用，并被廣泛運用于各個領域。但隨著科技不斷地進步與發展，我們對于單片機的應用更加廣泛，我們也慢慢發現了51單片機的一些缺點，即IO端口有限，很多人在運用單片機時總會出現IO口不夠用的現象，而74HC595芯片剛好能彌補此缺陷，大量擴展單片機的IO口。

174HC595芯片的選擇

74HC595是硅結構的CMOS器件，能實現串入轉并入，數據通過一個IO串口輸入后經過74HC595后將數據8位并行輸出。[2]74HC595與74HC164芯片功能基本相同，但前者價格更低廉，驅動能力更強，操作簡單，但因為74HC595有存儲寄存器，所以在移位的過程中，并排輸出端口的數據保持不變。所以選用74HC595芯片來擴展51單片機IO口比較合適。

2擴展方案

2.1硬件連接與實現原理

若要以74HC595芯片實現對IO口的擴展，首先需要定義一個單片機I0口與74HC595芯片DS相連，以此來控制串行數據的輸入。而移位寄存器和存儲寄存器是不同的時鐘，當SH_CP處于上升沿時，數據會輸入到移位寄存器中，當ST_CP處于上升沿時會傳入的存儲寄存器中。因此兩個時鐘需要分別進行連接，移位寄存器有串行輸入DS引腳、串行輸出引腳Q7和低電平復位引腳MR。存儲寄存器有并行數據輸出引腳Q0～Q7和低電平輸出有效OE引腳。所以用MR進行復位時，只是將位移寄存器中的數據清除，而不必擔心存儲寄存器中的數據有所變化。另外只有當OE輸出低電平時，存儲寄存器的數據才會輸出到IO口。

所以，利用74HC595進行IO口的擴展時，僅僅只需要用5根連接線，在通常情況下，可以將MR直接連接高電平，通過軟件的方法來控制位移寄存器中的數據清零。OE直接連接低電位，然后將其余連接線與51單片機IO口相連即可。

單片機中的數據會從DS口傳輸進入74HC595，每當SH_CP處于上升沿（先拉低電平再拉高電平）的時候，位移寄存器中的數據會一次移動一位，經過SH_CP的8個上升沿之后，便會全部移入位移寄存器。[3]此時如果想再接入一個74HC595則可以將Q7接入第二個74HC595上的DS，按照此種方法可接入任意多個74hc595芯片，使IO口可以得到充分擴展。

當數據全部送完后，給ST_CP一個上升沿（先拉低電平再拉高電平），存儲寄存器里的數據便輸出到Q0～Q7，實現IO口的擴展，原理如下圖。

4結論

本文詳細的闡述了運用74HC595芯片擴展51單片機IO口的原理，很大程度上解決了51單片機IO口緊缺的問題，并且電路連接與代碼編程十分簡單。同時進行實驗，運用74HC595擴展的IO與led燈相連，實現了流水燈的效果。

參考文獻：

[1]李亞，常濤，王永強.利用74HC595實現多位LED顯示的新方法[J].微計算機信息，2005（07）.

[2]吳振磊，劉孝趙.74HC595在單片機控制多位數碼管中的應用[J].科技廣場，2013（05）.

[3]黃勇.74HC595在LED點陣顯示系統中的應用[J].電腦知識與技術，2018（36）.